一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)和方法，以電阻式均衡器為基礎結合三個隔離開關、鋰電池充電控制模塊和DC/DC變換器，具有被均衡單體電池的可選性和均衡能量的雙向性，目的是解決現有技術中只能單向均衡的問題，實現蓄電裝置雙向均衡，且能夠在充電均衡中實現從電池模組自身取電或者外部低壓電源。
【專利說明】
一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001]本申請涉及一種蓄電裝置均衡系統(tǒng)和方法，具體地涉及一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]目前，從國內外的研究現狀來看，根據均衡電路所選用的儲能或耗能元件的不同，鋰離子電池均衡器從本質上來講主要分為電阻式均衡器、電容式均衡器、電感式均衡器和變壓器式均衡器。其中，電容式均衡器和電感式均衡器是通過單體電池的電壓差進行均衡，但由于單體電池間的電壓差很小，再加上開關器件的導通壓降，因此均衡能量很難轉移，甚至無法轉移。且一般電容式和電感式均衡器的均衡電路比較復雜，參數選取比較困難，電源系統(tǒng)配置不同時，需要詳細的設計并驗證電路參數，延長研制周期。變壓器式均衡器的缺點是變壓器體積大、重量重，除了開關損耗，還要考慮變壓器損耗，同均衡電流的可控性差。同時，變壓器漏感導致的電壓不平衡使得系統(tǒng)控制不能很好的補償。
[0003]電阻均衡器具有結構簡單、效果顯著和可靠性高等優(yōu)點，但現有的開關式電阻均衡器一般為單向性均衡，只能將單個高電壓電池的能量耗散，并且每個電池兩端并聯(lián)可由開關器件控制的電阻，存在均衡電流小、結構復雜、電阻散熱困難等問題，同時對于低于平均電壓的電池則無法實現均衡。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明目的是解決現有技術中只能單向均衡的問題，實現蓄電裝置雙向均衡，且能夠在充電均衡中實現從電池模組自身取電或者外部低壓電源。本發(fā)明以電阻式均衡器為基礎結合鋰電池充電控制模塊和DC/DC變換器，以及多個隔離開關，實現被均衡單體電池的可選性和均衡能量的雙向性。
[0005]本發(fā)明具體為:一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，包括:
[0006]電池模組，其由多個電池單體串聯(lián)，且由電源供電；
[0007]DC/DC 模塊；
[0008]電池單體通過第一隔離開關和第二隔離開關與負載相連；
[0009]所述第一隔離開關，選擇需要均衡的電池單體與第二隔離開關相連；
[0010]所述第二隔離開關，選擇第一隔離開關與DC/DC模塊和負載之一相連；
[0011]第三隔離開關，DC/DC模塊通過第三隔離開關選擇與電池模組或者低壓電源之一連接，第三隔離開關使低壓電源和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在低壓電源取電模式;第三隔離開關使電池模組和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在自身取電模式。
[0012]更進一步的，還包括集成芯片，其按照均衡策略控制第一隔離開關、第二隔離開關或第三隔離開關的選擇狀態(tài)。
[0013]更進一步的，還包括充電控制模塊，其設置在DC/DC模塊和第二隔離開關之間，充電控制模塊采用恒流工作模式，具有1A、3A和5A擋位電流值，集成芯片與充電控制模塊信號輸入端信號相連，控制充電控制模塊選擇相應擋位。
[0014]更進一步的，所述電源為低壓電源，電壓范圍9?48V。
[0015]更進一步的，所述低壓電源電壓為24V。
[0016]更進一步的，集成芯片與第一隔離開關的控制端、第二隔離開關的控制端或第三隔離開關的控制端相連。
[0017]更進一步的，所述集成芯片與檢測電池模組電壓、溫度和回路中電流的傳感器相連，所述集成芯片包括計算電池模組中單體SOC的計算部。
[0018]本發(fā)明還涉及使用上述一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)的方法，
[0019]當電池模組放電結束時，控制第三隔離開關使低壓電源和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在低壓電源取電模式；
[0020 ]當電池模組在充電后期時，控制第三隔離開關使電池模組和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在自身取電模式；
[0021]當電池模組不需要充電均衡，控制DC/DC模塊停止工作，同時切斷上述兩種取電模式。
[0022]更進一步的，所述第二隔離開關選擇第一隔離開關與DC/DC模塊相連，則所述均衡系統(tǒng)為充電均衡狀態(tài)；
[0023]所述第二隔離開關選擇第一隔離開關與負載相連，則所述均衡系統(tǒng)為放電均衡狀態(tài)；
[0024]更進一步的，集成芯片檢測電池模組電壓、溫度和回路中電流，計算電池模組中單體S0C，并以單體電池電壓一致性為均衡第一判據，以確保電池模組能正常充電；當達到第一判據，結合電池溫度和SOC作為均衡的第二判據，對電池模組繼續(xù)均衡。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明原理結構圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明包含電池模組、第一隔離開關、第二隔離開關、第三隔離開關、低壓電源、DC/DC模塊、充電控制模塊、集成芯片和負載，負載是能耗電阻。通過上述三組隔離開關、DC/DC模塊、充電控制模塊、集成芯片、能耗電阻實現電池模組主被動均衡。當集成芯片檢測電池模組某單體電池電壓或者SOC過高時，集成芯片控制第二隔離開關切換為放電模式，此時充電控制模塊停止工作，集成芯片控制第一隔離開關、第二隔離開關、待放電的電壓單體與能耗電阻形成回路，實現放電均衡。
[0027]當集成芯片檢測電池模組中某單體電池電壓或者SOC過低時，控制第二隔離開關切換為充電模式，此時充電控制模塊開始工作，集成芯片控制第三隔離開關有選擇地從電池模組或外部低壓電源取電，并由DC/DC模塊實現電壓隔離、經充電控制模塊產生恒定電流，第一隔尚開關控制待充電的電池單體與第二隔尚開關連接，此時第一隔尚開關、第二隔離開關、待放電的電壓單體與電池模組或外部低壓電源形成回路，實現充電均衡。
[0028]電池模組充電均衡可以有選擇地從電池模組自身取電，或者外部低壓電源或者同時切斷上述兩種供電模式。其選擇方法:由集成芯片控制第三隔離開關工作選擇外部取電模式或電池模組自身取電模式。具體地，當電池模組放電結束時需要均衡時，此時電池模組SOC較低，電池模組中單體電池電壓普遍都低，此時由集成芯片控制第三隔離開關斷開與電池模組的連接并與低壓電源連接，進而工作在外部取電模式。當電池模組在充電后期時，電池模組中單體電池電壓普遍都較高，此時由集成芯片控制第三隔離開關斷開與低壓電源的連接并與電池模組連接，進而工作在自身取電模式；當電池模組不需要充電均衡，則由集成芯片同時切斷上述兩種供電模式，此時DC/DC模塊和充電控制模塊不工作，節(jié)省能耗，
[0029]DC/DC模塊采用電壓隔離，實現電池模組中任意單體均衡充電通過電池模組自身取電或者外部低壓取電，同時其模塊輸入電壓范圍同時滿足電池模組、外部低壓供電電壓范圍要求，優(yōu)選取9?48V，其輸出為穩(wěn)定的電壓，優(yōu)選為24V;
[0030]充電控制模塊優(yōu)選采用恒流工作模式，電流優(yōu)選為5A，可以設定不同擋位電流值，優(yōu)選為1A、3A和5A，并由集成芯片根據均衡策略選擇相應擋位。
[0031]第二隔離開關具有2種接通狀態(tài)，即充電均衡狀態(tài)或者放電均衡狀態(tài)，其中充電均衡狀態(tài)時第二隔離開關接通充電控制模塊，放電均衡狀態(tài)時第二隔離開關接通電阻，由集成芯片根據電池均衡策略控制第二隔離開關接通工作狀態(tài)。
[0032]第一隔離開關用于選擇需要均衡的電池單體與第二隔離開關相連，并由集成芯片按照均衡策略選定需要均衡的電池單體；
[0033]集成芯片檢測電池模組電壓、溫度和回路中電流，得到電池模組中單體S0C，并以單體電池電壓一致性為均衡第一判據，以確保電池模組能正常充電；當達到第一判據，結合電池溫度和SOC作為均衡的第二判據，對電池模組繼續(xù)均衡，以達到提高電池使用壽命的目的。
【主權項】
1.一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，包括: 電池模組，其由多個電池單體串聯(lián)，且由電源供電； DC/DC模塊; 其特征在于: 電池單體通過第一隔離開關和第二隔離開關與負載相連； 所述第一隔離開關，選擇需要均衡的電池單體與第二隔離開關相連； 所述第二隔離開關，選擇第一隔離開關與DC/DC模塊和負載之一相連； 第三隔離開關，DC/DC模塊通過第三隔離開關選擇與電池模組或者低壓電源之一連接，第三隔離開關使低壓電源和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在低壓電源取電模式;第三隔離開關使電池模組和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在自身取電模式。2.如權利要求1所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于:還包括集成芯片，其按照均衡策略控制第一隔離開關、第二隔離開關或第三隔離開關的選擇狀態(tài)。3.如權利要求2所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于:還包括充電控制模塊，其設置在DC/DC模塊和第二隔離開關之間，充電控制模塊采用恒流工作模式，具有1A、3A和5A擋位電流值，集成芯片與充電控制模塊信號信號相連，控制充電控制模塊選擇相應擋位。4.如權利要求1所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于:所述電源為低壓電源，電壓范圍9?48V。5.如權利要求1所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于:集成芯片與第一隔離開關的控制端、第二隔離開關的控制端或第三隔離開關的控制端相連。6.如權利要求2所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于:所述集成芯片與檢測電池模組電壓、溫度和回路中電流的傳感器相連，所述集成芯片包括計算電池模組中單體SOC的計算部。7.如權利要求1至6任一項所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)，其特征在于: 當電池模組放電結束時，控制第三隔離開關使低壓電源和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在低壓電源取電模式； 當電池模組在充電后期時，控制第三隔離開關使電池模組和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在自身取電模式； 當電池模組不需要充電均衡，控制DC/DC模塊停止工作，同時切斷上述兩種取電模式； 第二隔離開關選擇第一隔離開關與DC/DC模塊相連，則所述均衡系統(tǒng)為充電均衡狀態(tài)； 所述第二隔離開關選擇第一隔離開關與負載相連，則所述均衡系統(tǒng)為放電均衡狀態(tài)。8.使用如權利要求1-7任一項所述的一種蓄電裝置雙向均衡系統(tǒng)的方法，其特征在于: 當電池模組放電結束時，控制第三隔離開關使低壓電源和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在低壓電源取電模式； 當電池模組在充電后期時，控制第三隔離開關使電池模組和DC/DC模塊連接，均衡系統(tǒng)工作在自身取電模式； 當電池模組不需要充電均衡，控制DC/DC模塊停止工作，同時切斷上述兩種取電模式。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于: 所述第二隔離開關選擇第一隔離開關與DC/DC模塊相連，則所述均衡系統(tǒng)為充電均衡狀態(tài) 所述第二隔離開關選擇第一隔離開關與負載相連，則所述均衡系統(tǒng)為放電均衡狀態(tài)。10.如權利要求8-9任一項所述的方法，其特征在于: 集成芯片檢測電池模組電壓、溫度和回路中電流，計算電池模組中單體SOC，并以單體電池電壓一致性為均衡第一判據，以確保電池模組能正常充電；當達到第一判據，結合電池溫度和SOC作為均衡的第二判據，對電池模組繼續(xù)均衡。
【文檔編號】H01M10/44GK106026256SQ201610465547
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李軍求
【申請人】北京理工大學