[实用新型]串联储能元件组的电压主动均衡系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于均衡串联储能元件组（电池组或超级电容组）的电压的装置。

背景技术

电动汽车等电动交通工具是近年来兴起的新型交通工具，其以节约能源、绿色环保得到广泛关注，近年来，随着电力电子技术和电池、超级电容器技术的快速发展，电动汽车的发展也非常迅速。电动汽车利用大功率动力电池组或超级电容器模组来提供能量来源，电动汽车储能元件组工作电压等级一般为300～400V，纯电动巴士的电压等级更高，通常为400～600V左右，因此为了满足设计指标，必然要求多节电池单体或超级电容器单体的串联使用。但是由于储能元件单体内部特性差异、工作温度和循环使用次数的差别，所表现出来的单体行为也会有所区别，具体体现为单体电压不平衡。理想情况下，如果单体的性能完全一致，那么储能元件组的端电压除以串联电池的量就是每只单体的电压，所以通过检测储能元件组的端电压即可实现成组单体过充电和过放电控制。但是，由于单体在生产和使用过程中不可能做到完全一致，即便在单体出厂的时候经过严格筛选后配组的单体，也会由于单体的使用环境、温度场以及自放电性能等差异使得单体在使用一段时间后在直流内阻、容量以及充电荷状态等方而出现差异，所以单体的不一致性问题是必然的。

影响电动汽车推广应用的主要因素包括储能元器件的安全性和使用成本问题，延长单体的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一。为确保单体性能良好，安全，并延长单体使用寿命，在电动汽车中对储能元件组进行充电时，需采用单体均衡系统对单体进行合理有效的均衡管理和监控。另外除了电动汽车，任何含有大功率储能单元的系统都需要单体均衡系统，例如电动汽车换电站、配合智能电网建设的储能电站等，由此可见，单体均衡系统在大功率储能系统中的重要性。

传统的单体管理均衡方法采用电阻放电，均衡效果一般，并且耗电严重，单体主动均衡技术近年来得到快速发展，一些专利已经给出主动式均衡的方法。例如：申请号为CN201110142840.8的中国专利提出了一种基于双向升降压变换器的总线式电池组均衡方法，如图1所示，它涉及一种电池组的电压均衡方法。该发明的方法基于双向升降压变换器、开关阵列、一号滤波电路、二号滤波电路、单体电池电压检测电路和控制器实现；双向升降压变换器主要是控制均衡电流的大小和流动方向，滤波电路是消除均衡电流的脉动性，避免大幅度脉动的均衡电流对被均衡电池的脉动冲击，开关阵列选择控制被均衡的电池接入相应端的均衡总线。又如，申请号为CN200910176662.3的中国专利公开了一种锂电池组主动均衡方法，如图2所示，该专利采用boost技术和法拉电容，可用于大容量的串联锂电池组静置时的电压均衡。再如，申请号为CN201110101124.5的中国专利公开了一种动力锂离子电池的主动均衡系统及均衡方法，如图3所示，其包括电池模块，电池模块通过电池组电压采样模块与均衡控制器的输入端相连；电池模块内任意单体电池通过单体电池电压测量模块与均衡控制器的输入端相连，电池模块内任意单体电池均与电量均衡模块相连，电量均衡模块与均衡控制器的输出端相连；当单体电池电压、电池模块内单体电池的平均电压值间与均衡控制器设定的电压关系相对应时，均衡控制器向电量均衡模块输出均衡控制信号，对电池模块内相应的单体电池主动均衡，使单体电池电压、电池模块内单体电池的平均电压值与均衡控制器内设定的电压关系相匹配。上面三个专利中的主动均衡均是通过检测各电池单体的电压，将电压高的电池能量通过电容逐一直接地传递到电压低的电池中，因此，要实现电池均衡的目的，需要经多次能量传输才能基本达到电池均衡，所以均衡速度较慢，不适合高电压（串联电池数量多），大容量的串联电池组；此外，上述三个专利中的每个储能单元均需要两个开关器件及两套驱动电路，所以造成电路器件较多，电路复杂，成本较高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种能弥补大功率储能元件组在使用过程中的不一致性的电压主动均衡系统，该系统所用到的电路均衡器件少，电路结构简单，成本低。