[發(fā)明專利]一種蓄電池組串全單體主動監(jiān)測均衡管控系統(tǒng)及控制方法

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• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN109525002A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周錫衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 周錫衛(wèi)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/46;H01M10/48
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1.一種蓄電池組串全單體主動監(jiān)測均衡管控系統(tǒng)及控制方法，主要包括：第1單體蓄電池(1)、第2單體蓄電池(2)、第3單體蓄電池(3)、第m單體蓄電池(m)、第1單體蓄電池正極(a11)、第1單體蓄電池負(fù)極(aa1)、第2單體蓄電池正極(a21)、第2單體蓄電池負(fù)極(aa2)、第3單體蓄電池正極(a31)、第3單體蓄電池負(fù)極(aa3)、第m單體蓄電池正極(am1)、第m單體蓄電池負(fù)極(aam)、DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)、DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)、DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)、DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)、監(jiān)測與控制模塊(8)、監(jiān)測與控制總線(9)、蓄電池單體間串聯(lián)連接線(10)、DC/DC充電模塊(15)、第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(11)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(12)、第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(21)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(22)、第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(31)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(32)、第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(m1)、第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(m2)、第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b11)、第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c11)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb1)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc1)、第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b21)、第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c21)、第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb2)、第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc2)、第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b31)、第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c31)、第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb3)、第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc3)、第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(bm1)、第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(cm1)、第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bbm)、第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(ccm)，其中：

第1單體蓄電池(1)、第2單體蓄電池(2)、第3單體蓄電池(3)、第m單體蓄電池(m)依順序每兩個相鄰的單體蓄電池其一個蓄電池正極與另一個蓄電池的負(fù)極通過蓄電池單體間串聯(lián)連接線(10)相連，構(gòu)成蓄電池組串；

第1單體蓄電池(1)其正極第1單體蓄電池正極(a11)通過第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(11)選通連接第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b11)并由第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b11)連接DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)，同時第1單體蓄電池(1)其負(fù)極第1單體蓄電池負(fù)極(aa1)通過第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(12)選通連接第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc1)并由第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc1)連接DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)，構(gòu)成第1單體蓄電池(1)的充電電力路徑；

第2單體蓄電池(2)其正極第2單體蓄電池正極(a21)通過第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(21)選通連接第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b21)并由第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b21)連接DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)，同時第2單體蓄電池(2)其負(fù)極第2單體蓄電池負(fù)極(aa2)通過第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(22)選通連接第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc2)并由第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc2)連接DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)，構(gòu)成第2單體蓄電池(2)的充電電力路徑；

第3單體蓄電池(3)其正極第3單體蓄電池正極(a31)通過第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(31)選通連接第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b31)并由第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(b31)連接DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)，同時第3單體蓄電池(3)其負(fù)極第3單體蓄電池負(fù)極(aa3)通過第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(32)選通連接第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc3)并由第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(cc3)連接DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)，構(gòu)成第3單體蓄電池(3)的充電電力路徑；

第m單體蓄電池(m)其正極第m單體蓄電池正極(am1)通過第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(m1)選通連接第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(bm1)并由第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸出直流母線連接端(bm1)連接DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)，同時第m單體蓄電池(m)其負(fù)極第m單體蓄電池負(fù)極(aam)通過第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(m2)選通連接第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(ccm)并由第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸出直流母線連接端(ccm)連接DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)，構(gòu)成第m單體蓄電池(m)的充電電力路徑；

第1單體蓄電池(1)其正極第1單體蓄電池正極(a11)通過第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(11)選通連接第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c11)并由第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c11)連接DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)，同時第1單體蓄電池(1)其負(fù)極第1單體蓄電池負(fù)極(aa1)通過第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(12)選通連接第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb1)并由第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb1)連接DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)，構(gòu)成第1單體蓄電池(1)的放電電力路徑；

第2單體蓄電池(2)其正極第2單體蓄電池正極(a21)通過第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(21)選通連接第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c21)并由第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c21)連接DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)，同時第2單體蓄電池(2)其負(fù)極第2單體蓄電池負(fù)極(aa2)通過第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(22)選通連接第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb2)并由第2單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb2)連接DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)，構(gòu)成第2單體蓄電池(2)的放電電力路徑；

第3單體蓄電池(3)其正極第3單體蓄電池正極(a31)通過第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(31)選通連接第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c31)并由第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(c31)連接DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)，同時第3單體蓄電池(3)其負(fù)極第3單體蓄電池負(fù)極(aa3)通過第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(32)選通連接第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb3)并由第3單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bb3)連接DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)，構(gòu)成第3單體蓄電池(3)的放電電力路徑；

第m單體蓄電池(m)其正極第m單體蓄電池正極(am1)通過第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(1m)選通連接第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(cm1)并由第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)的正極輸入直流母線連接端(cm1)連接DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)，同時第m單體蓄電池(m)其負(fù)極第m單體蓄電池負(fù)極(aam)通過第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(m2)選通連接第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bbm)并由第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)的負(fù)極輸入直流母線連接端(bbm)連接DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)，構(gòu)成第m單體蓄電池(m)的放電電力路徑；

DC/DC模塊輸入端正極輸入直流母線(4)、DC/DC模塊輸入端負(fù)極輸入直流母線(5)分別接入DC/DC充電模塊(15)的輸入端，同時DC/DC模塊輸出端正極輸出直流母線(6)、DC/DC模塊輸出端負(fù)極輸出直流母線(7)分別連接DC/DC充電模塊(15)的輸出端，構(gòu)成蓄電池單體之間的充放電電力路徑；

監(jiān)測與控制模塊(8)通過監(jiān)測與控制總線(9)分別連接第1單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(11)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(12)、第2單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(21)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(22)、第3單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(31)、第1單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(32)、第m單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)(m1)、第m單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)(m2)以及DC/DC充電模塊(15)，構(gòu)成蓄電池監(jiān)測及充放電管控鏈路；

其蓄電池組串全單體主動監(jiān)測均衡管控系統(tǒng)的主要控制方法為：

1)系統(tǒng)上電運行，首先進(jìn)行自檢，異常時報警進(jìn)入故障處理；

2)正常時，監(jiān)測與控制模塊(8)通過監(jiān)測與控制總線(9)監(jiān)測每一個蓄電池單體的參數(shù)，并計算蓄電池的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)；

3)監(jiān)測與控制模塊(8)判斷選擇蓄電池組串中電量偏高和電量偏低的蓄電池單體，并控制相應(yīng)的單體蓄電池正極直流母線選通控制開關(guān)和單體蓄電池負(fù)極直流母線選通控制開關(guān)，將電量偏高的蓄電池單體選通接入DC/DC充電模塊(15)的輸入直流母線，將電量偏低的蓄電池單體選通接入DC/DC充電模塊(15)的輸出直流母線，使得電量偏高的蓄電池單體中部分電量通過DC/DC充電模塊(15)轉(zhuǎn)移到電量偏低的蓄電池單體中；

4)充放電過程中發(fā)現(xiàn)異常，則報警進(jìn)入故障處理；

5)監(jiān)測與控制模塊(8)實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)DC/DC充電模塊(15)的充放電電流與電量并按照設(shè)置的策略完成電量轉(zhuǎn)移的充放電控制；

6)轉(zhuǎn)入第2)步繼續(xù)運行。