CN102496983A - 一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池管理系统中的均衡技术领域，涉及一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器，在对电池组充电的后期，使电池组中电压最高的一节电池通过DCDC向整个电池组充电，使所述的该节电池的容量得到降低，使得电池组仍能够以较大电流进行充电，较大幅度的缩短充电时间；在所述电池组放电的后期，整个电池组通过DCDC向电池组中电压最低的一节电池充电，增加其容量，使得电池组仍能够以较大电流进行放电，延长放电时间，进而达到延长电池使用寿命的效果。本发明所提出的一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器，实现了大电流动力电池的无损型均衡；同时可满足快速充电的应用场合的要求。
Description
技术领域
本发明属于电池管理系统中的均衡技术领域，主要涉及的是一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器。
在动力电池作为能量存储单元的应用场合，为了满足大功率、大容量的需要，通常将电池串联成组使用。然而，由于单体电池间必然存在不一致性，将导致一系列的问题出现：诸如循环寿命缩短、利用效率降低、管理维护困难等。尤其对于充放电电压要求严格的锂动力电池来说，这些问题表现得尤为突出，一定程度上影响了新能源产业的发展。因此，利用均衡技术有效地解决不一致性所带来的问题，改善电池的使用状态，是电池应用研究中的一项重要课题。
按照均衡开启过程中能量的损耗程度，可将均衡分为损耗型和无损型；而这里所述的无损型，并非完全无损，是指低损耗。其中，损耗型均衡主要基于功率电阻可控分流的方法，一般用于实现充电均衡，每个单体电池均并联有分流支路，需要时可将电池的能量以热的形式散发出去，由于发热量大，该方式无法实现大电流均衡，通常均衡电流不大于2A。无损型均衡则主要基于变压器、电感、电容等储能元件进行能量转移，可在充电、放电、或静态下工作，均衡过程中能量损耗较少，从而发热量小，均衡电流一般可以做到5A以上。另外，对于要求快速充电的应用场合，现在所能达到的均衡电流无法满足要求。
发明内容
本发明的目的即由此产生，提出一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器，从而使得大电流动力电池的无损型均衡得以实现；同时使得本发明的均衡办法可以满足快速充电的应用场合的要求。
本发明完成其发明任务采取下述技术方案：一种大电流动力电池双向均衡方法，本发明所提出方法的技术方案基于双向DCDC原理提出；在对电池组充电的后期，使电池组中电压最高的一节电池通过DCDC转换器向整个电池组充电，使所述的该节电池的容量得到降低，使得电池组仍能够以较大电流进行充电，较大幅度的缩短充电时间；在所述电池组放电的后期，整个电池组通过DCDC向电池组中电压最低的一节电池充电，增加其容量，使得电池组仍能够以较大电流进行放电，延长放电时间，进而达到延长电池使用寿命的效果。
本发明完成其发明任务采取的具体的技术方案是：
在电池组充电、放电过程中，通过实时监测所述电池组中电池的电压、温度；并根据单体电池电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池；在所述电池组充电过程中，通过控制元件使电池组中电压最高的一节电池通过DCDC向整个电池组充电，或在所述电池组放电过程中，通过控制元件使整个电池组通过DCDC向电池组中电压最低的一节电池充电。
对本发明技术方案的更进一步说明：
在电池组充电、放电过程中，单片机系统实时监测电池的电压、温度，并将所得到的温度和电压数据传输给与其连通的电池管理系统控制器；电池管理系统控制器根据单体电池的电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池，并将控制信息通过通讯接口下发到均衡器；均衡器的单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，，控制所设置的双向DCDC的输入输出方向，选通继电器网络，实现均衡；即：当均衡器工作时，单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，并选择双向DCDC变压器进行高压到低压变换，实现电池组到单体电池的能量转移，即放电均衡，或者选择双向DCDC变压器低压到高压变换，实现单体电池到电池组的能量转移，即充电均衡。
实施本发明方法的一种大电流动力电池双向均衡器，所述大电流动力电池双向均衡器的构成为：包括双向DCDC、继电器网络、单片机系统三部分；所述的单片机系统实时监测电池的电压、温度，并将所得到的温度和电压数据传输给与其连通的电池管理系统控制器；电池管理系统控制器根据单体电池的电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池，并将控制信息通过通讯接口下发到均衡器；均衡器的单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，控制所设置的双向DCDC的输入输出方向，选通继电器网络，实现均衡；所述的继电器分别对应设置于电池组中的每一节单体电池两端；即：当均衡器工作时，单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，并选择双向DCDC变压器进行高压到低压变换，实现电池组到单体电池的能量转移，即放电均衡，或者选择双向DCDC变压器低压到高压变换，实现单体电池到电池组的能量转移，即充电均衡。
本发明所提出的一种大电流动力电池双向均衡方法及均衡器，实现了大电流动力电池的无损型均衡；同时可满足快速充电的应用场合的要求。该均衡器能够有效消除电池组中单体电池初始电量差异，并对容量不一致性也有很好的改善。
附图说明
图1为本发明均衡系统工作原理示意图。
图2为充电均衡状态原理示意图。
图3为放电均衡状态原理示意图。
图4为均衡器的系统结构框图。
具体实施方式
结合给出的附图和实施例对本发明加以进一步说明。
如图4所示，其给出均衡器的系统结构框图；并参照图1，所述的均衡器包括双向DCDC变压器、继电器网络、温度监测、电压检测、单片机系统、双向隔离以及通讯接口等模块。其中双向DCDC变压器用于电池组和电池组内部单体电池的能量转移；继电器网络用于控制选择需进行充、放电均衡的单体电池；温度监测模块用于实时测量电池的温度，电压监测模块用于实时测量电池的电压；温度和电压这两组数据传输给单片机并经过单片机处理后向外发送；控制继电器网络和双向DCDC变压器的工作。单片机系统是均衡器的控制核心，根据电池的参数控制均衡器的工作状态；均衡器通过通讯接口与电池管理系统控制器相连接，电池管理系统控制器对系统内多个均衡器和电流采集器的采集数据进行显示和记录。由于多节电池串联后有很高的共模电压存在，必须使用双向隔离电路对通讯接口进行隔离。为了配合均衡电路的可靠运行，均衡器本身还必须具备单体电池参数的监测功能，主要包括电池电压、温度的监测，另外还必须有通讯接口，可以和电池管理系统控制器进行通讯。
以下对充电和放电过程中均衡器的工作原理进行说明。
图2为启动放电均衡的状态，在放电后期，由于电池的不一致性，总有个别电池的电压下降较快，率先达到均衡点；此时需要开启均衡，使电池组对其充电，控制其电压的下降，使放电过程得以继续。
不失一般性，假设第2节电池电压低于放电均衡起始点电压，单片机系统则选通继电器网络中的K2B、K3A以及K1A、K13B，并选择DCDC双向变压器从高压到低压进行变换，实现电池组的能量向第2节电池转移，使第2节电池的电压下降速度变缓。
图3为启动充电均衡的状态，在充电后期，由于电池的不一致性，总有个别电池的电压升高较快，率先达到均衡点，此时需要开启均衡，使其向整个电池组充电，控制其电压的上升，使充电过程得以继续。
不失一般性，假设第2节电池电压高于充电均衡起始点电压，单片机系统则选通继电器网络中的K2A、K3B以及K1A、K13B，并选择DCDC双向变压器从低压到高压进行变换，实现第2节电池的能量向电池组转移，使第2节电池的电压上升速度变缓。
该均衡方法的基本原理框图如图1所示，均衡器包括双向DCDC、继电器网络、单片机系统三部分；所述的单片机系统实时监测电池的电压、温度，并将所得到的温度和电压数据传输给与其连通的电池管理系统控制器；电池管理系统控制器根据单体电池的电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池，并将控制信息通过通讯接口下发到均衡器；均衡器的单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，，控制所设置的双向DCDC的输入输出方向，选通继电器网络，实现均衡；所述的继电器分别对应设置于电池组中的每一节单体电池两端；即：当均衡器工作时，单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，并选择双向DCDC变压器进行高压到低压变换，实现电池组到单体电池的能量转移，即放电均衡，或者选择双向DCDC变压器低压到高压变换，实现单体电池到电池组的能量转移，即充电均衡。
在应用时，每12节电池安装1个均衡器，12节电池为一组实现自动均衡。
Claims (4)
1.一种大电流动力电池双向均衡方法，其特征在于：在对电池组充电的后期，使电池组中电压最高的一节电池通过DCDC转换器向整个电池组充电，使所述的该节电池的容量得到降低，使得电池组仍能够以较大电流进行充电，较大幅度的缩短充电时间；在所述电池组放电的后期，整个电池组通过DCDC向电池组中电压最低的一节电池充电，增加其容量，使得电池组仍能够以较大电流进行放电，延长放电时间，进而达到延长电池使用寿命的效果。
2.按照权利要求1所述的一种大电流动力电池双向均衡方法，其特征在于：在电池组充电、放电过程中，通过实时监测所述电池组中电池的电压、温度；并根据单体电池电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池；在所述电池组充电过程中，通过控制元件使电池组中电压最高的一节电池通过DCDC向整个电池组充电，或在所述电池组放电过程中，通过控制元件使整个电池组通过DCDC向电池组中电压最低的一节电池充电。
3.按照权利要求1或2所述的一种大电流动力电池双向均衡方法，其特征在于：在电池组充电、放电过程中，单片机系统实时监测电池的电压、温度，并将所得到的温度和电压数据传输给与其连通的电池管理系统控制器；电池管理系统控制器根据单体电池的电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池，并将控制信息通过通讯接口下发到均衡器；均衡器的单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，，控制所设置的双向DCDC的输入输出方向，选通继电器网络，实现均衡；即：当均衡器工作时，单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，并选择双向DCDC变压器进行高压到低压变换，实现电池组到单体电池的能量转移，即放电均衡，或者选择双向DCDC变压器低压到高压变换，实现单体电池到电池组的能量转移，即充电均衡。
4.实施权利1所述方法的一种大电流动力电池双向均衡器，其特征在于：所述大电流动力电池双向均衡器的构成为：包括双向DCDC、继电器网络、电池管理系统三部分；所述的单片机系统实时监测电池的电压、温度，并将所得到的温度和电压数据传输给与其连通的电池管理系统控制器；电池管理系统控制器根据单体电池的电压作出判断，确定所需进行均衡的单体电池，并将控制信息通过通讯接口下发到均衡器；均衡器的单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，控制所设置的双向DCDC的输入输出方向，选通继电器网络，实现均衡；所述的继电器分别对应设置于电池组中的每一节单体电池两端；即：当均衡器工作时，单片机系统选通需均衡单体电池两端的继电器，并选择双向DCDC变压器进行高压到低压变换，实现电池组到单体电池的能量转移，即放电均衡，或者选择双向DCDC变压器低压到高压变换，实现单体电池到电池组的能量转移，即充电均衡。
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