[发明专利]一种精细化动态可重构电池管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种精细化动态可重构电池管理系统及方法，它解决了电池单体间使用不均衡性的问题，能有效缓解电池差异特性的加剧，其技术方案为：所述电池能量管理器采集电池拓扑结构中每个电池单体及模组的电压，通过总线上传给电池能量交换器，电池能量交换器判断各个电池模组之间是否存在压差；若存在压差，通过排序确定电压最高与电压最低的电池模组，判断电压最高与电压最低的电池模组间的压差是否超过设定阈值；对超过阈值的电池模组进行非耗散均衡，非耗散均衡完成的同时，电池能量管理器根据电池单体设定阈值对电池拓扑结构进行电池单体的耗散均衡；电池拓扑结构通过电池能量交换器实现电池与外界的能量交换。

技术领域

本发明涉及一种精细化动态可重构电池管理系统及方法。

背景技术

随着化石能源逐渐枯竭和全球环境加速恶化，能源和环境问题日益凸显。大力发展可再生能源发电技术和新型电能利用技术，加快推进清洁替代和电能替代，逐渐成为应对能源和环境危机的重要途径和世界各国的共同选择。以电动汽车为代表的新型电能利用技术和可再生能源发电技术的快速发展，有利于改变传统以化石能源为主的能源结构，实现以清洁、可持续的方式满足人类能源需求的宏伟目标，在全球各国被广泛推广和应用。至2016年底，世界范围内电动汽车累计销量已经超过200万辆。我国是全球最大电动汽车市场，仅2016年1-11月新能源汽车就累计生产40.28万辆，占全球的40％。在国家的大力支持和政策驱动下，电动汽车的产销及保有量还会持续增长。可以预见未来将会有越来越多的电动汽车进入人们的生活，也将产生越来越多的退役动力电池。

动力电池的自身特点使得其回收处理不宜采用传统电池直接报废拆解的方式。动力电池可存储能量的寿命约为20年。作为交通工具的电动汽车对性能和安全性有一定的要求，因而其对电池的功率、能量和可靠性要求较高。通常，当动力电池容量下降到初始值的80％以下时，将不能达到电动汽车的使用标准而被退役，使得其在电动汽车上的使用寿命只有3-5年。动力电池直接报废处理，没有将电池的价值充分发挥，造成资源浪费且容易产生环境污染。面对日益增多的电动汽车退役动力电池，如何实现其梯次利用于现代化电力系统，不仅有助于缓解环境污染问题，而且有利于提高社会经济效益，是一个两全的解决方案。

传统上，电池单体以固定的串、并联形式实现电池容量和功率的扩展。然而，固定串、并联电池成组形式难以适应电池单体参数及动态行为的差异性，电池单体间的不均衡问题始终存在且不断恶化。电池单体间的不均衡性会引起老化程度的差异，并进一步加大不均衡程度，形成正反馈过程，最终导致某些单体老化严重，而某些单体因充放电深度较浅而老化程度轻。老化严重的单体电池将会限制整个电池组的充放电能力和运行循环寿命等特性，且容易造成安全隐患。传统固定串、并联电池成组形式因拓扑结构缺乏灵活性，电池管理系统无法对电池组实行主动管控，易引起电池的过充或过放等，限制了电池管理系统管控能力的发挥。因此，传统固定串、并联电池成组形式能效低、可运行时间短、可靠性低以及存在安全性等问题。

综上所述，固定串、并联电池成组形式难以适应电池单体参数及动态行为的差异性，造成电池单体间不均衡性，而普通的串、并联结构也并不能对电池单体间的差异进行调节，只会令差异越来越严重，最终导致某些单体老化严重，由此可见根据电池储能系统运行状态和单体差异实现拓扑的动态重构的电池管理方法是十分有必要的。

发明内容

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在固定串、并联电池成组形式难以适应电池单体参数及动态行为的差异性，造成电池单体间不均衡性不足，为了解决上述问题，提出了一种精细化动态可重构电池管理系统及方法；以锂电池储能系统能量管理为出发点，明确均衡管理流程，设计电池模组动态可重构拓扑、均衡电路拓扑及电池信息采样电路，阐述均衡管理方法，以达到均衡管理能量高效利用，提高系统运行经济性。

本发明提出了一种精细化动态可重构电池管理系统，包括：电池拓扑结构、电池能量管理器和电池能量交换器；