[發明專利]一種串聯蓄電池組均衡系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410627674.4
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104362695A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 危立輝
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 宋業斌

技術領域

本發明屬于串聯蓄電池均衡控制技術領域，更具體地，涉及一種串聯蓄電池組均衡系統及其控制方法。

背景技術

蓄電池按其使用的電化學材料可分為鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池。依據其電化學特性，各種蓄電池單體的電壓各不相同，如鉛酸蓄電池單體電壓額定值為2V，鋰電池單體電壓額定值3.7V。

蓄電池可以由一個蓄電池單體組成；也可以由多個單體并聯以增加蓄電池的安時容量；也可以由多個單體串聯而成，以提高蓄電池的電壓；或者多個蓄電池單體串聯和并聯混合增加蓄電池的安時容量且提高蓄電池的電壓。

將多個蓄電池單元串聯連接可以滿足更高電壓應用的要求，稱為串聯蓄電池組。如內燃機汽車使用的串聯蓄電池組電壓是12伏或24伏，電動自行車使用的串聯蓄電池組電壓是24伏或36伏或48伏，電動汽車使用的串聯蓄電池組的電壓甚至高于300伏。

串聯蓄電池組中的每個蓄電池單體并非完全相同，即使是嚴格篩選的蓄電池，蓄電池組中各個蓄電池單體的溫度、內部阻抗和放電狀態均不相同。隨著充放電吃數的增加和使用時間的延長，這些差異會越來越明顯，若不加以均衡管理，某個蓄電池單元會首先發生故障導致整個串聯蓄電池組不能提供電能。

對串聯蓄電池組進行充電和放電時，如何保證充放電過程中蓄電池單元的均衡，是保證蓄電池的安全性和可靠性的一項關鍵技術。當串聯蓄電池組中，某個蓄電池單元損壞時，能讓串聯蓄電池組繼續工作，是充分發揮蓄電池效能的一項實用技術。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種串聯蓄電池組均衡系統及其控制方法，旨在解決串聯蓄電池組在充放電過程中存在均衡的問題。

本發明提供了一種串聯蓄電池組均衡系統，包括充電變換器、串聯蓄電池組、放電變換器和控制電路；所述充電變換器的充電輸出端與串聯蓄電池組的輸入端連接，所述放電變換器的輸入端連接至所述串聯蓄電池組的輸出端，所述放電變換器的輸出端用于連接負載；所述充電變換器用于給所述串聯蓄電池組充電，所述串聯蓄電池組通過所述放電變換器給負載供電；所述控制電路的控制端連接至所述串聯蓄電池組的反饋端，用于從所述串聯蓄電池組的反饋端獲取所述串聯蓄電池組中每個蓄電池單元的電壓值參數、所述串聯蓄電池組的整體電壓值以及充電電流值；所述控制電路的第一輸出端連接所述充電變換器的充電控制端，用于控制所述充電變換器的充電電壓；所述控制電路的第二輸出端連接所述放電變換器的放電控制端，用于控制所述放電變換器的放電電壓。

其中，所述串聯蓄電池組包括多個串聯連接的蓄電池單元，每一個蓄電池單元包括單元開關控制器、驅動電路、數據采集電路、斷路開關K1、旁路開關K2以及蓄電池；所述蓄電池與所述斷路開關K1串聯后再與所述旁路開關K2并聯；所述單元開關控制器的控制輸入端用于與所述控制電路連接，所述單元開關控制器的信號輸入端連接至所述數據采集電路的輸出端，所述數據采集電路的輸入端與所述蓄電池連接；所述驅動電路的輸入端連接至所述單元開關控制器的輸出端，所述驅動電路的第一輸出端連接至所述斷路開關K1的控制端，所述驅動電路的第二輸出端連接至所述旁路開關K2的控制端。

其中，每一個蓄電池單元還包括與所述斷路開關并聯連接的第一二極管D1，以及與所述旁路開關并聯連接的第二二極管D2。

其中，所述蓄電池由多個單體蓄電池串、并聯而成。

本發明還提供了一種基于上述的串聯蓄電池組均衡系統的充電控制方法，包括一個或多個恒流充電子過程或恒壓充電子過程。

其中，恒流充電子過程包括下述步驟：

獲取串聯蓄電池組的電壓V和電流I；

判斷所述電壓V是否小于(N-k)nV1，若是，則置恒流充電標志并以mI1恒流充電；若否，則結束；N為單體蓄電池的總數，k為N個單體蓄電池中被旁路的個數，n為蓄電池單元中串聯的單體蓄電池的個數，nV1為恒流轉換為恒壓充電的轉換電壓。

其中，恒壓充電子過程包括下述步驟：

獲取串聯蓄電池組的電壓V、電流I和蓄電池組狀態數(N-k)；

根據所述蓄電池組狀態數(N-k)獲得充電電壓(N-k)nV2；

判斷所述電流I是否小于mI1，若是，則置恒壓充電標志并恒壓充電，若否，則結束；m為蓄電池單元中并聯的單體蓄電池的個數，mI1為恒流充電電流，nV2為恒壓充電電壓，N為單體蓄電池的總數，k為N個單體蓄電池中被旁路的個數。

本發明還提供了一種基于上述的串聯蓄電池組均衡系統的控制方法，包括下述步驟：