[发明专利]一种电池组主动均衡电路及方法

说明书

本发明提供一种电池组主动均衡电路及方法，属于电气控制技术领域，电感式均衡电路和稳定保护电路：电感式均衡电路包括：多个电子电力开关，多个电子电力开关相互串联，且分别并联在电池单元的两端；多个功率电感，每个电池单元和相应的电子电力开关之间分别串联一功率电感；稳定保护电路包括：多个电容，多个电容相互串联，且分别并联在电池单元的两端；多个稳压管相互串联，且分别并联在电容的两端。本发明的有益效果：本发明电池组主动均衡电路属于双向DC/DC变换器型电路，解决该种电路中电量大部分只转移到相邻电芯带来的整体效率低下问题；解决该种电路中在电芯接入时间不一致等复杂工况下，局部电压过高，导致板卡损坏的问题。

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种电池组主动均衡电路及方法。

背景技术

大规模储能作为可再生能源大规模接入的重要解决方案之一，是未来几年的重要发展方向。储能用电池组一般由上百节单体电池经串、并联组合而成，以达到合适的电压等级和容量等级。因为设计、环境以及电池本身性能的差异，电池组在循环使用过程中，会出现电量不一致的问题。

新能源汽车的发展已成为解决能源问题的必然方向，动力电池在实际应用过程中电芯的不一致性的问题会逐步显现，如果不加以治理，会出现进一步恶化的趋势。

电芯的不一致性对动力电池组的影响，会产生很多问题，例如：

1)容量和能量利用率降低，在充电时，先于其他电池充满电的部分电池限制了电池组的充电容量，在放电时，先于其他电池放完电的部分电池限制了电池组的放电容量，导致了电池组总体能存储和放出的容量的减少；

2)限制了电池的功率输出能力，当荷电状态(State of Charge，SOC)存在差异的电池串联成组的时候，在充放电过程中，SOC虚高的电池因参数改变会限制整组电池的功率输入或输出的能力；

3)电池组状态估算难度增大，单只电池之间的容量和荷电状态差异给串联电池组的状态准确估算和能量优化使用带来了很大的困难。若单体电池间的最大可用容量和SOC不一致，成组电池的SOC和能量状态(State of Energy，SOE)的估算难度会明显增加；

4)缩短电池组寿命，实践验证，电池串联使用时，寿命常短于单体电池。分析其中一个可能原因是电池组内的散热情况无法和单体使用时相比，使用温度的升高，加速了电池本身的衰退速度。

这样不但影响电池的续航时间，大大缩短电池的寿命，更严重地可能会造成电池的过充电或者过放电等不可恢复的损坏。为了解决电池组电量不一致导致的不均衡问题需要对电池组进行均衡管理。

电池均衡器是专门针对串联的单体电池组结构，附加于电池组之上，采用电池能量均衡拓扑结构的电路和均衡控制算法，控制各单体电池电压或SOC值，使电池组各单体电池工作在“健康”状态，并且不改变原电池组电路结构和性能的一种电气控制装置。电池的均衡是将各节电池间因不一致造成的损害电参数通过耗散或转换的方法进行改变，达到延长续航时间，增加电池寿命的目的。电池的均衡是电池管理的必然要求。

现有电池均衡控制器拓补结构主要有：能量耗散型，总线型以及DC/DC双向变换型。

能量耗散型：能量耗散型均衡拓扑电路，其原理主要是通过旁路电阻放电，将电池组中电量较高电池的多余电量耗散，以此达到改善电池组电量不一致的目的。例如，将各电池单元电压与电池组平均电压进行比较，当电池单元电压大于电池组平均电压，旁路电阻接通放电，对电池单元进行均衡；

总线型，通过均衡子电路，将电池和母线连接在一起，电池就能将其自身富余的能量传递到能量总线上方便其他电池单体获取。例如，每个电池单元上设置有一个均衡子电路，均衡子电路包括隔离型双向反激变压器和电子开关组成，隔离型双向反激变压器次级线圈两端分别于单体电池正负极连接，母线配备储能设备，以储存电池能量。