[發明專利]一種基于多單元分選的雙路單向主動均衡蓄電池管理系統及控制方法

在審

• 申請號: 201710535425.6
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN109217400A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 周錫衛
• 申請（專利權）人: 周錫衛
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于多單元分選的雙路單向主動均衡蓄電池管理系統及控制方法，主要包括：單向充電DC/DC模塊(1)、直流充電隔離變壓器(2)、高壓正極直流母線(3)、高壓負極直流母線(4)、蓄電池組串負極端子(5)、蓄電池組串正極端子(6)、低壓充電正極直流母線(71)、低壓放電正極直流母線(72)、低壓負極直流母線(8)、系統控制模塊(9)、電控開關驅動電路(10)、蓄電池參數采集模塊(11)、系統總線(12)、系統電源模塊(13)、單向放電DC/DC模塊(14)、直流放電隔離變壓器(15)、信號參數采集線束(16)、電控開關驅動控制線(17)、通信接口電路(18)、上位控制機(19)、雙向儲能換流裝置(20)、第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第n蓄電池單體(Sn)、第1電控選通開關(K1)、第2電控選通開關(K2)、第n電控選通開關(Kn)、第1電控選通開關充電正極連接端(a1)、第1電控選通開關放電正極連接端(b1)、第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)、第2電控選通開關充電正極連接端(a2)、第2電控選通開關放電正極連接端(b2)、第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)、第n電控選通開關充電正極連接端(an)、第n電控選通開關放電正極連接端(bn)、第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)、第1蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(T11)、第1蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(T12)、第2蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(T21)、第2蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(T22)、第n蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(Tn1)、第n蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(Tn2)、蓄電池組串電流參數采集傳感器(Ti)，其中：

蓄電池組串按順序第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第n蓄電池單體(Sn)排列，依次由第1蓄電池單體(S1)正極開始連接下一個蓄電池的負極，每一個蓄電池單體的正極連接下一個蓄電池單體的負極組成串聯的蓄電池組串并且蓄電池組串的第1蓄電池單體負極(S11)接入蓄電池組串負極端子(5)，以及蓄電池組串的第n蓄電池單體正極(Sn2)接入蓄電池組串正極端子(6)，再由蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別通過高壓負極直流母線(4)和高壓正極直流母線(3)順次連接直流充電隔離變壓器(2)和單向充電DC/DC模塊(1)，同時蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別連接雙向儲能換流裝置(20)直流輸入端的負極和正極，構成蓄電池組串作為均流電源進行充電的電力供給單向電力路徑以及蓄電池組串的儲能充放電電力路徑；

蓄電池組串按順序第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第n蓄電池單體(Sn)排列，依次由第1蓄電池單體(S1)正極開始連接下一個蓄電池的負極，每一個蓄電池單體的正極連接下一個蓄電池單體的負極組成串聯的蓄電池組串并且蓄電池組串的第1蓄電池單體負極(S11)接入蓄電池組串負極端子(5)，以及蓄電池組串的第n蓄電池單體正極(Sn2)接入蓄電池組串正極端子(6)，再由蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別通過高壓負極直流母線(4)和高壓正極直流母線(3)順次連接直流放電隔離變壓器(15)和單向放電DC/DC模塊(14)，同時蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別連接雙向儲能換流裝置(20)直流輸入端的負極和正極，構成蓄電池組串作為均流電源進行放電的電力吸納單向電力路徑和蓄電池組串的儲能充放電電力路徑；

第1蓄電池單體負極(S11)連接低壓負極直流母線(8)并且第1蓄電池單體正極(S12)連接第1電控選通開關(K1)的第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)，并由第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)通過第1電控選通開關充電正極連接端(a1)接入低壓充電正極直流母線(71)，同時低壓充電正極直流母線(71)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向充電DC/DC模塊(1)的低壓側正極和負極，構成第1蓄電池單體(S1)進行均流的充電電力路徑；

第1蓄電池單體負極(S11)連接低壓負極直流母線(8)并且第1蓄電池單體正極(S12)連接第1電控選通開關(K1)的第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)，并由第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)通過第1電控選通開關放電正極連接端(b1)接入低壓放電正極直流母線(72)，同時低壓放電正極直流母線(72)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向放電DC/DC模塊(14)的低壓側正極和負極，構成第1蓄電池單體(S1)進行均流的放電電力路徑；

第2蓄電池單體負極(S21)連接低壓負極直流母線(8)并且第2蓄電池單體正極(S22)連接第2電控選通開關(K2)的第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)，并由第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)通過第2電控選通開關充電正極連接端(a2)接入低壓充電正極直流母線(71)，同時低壓充電正極直流母線(71)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向充電DC/DC模塊(1)的低壓側正極和負極，構成第2蓄電池單體(S2)進行均流的充電電力路徑；

第2蓄電池單體負極(S21)連接低壓負極直流母線(8)并且第2蓄電池單體正極(S22)連接第2電控選通開關(K2)的第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)，并由第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)通過第2電控選通開關放電正極連接端(b2)接入低壓放電正極直流母線(72)，同時低壓放電正極直流母線(72)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向放電DC/DC模塊(14)的低壓側正極和負極，構成第2蓄電池單體(S2)進行均流的放電電力路徑；

第n蓄電池單體負極(Sn1)連接低壓負極直流母線(8)并且第n蓄電池單體正極(Sn2)連接第n電控選通開關(Kn)的第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)，并由第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)通過第n電控選通開關充電正極連接端(an)接入低壓充電正極直流母線(71)，同時低壓充電正極直流母線(71)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向充電DC/DC模塊(1)的低壓側正極和負極，構成第n蓄電池單體(Sn)進行均流的充電電力路徑；

第n蓄電池單體負極(Sn1)連接低壓負極直流母線(8)并且第n蓄電池單體正極(Sn2)連接第n電控選通開關(Kn)的第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)，并由第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)通過第n電控選通開關放電正極連接端(bn)接入低壓放電正極直流母線(72)，同時低壓放電正極直流母線(72)和低壓負極直流母線(8)分別接入單向放電DC/DC模塊(14)的低壓側正極和負極，構成第n蓄電池單體(Sn)進行均流的放電電力路徑；

系統控制模塊(9)通過系統總線(12)分別連接雙向充放電DC/DC模塊(1)、電控開關驅動電路(10)、蓄電池參數采集模塊(11)、單向放電DC/DC模塊(14)，構成系統監測與控制鏈路；

電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(17)分別連接第1電控選通開關(K1)、第2電控選通開關(K2)、第n電控選通開關(Kn)，構成蓄電池正極連接低壓充電正極直流母線(71)或蓄電池連接低壓放電負極直流母線(72)的受控選通控制驅動鏈路；

蓄電池參數采集模塊(11)通過信號參數采集線束(16)分別連接第1蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(T11)、第1蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(T12)、第2蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(T21)、第2蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(T22)、第n蓄電池單體負極電壓及溫度參數采集傳感器(Tn1)、第n蓄電池單體正極電壓及溫度參數采集傳感器(Tn2)以及蓄電池組成電流參數采集傳感器(Ti)，構成蓄電池電壓及溫度參數采集的信息鏈路；

系統電源模塊(13)分別連接雙向充放電DC/DC模塊(1)、單向放電DC/DC模塊(14)和系統控制模塊(9)，構成蓄電池管理系統的供電電力路徑；

系統控制模塊(9)連接通信接口電路(18)，并通過通信接口電路(18)鏈接上位控制機(19)和雙向儲能換流裝置(20)，構成蓄電池管理系統與上位控制機(19)和雙向儲能換流裝置(20)進行信息交互的通信鏈路。

2.一種基于多單元分選的雙路單向主動均衡蓄電池管理系統的主要控制方法為：

1)蓄電池管理系統通過系統電源模塊(13)上電啟動后，自檢異常報警并通知進入故障處理；

2)自檢正常則運行，并按照單向偏差均衡和雙向偏差均衡兩個均衡模式進行主動均衡控制；

3)系統控制模塊(9)通過通信接口電路(18)與上位控制機(19)和雙向儲能換流裝置(20)交互信息，并接受上位控制機(19)的參數設置及執行上位控制機(19)發出的指令；

4)系統控制模塊(9)根據實時監測的每一個蓄電池單體電壓、溫度參數及蓄電池組串電流參數，分析計算蓄電池的荷電狀態和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，當判斷蓄電池異常時立即報警進入故障處理模式；否則，當偏差大于等于設定的允許偏差值且單向偏差較大的至少一個蓄電池單體電壓值或電量值大于蓄電池組串的平均值并在蓄電池組串進行充電時，系統控制模塊(9)控制單向放電DC/DC模塊(14)運行，并控制電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值及電量值的至少一個蓄電池單體正極和負極分別連接到單向放電DC/DC模塊(14)相連的低壓放電正極直流母線(72)和低壓負極直流母線(8)上，由系統控制模塊(9)控制單向放電DC/DC模塊(14)進行放電，使電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值和電量值的蓄電池單體放電至小于等于蓄電池組串平均電壓值和電量值或達到上位控制機(17)設定的值；

5)系統控制模塊(9)根據實時監測的每一個蓄電池單體電壓、溫度參數及蓄電池組串電流參數，分析計算蓄電池的荷電狀態和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，當判斷蓄電池異常時立即報警進入故障處理模式；否則，當偏差大于等于設定的允許偏差值且單向偏差較大的至少一個蓄電池單體電壓值或電量值小于蓄電池組串的平均值并在蓄電池組串進行放電時，系統控制模塊(9)控制單向充電DC/DC模塊(1)運行，并控制電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值及電量值的至少一個蓄電池單體正極和負極分別連接到單向充電DC/DC模塊(1)相連的低壓充電正極直流母線(71)和低壓負極直流母線(8)上，由系統控制模塊(9)控制單向充電DC/DC模塊(1)進行充電，使電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值和電量值的蓄電池單體充電至大于等于蓄電池組串平均電壓值和電量值或上位控制機(19)設定的值；

6)系統控制模塊(9)根據實時監測的每一個蓄電池單體電壓、溫度參數及蓄電池組串電流參數，分析計算蓄電池的荷電狀態和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，當判斷蓄電池異常時立即報警進入故障處理模式；否則，當偏差大于等于設定的允許偏差值且雙向偏差較大的至少偏大和偏小各一個蓄電池單體電壓值或電量值分別大于和小于蓄電池組串的平均值，系統控制模塊(9)進行多單元分選的雙路單向并行主動均衡控制，即：

系統控制模塊(9)控制單向放電DC/DC模塊(14)運行，并控制電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值及電量值的至少一個蓄電池單體正極和負極分別連接到單向放電DC/DC模塊(14)相連的低壓放電正極直流母線(72)和低壓負極直流母線(8)上，由系統控制模塊(9)控制單向放電DC/DC模塊(14)進行放電，使電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值和電量值的蓄電池單體放電至小于等于蓄電池組串平均電壓值和電量值或達到上位控制機(17)設定的值，同時系統控制模塊(9)控制單向充電DC/DC模塊(1)運行，并控制電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值及電量值的至少一個蓄電池單體正極和負極分別連接到單向充電DC/DC模塊(1)相連的低壓充電正極直流母線(71)和低壓負極直流母線(8)上，由系統控制模塊(9)控制單向充電DC/DC模塊(1)進行充電，使電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值和電量值的蓄電池單體充電至大于等于蓄電池組串平均電壓值和電量值或上位控制機(19)設定的值；

7)系統控制模塊(9)根據實時監測的蓄電池單體電壓、溫度參數及蓄電池組串電流參數，分析計算蓄電池的荷電狀態和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，在滿足設定的要求時，系統控制模塊(9)按照設定的策略及時間節拍，重復執行2)至6)的運行流程。