【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种基于串联电池组的分层式均衡电路系统及混合控制方法,属于电池储能系统
技术介绍
近年来,随着电动汽车、混合动力汽车以及新能源发电储能系统的快速发展,电池在其中的重要性越加突显。由于电池单体电压有限,串联电池组得到了广泛应用,以满足上述系统的电压等级要求。然而,由于生产条件、工作环境、老化速度以及内部化学特性等因素的不同,串联电池组中各单体之间会存在容量的不均衡,严重影响了电池组的能量利用率、电池寿命和系统安全。因此,在串联电池组中加入均衡机构,保证各电池单体容量一致具有重要意义。相比于使用电阻、线性半导体器件将不均衡能量以热能形式消耗的被动均衡方式,使用开关器件和电感、电容等无源元件的主动均衡方式具有均衡速度快、能量损耗少、热量产生低等优势,因此得到了更多关注。图1(a)为传统相邻单体-单体(CelltoCell,C2C)均衡架构,由于相邻均衡电路互相影响,均衡控制复杂,能量损耗也相应增大。图1(b)为传统单体-电池包(CelltoPack,C2P)均衡架构,不同的均衡电路可以独立工作。但是当某个电池单体需要放电均衡时,部分能量会通过电池包流回该电池,从而等效为一个重复放电-充电过程。该现象不仅导致能量损失,更对电池健康状态(StateofHealth,SOH)产生不利影响,缩短电池使用寿命。因此,上述两种传统均衡架构各有缺陷,无法使均衡系统效果达到最优。从均衡控制方法 ...
【技术保护点】
一种基于串联电池组的分层式均衡电路系统,用于对串联电池组的控制,其特征在于:串联电池组的n个电池单体被分为m个电池包,每个电池包内有p个电池单体,系统包括一个主BMS单元、若干个顶层均衡电路和若干个底层均衡电路,m个电池包配置有m个顶层均衡电路,每个电池包并联一个顶层均衡电路,每个顶层均衡电路连接多绕组变压器的一个绕组,各顶层均衡电路之间通过多绕组变压器进行耦合;底层均衡电路采用C2C架构,n个电池单体共配置有n‑1个底层均衡电路,各均衡电路独立工作,每两个相邻电池单体由一个底层均衡电路进行均衡,底层均衡电路的输入输出端分别与两节相邻电池单体相连;顶层均衡电路和底层均衡电路分别与主BMS单元连接,各电池包内的电池单体分别与主BMS单元连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于串联电池组的分层式均衡电路系统,用于对串联电池组的控制,
其特征在于:串联电池组的n个电池单体被分为m个电池包,每个电池包内有
p个电池单体,系统包括一个主BMS单元、若干个顶层均衡电路和若干个底层
均衡电路,m个电池包配置有m个顶层均衡电路,每个电池包并联一个顶层均
衡电路,每个顶层均衡电路连接多绕组变压器的一个绕组,各顶层均衡电路之
间通过多绕组变压器进行耦合;
底层均衡电路采用C2C架构,n个电池单体共配置有n-1个底层均衡电路,
各均衡电路独立工作,每两个相邻电池单体由一个底层均衡电路进行均衡,底
层均衡电路的输入输出端分别与两节相邻电池单体相连;
顶层均衡电路和底层均衡电路分别与主BMS单元连接,各电池包内的电池
单体分别与主BMS单元连接。
2.根据权利要求1所述分层式均衡电路系统,其特征是:系统还包括一个
或多个从BMS单元,从BMS单元与各电池包内的电池单体连接及底层均衡电
路连接,主BMS单元与从BMS单元连接。
3.根据权利要求1或2所述分层式均衡电路系统,其特征是:m个电池包
优选设有m个从BMS单元,每个从BMS单元控制一个电池包,与该电池包内
的每个电池单体连接,并与该电池包内各底层均衡电路连接。
4.根据权利要求3所述分层式均衡电路系统,其特征是:顶层均衡电路采
用移相半桥拓扑:由第一开关管Qi_1和第二开关管Qi_2串联构成一个桥臂,i=1,
2,…,m;由第一谐振电容Ci_1与第二谐振电容Ci_2串联构成另一个桥臂;第一
开关管Qi_1漏极与第一谐振电容Ci_1一端相连,第二开关管Qi_2漏极与第二谐振
电容Ci_2一端相连,电感Lr_i为变压器漏感,与多绕组变压器一个绕组串联连
接在所述两个桥臂中点。
5.根据权利要求3所述分层式均衡电路系统,其特征是:底层均衡电路采
用双向BuckBoost、开关电容、双向Cuk及其它在C2C架构中常用的变换器拓
扑。
6.根据权利要求3所述分层式均衡电路系统,其特征是:主、从BMS单
元分别使用ST公司的STM32F407和STM32F104系列的ARM控制芯片;底层
\t均衡电路控制器采用PWM模拟控制芯片(如TI公司UCC35705)。
7.采用权利要求3-6任一所述分层式均衡电路系统对电池组的混合均衡控
制方法,该方法包含如下步骤:
步骤a)各从BMS单元控制电池包的底层均衡电路,通过传感器实时采样
各电池包内每节电池的电压、电流和温度信号,实时估算出每节电池的容量、
SOC、SOC变化率和电流接受率,并将信息通过CAN总线传输至主BMS;
步骤b)根据步骤a)中采样的电流信号判断电池是否处在充放电过程中;
1)若电池在充放电过程中,则主BMS单元计算所有电池单体的SOC变化
率平均值,并以该平均值作为基准以控制均衡电路,通过计算各均衡电路所需
的工作电流基准,使电池在充放电过程中SOC变化率一致;
对顶层均衡电路,计算方法为:
Ic1(t)Ic2(t)...Icm(t)=-10...010-1...01.........00...-11K1‾·dSOC(t)dtK2‾·dSOC(t)dt...Km‾·dSOC(t)dtI0(t)---(1)]]>其中m为电池包总数;Ici(t)为顶层均衡电路第i个绕组所需的工作电流基准
(0<i≤m);dSOC(t)/dt为要达到的SOC变化率,即所有电池SOC变化率的平均
值;I0(t)为充放电电流。为表征第i个电池包电池特性的系数,表示为:
Ki‾=Σj=1pCi_jαi_jp---(2)]]>其中Ci_j,αi_j分别是该电池包内第j节电池的容量和电流接受率,可由安时积
分、开路电压、卡尔曼滤波等方法进行测量计算;p为该电池包内电池单体数量。
对底层均衡电路,计算...
【专利技术属性】
技术研发人员:桂涵东,王栋,顾东杰,张之梁,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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