一种蓄电装置双向均衡系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种蓄电装置双向均衡系统和方法，以电阻式均衡器为基础结合三个隔离开关、锂电池充电控制模块和DC/DC变换器，具有被均衡单体电池的可选性和均衡能量的双向性，目的是解决现有技术中只能单向均衡的问题，实现蓄电装置双向均衡，且能够在充电均衡中实现从电池模组自身取电或者外部低压电源。
【专利说明】
一种蓄电装置双向均衡系统和方法
技术领域
[0001]本申请涉及一种蓄电装置均衡系统和方法，具体地涉及一种蓄电装置双向均衡系统和方法。
【背景技术】
[0002]目前，从国内外的研究现状来看，根据均衡电路所选用的储能或耗能元件的不同，锂离子电池均衡器从本质上来讲主要分为电阻式均衡器、电容式均衡器、电感式均衡器和变压器式均衡器。其中，电容式均衡器和电感式均衡器是通过单体电池的电压差进行均衡，但由于单体电池间的电压差很小，再加上开关器件的导通压降，因此均衡能量很难转移，甚至无法转移。且一般电容式和电感式均衡器的均衡电路比较复杂，参数选取比较困难，电源系统配置不同时，需要详细的设计并验证电路参数，延长研制周期。变压器式均衡器的缺点是变压器体积大、重量重，除了开关损耗，还要考虑变压器损耗，同均衡电流的可控性差。同时，变压器漏感导致的电压不平衡使得系统控制不能很好的补偿。
[0003]电阻均衡器具有结构简单、效果显著和可靠性高等优点，但现有的开关式电阻均衡器一般为单向性均衡，只能将单个高电压电池的能量耗散，并且每个电池两端并联可由开关器件控制的电阻，存在均衡电流小、结构复杂、电阻散热困难等问题，同时对于低于平均电压的电池则无法实现均衡。
【发明内容】
[0004]本发明目的是解决现有技术中只能单向均衡的问题，实现蓄电装置双向均衡，且能够在充电均衡中实现从电池模组自身取电或者外部低压电源。本发明以电阻式均衡器为基础结合锂电池充电控制模块和DC/DC变换器，以及多个隔离开关，实现被均衡单体电池的可选性和均衡能量的双向性。
[0005]本发明具体为:一种蓄电装置双向均衡系统，包括:
[0006]电池模组，其由多个电池单体串联，且由电源供电；
[0007]DC/DC 模块；
[0008]电池单体通过第一隔离开关和第二隔离开关与负载相连；
[0009]所述第一隔离开关，选择需要均衡的电池单体与第二隔离开关相连；
[0010]所述第二隔离开关，选择第一隔离开关与DC/DC模块和负载之一相连；
[0011]第三隔离开关，DC/DC模块通过第三隔离开关选择与电池模组或者低压电源之一连接，第三隔离开关使低压电源和DC/DC模块连接，均衡系统工作在低压电源取电模式;第三隔离开关使电池模组和DC/DC模块连接，均衡系统工作在自身取电模式。
[0012]更进一步的，还包括集成芯片，其按照均衡策略控制第一隔离开关、第二隔离开关或第三隔离开关的选择状态。
[0013]更进一步的，还包括充电控制模块，其设置在DC/DC模块和第二隔离开关之间，充电控制模块采用恒流工作模式，具有1A、3A和5A挡位电流值，集成芯片与充电控制模块信号输入端信号相连，控制充电控制模块选择相应挡位。
[0014]更进一步的，所述电源为低压电源，电压范围9?48V。
[0015]更进一步的，所述低压电源电压为24V。
[0016]更进一步的，集成芯片与第一隔离开关的控制端、第二隔离开关的控制端或第三隔离开关的控制端相连。
[0017]更进一步的，所述集成芯片与检测电池模组电压、温度和回路中电流的传感器相连，所述集成芯片包括计算电池模组中单体SOC的计算部。
[0018]本发明还涉及使用上述一种蓄电装置双向均衡系统的方法，
[0019]当电池模组放电结束时，控制第三隔离开关使低压电源和DC/DC模块连接，均衡系统工作在低压电源取电模式；
[0020 ]当电池模组在充电后期时，控制第三隔离开关使电池模组和DC/DC模块连接，均衡系统工作在自身取电模式；
[0021]当电池模组不需要充电均衡，控制DC/DC模块停止工作，同时切断上述两种取电模式。
[0022]更进一步的，所述第二隔离开关选择第一隔离开关与DC/DC模块相连，则所述均衡系统为充电均衡状态；
[0023]所述第二隔离开关选择第一隔离开关与负载相连，则所述均衡系统为放电均衡状态；
[0024]更进一步的，集成芯片检测电池模组电压、温度和回路中电流，计算电池模组中单体S0C，并以单体电池电压一致性为均衡第一判据，以确保电池模组能正常充电；当达到第一判据，结合电池温度和SOC作为均衡的第二判据，对电池模组继续均衡。
【附图说明】
[0025]图1为本发明原理结构图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本发明包含电池模组、第一隔离开关、第二隔离开关、第三隔离开关、低压电源、DC/DC模块、充电控制模块、集成芯片和负载，负载是能耗电阻。通过上述三组隔离开关、DC/DC模块、充电控制模块、集成芯片、能耗电阻实现电池模组主被动均衡。当集成芯片检测电池模组某单体电池电压或者SOC过高时，集成芯片控制第二隔离开关切换为放电模式，此时充电控制模块停止工作，集成芯片控制第一隔离开关、第二隔离开关、待放电的电压单体与能耗电阻形成回路，实现放电均衡。
[0027]当集成芯片检测电池模组中某单体电池电压或者SOC过低时，控制第二隔离开关切换为充电模式，此时充电控制模块开始工作，集成芯片控制第三隔离开关有选择地从电池模组或外部低压电源取电，并由DC/DC模块实现电压隔离、经充电控制模块产生恒定电流，第一隔尚开关控制待充电的电池单体与第二隔尚开关连接，此时第一隔尚开关、第二隔离开关、待放电的电压单体与电池模组或外部低压电源形成回路，实现充电均衡。
[0028]电池模组充电均衡可以有选择地从电池模组自身取电，或者外部低压电源或者同时切断上述两种供电模式。其选择方法:由集成芯片控制第三隔离开关工作选择外部取电模式或电池模组自身取电模式。具体地，当电池模组放电结束时需要均衡时，此时电池模组SOC较低，电池模组中单体电池电压普遍都低，此时由集成芯片控制第三隔离开关断开与电池模组的连接并与低压电源连接，进而工作在外部取电模式。当电池模组在充电后期时，电池模组中单体电池电压普遍都较高，此时由集成芯片控制第三隔离开关断开与低压电源的连接并与电池模组连接，进而工作在自身取电模式；当电池模组不需要充电均衡，则由集成芯片同时切断上述两种供电模式，此时DC/DC模块和充电控制模块不工作，节省能耗，
[0029]DC/DC模块采用电压隔离，实现电池模组中任意单体均衡充电通过电池模组自身取电或者外部低压取电，同时其模块输入电压范围同时满足电池模组、外部低压供电电压范围要求，优选取9?48V，其输出为稳定的电压，优选为24V;
[0030]充电控制模块优选采用恒流工作模式，电流优选为5A，可以设定不同挡位电流值，优选为1A、3A和5A，并由集成芯片根据均衡策略选择相应挡位。
[0031]第二隔离开关具有2种接通状态，即充电均衡状态或者放电均衡状态，其中充电均衡状态时第二隔离开关接通充电控制模块，放电均衡状态时第二隔离开关接通电阻，由集成芯片根据电池均衡策略控制第二隔离开关接通工作状态。
[0032]第一隔离开关用于选择需要均衡的电池单体与第二隔离开关相连，并由集成芯片按照均衡策略选定需要均衡的电池单体；
[0033]集成芯片检测电池模组电压、温度和回路中电流，得到电池模组中单体S0C，并以单体电池电压一致性为均衡第一判据，以确保电池模组能正常充电；当达到第一判据，结合电池温度和SOC作为均衡的第二判据，对电池模组继续均衡，以达到提高电池使用寿命的目的。
【主权项】
1.一种蓄电装置双向均衡系统，包括: 电池模组，其由多个电池单体串联，且由电源供电； DC/DC模块; 其特征在于: 电池单体通过第一隔离开关和第二隔离开关与负载相连； 所述第一隔离开关，选择需要均衡的电池单体与第二隔离开关相连； 所述第二隔离开关，选择第一隔离开关与DC/DC模块和负载之一相连； 第三隔离开关，DC/DC模块通过第三隔离开关选择与电池模组或者低压电源之一连接，第三隔离开关使低压电源和DC/DC模块连接，均衡系统工作在低压电源取电模式;第三隔离开关使电池模组和DC/DC模块连接，均衡系统工作在自身取电模式。2.如权利要求1所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于:还包括集成芯片，其按照均衡策略控制第一隔离开关、第二隔离开关或第三隔离开关的选择状态。3.如权利要求2所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于:还包括充电控制模块，其设置在DC/DC模块和第二隔离开关之间，充电控制模块采用恒流工作模式，具有1A、3A和5A挡位电流值，集成芯片与充电控制模块信号信号相连，控制充电控制模块选择相应挡位。4.如权利要求1所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于:所述电源为低压电源，电压范围9?48V。5.如权利要求1所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于:集成芯片与第一隔离开关的控制端、第二隔离开关的控制端或第三隔离开关的控制端相连。6.如权利要求2所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于:所述集成芯片与检测电池模组电压、温度和回路中电流的传感器相连，所述集成芯片包括计算电池模组中单体SOC的计算部。7.如权利要求1至6任一项所述的一种蓄电装置双向均衡系统，其特征在于: 当电池模组放电结束时，控制第三隔离开关使低压电源和DC/DC模块连接，均衡系统工作在低压电源取电模式； 当电池模组在充电后期时，控制第三隔离开关使电池模组和DC/DC模块连接，均衡系统工作在自身取电模式； 当电池模组不需要充电均衡，控制DC/DC模块停止工作，同时切断上述两种取电模式； 第二隔离开关选择第一隔离开关与DC/DC模块相连，则所述均衡系统为充电均衡状态； 所述第二隔离开关选择第一隔离开关与负载相连，则所述均衡系统为放电均衡状态。8.使用如权利要求1-7任一项所述的一种蓄电装置双向均衡系统的方法，其特征在于: 当电池模组放电结束时，控制第三隔离开关使低压电源和DC/DC模块连接，均衡系统工作在低压电源取电模式； 当电池模组在充电后期时，控制第三隔离开关使电池模组和DC/DC模块连接，均衡系统工作在自身取电模式； 当电池模组不需要充电均衡，控制DC/DC模块停止工作，同时切断上述两种取电模式。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于: 所述第二隔离开关选择第一隔离开关与DC/DC模块相连，则所述均衡系统为充电均衡状态 所述第二隔离开关选择第一隔离开关与负载相连，则所述均衡系统为放电均衡状态。10.如权利要求8-9任一项所述的方法，其特征在于: 集成芯片检测电池模组电压、温度和回路中电流，计算电池模组中单体SOC，并以单体电池电压一致性为均衡第一判据，以确保电池模组能正常充电；当达到第一判据，结合电池温度和SOC作为均衡的第二判据，对电池模组继续均衡。
【文档编号】H01M10/44GK106026256SQ201610465547
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】李军求
【申请人】北京理工大学