一种多路径能量传输电池组主动均衡系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，包括总电池组、均衡电源单元、电池均衡模块、能量缓冲器模块和均衡系统主机；总电池组是由一个以上的电池块串接而成且与电池均衡模块电连接；均衡电源单元一端分别电连接均衡系统主机和电池均衡模块，另一端与总电池组电连接；每个电池均衡模块与能量缓冲器模块电连接；能量缓冲器模块是辅助电池均衡模块的一个能量缓存装置，其电连接每个电池均衡模块；均衡系统主机对各个电池均衡模块通过CAN总线传送过来的信息进行分析处理与显示，并对各个电池均衡模块的控制策略进行控制。本发明专利技术结构设计简单、合理，降低了成本，提高了系统的稳定性，改善了电池组的不一致性，延长电池的使用寿命。

An active equalization system for multi path energy transmission battery pack

The invention discloses a multi path transmission energy battery active balancing system, including the host, balance the total battery power unit, battery equalization module, energy buffer module and balance system; the total battery is composed of more than one battery blocks which are connected in series and connected with the battery electric power equalization equalization module; one end of the unit the host and balancing system are respectively electrically connected with the battery equalization module, and the other end of the total battery are electrically connected; each battery equalization module is connected with the electric energy buffer module; energy buffer module is an energy buffer device, auxiliary battery equalization module, each battery module of the electric connection equilibrium; equilibrium system analysis processing and display on the host each battery equalization module over the information transmitted through the CAN bus, and control of each module of the battery equalization control strategy. The structure of the invention is simple and reasonable, and the cost is reduced, the stability of the system is improved, the inconsistency of the battery pack is improved, and the service life of the battery is prolonged.

【技术实现步骤摘要】
一种多路径能量传输电池组主动均衡系统
本专利技术涉及电池组均衡
，具体地说，涉及一种多路径能量传输电池组主动均衡系统。
技术介绍
为解决能源和排放的问题，电动汽车(EV)受到越来越多的关注。作为EV的车用电源，通常需要几十组甚至上百组电池连接起来同时使用，因此，电池组的控制与管理是保障清洁汽车良好运行的关键技术。由于制造工艺会造成各个单体电池性能不一致，当许多组电池反复同时使用时，会引起不同程度的老化和损害，因此每一块电池的性能和参数不可能长期保持一致，这种不一致反过来又会影响整体充放电过程的正常进行，不仅会造成问题电池的过充和过放，严重时会使整个电池组产生不可恢复的故障。因此，电池的充放电过程需要通过电池均衡系统来解决不一致电池对整个电池组的影响问题，以实现均衡的充放电过程。现有的各种拓扑结构的均衡系统存在结构复杂、转移过程中能量损耗严重和能量转移效率低等问题，以至于通过选择不同能量传输器件和改变电路结构也不能从根本上提高其性能。因此，本课题从均衡系统拓扑结构入手，研究电池均衡系统更有效的方案，通过搭建仿真与实验平台，对多路径能量均衡拓扑结构及其控制策略进行研究与实现。随着消费水平的提高，汽车作为一种交通工具已经成为了人们的普通消费品，汽车的人均保有量也正在迅速增加。截至2014年年底，我国汽车保有量达1.54亿辆。然而传统的燃油汽车不仅在能源上严重依赖不可再生的石油资源，而且排放的尾气带来了严重的环境污染问题。据统计，全球大气污染的42％来自于交通污染，在我国大城市，汽车的排放贡献量也在60-65％。2014年我国进口原油3.1亿吨，原油对外依存度为59.6％；当前中国汽车耗油约占整个石油消费量的1/3，预计到2020年这个比例将上升到57％。传统燃油汽车的大量消费已经给环境和国家能源安全造成巨大压力，然而电动汽车具有排放低、能源多样化、噪声低、效率高和结构简单等诸多优点。以电动汽车为代表的节能与新能源汽车产业已经成为各汽车制造大国争相发展的重点。近年来，全球电动汽车市场成长迅速，电动汽车的产销量也明显增加，数据显示2014年全球市场共销售35万辆电动汽车，同比增长56.78％。当今世界主要国家都制定了电动汽车中长期发展战略规划，预计未来十年全球电动汽车市场会继续扩大。为了抢占电动汽车相关技术制高点和市场份额，美国、德国、日本等出台了一系列政策措施全面推动电动汽车产业的发展，并投入了大量资金用于其相关技术的研究。我国对电动汽车的研究始于20世纪90年代，先后启动了“863”计划、“电动汽车重大科技专项”、“节能与电动汽车重大项目”等，投入了近20亿经费用于电动汽车及其相关技术的研究。电动汽车的关键技术是电池、电机和电控三部分。长期以来，电池技术是制约电动汽车大规模产业化的关键因素之一。特别是对于纯电动汽车，电池是其唯一动力来源，其性能的优劣很大程度上取决于电池。若要满足电动汽车续航里程的要求，必须要保证汽车动力电池能够储存较高的能量并且长时间的持续稳定工作。电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)是汽车动力电池必不可少的核心组成部分，其功能是在各种复杂的行驶工况下监控电池的状态，精确采集有关电池性能和安全方面的信息，估算电池的荷电状态(StateofCharge，SOC)和健康状态(StateofHealth，SOH)，预估电动汽车的续航里程，还包括能量均衡、电池热管理、安全预警与故障提示，以及与整车控制器的通信和液晶显示等方面。通过电池管理系统对整车动力电池的监控管理，极大地提高了蓄电池的使用寿命和工作效率，对动力电池安全可靠的运行起到了关键作用。锂电池因其具有能量密度高、自放电率低、循环寿命长、安全稳定性较好等优点而被广泛应用于电动汽车领域。由于目前电池单体的电压和容量还比较小，需要成百上千节电池单体串并联组合成电池包才能满足电动汽车的功率输出要求。而电池单体在生产时就存在性能差异，在使用过程中整个电池组的不一致性会进一步扩大，从而引发“短板效应”。电池组充电截止电压由组内充电截止电压最低的那节电池决定，电池组放电截止电压由组内放电截止电压最高的那节电池决定，因此电池组的最大可用容量完全由组内单体电池决定，这不仅造成电池组容量的极大浪费，而且某节电池单体的过充过放会直接影响到整个电池组的老化速度和使用寿命。因此在电池管理系统中必须要设计电池均衡部分，根据实时检测到的电池状态信息，当电池不一致性满足启动均衡条件时，运用合理的均衡控制策略和均衡电路使得电池组中各电池单体的能量状态达到均衡。因此开展电池均衡技术的研究不仅可以改善电池组的不一致性，延长电动汽车动力电池的使用寿命；还对增加电动汽车的续航里程，降低电动汽车的生产使用成本，促进电动汽车产业的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构设计简单、合理，使用稳定、可靠，可有效改善电池组的不一致性，延长电动汽车动力电池的使用寿命，增加电动汽车的续航里程，降低电动汽车生产使用成本的多路径能量传输电池组主动均衡系统。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，其技术方案具体为：一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，包括总电池组、均衡电源单元、电池均衡模块、能量缓冲器模块和均衡系统主机；所述总电池组是由一个以上的电池块串接而成且与所述电池均衡模块电连接；所述均衡电源单元一端分别电连接均衡系统主机和电池均衡模块，另一端与所述总电池组电连接，以将所述总电池组的高压电转换成低压电；所述电池均衡模块是所述均衡系统进行均衡的主体，其由一个以上的电池均衡模块组成，每个电池均衡模块与能量缓冲器模块电连接，每个所述电池均衡模块均通过CAN总线与所述均衡系统主机双向电连接；所述能量缓冲器模块是本专利技术特有的一个结构，该单元将所述的各个电池均衡模块电连接起来，以将各个电池均衡模块的能量互相传递；所述均衡系统主机对各个所述电池均衡模块通过CAN总线传送过来的信息进行分析处理与显示，并对各个所述电池均衡模块的控制策略进行控制。进一步，所述电池均衡模块包括控制器、逆变均衡模块、矩阵开关、电压监测模块、温度监测模块、电源模块及CAN接口电路。再进一步，所述控制器通过所述CAN接口电路双向电连接所述均衡系统主机；所述CAN接口电路具体是通过CAN总线与所述均衡系统主机电连接。再进一步，所述逆变均衡模块一端双向电连接所述控制器，另一端电连接所述电源模块并通过所述电源模块连接至所述均衡电源单元；所述逆变均衡模块还与所述总电池组电连接。再进一步，所述矩阵开关一端电连接所述控制器，另一端电连接所述电源模块并通过所述电源模块连接至所述均衡电源单元；所述矩阵开关还与所述总电池组电连接。再进一步，所述电压监测模块一端双向电连接所述控制器，另一端电连接所述电源模块并通过所述电源模块连接至所述均衡电源单元；所述电压监测模块还与所述总电池组电连接。再进一步，所述温度监测模块一端电连接所述控制器，另一端电连接所述电源模块并通过所述电源模块连接至所述均衡电源单元；所述温度监测模块还与所述总电池组电连接。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述电池均衡模块实现了能量的多径传输，其电连接结构相比当前的各种均衡系统，结构更简单，能量传递效率更高，电池均衡速度更快，既本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，其特征在于，包括总电池组、均衡电源单元、电池均衡模块、能量缓冲器模块和均衡系统主机；所述总电池组是由一个以上的电池块串接而成且与所述电池均衡模块电连接；所述均衡电源单元一端分别电连接均衡系统主机和电池均衡模块，另一端与所述总电池组电连接，以将所述总电池组的高压电转换成低压电；所述电池均衡模块是所述均衡系统进行均衡的主体，其由一个以上的电池均衡模块组成，每个电池均衡模块与能量缓冲器模块电连接，每个所述电池均衡模块均通过CAN总线与所述均衡系统主机双向电连接；所述能量缓冲器模块是本专利技术特有的一个结构，该单元将所述的各个电池均衡模块电连接起来，以将各个电池均衡模块的能量互相传递；所述均衡系统主机对各个所述电池均衡模块通过CAN总线传送过来的信息进行分析处理与显示，并对各个所述电池均衡模块的控制策略进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，其特征在于，包括总电池组、均衡电源单元、电池均衡模块、能量缓冲器模块和均衡系统主机；所述总电池组是由一个以上的电池块串接而成且与所述电池均衡模块电连接；所述均衡电源单元一端分别电连接均衡系统主机和电池均衡模块，另一端与所述总电池组电连接，以将所述总电池组的高压电转换成低压电；所述电池均衡模块是所述均衡系统进行均衡的主体，其由一个以上的电池均衡模块组成，每个电池均衡模块与能量缓冲器模块电连接，每个所述电池均衡模块均通过CAN总线与所述均衡系统主机双向电连接；所述能量缓冲器模块是本发明特有的一个结构，该单元将所述的各个电池均衡模块电连接起来，以将各个电池均衡模块的能量互相传递；所述均衡系统主机对各个所述电池均衡模块通过CAN总线传送过来的信息进行分析处理与显示，并对各个所述电池均衡模块的控制策略进行控制。2.如权利要求1所述的一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，其特征在于，所述电池均衡模块包括控制器、逆变均衡模块、矩阵开关、电压监测模块、温度监测模块、电源模块及CAN接口电路。3.如权利要求2所述的一种多路径能量传输电池组主动均衡系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：江学焕，贾蓉，张金亮，张涛，周鹏，车凯，向郑涛，简炜，陈宇峰，万明，罗成，陈超，张磊，余李扬，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42