CN104901380A - 多级均衡单元的电池组均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供多级均衡单元的电池组均衡控制方法，属于电池组均衡控制技术领域。对电池组分组，每个分组对应一均衡控制单元，各级均衡单元以及分组内单元之间能量交换并行运行，电池组能量控制单元分级设计，各级控制单元，通过上一级均衡单元实现能量交换，各级之间的能量交换以及同级内的均衡单元操作过程可以并行运行。本发明兼顾均衡效率与电路结构，采用分布式均衡方法，减少了均衡单元与电气开关数量，简化了均衡电路，采用分组分级均衡策略，实现了能量快速传递，又提高了均衡力度和均衡效率。

Description

多级均衡单元的电池组均衡控制方法

技术领域

本发明涉及电池组均衡控制技术领域，特别涉及多级均衡单元的电池组均衡控制方法。

背景技术

电池组一致性是电池串联成组应用技术的核心之一，直接影响到电池组使用的安全性和高效性。但实践证明，电池组一致性是相对的，不一致却是是绝对的。造成电池组不一致的原因主要有以下几点：(1)电池在出厂前由于制造和化成筛选工艺的原因，不能保证电池单体出厂时各项参数一致，特别是电池初始SOC的不一致会在电池组初始阶段就造成电池组的不一致；(2)电池单体在使用时位置不同，工作温度存在一定的差异，通风处电池单体温度低一些，而其它地方的电池单体温度会相对高一些，温度的差异导致电池的自放电率不一致，长时间的差异累积会引起电池SOC的不均衡；(3)库仑效率的不一致，串联电池组在充电和放电过程中单体流过的电流相等，但是由于每个单体所处环境的不一致导致其库仑效率的不一致，在这种情况下，电池不同单体实际充电容量和放电容量就会引起差异。

电池组均衡控制包括能耗式均衡与非能耗式均衡，非能耗式均衡以能耗低，散热量小成为均衡控制发展方向。目前非能耗均衡电路包括集中型均衡控制、离散均衡控制和开关矩阵均衡控制。

集中均衡控制采用整体的均衡器件，如多输出变压器均衡控制电路，其原边为辅助充电电路，副边为多组匝数相同的变压器线圈，每个单体电池并联一组副边线圈。这种电路均衡效率高，均衡力度大，但结构复杂，维护困难，不易实现对具体单体电池的控制。

分布式均衡控制可以分别控制各单体电池充放电，电池组中各单体电池之间可以通过均衡电路中的储能元件实现能量转移，包括开关电容电路、分布式电感均衡电路及Buck-Boost均衡电路等，其优点是结构简单，控制方便，但均衡过程中能量需经过各均衡单元顺序传递，因此均衡力度小，均衡效率较低。

开关矩阵均衡控制电路由储能均衡元件与开关矩阵构成，通过开关矩阵与均衡单元可直接控制各单体电池之间能量转移，因此均衡力度大，均衡效率高，缺点是电路复杂，需要大量的电气开关器件，假如有N个均衡单元，M个单体电池，需要2×N×M个电气开关。

发明内容

为了克服目前均衡控制方法电路结构复杂或者均衡力度小，均衡效率低的问题，本发明提供多级均衡单元的电池组均衡控制方法，该方法不仅均衡电路结构简单，而且能快速高效的实现电池组均衡控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

多级均衡单元的电池组均衡控制方法，对电池组分组，每个分组对应一均衡控制单元，各级均衡单元以及分组内单元之间能量交换并行运行，电池组能量控制单元分级设计，各级控制单元，通过上一级均衡单元实现能量交换，各级之间的能量交换以及同级内的均衡单元操作过程可以并行运行。

进一步地，均衡单元采用分级转移能量的均衡方式，以电池分组为基础，分组内电池单体之间通过组内的均衡单元转移能量，分组之间通过上一级均能单元转移能量；多级均衡单元均衡法是电池分组通过此分组对应均衡单元实现能量交换，分组之间能量转移通过再上一级的均衡单元实现能量转移，交换来的能量逐级向下转移至平均电压最低的分组中电压最低的单体中，不同分级均衡单元之间能量交换通过中断进行的。

进一步地，平均电压最高的电池分组通过上一级均衡单元转移至平均电压最低的电池分组。

进一步地，每个分组单体电池数量由均衡力度、均衡效率以及均衡电路复杂程度这些因素决定。

本发明和现有技术相比，具有以下优点和效果：将电池组分为若干小的电池分组，每一分组对应一个含有储能电气元件的均衡单元，均衡单元起到能量传递的作用，电池分组内电压高的单体电池通过均衡单元，将一部分能量转移至电压低的单体电池，实现分组内单体电池之间的均衡控制。在电池组数量较多时，可以组建多级的分组与均衡控制单元。根据电池组单体的数量与控制要求，优化控制单元分级数量与各个分级内单元数量，这样即减少了均衡单元数量，又实现电池单体见能量快速转移，减少能量中间传递损耗。本发明兼顾均衡效率与电路结构，采用分布式均衡方法，减少了均衡单元与电气开关数量，简化了均衡电路，采用分组分级均衡策略，实现了了能量快速传递，又提高了均衡力度和均衡效率。本发明不仅均衡电路结构简单，而且能快速高效的实现电池组均衡控制。采用多级均衡单元控制法，提高了单体电池间能量转移速度，可以实现对每一个单体电池的控制，相比开关矩阵电路，简化了电路结构，易于设备的维护。

附图说明

图1为电池分组能量转移控制电路示意图；

图2为两级均衡单元能量转移均衡控制电路示意图；

图3为多级均衡单元能量转移均衡控制电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

将电池组分为若干小的电池分组，每一分组单体电池数量由均衡力度、均衡效率以及均衡电路复杂程度等因素决定。每一分组对应一个含有储能电气元件的均衡单元，均衡单元起到能量传递的作用，电池分组内电压高的单体电池通过均衡单元，将一部分能量转移至电压低的单体电池，实现分组内单体电池之间的均衡控制。分组之间可通过上一级的均衡单元实现电池分组之间能量转移，同上综合考虑均衡力度、均衡效率与控制电路的复杂程度，选择若干电池分组组成一个高一级的电池组，通过控制策略，实现能量从平均电压高的分组转移至平均电压低的分组，电池分组之间能量控制以分组平均电压为依据。以此类推，在电池组数量较多时，可以组建多级的分组与均衡控制单元。根据电池组单体的数量与控制要求，优化控制单元分级数量与各个分级内单元数量，这样即减少了均衡单元数量，又实现电池单体见能量快速转移，减少能量中间传递损耗。

在电池组单体数量不多，或者一致性较好，对均衡力度要求不高的情况下，可采用图1所示均衡电路，均衡单元中电容或电感等储能电气元件，采用的控制策略是将电压最高的单体电池中能量通过均衡单元转移至电压最低的单体中。均衡过程中，电池组中电压高的单体通过均衡单元不停的将能量转移至电压低的单体，实现电池组的均衡控制。

当电池组单体数量较多，一致性较差，均衡力度需求较大时，可采用图2或图3所示多级均衡单元控制电路。如图2均衡控制电路所示，二级均衡控制单元将下一级平均电压最高电池分组的能量转移至平均电压较低电池分组，实现能量的快速转移。同理多级均衡控制电路分别将下一级平均电压最高的电池分组能量通过均衡单元转移至平均电压最低电池分组，各电池分组内部通过均衡单元实现能量转移。各级均衡单元之间以及分组内能量转移可以并行运行，这样提高了均衡速度。

根据均衡需求与电路复杂程度的实际状况选择均衡单元储能元器件大小。均衡力大，均衡单元数量少时选择容量交大的储能元器件，反之，选择容量较小的电气储能元件。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.多级均衡单元的电池组均衡控制方法，其特征在于：对电池组分组，每个分组对应一均衡控制单元，各级均衡单元以及分组内单元之间能量交换并行运行，电池组能量控制单元分级设计，各级控制单元，通过上一级均衡单元实现能量交换，各级之间的能量交换以及同级内的均衡单元操作过程可以并行运行。

2.根据权利要求1所述的多级均衡单元的电池组均衡控制方法，其特征在于：均衡单元采用分级转移能量的均衡方式，以电池分组为基础，分组内电池单体之间通过组内的均衡单元转移能量，分组之间通过上一级均能单元转移能量；多级均衡单元均衡法是电池分组通过此分组对应均衡单元实现能量交换，分组之间能量转移通过再上一级的均衡单元实现能量转移，交换来的能量逐级向下转移至平均电压最低的分组中电压最低的单体中，不同分级均衡单元之间能量交换通过中断进行的。

3.根据权利要求1所述的多级均衡单元的电池组均衡控制方法，其特征在于：平均电压最高的电池分组通过上一级均衡单元转移至平均电压最低的电池分组。

4.根据权利要求1所述的多级均衡单元的电池组均衡控制方法，其特征在于：每个分组单体电池数量由均衡力度、均衡效率以及均衡电路复杂程度这些因素决定。