[发明专利]能源管理设备、电控系统和电控方法、电动汽车

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术，尤其是一种能源管理设备、电控系统和电控方法、电动汽车。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于电动汽车使用存储在电池中的电能来发动，相对于传统的燃油汽车对环境影响较小，电动汽车的前景被广泛看好。

动力电池是电动汽车的关键技术，决定了它的续行里程和成本。由于电池单体的电压不高，例如，磷酸铁锂电池的电压通常为3.2V-3.3V，三元材料锂电池的电压通常为3.6V，需要电池大规模的串联来达到驱动电机所需的电压等级。因此，电动汽车的供电电源通常为由上百只电池大规模串联的电池组。如图1所示，为现有电动汽车电池组的一个示意图，电动公交车供电电源的电压通常为384V，由116只单体电压为3.3V的锂电池串联而成。如图2所示，为现有电动汽车中电控系统的一个结构示意图。

电池的特性与其它电子器件不同，它会随着使用逐渐老化和衰减，在电特性上主要体现为内阻的变化。电池这种变化在整个寿命周期内是必然存在的，并且成组后电池组内各个电池的衰减规律是不同的，这主要是因为生产加工的一致性、以及电池组内电池的工作温度特性等原因造成的。在制造过程中，由于工艺问题和材质的不均匀，会导致电池在内部结构和材质上的不完全一致性，这就会使同一批次出场的同一型号电池的容量、内阻和电压等参数值不可能完全一致；在装车使用时，由于电池组中各电池的温度、通风条件、自放电程度、电解液密度等差别的影响，在一定程度上增加了电池容量、内阻和电压等参数的不一致。由于上述电池间的个体差异，导致电池组充电时，容量最小的电池容易过充，放电时容量最小的电池又容易过放，由于容量最小的电池受损，容量变得更小，进入恶性循环，因此，电池组的可靠性、安全性、电气特性取决于串联各单体中性能最差的一个，此即木桶效应。

针对上述电池组的木桶效应问题，现有技术提出通过电池管理系统(BMS)管理电池组内的各电池单体，解决电池组内各电池单体之间的不均衡，将容量多的电池上多余的能量消耗掉或者转移给容量少的电池。

在实现本发明的过程中，发明人发现，现有电动汽车的储能系统至少存在以下问题：

由于锂电池的特性受生产条件、使用周期、工作环境等因数的影响，即使同一品牌的电池在长时间使用后也很难做到良好的一致性，不同厂家、不同批次、不同时间生产的电池，往往不能混用，从而导致在新能源汽车推广的过程中，出现了如下问题：储能系统在出厂时，需要浪费大量的人力、物理、财力对电池单体进行多项指标的检测，以保证各批次的一致性；在使用一段时间后，如果电池组中某个电池单体发生故障，替换又非常困难，很难找到与其衰减特性一致的电池用于替换，造成售后服务成本的提高；各个厂家生产的锂电池特性很难做到一致，彼此替换困难；不同类型的电池(例如，锂电与铅酸电池之间)更是无法相互替换，从而严重影响新能源汽车的产业化进程；

如果电池组内电池单体之间出现了较大的差异，在大电流输出下会加速电池单体之间的不均衡。而现有BMS产品的均衡电流通常为5A左右，电机的最大输出电流通常接近100A甚至更高，BMS的均衡能力比电机输出小一个量级(即：10倍)，因此现有BMS只能满足静态均衡的需求，即：只能实现电池组充电状态下的均衡控制，无法实现大规模串联后电池组在大功率放电情况下的动态均压，这就使得电池组在长期使用时，由于电池单体的特性不均导致充放电电压不一致，严重时导致电池损毁；

目前BMS一般已占储能系统成本的15～25％，而储能系统又占了整车成本的50-60％左右，若要实现电池组的动态均压，需提高BMS的均衡能力，则BMS的成本又需进一步提高。

发明内容

本发明实施例提供一种能源管理设备、电控系统和电控方法、电动汽车，以解决现有电动汽车电池组中电池大规模的串联所导致的电池一致性要求高、检测成本高、电池替换困难、BMS均衡能力不足以满足大规模串联后电池组的动态均压的技术问题。

本发明实施例提供的一种能源管理设备，包括：

H桥单元；

与所述H桥单元并联、作为所述H桥单元的输入电源的电池组，所述电池组包括串联在一起的由M个电池，其中，M为大于1的整数；和

分别与所述电池组中的各电池连接、对所述电池组进行能量均衡控制的电池管理系统BMS。

在上述能源管理设备的另一个实施例中，所述BMS包括能量转移型BMS或能量消耗型BMS。