[发明专利]一种蓄电池组双矩阵采集、均衡系统及控制方法

说明书

本发明提出了一种蓄电池组双矩阵采集、均衡系统及控制方法，其中系统包括由若干单体电池组成的蓄电池组、以光继电器组成的第一矩阵阵列开关和第二矩阵阵列开关、电压采集模块、电阻放电模块、充电模块以及中央控制模块。本发明利用光继电器无限长的开关寿命和高耐压，定周期轮序采集系统单体电池电压，得到各个电池组内单体电池电压平均值，结合各个单体电池的电压变化率，进行削峰填谷均衡。同时采集和充放电均衡时序分离，既保证采集电压的准确性，又防止均衡误动作，解决电池组生命周期中的逐渐离散问题。

技术领域

本发明涉及蓄电池组能量均衡技术领域，尤其涉及一种蓄电池组双矩阵采集、均衡系统及控制方法。

背景技术

近几年，国内投入运营了大批新能源电动汽车，从车辆远程监控平台实际运行的大数据分析，以及现场反馈，因蓄电池组单体电池荷电量不平衡，电池系统可用容量降低，续驶里程降低，因蓄电池组单体电池容量衰减不一致，电池系统容量损失，车辆续驶里程逐渐缩短，是行业内主要共性问题。针对电池间不平衡和不一致的情况，行业内主要采用均衡措施解决。

均衡的研究内容包含两个方面：均衡策略研究和均衡电路拓扑结构研究。均衡策略研究主要选择确当的均衡变量作为评价目标，并根据均衡电路，确定最佳变量阈值；均衡电路拓扑结构研究是选择合适的电路结构形式，保证均衡效率的情况下，简化电路，降低成本。电量均衡是目前认为最好的评价目标，可是蓄电池组是电池模块的串联结构，系统荷电量可以近似计算，单体电池模块的荷电态由于各自的自放电和充放电效率不一致，尚无具体应用，因此电压还是作为主要均衡变量。新电池刚使用，由于内阻一致，电压作为均衡变量是有效的，但当电池衰减时，由于内阻出现分化，弱势电池由于容量降低和内阻变高，以电压作为均衡变量反而加速电池的劣化，系统容量比不用均衡更小。根据传递能量的方式不同分为有损均衡和无损均衡。有损均衡主要是电池组每一个通道旁路电阻，当单体电池电压较高，通过电阻放电方式耗散能量，由于产生热量，故电流不能过大，通常电流都小于100mA。一组电池中，出现低压电池是偶发事件，则将大部分好电池全部放电，以适应低压电池，增加能耗，好电池做无效放电，降低电池容量，缩短循环寿命，因此仅蓄电池组充电时使用该均衡方式；电动汽车领域由于蓄电池组容量大，该方式不适用。无损均衡是用能量转移的方式将能量从能量高的电池转移到能量低的电池；主要有以下几种方式：电感转移均衡、电容充放电均衡、变压器双向均衡。电感转移均衡，可以削高补低，但能量在不同的电感传递过程中，就衰竭了，实际效率较低；同时能量仅能在一块电路板内传递，长期情况下，易造成整个电源系统内不同模组之间的电量不平衡，同时电感均衡控制复杂，成本较高。电容充放电均衡，是将电池电压是通过与电容间电压差进行均衡，但由于单体电池间本来的电压差很小，实际效果微弱。变压器双向均衡，是将变压器的初次级连接在电池组内，变压器绕制具有较高的工艺要求，体积较大，不宜安装，抗震动情况差，控制方案复杂，现行的方案较少使用。

均衡时由于线束压降的存在，导致电压检测存在误差，这就对电压检测精度造成影响，甚至造成系统的误动作。目前业界提出两种解决方案：第一种电池系统把检测线束和均衡线束分开，一组线束用作电压检测，另一组线束单独用于均衡电路，这种方案成本较高；第二种方案：降低均衡电流，当均衡小到一定值时，线束上的电压降可以忽略，BMS直接检测的电压值误差在允许范围内，这种方案效果较差。

综上所述，虽然目前方案较多，并没有一种完美的方案满足电动汽车用均衡系统相对安装、成本、效率、可靠性等方面的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种蓄电池组双矩阵采集、均衡系统及控制方法，利用光继电器无限长的开关寿命和高耐压，定周期轮序动作，实现数据采集和充放电均衡时序分离，既保证采集电压的准确性，又防止均衡误动作；同时，采用有损均衡和无损均衡相结合的电路结构优点，解决蓄电池组中单体电池生命周期中的逐渐离散问题，延长蓄电池组寿命，增加续驶里程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：