一种锂电池组均衡结构和方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池组均衡结构与方法。本发明专利技术在对通用的电池组内均衡结构进行改进，将锂电池组分为若干组，每一组若干块电池。在每一组组内，电池通过开关矩阵和一个双向DC/DC相连，双向DC/DC的另一端接在本组电池组的两端，从而实现组内任意一块电池和那一组之间的能量转换。此外，在每两组之间都有一块电池作为两组共用，这块电池可以分别通过两组的组内均衡，和这两组中其他电池达到均衡，从而使相连的两组电池达到均衡。由于每两组之间都有一个共用的电池，最终，各个电池组达到均衡。这样，便可以在不增加组间均衡结构的情况下达到组间均衡，既节约了组间均衡电路的成本与空间又十分便于扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池组均衡结构和方法
本专利技术属于电池储能
，具体而言，涉及一种锂电池组均衡结构和方法。
技术介绍
电池作为汽车动力来源，必须串联使用才能达到电压要求，而多个电池串联使用一段时间后，电池内阻和电压产生波动，单体电池的状态差异会逐渐显现出来，不断循环的充放电过程加剧了单体电池之间的不一致性。电池成组后，大功率充放电时，电池组发热，在电池模块内形成一定的温度梯度，使各单体电池工作时环境温度不一致，将削弱单体电池间的一致性，降低电池组充放电能力。例如，磷酸铁锂电池的单体电芯循环寿命可以达到3000次以上，然而成组后，由于各种原因导致的不一致性，整体循环寿命很难达到2000次。此外，大规模储电系统中电池成本约占总成本的一半。串联成组的电池系统，只要其中一节失效，如不及时发现，整串电池都会跟着报废。损失的不仅仅是昂贵的电池，由于电池状态不确定性造成的系统瘫痪、数据丢失，后果不堪设想。为确保电池性能良好，延长电池使用寿命，必须对电池进行合理有效地管理和控制。电池管理系统对电池组的使用过程进行管理，对电池组中各单体电池的状态进行监控，可以维持电池组中单体电池的状态一致性，避免电池状态差异造成电池组性能的衰减和安全性问题。电动汽车用电池管理系统具有系统结构复杂、工况复杂、外接设备复杂等特点。因此，亟需提出一种方便扩展，无需额外的组间均衡电路的组间均衡结构和方法。使得串联电池组各单体电池的SOC(荷电状态，也叫剩余电量)趋于一致，从而大大延长了锂电池组的使用寿命并且提高其性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种锂电池组均衡结构和方法。在对通用的电池管理组内均衡结构做了部分改进后，可以在不增加额外组间均衡电路的情况下实现组间均衡。本专利技术提出的一种锂电池组均衡结构，包括电池、开关和DC/DC，其特征在于：所述N块单体电池串联，其中N-2块为本组专用的，另外两块可与相邻电池组共用；每两个相邻电池之间的连线接有一个开关；所述开关分为两组，一组汇接为开关正总线，一组汇接为开关负总线；串联电池的正极所在的电池为第1个开关，依次排序，所有序号为奇数的开关接在一起，作为开关正总线；所有序号为偶数的开关接在一起，作为开关负总数；各个开关用来选定电池是否接通，开关的通断决定了哪块电池接入DC/DC左端；所述开关正、负总线分别接DC/DC输入端；所述DC/DC用于保证功率不变情况下实现电压调节；所述DC/DC输出端分别接串联电池的正极和负极；串联电池的两端接负载；工作时，通过控制相应开关的通断和DC/DC实现任一块电池和本组电池的能量交换，从而达到均衡。进一步的，所述开关正总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述开关负总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述四个双向开关作为极性开关，用于保证选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连。进一步的，所述N取值为7。基于上述结构，本专利技术还提出一种组内均衡方法，包括如下步骤：(1)采集电池组内每个锂电池的电压和电流，计算出每块锂电池的SOC；(2)计算出本组的平均SOC；(3)计算出每个电池SOC与本组平均SOC的差值，将差值最大的电池即作为下一步均衡的对象；(4)单个电池和电池组之间的发生电量转移，从而达到平衡。进一步的，所述DC/DC为隔离式DC/DC。进一步的，述电池组内开关，按奇偶顺序分为两组，奇数组的开关汇接作为开关正总线，偶数组的开关汇接为开关负总线。进一步的，各电池组内串联电池的第一个和最后一个电池，作为与相邻电池组的共用电池，即各电池组的第一个电池和最后一个电池，与相邻电池组是共用的。进一步的，多个电池组串联使用，各电池组之间的接法，与电池组内部电池接法相同。本专利技术技术构思是以组内任意一块电池和该组之间的能量转换为基础，在每两组之间都以一块电池作为两组共用，该电池能分别通过两组的组内均衡，和这两组中其他电池达到均衡，从而使相连的两组电池达到均衡。由于每两组之间都有一个共用的电池，最终，各个电池组达到均衡。这样，便可以在不增加组间均衡结构的情况下达到组间均衡。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.在不额外增加组间均衡结构的基础上就可以实现组间均衡，节约了成本和空间。2.这个结构便于拓展，增加一组或者减少一组也很方便。附图说明图1是锂电池整体均衡结构示意图；图2是单组锂电池内部电路结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1所示为本专利技术的均衡结构示意图。锂电池一共被分为N组，即BMSPACK1-N。每组内有7块电池，其中5块是本组单独有的，另外2块是与其他组共用的。例如第M组，CellM1、CellM2、CellM3、CellM4、CellM5是本组独有的，Com(M-1)M是第M组和第M-1组共用的，ComM(M+1)是第M组和第M+1组共用的。其他组与此类似。图2所示为一组内的均衡结构。这里就以图2所示的第M组为例介绍其组内结构。组内的七块电池两端都有一个开关，分别为CSW7-CSW0，其中尾数奇数的开关另一侧连在一起称为开关总线ODD，尾数为偶数的开关另一侧连在一起称为开关总线EVEN。另外还有四个开关PSW3-PSW0。PSW3和PSW1一端和开关总线ODD连接，PSW2和PSW0一端和开关总线EVEN连接。PSW3和PSW2另一端和与DC/DC一端正极连接，PSW1和PSW0另一端和DC/DC一端负极连接。DC/DC另一端分别连在电池组两端。这样通过控制这些开关的通断即可控制任一块电池和整个电池组的能量转换。其中所有的开关，包括CSW7-CSW0和PSW3-PSW0都由两个相同的N沟道MOSFET“背靠背”串联而成，这样可以实现双向关断与导通。组内结构中的开关可分为两组：电池开关(CSW7-CSW0)和极性开关(PSW3-PSW0)。电池开关(CSW7-CSW0)负责控制对电池的选通。而极性开关负责使被选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连。当开始工作时，首先关断所有的开关。然后，打开被选通的电池两端的电池开关，随后再打开相应的极性开关。例如，在图2中，如果要选通电池ComM(M+1)，则打开电池开关CSW7和CSW6，并打开极性开关PSW3和PSW0。如果要选通电池CellM5，则打开电池开关CSW6和CSW5，并打开极性开关PSW2和PSW1。其他的电池选通方法与此类似。应用于本专利技术的均衡为SOC均衡，对应于其中任意一组，其组内均衡具体方法为：1、根据对本组内电池实时采集到的电压、电流，通过一定的算法估计出每块电池的SOC，即SOC1、SOC2、SOC3、SOC4、SOC5、SOC6和SOC7。并对7个SOC进行排序，求出最大值SOCmax和最小值SOCmin。如果SOCmax-SOCmin＜ε(ε表示组内电池允许的最大差值，由自己设定)，则直接进入第4步。2、计算本组内七块电池的平均SOC，即SOCa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池组均衡结构，包括电池、开关和DC/DC，其特征在于：所述N块单体电池串联，其中N‑2块为本组专用的，另外两块可与相邻电池组共用；每两个相邻电池之间的连线接有一个开关；所述开关分为两组，一组汇接为开关正总线，一组汇接为开关负总线；各个开关用来选定电池是否接通，开关的通断决定了哪块电池接入DC/DC左端；所述开关正、负总线分别接DC/DC输入端；所述DC/DC用于保证功率不变情况下实现电压调节；所述DC/DC输出端分别接串联电池的正极和负极；串联电池的两端接负载；工作时，通过控制相应开关的通断和DC/DC实现任一块电池和本组电池的能量交换，从而达到均衡。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池组均衡结构，包括电池、开关和DC/DC，其特征在于：所述N块单体电池串联，其中N-2块为本组专用的，另外两块可与相邻电池组共用；每两个相邻电池之间的连线接有一个开关；所述开关分为两组，一组汇接为开关正总线，一组汇接为开关负总线；各个开关用来选定电池是否接通，开关的通断决定了哪块电池接入DC/DC左端；所述开关正、负总线分别接DC/DC输入端；所述DC/DC用于保证功率不变情况下实现电压调节；所述DC/DC输出端分别接串联电池的正极和负极；串联电池的两端接负载；工作时，通过控制相应开关的通断和DC/DC实现任一块电池和本组电池的能量交换，从而达到均衡。2.根据权利要求1所述的一种锂电池组均衡结构，其特征在于，所述开关正总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述开关负总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述四个双向开关作为极性开关，用于保证选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连。3.根据权利要求1所述的一种锂电池组均衡结构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建华，王飘飘，洪升平，夏先龙，李结胜，李曦，邓忠华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42