[发明专利]一种串联蓄电池组的主动均衡电路和方法

权利要求书

1.一种串联蓄电池组的主动均衡电路，其特征在于：所述均衡电路用于均衡由n节蓄电池串联而成的串联蓄电池组，包括串联蓄电池组、电子开关网络、双向DC-DC模块、电池电压采集模块、控制模块以及可选的供电模块；所述电子开关网络与串联蓄电池组连接，所述控制模块与电子开关网络、电池电压采集模块和双向DC-DC模块连接，所述电子开关网络通过双向DC-DC模块与串联蓄电池组的输出连接；所述电池电压采集模块定时采样串联蓄电池组中所有蓄电池的电压，控制模块根据串联蓄电池组中各节蓄电池的电压或计算得到的各节蓄电池的SOC状态决定需要对哪一节蓄电池进行均衡，并根据该判断结果控制电子开关网络和双向DC-DC模块对相应的蓄电池进行充电或放电均衡。

2.根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组的主动均衡电路，其特征在于：所述电子开关网络包括设于串联蓄电池组中每节蓄电池正、负极上的电子开关，该电子开关网络由控制模块控制其中的电子开关导通或关断，可以单独选择串联蓄电池组中的单节或多节蓄电池连接到双向DC-DC模块；所述电子开关网络可以是每节蓄电池对应2个单刀单掷电子开关，也可以是每节蓄电池对应1个单刀双掷电子开关；单刀单掷电子开关或单刀双掷电子开关可以是光耦继电器，或者是由场效应管或其它半导体器件组合而成的具备双向关断功能的半导体开关，也可以是干簧管、机械继电器等机械开关，由于本发明对电子开关的开关速度要求不高，其它任何满足耐压要求且具备双向关断功能的可控开关器件都可以作为本发明中电子开关的一种。

3.根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组的主动均衡电路，其特征在于：所述双向DC-DC模块为通过电子变压器隔离的、具备双向能量转移功能的电源模块，通过所述控制模块给出的PWM信号或其它控制信号能够实现能量从一端转移到另外一端；双向DC-DC模块本身可以具备输入或输出电流监控功能，所述控制模块可以检测双向DC-DC模块的输入和输出电流，以使用安时积分法对每一节电池的SOC状态进行估算修正，同时所述控制模块还可以通过控制双向DC-DC模块的输入或输出电流以应对不同的均衡需求。

4.根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组的主动均衡电路，其特征在于：所述电池电压采集模块可以是直接连接在串联蓄电池组每一节蓄电池上的专用的电池电压采样电路，也可以是连接在电子开关网络的输出端，单独检测电子开关网络当前选择的某一节蓄电池的电压；通过所述控制模块控制电子开关网络轮流选通串联蓄电池组中的所有单节蓄电池，便可以采集串联蓄电池组中所有单节蓄电池的电压；在执行充、放电均衡的过程中，也能持续检测当前处于均衡状态的蓄电池的电压以防止该蓄电池过充或过放。

5.一种串联蓄电池组的主动均衡方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1．控制模块控制电子开关网络依次轮流选通串联蓄电池组中的一节电池，由连接在电子开关网络输出端的电池电压采集模块依次对每一节蓄电池的电压进行采样，得到串联蓄电池组中所有蓄电池的当前电压，并由蓄电池的当前电压和串联蓄电池组的电流以及其历史数据计算出每一节蓄电池的内阻；

S2．控制模块找出电压偏离串联蓄电池组平均电压最大的蓄电池，如果该蓄电池的电压高出或低于串联蓄电池组平均电压一定阈值（该阈值可以是一个根据该蓄电池充、放电状态动态变化的电压值），则判断为需要对该蓄电池进行放电或充电均衡；如果该蓄电池不需要均衡，则重复S1到S2步骤，否则进入S3步骤；

S3．控制模块根据S2的判断结果控制电子开关网络选通需要均衡的蓄电池，启动双向DC-DC模块对该蓄电池进行放电或充电均衡，并根据该蓄电池的电压和内阻动态调节均衡电流和均衡时间，均衡时间根据电池容量和均衡电流不同可以是几秒钟到几十秒钟；

S4．当本次均衡时间结束后，关闭双向DC-DC模块的均衡操作，断开电子开关网络，并重复S1到S4步骤；

以上所述主动均衡过程包括从高电压态蓄电池抽取电荷给整个串联蓄电池组充电以降低该高电压态蓄电池的电压，或者从整个串联蓄电池组抽取电流给低电压态蓄电荷充电以提高该低电压态蓄电池的电压。

6.一种串联蓄电池组的主动均衡方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1．控制模块控制电子开关网络依次轮流选通串联蓄电池组中的一节电池，由连接在电子开关网络输出端的电池电压采集模块依次对每一节蓄电池的电压进行采样，得到串联蓄电池组中所有蓄电池的当前电压，并由蓄电池的当前电压和串联蓄电池组的电流以及其历史数据计算出每一节蓄电池的内阻；

S2．控制模块通过充放电安时积分法计算串联蓄电池组的SOC状态，并根据之前的历史均衡电流通过安时积分法计算修正每一节蓄电池的SOC状态；

S3．控制模块找出SOC状态偏离串联蓄电池组的SOC状态最大的蓄电池，如果该蓄电池的SOC状态高于或低于串联蓄电池组的SOC状态一定阈值（该阈值可以是一个根据串联蓄电池的SOC状态动态变化的值），则判断为需要对该蓄电池进行放电或充电均衡；如果没有蓄电池需要均衡，则重复S1到S3步骤，否则进入S4步骤；

S4．控制模块根据S3的判断结果控制电子开关网络选通需要均衡的蓄电池，启动双向DC-DC模块对该蓄电池进行放电或充电均衡，并根据该蓄电池的电压和内阻动态调节均衡电流和均衡时间，均衡时间根据电池容量和均衡电流不同可以是几秒钟到几十秒钟；

S5．当本次均衡时间结束后，关闭双向DC-DC模块的均衡操作，断开电子开关网络，并重复S1到S5步骤；

以上所述主动均衡过程包括从高电压态蓄电池抽取电荷给整个串联蓄电池组充电以降低该高电压态蓄电池的电压，或者从整个串联蓄电池组抽取电荷给低电压态蓄电池充电以提高该低电压态蓄电池的电压。