1.一种车载复合电源系统的均衡结构,其特征在于,包括动力锂电池模块(1)、超级电容模块(2)、双向高压dc-dc转换器(3)、双向低压dc-dc转换器(4)、锂电池开关矩阵(5)、超级电容开关矩阵(6)和均衡控制器(7);动力锂电池模块(1)与超级电容模块(2)并联构成复合电源系统,锂电池开关矩阵(5)输入端与动力电池单体连接,输出端与dc-dc转换器连接,搭建均衡电路以控制待均衡单体的开闭;超级电容开关矩阵(6)输入端与dc-dc转换器连接,输出端与超级电容连接,控制动力电池均衡放电能量的储存并动态调整超级电容单体模块的容量;两个双向dc-dc转换器的两端与锂电池开关矩阵(5)及超级电容开关矩阵(6)连接,实现动力锂电池模块(1)与超级电容模块(2)之间功率与能量的转换,均衡控制器(7)根据待均衡电池特征选择高压dc-dc转换器(3)或者低压dc-dc转换器(4)并入均衡电路中,实现复合电源系统能量的转移。
2.根据权利要求1所述一种车载复合电源系统的均衡结构,其特征在于,所述均衡控制器(7)读取动力电池系统中温度、电压、电流、soc等参数,控制均衡开关矩阵并决策均衡方式。
3.根据权利要求1所述一种车载复合电源系统的均衡结构,其特征在于,均衡结构在动力电池全工况过程中均可均衡。
4.根据权利要求1-3任意一项所述一种车载复合电源系统的均衡结构的均衡方法,其特征在于,其步骤如下:
s1:均衡控制器(7)采集复合电源系统工况数据,实时监控复合电源系统,读取动力电池温度、电压、电流、soc等相关参数;
s2:根据均衡控制器(7)采集的数据优先判断动力电池工作温度是否超过其设计最佳工作温度范围,防止由于温度偏差造成均衡不平衡现象,同时综合考虑动力电池静置时间,以消除电池滞回效应;
s3:均衡控制器(7)读取电池管理系统数据,若动力电池静置时间超过0.5h(消除滞回效应),选择单体电压差作为均衡判据,进入s4;若静置时间低于0.5h,选择单体soc差值作为均衡判据,进入s5;当车辆处于运动状态时,动力电池在充放电过程时,进入s6;
s4:选择静态电压均衡模式工作,将单体电压差作为均衡判据;均衡控制器(7)计算单体电池平均电压值uavg,若某低压单体电池电压ui与平均电压差值δu=uavg-ui>0.800mv时,单体电池压差过大,均衡系统不工作,均衡控制器(7)发出故障报警,由专业人员诊断电池内部是否出现故障并决策是否继续进行均衡;单体电池压差正常,设置均衡阈值umax-umin=50mv,若单体电池之间最大压差超过阈值,均衡系统工作,均衡过程中以单体最低电压值umin为均衡指标,各单体电池需要均衡电压差值为ui-umin:
(1)将单体电池电压值进行排序,统计出与umin差的绝对值大于δu(δu取20mv)的单体电池ni,即ni=countif{∣ui-umin∣>δu(i≧1)},ni为待均衡单体;
(2)待均衡单体电池通过锂电池开关矩阵(5)控制均衡的启闭,均衡开始时,待均衡单体电池组成电池组驱动高压dc/dc控制器(3)进行高压均衡,各单体电池放电到umin时,单体均衡结束,控制开关矩阵将该单体隔离,均衡放电能量全部由超级电容(2)储存;
(3)当待均衡电池电压总和降至高压dc/dc控制器(3)工作电压临界值,高压均衡结束,通过低压dc/dc控制器(4)进行低压均衡;均衡控制器(7)通过控制超级电容开关矩阵(6)将剩余待均衡单体电池能量转移到超级电容系统单元模块较低soc值模块中;
s5:选择静态soc值均衡模式工作,以单体soc差值作为均衡判据;均衡控制器(7)计算动力电池单体平均荷电状态值socavg,若某单体电池荷电状态soci较低且与平均荷电状态差值δsoc=socavg-soci>0.1时,单体电池荷电状态差太大,均衡系统不工作,均衡控制器(7)发出故障报警,由专业人员诊断电池内部是否出现故障并决策是否继续进行均衡;当系统中单体电池荷电状态正常,设置均衡阈值socmax-socmin=0.02,若单体电池之间最大荷电状态差值超过阈值,均衡系统工作,均衡过程中以单体最低荷电状态值socmin为均衡指标,各单体电池需要均衡荷电状态差值为soci-socmin:
(1)单体电池最低soc值为socmin,并将单体soc值进行排序,统计出与socmin差的绝对值大于δsoc(δsoc取值为0.01)的单体电池soci,即ni=countif{∣soci-socmin∣>δsoc(i≧1)},ni为待均衡单体;
(2)待均衡单体电池通过锂电池开关矩阵(5)控制均衡的启闭,均衡开始时,待均衡单体电池组成电池组驱动高压dc/dc控制器(3)进行高压均衡,各单体电池放电到socmin时,单体均衡结束,控制开关矩阵将该单体隔离,均衡放电能量全部由超级电容储存;
(3)当均衡电池电压总和降至高压dc/dc控制器(3)工作电压临界值,高压均衡结束,通过低压dc/dc控制器(4)进行低压均衡,均衡控制器(7)通过控制超级电容开关矩阵(6)将剩余待均衡单体电池能量转移到超级电容系统单元模块较低soc值模块中;
s6:选择动态均衡模式工作,首先判断电池处于充电状态或者是放电状态,当处于大电流放电状态时,停止均衡,优先满足当前工况的能量需求;当动力电池处于充电状态时,车辆处于制动能量回收状态,动力电池处于动态充电过程,此时亦不适宜均衡;当动力电池处于其他状态时,均衡控制器处于动态均衡模式,以单体soc差作为均衡判据:
(1)为了防止由于动力电池放电导致均衡单体误诊断,进行两次信号采集并统计分辨筛选出要均衡的单体电池,选取soc值最低与最高的单体电池为socl和soch;单体电池最大差值为δsoc=soch–socl;若δsoc≥0.01时,均衡系统开始工作,当均衡到δsoc≤0.005时,均衡停止;
(2)两次信号采集并统计分辨筛选出要均衡的单体电池时,具体控制方案是:系统第i次采集到动力电池参数后,进行统计决策出需要均衡的单体电池[n(i)1、n(i)2、n(i)3…n(i)m](i≥1,m为第i次需要均衡的单体电池个数),此时不进行均衡处理;当系统第i+1次采集动力电池参数后,同样进行统计决策出第i+1次需要均衡的单体电池[n(i+1)1、n(i+1)2、n(i+1)3…n(i+1)n](i≥1,n为第i+1次需要均衡的单体电池个数);通过数据统计决策出待均衡的单体电池ni=[n(i)1、n(i)2、n(i)3…n(i)m]∩[n(i+1)1、n(i+1)2、n(i+1)3…n(i+1)n],即两次同时被筛选出需要均衡的单体电池为最终均衡的对象;后续第i+2次采集到的数据再与i+1次进行交集处理决策均衡的对象;
(3)设定超级电容soc工作范围[0.4,0.9],当超级电容工作点超出最大工作范围或均衡释放能量超过超级电容吸收极限能量时,超级电容停止吸收能量,不进行均衡操作,驱动负载工作时优先释放超级电容的能量;当超级电容soc<0.4时,超级电容不驱动负载系统工作;
s7:动力电池均衡结束后,所有单体电池soc或电压值离散程度很小,电池组的soc值更准确,提高动力电池组性能与寿命,同时对整车续驶里程、荷电状态等相关参数进行矫正;
s8:若电池组内单体电池bi多次处于异常状态,且多次均衡之后单体电池bi依旧处于异常状态,则均衡控制器发生警报,提示单体电池异常。