[发明专利]一种自补偿式单母线和双母线主动均衡BSU模块及控制方法

说明书

本发明提供一种自补偿式单母线和双母线主动均衡BSU模块及控制方法，属于蓄电池技术领域。所述的BSU模块包括单母单开均衡采集模块、单母双开均衡采集模块、双母单开均衡采集模块、双母双开均衡采集模块；其中每种电路模块包含直均式和间歇式两种控制方式，即单母单开式或单母双开式均衡采集模块直均式控制方式、双母单开式或双母双开式均衡采集模块直均式控制方式、单母单开式或单母双开式均衡采集模块间歇式控制方式、双母单开式或双母双开式均衡采集模块间歇式控制方式。本发明采用智能控制和DC/DC隔离开关电源技术，能对模块单元内单个电池分串或连续多个电池分串进行均衡，还可利用系统工作电源进行电池模块间的自均衡。

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，具体涉及一种自补偿式单母线和双母线主动均衡BSU模块及控制方法。

背景技术

蓄电池可循环充电和放电，并将化学能或电磁能与电能相互转换的装置，主要包括铅酸蓄电池、镍基系列蓄电池、锂离子蓄电池、钠离子蓄电池、超级电容器、液流电池等。但是各蓄电池单体因原材料、生产工艺、使用微环境等的差异，使得在实际使用中的内阻、电压、容量等出现明显差异。同时，相应蓄电池的单体电压较低，一般需要将多个蓄电池单体进串并联构成单个电池模块（module），再将多个电池模块串并联构成电池包（pack）以获得所需的电压和容量需求，并设计一套电池管理系统与之配套，来进行充放电的控制和保护，以及电池分串的电压均衡。采集均衡从控模块（BSU）负责电池管理系统中各电池模块的电压采集、电压均衡、信息通讯，而主控模块（BMU）则负责保护控制及BMS计算管理。

市面上已存的电池管理系统BSU一定程度可均衡各电池分串（由一个电池单体或多个电池单体并联构成）的电压，但仍存在一些不足，相应技术介绍和现存不足如下：

1）大部分BSU采用电阻被动均衡，是将旁路均衡电阻通过开关控制并联接入电压高的电池分串，消耗相应电能已达到电压均衡的目的。但被动式均衡会使整个电池包往性能最差的电池分串看齐，不但降低了电池包的有效容量，还会产生热量化电池包的使用环境，同时均衡电流较小。

2）少部分BSU采用DC/DC充电电路主动均衡，是将外部提供给BSU的工作电源进行DC/DC降压隔离变换，对需要均衡的电池分串进行充电均衡。但是外部电源是整个电池管理系统各设备的工作电源，提供的功率有限，同时受供电回路电压降的影响，导致BSU的DC/DC充电电路均衡电流偏小，且一般只能对单个分串轮流均衡，也无法对各电池模块进行整体均衡，均衡速度偏慢；而且各电池模块内的任一分串进行均衡时会消耗整个电池包的电能，从而影响不相干的电池模块内的电池分串状态，引起新的电压不平衡现象。

3）还有少部分BSU采用双向DC/DC充电电路主动均衡，是先选通电量高的电池分串将其接入双向DC/DC充电电路，并通过双向DC/DC充电电路对中间储能单元充电一段时间，再重新选通低电量的电池分串接入双向DC/DC充电电路，通过双向DC/DC充电电路反向对低电量的电池分串充电进行均衡。但这种方案每次均衡时存在能量的二次转移，效率损耗大、均衡速度慢（先充后放、消耗时间长），且对中间储能单元的循环性能和寿命要求极高。

4）采用主动均衡时回路电流一般较大，而电池模块中的各电池分串两端都是通过一定长度的绝缘导线连接至BSU的，故均衡时会在回路导线上产生一定的压降，并叠加在相应电池分串真实的端电压上，并会导致均衡过度或不足的情况。现有应用基本采用均衡回路和电压采样回路双线束的方案、增加了连接线束和连接端子，极个别则需采用专用设备（多臂电桥）一一测定并输入相应导线的电阻以供补偿，但相应的导线电阻测量工作费时费力、成本高、且需要专业的操作能力。

5）电池在充电停止后时会有一定的电压回落，在放电停止后又有一定的电压回升，或者是在电池串中回路电流的变化都会引起各电池分串的电压变化。常规的均衡方案未采取有效措施来规避这种电压回落或回升时对采样电压的影响，从而致使均衡判断时参考的是已失真的电压数据，最终降低了均衡判断的准确性，发生反复的均衡不足或过度均衡的状况。

发明内容