一种电池组主动均衡系统，包括电池状态监测单元（07）、通道切换单元（06）、DC/DC直流电压转换单元（02），以及均衡控制单元（05）。电池状态监测单元（07）实时测量电池组的各电池单体（b1、b2……bn）的电压；均衡控制单元（05）实时接收电池监测数据，并分别向通道切换单元（06）和DC/DC直流电压转换单元（02）发送逻辑选通信号和均衡控制信号；通道切换单元（06）接收均衡控制单元（05）的输出逻辑选通信号，控制各电池单体均衡回路的开通与关断；DC/DC直流电压转换单元（02）通过接收均衡控制单元（05）的均衡控制信号，对各电池单体（b1、b2……bn）进行均衡。本发明专利技术能够对电池组中任意一节单体电池进行均衡，且均衡效率高。
【技术实现步骤摘要】
—种电池组主动均衡系统
本专利技术涉及一种电池组主动均衡系统，特别涉及一种电动汽车用串联锂离子电池组主动均衡系统。
技术介绍
由于电池固有的电化学特性，单体电池的额定工作电压通常很低。在一些高能量需求的应用场合如电动汽车动力电源，电网电池储能等
，为了达到系统的能量需求，通常采用的方法是将大量的电池单体进行串联成组使用。电池串联数量从几十串到几百串，电池容量从几Ah到数百Ah不等。由于电池制造工艺的限制，每节电池单体的特性都会有微小的差异，在大量电池单体成组使用的情况下，就会存在电池组的不均衡问题。并且由于容量小、内阻大、自放电率高的电池在充放电过程中容易发生过充电、过放电和过热，导致电池性能下降速度加快，呈现“正反馈”效应，这将导致电池组的不一致性加剧恶化。因此如何高效地对电池组的一致性进行实时修正，以延长其使用寿命，增大其可用容量，是电池单体成组使用亟待解决的问题。传统的电池组均衡方式主要可以分为两大类，分别是能量消耗型和非能量消耗型。能量消耗型均衡方式通常在每只单体电池上并联一个可控分流电阻。当电池电压达到或超过限制电压时，导通分流电阻回路，使流过单体电池的充电电流减小，从而使单体电池的电压维持限制值以内。由于流过电阻的电能最终以热能的形式得到了释放，因此称作能量消耗型均衡方式。目前，有多种基于能量消耗型原理的电池组均衡系统，如中国专利201210321456.9和美国专利S6806686B1等。总的来说，能量消耗型均衡系统以其结构简单、控制方便、运行稳定性强等优点，在早期的低容量、低电压的电池组系统中得到了广泛应用。但是随着电池技术的不断发展，对于目前的大容量、高电压等级的电池组系统，这种方法的能耗太大，显然是不可取的。非能量消耗型均衡系统，一般需要一个电压转换器，在主控制器检测到某单体电压偏高时，将电压偏高单体的能量通过变换器反馈到电压偏低的单体，均衡过程中能量被重新利用，从而达到电压和能量的均衡。此外，传统的均衡方式大多数为过分依赖充电过程的被动均衡方式。即电池组在使用电池过程中若长时间不充电，单体电池之间便得不到均衡，电池单体间的不均衡差异便会越来越大，从而给下一次充电均衡造成很大负担，甚至数次充电仍达不到平衡效果。虽然现在一些新型的电池组均衡系统，如中国专利201110190190.4和201210277359.4，它们对传统的能量消耗型被动均衡方式进行了一些改进，可以在充电、放电以及静态情况下进行均衡。但是传统均衡方法中存在的均衡效率低、均衡时间长、能耗高等问题依然没有得到解决。与被动均衡相对应，主动均衡不需借助充电过程，可以在任意状态下对电池组进行均衡控制，从理论上讲是低能耗，高效率的均衡方式。但是从目前主动均衡技术研究的现状分析，主动均衡方案由于涉及的元器件过多，实际结构复杂，系统的安全运行稳定性等问题依然很多，大多数均衡方案还处在理论研究阶段，并未得到实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电池组均衡技术中存在的问题，提出一种非能耗型电池组主动均衡系统。本专利技术在结构简单、易于扩展的前提下，进一步提高能量转换效率，以适用于高能量串联电池组均衡的应用场合。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是:本专利技术通过监测电池状态，包括电压、电流、温度等，并对所有电池单体状态进行分析，当电池组中的某个电池达到均衡要求时，开通相应均衡回路，通过电池组自供电的形式向需要均衡的电池单体进行充电，从而实现电池组的主动均衡。本专利技术包含电池状态监测单元、通道切换单元、DC/DC直流电压转换单元以及均衡控制单元。电池状态监测单元实时测量串联组成电池组的各电池单体的电压，并将电池数据传送至均衡控制单元；均衡控制单元根据电池状态监测单元实时采集得到的各电池单体电压数据，计算各电池单体之间的电压差和最大能量差，并根据最大的电压差判断需要均衡的电池单体，根据最大能量差和具体的均衡需求确定均衡电流大小和均衡时间，所述的最大电压差、最大能量差为两两电池单体之间电压差、能量差的最大值；通道切换单元接收均衡控制单元发送的逻辑选通信号，控制相应均衡回路的开通或关断。DC/DC直流电压转换单元是本专利技术的主要能量转换器件，它的输入端直接跨接在电池组的总正和总负之间，通过接收来自均衡控制单元发送的均衡电流和均衡时间命令信号，将输入端的电池组的能量馈送至需要被均衡的电池单体，实现电池组中各单体能量的主动均衡。本专利技术与现有技术相比，优点在于:1、有效地解决了能量消耗型均衡方式的功耗问题，在本专利技术的均衡过程中，除了能量传输引起的能量损失之外，并无电阻耗能环节，大大减小了系统的功耗。2、有效地解决了被动均衡方`式在放电和静置阶段不能进行均衡的问题，在本专利技术的均衡过程中，能量通过DC/DC直流电压转换单元直接流向需要均衡的电池单体，并不需要外界提供均衡电流。因此，本专利技术的使用范围并不受到电池组的工作状态限制，可以在电池组充电、放电和静置过程中对电池组的不均衡性进行实时调整。【附图说明】图1为本专利技术原理图；图2为通道切换单元原理图；图3为均衡过程中能量最低电池单体电流流向图；图4为均衡控制策略框图。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】进一步说明本专利技术。如图1所示，均衡控制系统01包含电池状态监测单元07、均衡控制单元03、DC/DC直流电压转换单元02、通道切换单元06。电池组08由电池单体bl、b2、......、bn串联组成，电池监测单元07用于实时监测各电池单体bl、b2、……、bn的电压、电流及温度信号；均衡控制单元05接收电池状态监测单元07发送来的信号，依据均衡控制策略发送均衡控制命令和均衡通道选通命令；通道切换单元06接收均衡控制单元05发送的均衡通道逻辑选通命令，控制均衡回路的开通与关断；DC/DC直流电压转换单元02接收均衡控制单元05发送的均衡控制命令，将电池组整组的能量通过通道切换单元06馈送至需要均衡的电池单体，实现电池组的主动均衡。电池监测单元07的I/O 口分别与电池单体bl、电池单体b2、......、电池单体bn的正负极直接相连，用于实时监测各个电池单体的电压、电流、温度信号，电池监测单元07将测得的电池单体bl、电池单体b2、......、电池单体bn电压值累加，计算电池组总电压。电池监测单元07将监测得到的电池数据发送至均衡控制单元05。均衡控制单元05包含两个控制子单元，分别为通道逻辑选通子单元03和充电控制子单元04。均衡控制单元05根据接收到的各电池单体电压值，分别逐一计算某一电池单体bl与其余电池单体b2、b3、……、bn的电压差。均衡控制单元05通过线性插值算法分别逐一计算某一电池单体bl与其余电池单体b2、b3、……、bn的能量差。通过冒泡排序算法，确定最大能量差，以及能量最高电池单体序号，能量最低电池单体序号。均衡控制单元05通过冒泡排序算法，确定最大电压差、最大能量差，以及能量最高电池单体序号，能量最低电池单体序号，所述的最大电压差、最大能量差为两两电池单体之间电压差、能量差的最大值；当最大电压差大于均衡阈值电压，均衡控制单元05的通道逻辑选通单元03对能量最低单体电池进行通道选通操作；均衡控制单元05根据最大能量差和均衡电流设定均衡时间，均衡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电池组主动均衡系统，其特征在于所述的均衡系统（01）包括电池状态监测单元（07）、通道切换单元（06）、DC/DC直流电压转换单元（02），以及均衡控制单元（05）；电池组（08）由多个电池单体（b1、b2、……，bn）串联组成；电池状态监测单元（07）实时测量电池组各电池单体（b1、b2……，bn）的电压；均衡控制单元（05）实时接收电池监测数据，并分别向通道切换单元（06）和DC/DC直流电压转换单元（02）发送逻辑选通信号和均衡控制信号；通道切换单元（06）接收均衡控制单元（05）输出的逻辑选通信号，控制各电池单体均衡回路的开通与关断；DC/DC直流电压转换单元（02）通过接收均衡控制单元（05）的均衡控制信号，对各电池单体（b1、b2……bn）进行均衡。
【技术特征摘要】
1.一种电池组主动均衡系统，其特征在于所述的均衡系统(Ol)包括电池状态监测单元(07)、通道切换单元(06)、DC/DC直流电压转换单元(02)，以及均衡控制单元(05);电池组(08)由多个电池单体(bl、b2、……，bn)串联组成；电池状态监测单元(07)实时测量电池组各电池单体(bl、b2……，bn)的电压；均衡控制单元(05)实时接收电池监测数据，并分别向通道切换单元(06)和DC/DC直流电压转换单元(02)发送逻辑选通信号和均衡控制信号；通道切换单元(06 )接收均衡控制单元(05 )输出的逻辑选通信号，控制各电池单体均衡回路的开通与关断；DC/DC直流电压转换单元(02)通过接收均衡控制单元(05)的均衡控制信号，对各电池单体(b 1、b2……bn )进行均衡。2.按照权利要求1所述的电池组主动均衡系统，其特征在于所述的电池状态监测单元(07)与电池组(08)的各个电池单体(bl、b2……bn)的正、负端连接，实时监测电池组(08)中各电池单体(bl、b2......bn)的电压；电池状态监测单元(07)通过I/O 口与均衡控制单元(05)的输入口连接，将监测得到的电池电压值实时传送至均衡控制单元(05)。3.按照权利要求1所述的电池组主动均衡系统，其特征在于所述的通道切换单元包括双刀继电器(jl)、第二继电器(j2)、……第η继电器(jn);所述DC/DC直流电压转换单元(02)的输出端分别接双刀继电器(jl)、第二继电器(j2)、……第η继电器n(jn)的输入端，双刀继电器(jl)的输出端分别跨接在第一电池单体(bl)、第二电池单体(b2)、……第η电池单体(bn)的正负极两端。4.按照权利要求1所述的电池组主动均衡系统，其特征在于所述的DC/DC直流电压转换单元(02)的输入端跨接在电池组的总正(al)和总负(a2)上，即DC/DC直流电压转换单元(02)由电池组(08)自供电，DC/DC直流电压转换单元(02)的输出端连接至通道切换单元(06)的输入端，通道切换单元(06)的输出端分别跨接在电池组(08)中单体电池(bl、b2......bn)的正极和负极两端`。5.按照权利要求1所述的电池组主动均衡系统，其特征在于所述的均衡控制单元(05)的输入端与电池状态监测单元(07)的I/O输出端相连，均衡控制单元(05)的输出端充电控制单元(04)接DC/DC直流电压转换单元(02)，均衡控制单元(05)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王立业，王丽芳，李勇，徐冬平，张志刚，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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