[发明专利]基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统及方法

摘要

本发明提出了一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统及方法，包括：均衡主控制器、开关阵列、双向DC/DC、超级电容、电流检测电量计算装置、16位译码器及驱动电路。均衡主控制器获得单电池电压巡检值作为均衡状态依据，利用开关阵列选通任意待均衡电池接入均衡总线。全桥型可调变比双向DC/DC前级连接均衡总线，后级接超级电容，并通过电流检测电量计算装置计算均衡损失的电量。均衡主控制器通过双向DC/DC实现高电量电池向超级电容充电，超级电容储存电量后再通过双向DC/DC向低电量电池放电，直到均衡状态。本发明通过超级电容储存转移电量，实现对锂电池组的主动均衡，对延长锂电池组寿命具有重要意义。

主权项

1.一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统的主动均衡控制方法，所述基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统包括均衡主控制器、MOSFET开关阵列、双向DC/DC、超级电容、电流检测电量计算装置、译码器及驱动电路，其特征在于：均衡主控制器:通过CAN总线获得电池管理系统传来的单电池电压巡检值，并作为均衡状态依据，利用MOSFET开关阵列选通任意单节或相邻多节待均衡电池接入均衡总线V+、V‑；双向DC/DC:由全桥电路正反构成全桥双向DC/DC，经过直流‑交流‑直流的变化，实现电压等级的变化，正向时左侧开关管工作右侧开关管关断，二极管做整流，反向时则反之；中间级变压器采用可调变比型，由均衡主控制器检测到均衡电池电压时，判断所属电压范围并选择对应的变比；DC/DC前后两级都由霍尔电流传感器采集电流，回路中的电流值即作为恒流反馈、也作为电量计算依据；若DC/DC前级为1～16内任选节数电池电压2.7～51.2V时，DC/DC后级为2.7V超级电容时，开关管导通占空比10％～50％，计算其在n＝1的可变电压为2.7～13.5V，其在n＝1/4的可变电压为10.8～54V， 因此在上述宽范围选择变比为1/4两级变比可调变压器；电流检测电量计算装置：均衡中考虑到电量转移的电量损失，加入电流检测电量计算装置，DC/DC的前级加入霍尔电流传感器电流检测模块，根据安时法计算电量，以电池组在均衡过程中输入输出的电量差精确计算电池组均衡损耗电量，通过校准电池管理系统电池SOC值，使其更加精确；在均衡电池组选通输出V+、V‑回路检测正向反向电流，正向为电池组输出电流反向为输入电流，根据安时计量法计算电池组在此均衡中输入输出的电量，其差值为转移损失电量；通过电池管理系统CAN总线送入SOC计算均衡主控制器矫正误差，解决了目前因忽略电量转移电量损失造成SOC不精确的问题；MOSFET开关阵列：每节电池单独引线，每节电池都有相应的正极和负极引线，分别由MOSFET开关管控制，所有与单电池负极相连的MOSFET为一组，与正极相连的为另一组；在选择目标电池的时候，每组同时值只通一个，可以任意选取单节电池或相邻的多节电池，并且任意情况下，输入DC/DC前级的直流电压极性不变；译码器：通过两个译码器分别选通两组MOSFET开关，不仅大大节省了均衡主控制器的输出引脚，而且在电路上实现了硬件互锁；16节串联电池，理论上需要32个芯片输出口控制MOSFET开关，但将所有单节电池V+相连的MOSFET由第一个74LS154译码器控制，将所有单节电池V‑相连的MOSFET由第二个74LS154译码器控制，只需要8个芯片输出口控制两个译码器；另外每个译码器同时只能导通一路，也就是每时刻只有一个V+和V‑与DC/DC相连；所述的基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统的主动均衡控制方法是：调用电池管理系统电压巡检的电压值，经过算法滤波，以电压作为均衡的依据，均衡与电压巡检通过CAN总线协议传输数据，将每节电池的电压参数作为状态依据，通过电池组内电池单元电压差值情况，制定不同的均衡方法，具体为：将电池组按照电压值分类组合，计算电池组平均电压Vref，最高电压与平均电压差V1，最低电压与平均电压差V2； 控制方法为：(1)当电池组电压差V1>0.15V时，将电压超过平均电压的电池按电压分为两组，电压区间分别为[Vref+0.05,Vref+0.15]、[Vref+0.15,Vref+V1]，判断在后一个区间里、相邻电池节数最多的电池单元对超级电容放电；(2)当电池组电压差0.050.15V时，将电压低于平均电压的电池按电压分为两组，电压区间分别为[Vref‑0.05,Vref‑0.15]、[Vref‑0.15,Vref‑V2]，判断在后一个区间里、相邻电池节数最多的电池单元用超级电容充电；(4)当电池组电压差0.05

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