[发明专利]基于双向变换器的电池均衡装置及控制电池均衡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及充放电电池/超级电容，具体地指一种基于双向变换器的电池均衡装置及控制电池均衡的方法。 

背景技术

电动汽车、混合动力器材作为清洁、节能的新型交通工具，已经受到世界各国的政府、学术界、工业界的重视，它在行驶过程中没有污染或排放比传统汽车低，噪音小，节能环保，因此目前各大汽车厂商都推出了电动汽车或混合动力汽车，电动汽车和混合动力汽车市场已经开始迅速发展。 

电池/超级电容作为一种广泛采用的储能装置，由于当前存在技术瓶颈，其能量密度和功率密度比低，造成电动汽车续驶里程短，充电速度慢，严重制约了电动汽车的发展。电池作为关键部件，维护和使用成本高也给技术推广应用带来不利影响。因此，合理使用和管理电池/超级电容是提高电动汽车和混合动力汽车性能的关键技术。 

其中，对电池/超级电容进行充电时存在充电不均衡的问题，如：电动汽车和混合动力汽车中普遍采用200V-800V直流电压，一般单个锂电池单元电压为3V左右，因此需要N个锂电池单元串联组成。而在使用过程中，由于电池特性不同，在长时间充、放电过程中电池单元的电压会逐渐偏离平均电压，即产生“不均衡”的现象。 

电池在使用中存在不均衡将会降低电池可用容量，放电时，当最低的电池电压达到允许的最低电压时，就必须充电，而此时其他的电池仍然可以继续放电。同样地，在充电时，当电压最高的电池电压达到允许的最高电压时，就不能再给电池充电，而其他的电池都还未充满电。由于不均衡的存在，也给电池状态SOC估计带来困难，SOC的估计不准给使用性能造 成了很大影响。在不均衡状态下使用电池也影响电池使用寿命，严重时可能导致电池爆炸等颠覆性后果。因此在锂电池使用中必须配备电池均衡装置。 

电池的均衡使用是电动汽车电池管理系统应具备的基本功能。目前的电池均衡方法通常采用旁路法。在充电时通过功率器件对已经充满的单元进行旁路，类似于开关切换方式，仅仅对未充满的电池进行充电。放电时对电压低的单元进行旁路。旁路法由于旁路电流较大，长时间旁路可能造成的旁路开关器件和旁路电阻过热，威胁系统安全。旁路法对电池的正常使用也造成一定影响，电压的波动和状态的旁路开关切换时电流突变给电池的管理带来不利的影响，此外，旁路方法虽然简单，但是由于旁路时的能量并未减少，而是在电阻上消耗了。这种均衡方式损耗大、效率低，造成能量损失大，还需要增加散热措施保证电池的工作环境温度不超过电池使用环境要求。 

对于常用的串联电池使用环境，由于串联电池单元数量较少，可以采用开关旁路电阻法、单独充电法来均衡电池电压，定期维护，以延长使用寿命。对于电动汽车使用条件，由于串联数目多，通常按12V一组进行串联，数目24-28组。安装空间条件苛刻，一般在车厢座位下面，或是后备箱底部。因此不适合采用上述办法进行维护。 

目前还有一种电池均衡方法是采用切换电容方式，通过电容充放电来均衡。这种方法依靠电容充放电来均衡各个电池的能量，当电池之间电压差比较小时，电容充放电的时间长，难以起到完全均衡的效果，均衡效率低，而且这种方法采用的器件多，需要大量的电容和开关，电容的成本较高，控制开关多，可靠性低。实际上大部分电池管理系统都不具备所有电池之间的均衡功能，一般只具备电池组内（如4-8个电池之间）均衡功能，采用的方法是旁路法。 

因此，有必要提供一种技术方案以克服现有技术电池/超级电容组中电池不均衡的缺陷，采用具备高效均衡功能的装置作为电池管理系统一个重要组成部分，实现真正的电池“管理”。 

发明内容

本发明目的就在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于双向变换器的电池均衡装置及控制电池均衡的方法，本发明能够自动根据电池/超级电容组中单个电池/超级电容的电压状况，对其进行充电或者放电，以实现电池/超级电容组中每个电池/超级电容的电压趋于平衡。 

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于双向变换器的电池均衡装置，包括： 

串联高压电池组； 

双向DC/DC变换器，其低压端口通过第一开关阵列与所述电池/超级电容组本体连接，其高压端口通过第二开关阵列与所述串联高压电池组连接；以及 

控制模块，分别与所述双向DC/DC变换器和第一开关阵列连接； 

所述控制模块通过控制所述开关阵列，使得所述电池/超级电容组本体中电压高的单片电池向所述串联高压电池组放电，和/或者所述串联高压电池组向所述电池/超级电容组本体中电压低的单片电池充电，以实现所述电池/超级电容组本体中所有单片电池的电压达到均衡。