[發明專利]一種串聯蓄電池組的主動均衡電路和方法

在審

• 申請號: 201810108788.6
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108199445A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 黃美瓊
• 申請（專利權）人: 江門市敏華電器有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種串聯蓄電池組的主動均衡電路，其特征在于：所述均衡電路用于均衡由n節蓄電池串聯而成的串聯蓄電池組，包括串聯蓄電池組、電子開關網絡、雙向DC-DC模塊、電池電壓采集模塊、控制模塊以及可選的供電模塊；所述電子開關網絡與串聯蓄電池組連接，所述控制模塊與電子開關網絡、電池電壓采集模塊和雙向DC-DC模塊連接，所述電子開關網絡通過雙向DC-DC模塊與串聯蓄電池組的輸出連接；所述電池電壓采集模塊定時采樣串聯蓄電池組中所有蓄電池的電壓，控制模塊根據串聯蓄電池組中各節蓄電池的電壓或計算得到的各節蓄電池的SOC狀態決定需要對哪一節蓄電池進行均衡，并根據該判斷結果控制電子開關網絡和雙向DC-DC模塊對相應的蓄電池進行充電或放電均衡。

2.根據權利要求1所述的一種串聯蓄電池組的主動均衡電路，其特征在于：所述電子開關網絡包括設于串聯蓄電池組中每節蓄電池正、負極上的電子開關，該電子開關網絡由控制模塊控制其中的電子開關導通或關斷，可以單獨選擇串聯蓄電池組中的單節或多節蓄電池連接到雙向DC-DC模塊；所述電子開關網絡可以是每節蓄電池對應2個單刀單擲電子開關，也可以是每節蓄電池對應1個單刀雙擲電子開關；單刀單擲電子開關或單刀雙擲電子開關可以是光耦繼電器，或者是由場效應管或其它半導體器件組合而成的具備雙向關斷功能的半導體開關，也可以是干簧管、機械繼電器等機械開關，由于本發明對電子開關的開關速度要求不高，其它任何滿足耐壓要求且具備雙向關斷功能的可控開關器件都可以作為本發明中電子開關的一種。

3.根據權利要求1所述的一種串聯蓄電池組的主動均衡電路，其特征在于：所述雙向DC-DC模塊為通過電子變壓器隔離的、具備雙向能量轉移功能的電源模塊，通過所述控制模塊給出的PWM信號或其它控制信號能夠實現能量從一端轉移到另外一端；雙向DC-DC模塊本身可以具備輸入或輸出電流監控功能，所述控制模塊可以檢測雙向DC-DC模塊的輸入和輸出電流，以使用安時積分法對每一節電池的SOC狀態進行估算修正，同時所述控制模塊還可以通過控制雙向DC-DC模塊的輸入或輸出電流以應對不同的均衡需求。

4.根據權利要求1所述的一種串聯蓄電池組的主動均衡電路，其特征在于：所述電池電壓采集模塊可以是直接連接在串聯蓄電池組每一節蓄電池上的專用的電池電壓采樣電路，也可以是連接在電子開關網絡的輸出端，單獨檢測電子開關網絡當前選擇的某一節蓄電池的電壓；通過所述控制模塊控制電子開關網絡輪流選通串聯蓄電池組中的所有單節蓄電池，便可以采集串聯蓄電池組中所有單節蓄電池的電壓；在執行充、放電均衡的過程中，也能持續檢測當前處于均衡狀態的蓄電池的電壓以防止該蓄電池過充或過放。

5.一種串聯蓄電池組的主動均衡方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1．控制模塊控制電子開關網絡依次輪流選通串聯蓄電池組中的一節電池，由連接在電子開關網絡輸出端的電池電壓采集模塊依次對每一節蓄電池的電壓進行采樣，得到串聯蓄電池組中所有蓄電池的當前電壓，并由蓄電池的當前電壓和串聯蓄電池組的電流以及其歷史數據計算出每一節蓄電池的內阻；

S2．控制模塊找出電壓偏離串聯蓄電池組平均電壓最大的蓄電池，如果該蓄電池的電壓高出或低于串聯蓄電池組平均電壓一定閾值（該閾值可以是一個根據該蓄電池充、放電狀態動態變化的電壓值），則判斷為需要對該蓄電池進行放電或充電均衡；如果該蓄電池不需要均衡，則重復S1到S2步驟，否則進入S3步驟；

S3．控制模塊根據S2的判斷結果控制電子開關網絡選通需要均衡的蓄電池，啟動雙向DC-DC模塊對該蓄電池進行放電或充電均衡，并根據該蓄電池的電壓和內阻動態調節均衡電流和均衡時間，均衡時間根據電池容量和均衡電流不同可以是幾秒鐘到幾十秒鐘；

S4．當本次均衡時間結束后，關閉雙向DC-DC模塊的均衡操作，斷開電子開關網絡，并重復S1到S4步驟；

以上所述主動均衡過程包括從高電壓態蓄電池抽取電荷給整個串聯蓄電池組充電以降低該高電壓態蓄電池的電壓，或者從整個串聯蓄電池組抽取電流給低電壓態蓄電荷充電以提高該低電壓態蓄電池的電壓。

6.一種串聯蓄電池組的主動均衡方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1．控制模塊控制電子開關網絡依次輪流選通串聯蓄電池組中的一節電池，由連接在電子開關網絡輸出端的電池電壓采集模塊依次對每一節蓄電池的電壓進行采樣，得到串聯蓄電池組中所有蓄電池的當前電壓，并由蓄電池的當前電壓和串聯蓄電池組的電流以及其歷史數據計算出每一節蓄電池的內阻；

S2．控制模塊通過充放電安時積分法計算串聯蓄電池組的SOC狀態，并根據之前的歷史均衡電流通過安時積分法計算修正每一節蓄電池的SOC狀態；

S3．控制模塊找出SOC狀態偏離串聯蓄電池組的SOC狀態最大的蓄電池，如果該蓄電池的SOC狀態高于或低于串聯蓄電池組的SOC狀態一定閾值（該閾值可以是一個根據串聯蓄電池的SOC狀態動態變化的值），則判斷為需要對該蓄電池進行放電或充電均衡；如果沒有蓄電池需要均衡，則重復S1到S3步驟，否則進入S4步驟；

S4．控制模塊根據S3的判斷結果控制電子開關網絡選通需要均衡的蓄電池，啟動雙向DC-DC模塊對該蓄電池進行放電或充電均衡，并根據該蓄電池的電壓和內阻動態調節均衡電流和均衡時間，均衡時間根據電池容量和均衡電流不同可以是幾秒鐘到幾十秒鐘；

S5．當本次均衡時間結束后，關閉雙向DC-DC模塊的均衡操作，斷開電子開關網絡，并重復S1到S5步驟；

以上所述主動均衡過程包括從高電壓態蓄電池抽取電荷給整個串聯蓄電池組充電以降低該高電壓態蓄電池的電壓，或者從整個串聯蓄電池組抽取電荷給低電壓態蓄電池充電以提高該低電壓態蓄電池的電壓。