[发明专利]一种用于铅酸蓄电池组均衡的分布式电池管理系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其涉及一种用于铅酸蓄电池组均衡的分布式电池管理系统及方法。

背景技术

在新能源市场，铅酸蓄电池(包括铅炭蓄电池)一直占据重要地位。铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统。

由于铅酸蓄电池本身的电化学特性，它对于电流的过充、过放行为并不敏感，一般不会出现燃烧和爆炸现象，这一点与锂电池不同。因此，一般认为，锂电池组需要外部管理或者保护电路，而铅酸蓄电池并不需要这样的外部管理或保护而采用一种粗放式使用模式。

(1)但是批量生产的铅酸蓄电池单体的质量一致性常常难以确保，例如内部硫酸浓度不同直接影响电池循环寿命不同，这使得每个电池单体在性能上存在差异；特别是当电池使用一段时间后，电池单体之间的差异性更加明显。

(2)在粗放式使用过程中，某铅酸蓄电池单体遭遇过放时，此铅酸蓄电池单体寿命也会受到严重影响，电池单体之间差异更加明显；

(3)在粗放式使用过程中，某铅酸蓄电池单体遭遇过大的电流时，可能加速电池正极二氧化铅的松散脱落，此铅酸蓄电池单体寿命也会受到严重影响，电池单体之间差异更加明显；

(4)在粗放式使用过程中，某铅酸蓄电池单体遭遇过充时，内部温度升高，且有大量气体析出，可能导致正极板活性物质遭遇气体冲击而脱落，同时正极板栅合金可能遭受阳极氧化而腐蚀，此铅酸蓄电池单体寿命也会受到严重影响，电池单体之间差异更加明显；

(5)在高温或者低温条件下，在粗放式使用过程中，某铅酸蓄电池单体如果进行工作，内部电化学成分损失，此铅酸蓄电池单体寿命也会受到严重影响，电池单体之间差异更加明显；

(6)在铅酸蓄电池存储期间，电池的自放电现象也使得电池单体之间产生差别；

(4)尽管在铅酸蓄电池使用中应防止铅酸蓄电池有新、旧混用，但是在许多场合新旧电池混用的现象依旧存在，导致电池组中单体差异明显；

综上所述，当出现电池单体差异时，在没有外部管理的条件下，整个电池串的性能将受制于最差的电池单体，从而整体使用效率和使用寿命都被拉低。严重的情况，在差异明显的两组电池的实际负荷电流不一样，由于整个供电系统开关电源的熔丝与电池组是一一对应的，就有可能出现有一组电池电流过大而先断开，尔后另一组电池也可能因负荷过大而断开，进而导致整个供电系统被迫停止运行。

传统上多组铅酸蓄电池的连接方式如图1所示(以3串2并为例)，即串联组内的铅酸蓄电池首先通过正负极相互连接形成串联，然后不同串联电池整组之间正正相连、负负相连从而形成整组的并联，对外充放电接口由整组总正极、总负极端子分别引出。很明显它存于一种粗放式“裸用”状态，即没有任何的外部管理或保护电路。因此一组铅酸蓄电池组中“最差”铅酸蓄电池模块将严重制约整个电池组的性能和使用寿命，这种“短板效应”在目前的铅酸蓄电池使用方式中是无法解决的。只能在使用维护上进行定期检查替换性能差的电池单体，但是这样导致维护工作量增加，特别是在大量使用时，维护成本高。

而有些研究机构借助锂电池保护板的方式，对铅酸蓄电池的放电和充电过程进行限制，从而对铅酸蓄电池起到一定的保护作用，但是这并不会提升电池组的整体性能；

另外，有些研究机构借助锂电池管理系统的方式，对铅酸蓄电池进行均衡，但是就像锂电管理系统一样，它们采取集中式方案，即管理系统作为一个集中的部件与电池组完全独立，他们之间使用线束进行连接，这种方式虽然可以保证电池管理系统与电池组的界线分明，但是线束较多，这将显著改变当前铅酸蓄电池的组装习惯，紧凑性和继承性不好，给施工带来负担，而且系统可扩展性不好，即不同串数的电池组需要不同的电池管理系统。虽然其很大程度上解决了电池组的“短板效应”，提高电池组的整体效率和使用寿命。然而，将这种用于锂电池的电池管理系统，用于铅酸蓄电池则显得特别昂贵，与价格低廉的铅酸蓄电池不配套。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于铅酸蓄电池组均衡的分布式电池管理系统及方法。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：