一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路及控制方法，均衡电路包括连接线缆、过渡端子盒以及均衡模块；均衡模块由多块均衡包组合而成，均衡包中含有继电器组、DC/DC变换器电路、均衡包MCU以及辅电池；均衡包MCU控制继电器组以及DC/DC变换器电路，以辅电池对电池组中相关电池单体的回路进行充放电以达到均衡目的。本发明专利技术能量转换损失小，并可实现蓄电池组的在线大电流均衡，保证了蓄电池组的安全稳定运行。

Battery pack equalization circuit including auxiliary battery and control method thereof

The invention discloses an equalization circuit and a control method for a battery pack containing auxiliary batteries, which comprises a connecting cable, a transition terminal box and an equalization module; the equalization module is composed of a plurality of equalization packets, and the equalization packet contains a relay group, a DC/DC converter circuit, an equalization packet MCU and an auxiliary battery; and the equalization packet MCU controls the equalization packet. Relays and DC / DC converter circuits are made, and auxiliary batteries are used to charge and discharge the circuits of the related batteries in the battery pack to achieve the goal of equalization. The energy conversion loss of the invention is small, and the on-line large current balance of the battery group can be realized, thus ensuring the safe and stable operation of the battery group.

【技术实现步骤摘要】
一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路及控制方法
本专利技术涉及蓄电池组充放电管理
，特别是涉及一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路及控制方法。
技术介绍
可充电池在现代社会生活中发挥出重要的作用。大容量可充电池，特别是以锂元素为主要材料的锂系可充电池，作为新型可充电池技术的代表，除了在各种应用场景中不断扩张，围绕其使用安全性、可靠性、容量利用率等方面，也引发了各类型的技术攻关和创新。在新能源汽车及大型储能系统的应用中，需要将多达几千上万只的单个小型锂电池进行串并联使用；在工业直流屏、UPS中同样需要将数量众多的可充电池级联为电压等级较高的电池组。电池在制造过程中，不可避免的出现一致性偏差。容量、内阻、老化率等各参数的不一致性，将使电池组在充放电使用过程中，发生各串联单体电池电压出现较大偏差的现象，而由于可充电池对过电压和欠电压的敏感性，必须经常对电池组中各电池单体进行电压的均衡处理。目前常见的均衡处理方案，基本都是以电池组中各电池单体一性致良好为前提的，并且大多数均衡方法效率低，能量损耗大，且以离线均衡为主。假若电池组中某电池单体性能特别优于或劣于其它电池单体，现有均衡方案大多无法满足实际需要，其将造成充电容量不达上限，放电容量不达下限的恶劣局面。其次，现有均衡方案都以平衡电压为主，未考虑到电池组中各电池单体容量、内阻的不一致性。当电池组在放电过程中因某电池单体的容量偏小、内阻偏大导致电压达下限值时，现有均衡方案没有一种及时有效的能量补充手段，其结果，体现在新能源汽车应用中，将发生汽车在半路熄火的恶性事件，引发一定的安全事故和次生灾害。由此，有必要提供一种新的均衡方案及电路以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路及控制方法，通过继电器组，以平衡电池组中各电池单体电压为目的，实时吸收或释放电池组中相关电池单体回路中的电能，以使充电时储存更多的电能，放电时释放出更多的电能，达到电池利用率最大化，并保持电池组中所有电池单体不过充、不过放。具体地，在现有电池技术基础上，通过一定的技术改造或扩展，使其达到本专利技术所述的结果。现有电池技术，基本包括两大部分，分别是电池组及电池管理系统BMS。通常，电池组由一定数量的电池包串联而成，每个电池包中电池单体串联级数一般为6至12之间，实施本专利技术方案时，以每个电池包为基本，引出一根连接线缆，经过一个过渡端子盒，到达一个均衡包。均衡包中，包含有均衡包MCU，其与电池管理系统BMS进行通信，以作出均衡策略。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路，包括电池管理系统BMS、电池组、连接线缆、过渡端子盒和均衡模块，所述电池管理系统BMS与电池组之间通过电池组通信口连接,以实现二者之间的通信。所述电池组包括多个串联的电池包，所述均衡模块包括多个均衡包，所述均衡包的数量与电池包的数量相同，且所述电池包通过连接线缆和过渡端子盒与均衡包一一对应连接；即一个电池包对应一个均衡包。所述的均衡包中包含有继电器组、辅电池、隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式升压变换器DC/DC3、隔离式可控降压变换器DC/DC4、泄流继电器JR、功率电阻R以及均衡包MCU，变换器都为隔离型变换器，相互之间不共地，避免部分电池短路，所述继电器组包括多个继电器，所述继电器的数量与每个电池包中电池单体的数量相同且一一对应连接，继电器组中继电器为M个，分别用J1、J2……JM表示。每个所述电池包由多个电池单体串联而成，电池包中串联的电池单体串数为M，分别用B1、B2……BM表示。连接线缆的芯数为M+1，连接线缆一端各芯线连接电池包中各电池单体的正负极，另一端到达均衡包时，电池包的正负极连接至隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端，隔离式可控降压变换器DC/DC4出口端连接辅电池，隔离式可控降压变换器DC/DC4使能时，辅电池将被充电。具体地，电池包中每个电池单体对应均衡包中的一只双触点继电器，通过连接线缆，各电池单体的正端与继电器正触点出口端连接，负端与继电器负触点出口端连接。具体地，继电器组中各继电器的正触点入口端全部短接，负触点入口端全部短接，构成继电器总线，且正触点入口端形成继电器总线的正极端，负触点入口端形成继电器总线的负极端。具体地，继电器总线连接至双触点式的泄流继电器JR的触点入口，泄流继电器JR的触点出口连接一只功率电阻R。具体地，继电器总线连接至隔离式可控升压变换器DC/DC1的出口端，隔离式可控升压变换器DC/DC1的入口端连接辅电池，隔离式可控升压变换器DC/DC1使能时，将使辅电池的电能经过升压限流的方式供给至继电器总线；具体地，继电器总线连接至隔离式可控升压变换器DC/DC2的入口端，隔离式可控升压变换器DC/DC2的出口端连接辅电池，隔离式可控升压变换器DC/DC2使能时，将使继电器总线上可能存在的电能经过升压限流的方式供给至辅电池进行储存；具体地，辅电池连接至隔离式升压变换器DC/DC3的入口端，隔离式升压变换器DC/DC3的出口端连接均衡包MCU电源端，作为均衡包系统的工作电源，主要供给对象如均衡包MCU等；所述均衡包MCU与电池管理系统BMS用通信线进行连接。所述电池包的正极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端正极，电池包的负极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端负极，所述隔离式可控降压变换器DC/DC4的出口端正负极分别与辅电池正负极连接。具体地，辅电池连接至一个电池端口，辅电池正负极分别与电池端口两只接线端子连接，所有均衡包中辅电池通过导线经由各均衡包的电池端口进行并联连接；具体地，均衡包中还含有电压检测元件、电流检测元件和温度检测元件等功能元器件，所述均衡包MCU通过功能元器件采集辅电池电压、电流以及均衡包内环境温度等数据，并通过与电池管理系统BMS的通信，采集电池组中电池单体的电压参数和电池组工作状态；具体地，均衡包MCU通过功能元器件采集到的数据，经由内部逻辑运算，对相关模块及元件进行使能控制，使能对象包括隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式可控降压变换器DC/DC4、继电器组各继电器线圈以及JR继电器线圈；隔离式可控升压变换器DC/DC1用于放电时均衡，隔离式可控升压变换器DC/DC2用于充电时均衡，JR用于充电后期均衡，隔离式可控降压变换器DC/DC4用于充电时电池包的电压差异均衡，均衡包MCU通过使能方式和隔离手段来控制隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式可控降压变换器DC/DC4、继电器组中各继电器以及泄流继电器JR是否处于工作状态。通过隔离手段使电路的前级与后级的电流是互相隔离的，两级线圈之间没有共地，防止短路，提高可靠性，均衡包MCU控制相关功能模块一般是采用光耦进行隔离。具体地，所述继电器既可以是带有机械触点的线圈继电器，也可以是由电子开关组成的固态继电器或相同原理的其它结构继电器；具体地，设电池组中电池包的数量为N，则对应的均衡包数量同样为N，所有均衡包中辅电池通过电池端口进行并联，并视实际需求额外并联一组容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路，其特征在于：包括电池管理系统BMS、电池组、连接线缆、过渡端子盒和均衡模块，所述电池管理系统BMS与电池组之间通过电池组通信口连接；所述电池组包括多个串联的电池包，所述均衡模块包括多个均衡包，所述均衡包的数量与电池包的数量相同，且所述电池包通过连接线缆和过渡端子盒与均衡包一一对应连接；每个所述电池包由多个电池单体串联而成，所述均衡包包括继电器组、辅电池、隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式升压变换器DC/DC3、隔离式可控降压变换器DC/DC4、泄流继电器JR、功率电阻R以及均衡包MCU，所述继电器组包括多个继电器，所述继电器的数量与每个电池包中电池单体的数量相同且一一对应连接，每个电池单体的正负极分别与一个继电器正负触点出口端连接，所有继电器正触点入口端全部短接构成继电器总线的正极端，且负触点入口端全部短接构成继电器总线的负极端；所述继电器总线分别连接隔离式可控升压变换器DC/DC1出口端、隔离式可控升压变换器DC/DC2入口端以及泄流继电器JR触点入口端；所述泄流继电器JR触点出口端连接功率电阻R；所述隔离式可控升压变换器DC/DC1的入口端与辅电池正负极连接；所述隔离式可控升压变换器DC/DC2的出口端与辅电池正负极连接；所述辅电池连接隔离式升压变换器DC/DC3的入口端，隔离式升压变换器DC/DC3的出口端连接均衡包MCU电源端，所述均衡包MCU与电池管理系统BMS用通信线进行连接；所述电池包的正极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端正极，电池包的负极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端负极，所述隔离式可控降压变换器DC/DC4的出口端正负极分别与辅电池正负极连接；所述辅电池正负极连接电池端口，所述电池端口与其它均衡包的电池端口通过导线进行并联连接，再并联一组扩容电池；所述均衡包MCU用于通过功能元器件采集辅电池电压、充放电电流以及均衡包内环境温度，并通过通信线与电池管理系统BMS通信，采集电池组中电池单体的电压参数和电池组工作状态；所述均衡包MCU还用于通过采集的数据进行逻辑运算，得出处理结果，来控制隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式可控降压变换器DC/DC4、继电器组中各继电器以及泄流继电器JR是否处于工作状态。...

【技术特征摘要】
1.一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路，其特征在于：包括电池管理系统BMS、电池组、连接线缆、过渡端子盒和均衡模块，所述电池管理系统BMS与电池组之间通过电池组通信口连接；所述电池组包括多个串联的电池包，所述均衡模块包括多个均衡包，所述均衡包的数量与电池包的数量相同，且所述电池包通过连接线缆和过渡端子盒与均衡包一一对应连接；每个所述电池包由多个电池单体串联而成，所述均衡包包括继电器组、辅电池、隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式升压变换器DC/DC3、隔离式可控降压变换器DC/DC4、泄流继电器JR、功率电阻R以及均衡包MCU，所述继电器组包括多个继电器，所述继电器的数量与每个电池包中电池单体的数量相同且一一对应连接，每个电池单体的正负极分别与一个继电器正负触点出口端连接，所有继电器正触点入口端全部短接构成继电器总线的正极端，且负触点入口端全部短接构成继电器总线的负极端；所述继电器总线分别连接隔离式可控升压变换器DC/DC1出口端、隔离式可控升压变换器DC/DC2入口端以及泄流继电器JR触点入口端；所述泄流继电器JR触点出口端连接功率电阻R；所述隔离式可控升压变换器DC/DC1的入口端与辅电池正负极连接；所述隔离式可控升压变换器DC/DC2的出口端与辅电池正负极连接；所述辅电池连接隔离式升压变换器DC/DC3的入口端，隔离式升压变换器DC/DC3的出口端连接均衡包MCU电源端，所述均衡包MCU与电池管理系统BMS用通信线进行连接；所述电池包的正极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端正极，电池包的负极连接隔离式可控降压变换器DC/DC4的入口端负极，所述隔离式可控降压变换器DC/DC4的出口端正负极分别与辅电池正负极连接；所述辅电池正负极连接电池端口，所述电池端口与其它均衡包的电池端口通过导线进行并联连接，再并联一组扩容电池；所述均衡包MCU用于通过功能元器件采集辅电池电压、充放电电流以及均衡包内环境温度，并通过通信线与电池管理系统BMS通信，采集电池组中电池单体的电压参数和电池组工作状态；所述均衡包MCU还用于通过采集的数据进行逻辑运算，得出处理结果，来控制隔离式可控升压变换器DC/DC1、隔离式可控升压变换器DC/DC2、隔离式可控降压变换器DC/DC4、继电器组中各继电器以及泄流继电器JR是否处于工作状态。2.一种包含辅电池的蓄电池组均衡电路的控制方法，其特征在于：包括权利要求1所述的均衡电路，在单一均衡包中，还包括充电均衡和放电均衡，均衡包在充放电时任一时刻最多只允许闭合均衡包继电器组中一只继电器，并使能隔离式可控升压变换器DC/DC1或隔离式可控升压变换器DC/DC2或泄流继电器JR，以对该继电器对应的电池单体回路中电流进行汇流或分流；均衡包充电均衡的控制方法涉及的控制对象包括继电器组、隔离式可控升压变换器DC/DC2、泄流继电器JR，控制逻辑如下：（1）当电池组充电时，均衡包MCU内设一个周期120秒，脉宽30秒的脉冲，脉宽期间为均衡使能期，周期的其它期间为等待期；等待期间，均衡包MCU采集其对应电池包中全部电池单体的电压值，选取电压最高的电池单体，作出标记，当处于均衡使能期时，如辅电池电压未达上限，均衡包内温度未达报警限，则使能该电池单体对应的继电器组继电器，并使能隔离式可控升压变换器DC/DC2，电压最高的电池单体两端充电电流将分流一部分进入辅电池，脉宽结束，全部使能中止，均衡包MCU再次采集对应电池包中全部电池单体的电压值，作...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢维强，张兴，张啟龙，徐东升，李君，吴跃华，薛鸣飞，李承锦，
申请(专利权)人：中天钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32