一種串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡方法及電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車及新能源動力電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前全球面臨日益嚴重的環(huán)境問題和能源問題，電動汽車在降低石油消耗，減少環(huán)境污染方面優(yōu)點突出。電動汽車具有節(jié)能、零污染、零排放、能源利用率高、高性能等優(yōu)勢，使其在未來節(jié)約和環(huán)保的各種能源戰(zhàn)略路徑中脫穎而出。
[0003]電動車輛動力電池為滿足高電壓輸出要求，需要將多節(jié)單體電池或者單體超級電容串聯(lián)使用。然而，由于現(xiàn)有制造技術(shù)以及阻抗和溫度特性等各方面的差異，單體電池之間的性能會有所差異，使其在相同的充放電電流下，各節(jié)電池的電壓和可用容量都會有所不同，而不斷重復(fù)的充放電過程更加劇了不一致現(xiàn)象。這種情況會導(dǎo)致電池的性能惡化，最終甚至將導(dǎo)致串聯(lián)電池組無法工作。超級電容的不一致現(xiàn)象也會嚴重影響超級電容組的工作狀態(tài)。因此為解決單體電源/單體超級電容之間的不一致性，必須對其進行均衡管理，以保持串聯(lián)后電源系統(tǒng)的整體容量，延長電源系統(tǒng)的使用壽命。
[0004]現(xiàn)有的電池均衡方法硬件結(jié)構(gòu)較為固定，當(dāng)均衡對象的數(shù)量發(fā)生改變時也需要相應(yīng)改變硬件結(jié)構(gòu)。不利于均衡技術(shù)的實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有均衡技術(shù)的缺陷，擴大均衡方法及電路的適用范圍，提供一種串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡方法及電路，該方法對于既定的均衡對象系統(tǒng)可以發(fā)揮均衡作用，也可適用于均衡對象有缺失的情況。在不同的工作系統(tǒng)中需要不同的串聯(lián)電池組/超級電容組，此時往往需要根據(jù)串聯(lián)的電池/超級電容數(shù)目針對性地設(shè)計均衡系統(tǒng)，這導(dǎo)致均衡系統(tǒng)通用性較差。本發(fā)明將均衡單元模塊化，當(dāng)在原串聯(lián)均衡對象中加入單體電池/超級電容時也可以增加模塊化的均衡單元，即可實現(xiàn)對新的串聯(lián)均衡對象的均衡動作。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡方法及電路的技術(shù)方案如下:
[0007]一種串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡電路，其特征在于，至少包括兩個均衡單元，四個可控開關(guān)首尾相連接成環(huán)狀，按順時針方向4個可控開關(guān)編號為I號、2號、3號和4號；將I號和2號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為a，電池正極與a連接；3號和4號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為b，電池負極與b連接；2號和3號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為C，普通電容的一端與c連接，并從普通電容與c連接處引出導(dǎo)線II ;1號和4號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為d，普通電容另一端與d連接，并從普通電容與d連接處引出導(dǎo)線I，以上是一個均衡單元；
[0008]在串聯(lián)多個單體電池進行均衡的情況下，應(yīng)將第一個均衡單元的導(dǎo)線I與第二個均衡單元的導(dǎo)線a連接，第一個均衡單元的導(dǎo)線II與第二個均衡單元的導(dǎo)線II連接，以此類推，將每個均衡單元的兩根導(dǎo)線與下一單元對應(yīng)導(dǎo)線a和導(dǎo)線II連接，最后一個均衡單元的導(dǎo)線I和導(dǎo)線II應(yīng)懸空。
[0009]進一步，串聯(lián)電池組中的單體電池用超級電容即雙電層電容器來取代。
[0010]所述的串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡方法，其特征在于，根據(jù)需均衡的最高能量單體均衡對象與最低能量單體均衡對象是否相鄰分為兩種不同的工作狀態(tài)，若相鄰則只有這兩個均衡單元參加均衡，若不相鄰則這兩個均衡單元以及之間所有均衡單元都參加均衡；第一步，分別連通參加均衡的所有均衡單元的2號和4號可控開關(guān)，使這些均衡單元中的均衡對象向各自所在均衡單元的普通電容充電，充電完成后斷開所有可控開關(guān)；第二步，連通參加均衡的第二個均衡單元到最后一個參加均衡的I號可控開關(guān)，普通電容間能量轉(zhuǎn)移開始，能量轉(zhuǎn)移結(jié)束后斷開所有可控開關(guān)；第三步，分別連通除最高能量單體均衡對象所在均衡單元外參加均衡的其余均衡對象的2號和4號可控開關(guān)，各普通電容向?qū)?yīng)的均衡對象充電，即電池或超級電容，循環(huán)進行上述步驟直到串聯(lián)電池組/超級電容組不需要均衡為止。
[0011]均衡對象，N個串聯(lián)的單體電池/超級電容，N為大于I的整數(shù)。
[0012]普通電容，用于儲存和釋放能量。
[0013]控制開關(guān)組，包括4N個可控開關(guān)，N為單體電池/超級電容的數(shù)目。每四個可控開關(guān)首尾相連接成環(huán)狀，按順時針方向4個可控開關(guān)編號為I號、2號、3號和4號。
[0014]根據(jù)權(quán)利1、2所述的一種串聯(lián)電池組/超級電容組均衡方法及電路，其特征在于，將I號和2號可控開關(guān)的連接導(dǎo)線標為a，單體均衡對象正極與a連接；3號和4號可控開關(guān)的連接導(dǎo)線標為b，單體均衡對象負極與b連接；
[0015]進一步在組成環(huán)形的可控開關(guān)中2號和3號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為C，I號和4號可控開關(guān)連接導(dǎo)線標為d。普通電容的一端與c連接，普通電容另一端與d連接。從普通電容與C連接處引出導(dǎo)線II，從普通電容與d連接處引出導(dǎo)線I，單體均衡對象與均衡電路組成一個均衡單元。
[0016]進一步將各單體均衡對象串聯(lián)，第一個均衡單元的導(dǎo)線I與第二個均衡單元的導(dǎo)線a連接，第一個均衡單元的導(dǎo)線II與第二個均衡單元的導(dǎo)線II連接，以此類推，將每個均衡單元的兩根導(dǎo)線與下一單元對應(yīng)導(dǎo)線a和導(dǎo)線II連接，最后一個均衡單元的導(dǎo)線I和導(dǎo)線II應(yīng)懸空。以上為一個串聯(lián)電池組/超級電容組的均衡電路。
[0017]進一步均衡方法分為三個階段:
[0018]第一階段:檢測出最高能量與最低能量的兩個均衡對象。判斷需要均衡的兩個均衡對象是否相鄰，若相鄰則只有最高和最低能量的兩個均衡對象所在的均衡單元參加均衡；若不相鄰則這兩個均衡單元和之間所有均衡單元都要參加均衡。分別連通參加均衡的各均衡單元的I號和4號可控開關(guān)，則各單體均衡對象向?qū)?yīng)的普通電容進行充電。
[0019]第二階段:連通參加均衡的所有均衡單元中第二個均衡單元開始到最后一個均衡單元的I號開關(guān)，并聯(lián)的若干普通電容之間能量進行轉(zhuǎn)移。普通電容之間能量轉(zhuǎn)移結(jié)束后，斷開處于連通狀態(tài)的所有I號開關(guān)。
[0020]第三階段:分別連通參加均衡的所有均衡單元中的2號和4號可控開關(guān)，若普通電容經(jīng)過能量轉(zhuǎn)移后電壓高于對應(yīng)的單體均衡對象，則普通電容向單體均衡對象充電；若普通電容電壓低于對應(yīng)單體均衡對象，則單體均衡對象向?qū)?yīng)的普通