[发明专利]一种模块化主动均衡电池管理系统及其管理方法

说明书

本发明公开了一种模块化主动均衡电池管理系统及其管理方法，连接M个由N个单体电池依次串联组成的电池模组，包括控制单元、与电池模组相适配的模组管理单元；每个模组管理单元包括供电单元、电压采集单元、电流采样单元，供电单元连接有均衡器，供电单元、电压采集单元、电流采样单元、均衡器均与控制单元通讯连接。对N*M个串联电池进行管理和主动均衡，采用2组串联大容量长寿命储能元件，通过并联充电、串联放电的方式实现大电流、高效率的主动双向能量转移；通过模组间的均衡调度，实现模组间的电量均衡。

技术领域

本发明属于电池管理系统技术领域，涉及一种模块化主动均衡电池管理系统，还涉及上述管理系统的管理方法。

背景技术

当前，新能源行业正改变旧有的能源生产和利用方式，以光伏发电和风力发电为代表的新能源发电正逐步替代燃煤发电；以纯电动车为代表的新交通工具正逐渐替换石化燃油汽车。先进电化学储能技术是新能源行业持续进步和扩张的基石之一。

新能源汽车是先进电化学储能技术进步的主要推动力，其中动力锂(离子)电池成为装机主流，其具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点。三元锂电池和磷酸铁锂电池是动力锂电池的两个主要分支。

新能源发电的间歇性特征制约其装机规模进一步扩大，现有电网的消纳能力显著不足，解决的办法之一是建设配套大规模储能系统，平衡发电和用电的负荷。

大规模锂电池储能系统，由多块单体电池串联成模组，由多个模组串联成电池簇，多个电池簇并联组成大型电池系统。由于单体电池之间存在差异，如容量差异、内阻差异、电压平台差异、极化差异、自放电率差异等，导致串联后的电池系统存在各种不一致。电池系统在充放电过程中的电流、电压参数对串联系统中各单体的是一致的，这种一致性要求与系统本身的不一致是一对主要矛盾。随着系统使用次数的增加，系统各参数的不一致会持续扩大，使得系统的循环寿命大幅缩短、可用容量大幅降低、系统功率大幅下降。

电池管理系统作为电池系统的大脑，对电池的各项电参数进行监控和管理，是保障电池系统正常运行不可或缺的组成部分。电池管理系统的基本功能有电压、电流监控，过欠压保护等，高级功能有SOC预计、电池均衡、内阻测试和SOH管理等。其中电池均衡功能是改善系统差异，调节一致性的关键核心功能。电池均衡的浅层目标是电压均衡，使得各节电池的电压相同，深层目标是实现容量均衡，弥补电池容量短板。高效率大电流均衡是修复电池系统差异的重要手段，可有效降低系统维护费用，大幅延长系统循环寿命。

主流的车用电池管理系统在基本功能、电压监测和过欠压保护、SOC预计、被动均衡等功能上已经较为成熟，部分高端产品推出了主动均衡功能，均衡电流达2安培。但是，目前的电池管理系统在大规模储能系统上的应用有所欠缺，无法实现高效率大电流(几十安培)均衡和跨模组均衡，均衡作用模式下无法进行单节电池SOC预计等。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化主动均衡电池管理系统，解决了现有技术中存在的电池管理系统无法实现跨模组均衡的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种模块化主动均衡电池管理系统，连接M个由N个单体电池依次串联组成的电池模组，包括控制单元、与电池模组相适配的模组管理单元，N、M均是大于1的任一自然数；

每个模组管理单元包括供电单元、电压采集单元、电流采样单元，供电单元连接有均衡器，供电单元用于在均衡器与每个单体电池的连通或断开，电压采集单元用于采集每个单体电池的电压，电流采样单元用于采集每个单体电池的充放电电流；供电单元、电压采集单元、电流采样单元、均衡器均与控制单元通讯连接。

本发明的特点还在于：

控制单元包括主控板，主控板通讯连接有与模组管理单元数量相同的嵌入式微控制器，主控板分别与多个嵌入式微控制器通讯连接；供电单元、电压采集单元、电流采样单元、均衡器均与对应的嵌入式微控制器通讯连接。