CN114899916A - 一种用于电池包的bms被动均衡方法 - Google Patents

一种用于电池包的bms被动均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源锂电池储能技术领域，具体公开了一种用于电池包的BMS被动均衡方法，通过使用储能高压箱内的储能电池组为散热风扇供电，通过风扇散热的方式消耗均衡的多余能量，风扇可以长时间持续工作，消耗了大量的多余的均衡能量，本方案还在系统内配备了DC‑DC变换器用于电压变换，并且DC‑DC变换器内的变压器能够提供足够的电气间隙，解决了因电池包之间存在较高的电压差产生的安全隐患，将高压箱内开关电源作为备用电源，并按储能电池80％容量作为阈值，高于阈值则启动整簇风扇，消耗储能电池能量，直到容量低于70％，有效的避免因高压箱内的储能电池电量耗尽，出现风扇无法工作的情况。

Description

一种用于电池包的BMS被动均衡方法
技术领域
本发明涉及新能源锂电池储能技术领域，具体为一种用于电池包的BMS被动均衡方法。
背景技术
随着国家对新能源行业的大力发展，锂电池及BMS系统被大量应用在诸多领域。锂电池的一致性是指锂电池在充放电循环中每个电池的电压或能量是否相同，一致性差会导致整个电池簇充放电能力下降，容量下降。所以在BMS系统中，通常会是用被动均衡或主动均衡改善电池包内电池的一致性。
但在传统BMS系统中，仅能对电池包内进行均衡，对电池包间却无能为力。在电池簇中，各个电池包以串联的形式连接，所以在充放电过程中，也会产生一致性问题，也会对整个系统的性能造成影响。所以需要采用一些方法对电池簇内电池包之间进行能量均衡。
传统被动均衡采用大功率电阻并联在单电池两端，采用发热耗散的形式，给电池放电。对于单个能量较小的单电池而言，这是简单易行的，但对于能量较高的整个电池包而言，简单的采用电阻耗散的话，效率极低，并且发热量极高，并且过高的发热对整个集装箱储能系统的热环境有负面影响，对日常工作中的人员安全也有隐患。
对于整个电池簇而言，电池包间的电压差极大，有些会达到1500V，所以如果单独对每个电池包充放电，电池包间的电压差极大。并且仅能对电池包充电只能补充能量不足的电池包，而无法消耗能量较多的电池包，依然会造成充放电时整个电池簇容量下降。而采用双向DC-DC设备对电池包充放电，会使整个设备成本大大增加。并且会使整个系统的电路和控制系统变的极为复杂，实现起来较为困难，成本也会大大增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电池包的BMS被动均衡方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于电池包的BMS被动均衡方法，包括以下具体的步骤：
S1：多个电池包间正负极相互连接，电池包串联后的总正总负电缆与储能高压箱总正总负电缆连接；
S2：在电池包上安装散热风扇，将储能高压箱中的储能电池与散热风扇的供电端连接，将散热风扇的控制端与电池包中BMS从板连接，由电池包中BMS从板控制散热风扇的通断；
S3：每个电池包的正极负极分别通过继电器阵列与DC-DC变换器相连，通过DC-DC变换器内的变压器平衡多个电池包之间的电压差；
S4：DC-DC变换器与储能电池连接，DC-DC变换器将需要均衡的电池包的能量进行整流降压后，充进储能电池中。
作为本发明的一种优选方案，设定所述串联的电池包间的电压极值阈值为100mV，当电池包间电压极值超过100mV时，将电压最高的电池包接入DC-DC变换器，放电至电压平均值结束。
作为本发明的一种优选方案，所述继电器的数量是电池包数量的两倍。
作为本发明的一种优选方案，所述继电器分为正、负继电器两组，两组继电器的数量一致。
作为本发明的一种优选方案，所述正继电器的一侧分别与每个电池包正极相连，另一侧与DC-DC变换器正极相连，负继电器的一侧分别与每个电池包负极相连，另一侧与DC-DC变换器负极相连。
作为本发明的一种优选方案，所述高压箱内的24V电源设定为散热风扇的备用电源，当储能电池无法供电时，将散热风扇的供电端自动切换到该24V电源，用于为散热风扇提供的备用供电支持。
作为本发明的一种优选方案，所述储能电池包括八块串联的100Ah锂电池，串联后电压约为24V左右，负责暂时存储均衡电池包的能量，并且持续为整簇风扇供电。
作为本发明的一种优选方案，所述储能电池的电压监测和电源切换控制端与高压箱内BMS主控系统连接。
作为本发明的一种优选方案，将所述储能电池容量的80％设定为阈值，当储能电池被充电的容量高于阈值后，强制开启全部散热风扇用于消耗多余能量，直到储能电池容量小于70％后，恢复正常。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，本方案在储能高压箱内放置一组储能电池，能够将能量较高的电池多余的能量暂时储存，可以按需要均衡的能量的5倍容量设置储能电池的容量，由于锂电池充放电电流可以做到较高，所以均衡电流可以做到较高，大大提高了电池包的均衡效率。
2、本发明提供的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，本方案采用继电器开关阵列作为电池包切换的控制模组，将需要能量均衡的电池包连接储能电池。
3、本发明提供的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，由于电池包电压较高(40V～80V)储能电池组的电压配置较低(24V)，本方案在系统内配备了DC-DC变换器用于电压变换，并且DC-DC变换器内的变压器能够提供足够的电气间隙，解决了因电池包之间存在较高的电压差产生的安全隐患，通过电气隔离保证了设备安全。
4、本发明提供的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，本方案通过使用储能高压箱内的储能电池组为散热风扇供电，通过风扇散热的方式消耗均衡的多余能量，而且单个风扇的功率在10W左右，整簇风扇总功率可以到150W左右，风扇可以长时间持续工作，消耗了大量的多余的均衡能量。
5、本发明提供的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，本方案将高压箱内开关电源作为备用电源，同时，为了防止储能电池充满，事先按5倍准备均衡容量，并且按储能电池80％容量作为阈值，高于阈值则启动整簇风扇，消耗储能电池能量，直到容量低于70％，有效的避免因高压箱内的储能电池电量耗尽，出现风扇无法工作的情况。
附图说明
图1为本发明的电池包的被动均衡原理图。
图中：1、电池包；2、散热风扇；3、正继电器；4、DC-DC变换器；5、储能电池；6、负继电器；7、24V电源；8、储能高压箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于电池包的BMS被动均衡方法，通常情况下，电池包1由十个以上串联而成，在本应用实施例中，设定电池包1串联的数量为四个。
如图1中所示，四个电池包1间的正负极相互连接，四个电池包1的总电压相加，由于不同产品的电池包1的串联数量不同，电池满充满放电压不同，所以串联后总电压也不同，一般情况下在600～1500V之间。
本方案在电池包1上安装有散热风扇2，散热风扇2的通断受到电池包1中BMS从板控制，散热风扇2的供电由储能高压箱8中的储能电池5提供，电池包1串联后的总正总负电缆与储能高压箱8总正总负电缆连接。
每个电池包1的正极负极分别通过继电器阵列与DC-DC变换器4相连。其中，继电器数量是电池包1数量的两倍。
如图1中所示，在本应用实施例中，四个电池包1对应八个继电器。继电器分为正继电器3、负继电器6两组，两组正继电器3、负继电器6的数量各为四个。图中上方四个为正继电器3，正继电器3的一侧分别与每个电池包1正极相连，另一侧与DC-DC变换器4正极相连。下方四个为负继电器6，负继电器6的一侧分别与每个电池包1负极相连，另一侧与DC-DC变换器4负极相连。
举例说明：如需将图中从上至下数的第一个电池包1与DC-DC变换器4连接，则需闭合图中从上至下数的第一个继电器、第五个继电器；如需将图中从上至下数的第三个电池包1与DC-DC变换器4连接，则需闭合图中从上至下数的第三个继电器、第七个继电器。
DC-DC变换器4负责将需均衡的电池包1的能量整流降压后充进储能电池5中，其中，在本应用实施例中，储能电池5为八块串联的100Ah锂电池，串联后电压约为24V左右，负责暂时存储均衡电池包1的能量，并且持续为整簇散热风扇2供电。
同时，为了防止储能电池5电量放光，造成散热风扇2无法启动，需要储能高压箱8内24V电源7为散热风扇2备用供电；储能电池5的电压监测和电源的切换，由储能高压箱8内BMS主控完成。
工作原理：通过外置储能电池5来暂存电池包1均衡能量，需要考虑电池包1间电压差阈值以估计所需均衡的能量，从而计算所需储能电池5的容量。
在本应用实施例中，设定串联电池包1间的电压极值的阈值为100mV，当电池包1间电压极值超过100mV时，将电压最高的电池包1接入DC-DC变换器4，放电至电压平均值结束。
根据现有的280Ah锂电池ocv曲线可知，100mV在锂电池电压平台期ocv曲线最平缓，对应soc跨度最大，约为5％，为14Ah；按电池包1电压80V计算，则需要均衡能量最多为1.12kWh。
储能电池5除了需要储存均衡能量外，还需给散热风扇2供电，所以需要串联多节电池以提供足够电压。在本应用实施例中，储能电池5串联八块锂电池，提供约24V电压，储能电池5储存1.12kWh能量需要至少47Ah的电池容量。
按照一倍的冗余配置储能电池5，则最终选择八块100Ah锂电池；按照充放电倍率0.33C计算，储能电池5的充电电流最高为33A，则需要选择DC-DC变换器4的输出电流30A，以此电流计算，均衡1.12kWh能量需要1.5h。
在充放电过程中，电池包1一般升温较快，需要持续开启散热风扇2，按每个风扇10W计算，十个电池包1消耗1.12kW的能量则需要约12小时。
由于电池在出厂检测后，一致性是均一的，并且电池包1内也设置有均衡功能，所以电池包1间均衡功能较少开启，每次开启1.5h完成均衡，能量消耗12h，完全能够满足需求。
对于某些极端情况下，储能电池5会被充满，从而无法继续提供均衡功能。为避免该状况出现，设置储能电池5容量的80％为阈值，当电池被充电高于阈值后，强制开启全部散热风扇2消耗能量，直到电池容量小于70％后，恢复正常。
某些状况下由于电池包1一致性较好，长时间不需要对电池包1均衡，导致储能电池5长时间无法补充能量，电压过低无法供散热风扇2工作，所以需要储能高压箱8内的24V电源7作为补充；使得当储能电池5无法供电的时候，自动切换到24V电源7。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：包括以下具体的步骤：
S1：多个电池包(1)间正负极相互连接，电池包(1)串联后的总正总负电缆与储能高压箱(8)总正总负电缆连接；
S2：在电池包(1)上安装散热风扇(2)，将储能高压箱(8)中的储能电池(5)与散热风扇(2)的供电端连接，将散热风扇(2)的控制端与电池包(1)中的BMS从板连接，由电池包(1)中的BMS从板控制散热风扇(2)的通断；
S3：每个电池包(1)的正极负极分别通过继电器阵列与DC-DC变换器(4)相连，通过DC-DC变换器(4)内的变压器平衡多个电池包(1)之间的电压差；
S4：DC-DC变换器(4)与储能电池(5)连接，DC-DC变换器(4)将需要均衡的电池包(1)的能量进行整流降压后，充进储能电池(5)中。
2.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：设定所述串联的电池包(1)间的电压极值阈值，当电池包(1)间电压极值超过所设阈值时，将电压最高的电池包(1)接入DC-DC变换器(4)，放电至电压平均值结束。
3.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述继电器阵列中的继电器的数量是电池包(1)数量的两倍。
4.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述继电器阵列中的继电器分为正继电器(3)、负继电器(6)两组，两组继电器的数量一致。
5.根据权利要求4所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述正继电器(3)的一侧分别与每个电池包(1)正极相连，另一侧与DC-DC变换器(4)正极相连，负继电器(6)的一侧分别与每个电池包(1)负极相连，另一侧与DC-DC变换器(4)负极相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述储能高压箱(8)内的24V电源(7)设定为散热风扇(2)的备用电源，当储能电池(5)无法供电时，将散热风扇(2)的供电端自动切换到该24V电源(7)，用于为散热风扇(2)提供的备用供电支持。
7.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述储能电池(1)包括多个相互串联的锂电池，用于存储均衡电池包(1)的能量，并且持续为整簇散热风扇(2)供电。
8.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：所述储能电池(5)的电压监测和电源切换控制端与储能高压箱(8)内的BMS主控系统连接。
9.根据权利要求1所述的一种用于电池包的BMS被动均衡方法，其特征在于：将所述储能电池(5)容量的80％设定为阈值，当储能电池(5)被充电的容量高于阈值后，强制开启全部散热风扇(2)用于消耗多余能量，直到储能电池(5)容量小于70％后，恢复正常。
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