[发明专利]串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路及均衡方法

权利要求书

1.一种串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，包括：根据串联电池组中电池单元数量而设置的n个电池单元能量双向转移复合型均衡模块、主控制模块、正均衡总线和负均衡总线；其中，n≥1，所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块对应一个由k个串联的电池单元组成的电池模组，其中k＞1；所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块由开关矩阵、均衡控制模块、双向DCDC模块、k个放电均衡电路组成，且每个电池单元能量双向转移复合型均衡模块的内部各组件及其与外部模块间均具有相同的连接关系；所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块的开关矩阵的各输出端相互独立地分别与其对应的电池模组中的各电池单元的极柱相电路连接，且所述开关矩阵的输入端与所述双向DCDC模块的第一输入输出端相电路连接，所述放电均衡电路分别连接在所述开关矩阵的相邻的两个输出端线路之间以与对应的电池单元并联，所述双向DCDC模块的第二输入输出端的正、负端分别与所述正均衡总线、负均衡总线相电路连接；在所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中，所述双向DCDC模块、开关矩阵、k个放电均衡电路均与所述均衡控制模块相电路连接并受所述均衡控制模块的控制；所述主控制模块与所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块的均衡控制模块之间相电路连接。

2.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，在所述双向DCDC模块的第二输入输出端与该模块对应的电池模组的正负端连接电路中设置有受均衡控制模块控制的模式控制开关和电流方向限制器件，所述模式控制开关采用基于MOSFET的电子开关或继电器；在所述双向DCDC模块的第二输入输出端与正均衡总线、负均衡总线的连接电路中设置有受均衡控制模块控制的总线连接开关，所述总线连接开关采用基于MOSFET的电子开关或继电器。

3.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，在所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中，所述开关矩阵用于将其对应的电池模组中的任意一个需进行充电均衡的电池单元的正、负极柱分别选通连接到所述双向DCDC模块的第一输入输出端的正、负端，其中，所述开关矩阵中的可控开关采用基于MOSFET的电子开关或继电器；所述放电均衡电路包括放电电阻和可控开关，所述可控开关采用基于MOSFET的电子开关或继电器，所述放电均衡电路的数量不少于相应电池模组中电池单元的数量，并与其对应的电池单元并联。

4.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，在所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中，所述双向DCDC模块为隔离型双向直流-直流双向变换器，在其第一输入输出端、第二输入输出端还设置有防止电流过大、防止电压过高、防止电路短路的装置或电路。

5.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，所述主控制模块与所有均衡控制模块之间采用总线通信的方式进行电路连接。

6.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，所述主控制模块对所述电池模组均衡模块诊断保护，还具有电池组管理系统的上位控制器的如电池系统的电流采样、总电压采样、参数估计、高压电安全控制、热管理、故障诊断以及系统控制电源管理、CAN通讯的功能。

7.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，所述均衡控制模块还可具有电池组管理系统中下位控制器的电池单元电压采样、电池温度采样、电池热管理控制、电池参数估计、电池诊断保护、CAN通讯的功能，以及开关矩阵诊断及互锁控制、对双向DCDC模块及模式控制开关的诊断控制功能。

8.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中的开关矩阵、均衡控制模块、双向DCDC模块、放电均衡电路、总线连接开关、电流方向限制器件和模式控制开关集成为一体或独立设置；所述均衡控制模块和主控制模块集成为一体或独立设置，或部分或全部集成在电池管理系统中的相应控制器中。

9.根据权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路，其特征在于，所述正均衡总线和负均衡总线间设置有用于缓存能量的储能元件。

10.一种采用权利要求1所述的串联电池组的能量同步转移复合型自动均衡电路的均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述主控制模块负责判断均衡使能条件、均衡模式，制订均衡策略，并以均衡参数P的平均值为均衡目标T，其中，所述均衡参数P为串联电池组中电池单元的电压或SOC或电压与SOC的综合值；

根据所述均衡目标T，每个均衡控制模块在其对应的电池模组中确定需要均衡放电路放电均衡的电池单元和需要优先转移能量充电均衡的电池单元、需要优先转移能量放电均衡的电池单元；当电池单元的均衡参数P与均衡目标T的差值小于设定值或所述均衡使能条件不满足时，禁止或退出均衡过程；

分别计算电池模组均衡参数Pm，其为各电池单元能量双向转移复合型均衡模块对应的电池模组中的电池单元的均衡参数P的平均值；

当所述电池模组均衡参数Pm之间的差异大于设定值时，采用电池模组间能量转移复合均衡的模式1，即，在所述主控制模块和均衡控制模块的控制下，使所述模式控制开关断开，使所述总线连接开关导通，将所有需要优先转移能量放电均衡的电池单元的电能分别经各自对应的所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中的开关矩阵和双向DCDC模块自动、同步地转移到所述正均衡总线和负均衡总线，同时，分别经需要优先转移能量充电均衡的电池单元各自对应的所述电池单元能量双向转移复合型均衡模块中的双向DCDC模块和开关矩阵从所述正均衡总线和负均衡总线自动、同步地转移到所有需要优先转移能量充电均衡的电池单元，同时，利用所述放电均衡电路对所有需要均衡放电路放电均衡的电池单元进行同步、自动的放电均衡；

当电池模组均衡参数Pm之间的差异小于设定值时，采用各电池模组内能量转移复合均衡的模式2，即，在所述主控制模块和均衡控制模块的控制下，使需要优先转移能量充电均衡的电池单元所在电池模组对应的模式控制开关导通、总线连接开关断开、电池模组的能量经各自对应的双向DCDC模块和开关矩阵对各自的需要优先转移能量充电均衡的电池单元进行同步、自动的充电均衡，同时，利用所述放电均衡电路对所有需要放电均衡的电池单元进行同步、自动的放电均衡；

在放电均衡电路故障的特殊情况下，采用模式3，即，在模式1、模式2中，禁止利用所述放电均衡电路的放电均衡；

在所述双向DCDC模块故障、开关矩阵故障的特殊情况下，采用模式4，即仅利用放电均衡电路对电池单元进行放电均衡。