多級均衡單元的電池組均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池組均衡控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及多級均衡單元的電池組均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電池組一致性是電池串聯(lián)成組應(yīng)用技術(shù)的核心之一，直接影響到電池組使用的安全性和高效性。但實踐證明，電池組一致性是相對的，不一致卻是是絕對的。造成電池組不一致的原因主要有以下幾點:(I)電池在出廠前由于制造和化成篩選工藝的原因，不能保證電池單體出廠時各項參數(shù)一致，特別是電池初始SOC的不一致會在電池組初始階段就造成電池組的不一致；(2)電池單體在使用時位置不同，工作溫度存在一定的差異，通風處電池單體溫度低一些，而其它地方的電池單體溫度會相對高一些，溫度的差異導(dǎo)致電池的自放電率不一致，長時間的差異累積會引起電池SOC的不均衡；(3)庫侖效率的不一致，串聯(lián)電池組在充電和放電過程中單體流過的電流相等，但是由于每個單體所處環(huán)境的不一致導(dǎo)致其庫侖效率的不一致，在這種情況下，電池不同單體實際充電容量和放電容量就會引起差異。
[0003]電池組均衡控制包括能耗式均衡與非能耗式均衡，非能耗式均衡以能耗低，散熱量小成為均衡控制發(fā)展方向。目前非能耗均衡電路包括集中型均衡控制、離散均衡控制和開關(guān)矩陣均衡控制。
[0004]集中均衡控制采用整體的均衡器件，如多輸出變壓器均衡控制電路，其原邊為輔助充電電路，副邊為多組匝數(shù)相同的變壓器線圈，每個單體電池并聯(lián)一組副邊線圈。這種電路均衡效率高，均衡力度大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難，不易實現(xiàn)對具體單體電池的控制。
[0005]分布式均衡控制可以分別控制各單體電池充放電，電池組中各單體電池之間可以通過均衡電路中的儲能元件實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，包括開關(guān)電容電路、分布式電感均衡電路及Buck-Boost均衡電路等，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但均衡過程中能量需經(jīng)過各均衡單元順序傳遞，因此均衡力度小，均衡效率較低。
[0006]開關(guān)矩陣均衡控制電路由儲能均衡元件與開關(guān)矩陣構(gòu)成，通過開關(guān)矩陣與均衡單元可直接控制各單體電池之間能量轉(zhuǎn)移，因此均衡力度大，均衡效率高，缺點是電路復(fù)雜，需要大量的電氣開關(guān)器件，假如有N個均衡單元，M個單體電池，需要2XNXM個電氣開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服目前均衡控制方法電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者均衡力度小，均衡效率低的問題，本發(fā)明提供多級均衡單元的電池組均衡控制方法，該方法不僅均衡電路結(jié)構(gòu)簡單，而且能快速高效的實現(xiàn)電池組均衡控制。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]多級均衡單元的電池組均衡控制方法，對電池組分組，每個分組對應(yīng)一均衡控制單元，各級均衡單元以及分組內(nèi)單元之間能量交換并行運行，電池組能量控制單元分級設(shè)計，各級控制單元，通過上一級均衡單元實現(xiàn)能量交換，各級之間的能量交換以及同級內(nèi)的均衡單元操作過程可以并行運行。
[0010]進一步地，均衡單元采用分級轉(zhuǎn)移能量的均衡方式，以電池分組為基礎(chǔ)，分組內(nèi)電池單體之間通過組內(nèi)的均衡單元轉(zhuǎn)移能量，分組之間通過上一級均能單元轉(zhuǎn)移能量；多級均衡單元均衡法是電池分組通過此分組對應(yīng)均衡單元實現(xiàn)能量交換，分組之間能量轉(zhuǎn)移通過再上一級的均衡單元實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，交換來的能量逐級向下轉(zhuǎn)移至平均電壓最低的分組中電壓最低的單體中，不同分級均衡單元之間能量交換通過中斷進行的。
[0011]進一步地，平均電壓最高的電池分組通過上一級均衡單元轉(zhuǎn)移至平均電壓最低的電池分組。
[0012]進一步地，每個分組單體電池數(shù)量由均衡力度、均衡效率以及均衡電路復(fù)雜程度這些因素決定。
[0013]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:將電池組分為若干小的電池分組，每一分組對應(yīng)一個含有儲能電氣元件的均衡單元，均衡單元起到能量傳遞的作用，電池分組內(nèi)電壓高的單體電池通過均衡單元，將一部分能量轉(zhuǎn)移至電壓低的單體電池，實現(xiàn)分組內(nèi)單體電池之間的均衡控制。在電池組數(shù)量較多時，可以組建多級的分組與均衡控制單元。根據(jù)電池組單體的數(shù)量與控制要求，優(yōu)化控制單元分級數(shù)量與各個分級內(nèi)單元數(shù)量，這樣即減少了均衡單元數(shù)量，又實現(xiàn)電池單體見能量快速轉(zhuǎn)移，減少能量中間傳遞損耗。本發(fā)明兼顧均衡效率與電路結(jié)構(gòu)，采用分布式均衡方法，減少了均衡單元與電氣開關(guān)數(shù)量，簡化了均衡電路，采用分組分級均衡策略，實現(xiàn)了了能量快速傳遞，又提高了均衡力度和均衡效率。本發(fā)明不僅均衡電路結(jié)構(gòu)簡單，而且能快速高效的實現(xiàn)電池組均衡控制。采用多級均衡單元控制法，提高了單體電池間能量轉(zhuǎn)移速度，可以實現(xiàn)對每一個單體電池的控制，相比開關(guān)矩陣電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，易于設(shè)備的維護。
【附圖說明】
[0014]圖1為電池分組能量轉(zhuǎn)移控制電路示意圖；
[0015]圖2為兩級均衡單元能量轉(zhuǎn)移均衡控制電路示意圖；
[0016]圖3為多級均衡單元能量轉(zhuǎn)移均衡控制電路示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0018]將電池組分為若干小的電池分組，每一分組單體電池數(shù)量由均衡力度、均衡效率以及均衡電路復(fù)雜程度等因素決定。每一分組對應(yīng)一個含有儲能電氣元件的均衡單元，均衡單元起到能量傳遞的作用，電池分組內(nèi)電壓高的單體電池通過均衡單元，將一部分能量轉(zhuǎn)移至電壓低的單體電池，實現(xiàn)分組內(nèi)單體電池之間的均衡控制。分組之間可通過上一級的均衡單元實現(xiàn)電池分組之間能量轉(zhuǎn)移，同上綜合考慮均衡力度、均衡效率與控制電路的復(fù)雜程度，選擇若干電池分組組成一個高一級的電池組，通過控制策略，實現(xiàn)能量從平均電壓高的分組轉(zhuǎn)移至平均電壓低的分組，電池分組之間能量控制以分組平均電壓為依據(jù)。以此類推，在電池組數(shù)量較多時，可以組建多級的分組與均衡控制單元。根據(jù)電池組單體的數(shù)量與控制要求，優(yōu)化控制單元分級數(shù)量與各個分級內(nèi)單元數(shù)量，這樣即減少了均衡單元數(shù)量，又實現(xiàn)電池單體見能量快速轉(zhuǎn)移，減少能量中間傳遞損耗。
[0019]在電池組單體數(shù)量不多，或者一致性較好，對均衡力度要求不高的情況下，可采用圖1所示均衡電路，均衡單元中電容或電感等儲能電氣元件，采用的控制策略是將電壓最高的單體電池中能量通過均衡單元轉(zhuǎn)移至電壓最低的單體中。均衡過程中，電池組中電壓高的單體通過均衡單元不停的將能量轉(zhuǎn)移至電壓低的單體，實現(xiàn)電池組的均衡控制。
[0020]當電池組單體數(shù)量較多，一致性較差，均衡力度需求較大時，可采用圖2或圖3所示多級均衡單元控制電路。如圖2均衡控制電路所示，二級均衡控制單元將下一級平均電壓最高電池分組的能量轉(zhuǎn)移至平均電壓較低電池分組，實現(xiàn)能量的快速轉(zhuǎn)移。同理多級均衡控制電路分別將下一級平均電壓最高的電池分組能量通過均衡單元轉(zhuǎn)移至平均電壓最低電池分組，各電池分組內(nèi)部通過均衡單元實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。各級均衡單元之間以及分組內(nèi)能量轉(zhuǎn)移可以并行運行，這樣提高了均衡速度。
[0021]根據(jù)均衡需求與電路復(fù)雜程度的實際狀況選擇均衡單元儲能元器件大小。均衡力大，均衡單元數(shù)量少時選擇容量交大的儲能元器件，反之，選擇容量較小的電氣儲能元件。
[0022]本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.多級均衡單元的電池組均衡控制方法，其特征在于:對電池組分組，每個分組對應(yīng)一均衡控制單元，各級均衡單元以及分組內(nèi)單元之間能量交換并行運行，電池組能量控制單元分級設(shè)計，各級控制單元，通過上一級均衡單元實現(xiàn)能量交換，各級之間的能量交換以及同級內(nèi)的均衡單元操作過程可以并行運行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級均衡單元的電池組均衡控制方法，其特征在于:均衡單元采用分級轉(zhuǎn)移能量的均衡方式，以電池分組為基礎(chǔ)，分組內(nèi)電池單體之間通過組內(nèi)的均衡單元轉(zhuǎn)移能量，分組之間通過上一級均能單元轉(zhuǎn)移能量；多級均衡單元均衡法是電池分組通過此分組對應(yīng)均衡單元實現(xiàn)能量交換，分組之間能量轉(zhuǎn)移通過再上一級的均衡單元實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，交換來的能量逐級向下轉(zhuǎn)移至平均電壓最低的分組中電壓最低的單體中，不同分級均衡單元之間能量交換通過中斷進行的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級均衡單元的電池組均衡控制方法，其特征在于:平均電壓最高的電池分組通過上一級均衡單元轉(zhuǎn)移至平均電壓最低的電池分組。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級均衡單元的電池組均衡控制方法，其特征在于:每個分組單體電池數(shù)量由均衡力度、均衡效率以及均衡電路復(fù)雜程度這些因素決定。
【專利摘要】本發(fā)明提供多級均衡單元的電池組均衡控制方法，屬于電池組均衡控制技術(shù)領(lǐng)域。對電池組分組，每個分組對應(yīng)一均衡控制單元，各級均衡單元以及分組內(nèi)單元之間能量交換并行運行，電池組能量控制單元分級設(shè)計，各級控制單元，通過上一級均衡單元實現(xiàn)能量交換，各級之間的能量交換以及同級內(nèi)的均衡單元操作過程可以并行運行。本發(fā)明兼顧均衡效率與電路結(jié)構(gòu)，采用分布式均衡方法，減少了均衡單元與電氣開關(guān)數(shù)量，簡化了均衡電路，采用分組分級均衡策略，實現(xiàn)了能量快速傳遞，又提高了均衡力度和均衡效率。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN104901380
【申請?zhí)枴緾N201510333357
【發(fā)明人】陳峭巖, 王占國, 張維戈, 張彩萍
【申請人】北京億利智慧能源科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月16日