[发明专利]锂电池组能量均衡装置及均衡方法

说明书

锂电池组能量均衡装置及均衡方法，将锂电池组的均衡问题分为组内均衡和组间均衡两个层面，各相邻锂电池组、各相邻锂电池单体均并联有能量均衡基于Buck‑Boost变换器的双向均衡模块；MCU主控芯片通过判断各酸铁锂电池荷电状态(State of Charge，SOC)差值是否在设定阈值范围内，决定是否启动各均衡模块，从而实现各单体电池间能量的均衡，基于本发明的锂电池组能量装置，具有硬件成本较低、控制简单、均衡效率高和速度快的优点。

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，具体涉及一种锂电池组能量均衡装置及均衡方法。

背景技术

随着环境污染和能源短缺的日益加重，人类的生存环境和经济发展受到了严重冲击，因此，加大现有能源结构中太阳能、潮汐能和风能等一系列清洁能源的占比和推动电动汽车的发展，将有力的提高现有生态环境的稳定性，缓解了能源危机。但光伏、风能等分布式发电的间歇性和随机性，使得新能源供电具有很强的不稳定性，为了解决这一问题需要在系统中加入储能装置。锂电池作为一种能量密度高、重量轻，使用寿命相对较长且自放电率低，无记忆效应，高低温适应性强的储能装置，具有良好的发展前景与研究价值。

由于锂离子单体电池的能量较低，为了满足储能电池和动力电池对电压和功率要求，需要将几十个甚至几百上千个单体电池进行串并联成组后使用；由于不同电池之间内阻、容量和电压等不一致的不一致的影响，各单体电池间能量差异较为明显；所以对电池组的进行能量管理，保证不同电池单体间能量的一致性，有助于降低储能系统运行风险，延长锂电池使用寿命。

现有技术中也有实现对锂电池组能量管理的技术，中国专利文献CN 106356927 A记载了一种一种锂电池组SOC均衡系统及方法，锂电池分成若干组，分别和双向DC-DC转换器并联，每组内电池通过双向开关连接，同时并联旁路开关，可实现电池动态接入。根据各组平均SOC分配各组输出电压实现组间均衡，根据组内单体电池SOC控制其动态接入可实现各组内均衡，但在检测到单体电池间的SOC差异使，采用开关将电池进行旁路不投入使用，在开关出现故障时，可能导致单体电池出现短路逐渐发热而引起火灾，具有较大的安全隐患，同时为了保证串联的总电池组具有稳定的电压系统每个时刻投入的单体池总量是稳定的，这就使一些单体电池相当于“备用电源”，不能全体投入使用，这样在单体电池数量一定的情况下，使用此类电池组能量管理的系统接通容量和输出功率减小，不利于合理利用资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂电池组能量均衡装置及均衡方法，通过检测电池的荷电状态SOC是否在阈值范围内，决定是否启动各均衡模块，均衡模块可以实现电池之间和电池组之间的双向能量传递，从而实现各单体电池间能量的均衡，使得电池组放电和充电时单体电池能量均衡，负荷均匀，延长锂电池的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

锂电池组能量均衡装置，它包括N个锂离子电池，与锂离子电池或电池组电连接的均衡模块和一个控制器，N个锂离子电池串联连接，均衡模块与锂离子电池或电池组并联，控制器采集锂离子电池的荷电状态（State of Charge,SOC），判断能量大小，通过均衡模块使单体电池或电池组之间的能量均衡，通过控制器采集锂离子电池单体之间和电池组之间的SOC差值，然后将差值与设定的阈值进行比较，决定是否启动均衡模块，来平衡单体电池之间和电池组之间的能量。

上述的均衡模块结构为：分为单体电池均衡模块和组间电池均衡模块，均包括两个MOSFET开关管和一个储能电感构成Buck-Boost型均衡电路，两个MOSFET开关管串联连接，储能电感的一端与两个MOSFET开关管的中间点电连接；

单体电池均衡模块串联的两个MOSFET开关管两端并联在两个单体电池两端，储能电感的另一端与两个单体电池串联的中间点电连接，通过MOSFET开关管的开断控制可以控制储能电感储能或者向电池充电，从而达到相邻单体电池间的能量均衡；