[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

说明书

技术领域

本发明涉及串联电池组自动均衡的技术领域，具体地，涉及一种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。

背景技术

蓄电池、超级电容等蓄电储能装置广泛应用于各领域。如何保证串联电池、电容组中各电池单元、电容单元快速高效的自动均衡，是保证其安全性和可靠性、延长其使用寿命、降低其使用成本和充分发挥其效能的一项关键技术。

目前，对串联电池、电容组的自动均衡，一般采用对电压高或电量高的电池单元并联电阻进行放电的自动均衡方法。上述方法可以同步对各电池单元进行均衡，但这是一种能耗式均衡方式，存在均衡效率低、均衡时间长等问题。例如，对150Ah的电池组，当电池单元的电池荷电量(SOC)差异10％时，放电均衡方式将浪费电池组近10％的电量。如以常见的均衡电流500mA来计算，大致需要30h，这显然不能满足如电动汽车等用途的串联电池组在线均衡的时间要求。另外，也有基于电感、电容的能量转移的均衡方法，其是一种非能耗式均衡方法，但存在均衡电路复杂、成本高、制造难度大、可靠性尚待提高等问题，而且该均衡方法中能量的多级传递还将导致均衡效率低的问题。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN102214946A的中国发明专利，公告日为2011.10.12，发明名称为“一种动力电池组能量同步动态均衡系统”，其公开了如下技术方案：一种动力电池组能量同步动态均衡系统，包括若干个均衡模块、正均衡母线总线、负均衡母线总线、均衡母线同步总线，均衡模块包括电池接口正端、电池接口负端、均衡母线正端、均衡母线负端、均衡母线同步端、第一高速开关、第二高速开关、第三高速开关、第四高速开关、储能元件、隔离电源模块及开关驱动模块；均衡母线正端与正均衡母线总线相连；均衡母线负端与负均衡母线总线相连；均衡母线同步端与均衡母线同步总线相连。其主要特征在于，每个电池单元设置一个均衡模块，利用每个均衡模块中的储能元件与电池并联并通过总线与其它电池单元进行能量转移。然而，上述均衡系统存在以下不足之处：(1)需采用与电池单元相同数量的均衡模块，均衡系统过于复杂，成本高；(2)需采用与电池单元相同数量的储能元件进行能量转移，而且一般储能元件应具有较大容量且其可靠性和长寿命使用性能显著优于电池单元，从而不利于推广应用；(3)为避免电池单元间的短路，同一时刻不能多个电池单元连通到均衡总线，即，均衡时间长，通过储能元件进行能量转移还将导致系统均衡效率低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种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，其可克服现有技术存在的均衡时间长、均衡效率低、均衡系统过于复杂和成本高的缺陷，实现对电池、电容组的在线自动、快速高效的均衡，且其可靠性高、成本低、体积小、重量轻、功能全面、易于规模化、产业化制造和应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

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。