一种锂电池组能量均衡系统的制作方法

本发明属于电池充放电控制领域，尤其涉及一种锂电池组能量均衡系统。

背景技术：

目前，锂电池已经广泛应用于各种储能场合，技术人员一般将多个单体锂电池串联或串并结合组成锂电池组来进行储能。但是，由于每个单体锂电池的生产工艺略有差别以及初始状态不同，在锂电池组经过一定时间的充放电之后，会出现单体锂电池之间的“一致性”问题，即各单体锂电池的容量和电压出现明显差别，这将严重影响到锂电池组整体性能的发挥和锂电池组的寿命。因此，现有技术提出了能量均衡系统来解决单体锂电池之间的“一致性”问题。对于现有的基于超级电容储能转移的锂电池组均衡系统，采用超级电容作为能量传递中介，高容量的单体锂电池将能量传递至超级电容，再由超级电容将能量转移至低容量的单体锂电池，从而实现能量均衡。但是对于上述均衡系统，需要高容量的单体锂电池将能量向超级电容传递完成后，超级电容再将接收到的能量转移至低容量的单体锂电池，因此降低了均衡效率。因此，现有的锂电池组能量均衡系统因借助能量传递中介实现能量转移而存在均衡效率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锂电池组能量均衡系统，旨在解决现有的锂电池组能量均衡系统因借助能量传递中介实现能量转移而存在均衡效率低的问题。

本发明是这样实现的，一种锂电池组能量均衡系统，所述锂电池组能量均衡系统包括锂电池组、均衡控制模块、第一检测控制模块、第二检测控制模块、第一选通模块、第二选通模块、第一直流变换模块及第二直流变换模块；所述锂电池组由n个单体锂电池串联组成，其中，n为大于1的正整数。

所述均衡控制模块与所述第一检测控制模块、所述第二检测控制模块相连接；所述第一检测控制模块与所述第一直流变换模块、所述第一选通模块相连接；所述第二检测控制模块与所述第二直流变换模块、所述第二选通模块相连接；所述第一选通模块的正端和负端分别与所述第一直流变换模块的正端和负端相连接；所述第二选通模块的正端和负端分别与所述第二直流变换模块的正端和负端相连接；所述第一直流变换模块的第一输入输出端和第二输入输出端分别与所述第二直流变换模块的第一输入输出端和第二输入输出端相连接；所述第一选通模块和所述第二选通模块均与所述锂电池组相连接。

所述第一检测控制模块接收所述均衡控制模块所输出的检测控制信号，以控制所述第一选通模块依次选通每个所述单体锂电池，并对每个所述单体锂电池的电压进行检测，最终将检测得到的多个电压值反馈至所述均衡控制模块；或者所述第二检测控制模块接收所述均衡控制模块所输出的检测控制信号，以控制所述第二选通模块依次选通每个所述单体锂电池，并对每个所述单体锂电池的电压进行检测，最终将检测得到的多个电压值反馈至所述均衡控制模块。

当所述均衡控制模块判断所述多个电压值中的电压最大值与电压最小值之差大于预设电压阈值时，所述均衡控制模块输出均衡控制信号至所述第一检测控制模块和所述第二检测控制模块；所述第一检测控制模块根据所述均衡控制信号控制所述第一选通模块选通与所述电压最大值相对应的高容量单体锂电池；所述第二检测控制模块根据所述均衡控制信号控制所述第二选通模块选通与所述电压最小值相对应的低容量单体锂电池；所述第一检测控制模块和所述第二检测控制模块分别控制所述第一直流变换模块和所述第二直流变换模块进行电压转换，以使所述高容量单体锂电池中的能量通过所述第一选通模块、所述第一直流变换模块、所述第二直流变换模块以及所述第二选通模块传递至所述低容量单体锂电池；或者所述第一检测控制模块根据所述均衡控制信号控制所述第一选通模块选通与所述电压最小值相对应的低容量单体锂电池；所述第二检测控制模块根据所述均衡控制信号控制所述第二选通模块选通与所述电压最大值相对应的高容量单体锂电池；所述第一检测控制模块和所述第二检测控制模块分别控制所述第一直流变换模块和所述第二直流变换模块进行电压转换，以使所述高容量单体锂电池中的能量通过所述第二选通模块、所述第二直流变换模块、所述第一直流变换模块以及所述第一选通模块传递至所述低容量单体锂电池。

本发明中，锂电池组能量均衡系统包括锂电池组、均衡控制模块、第一检测控制模块、第二检测控制模块、第一选通模块、第二选通模块、第一直流变换模块及第二直流变换模块。在启动均衡控制时，第一选通模块和第二选通模块选通高容量单体锂电池和低容量单体锂电池，第一直流变换模块和第二直流变换模块进行电压转换，高容量单体锂电池的能量经过电压转换传递至低容量单体锂电池。该均衡系统不需要储能和释能的能量传递中介，因此可实现能量的实时传递，提高了均衡效率，解决了现有的锂电池组能量均衡系统因借助能量传递中介实现能量转移而存在均衡效率低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锂电池组能量均衡系统的结构图：

图2是本发明另一实施例提供的锂电池组能量均衡系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的锂电池组能量均衡系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

图1所示的锂电池组能量均衡系统包括锂电池组100、均衡控制模块200、第一检测控制模块300、第二检测控制模块400、第一选通模块500、第二选通模块600、第一直流变换模块700及第二直流变换模块800；锂电池组100由n个单体锂电池(c1～cn)串联组成，其中，n为大于1的正整数。

均衡控制模块200与第一检测控制模块300、第二检测控制模块400相连接；第一检测控制模块300与第一直流变换模块700、第一选通模块500相连接；第二检测控制模块400与第二直流变换模块800、第二选通模块600相连接；第一选通模块500的正端和负端分别与第一直流变换模块700的正端和负端相连接；第二选通模块600的正端和负端分别与第二直流变换模块800的正端和负端相连接；第一直流变换模块700的第一输入输出端和第二输入输出端分别与第二直流变换模块800的第一输入输出端和第二输入输出端相连接；第一选通模块500和第二选通模块600均与锂电池组100相连接。

第一检测控制模块300接收均衡控制模块200所输出的检测控制信号，以控制第一选通模块500依次选通每个单体锂电池(c1～cn)，并对每个单体锂电池(c1～cn)的电压进行检测，最终将检测得到的多个电压值反馈至均衡控制模块200；或者第二检测控制模块400接收均衡控制模块200所输出的检测控制信号，以控制第二选通模块600依次选通每个单体锂电池(c1～cn)，并对每个单体锂电池(c1～cn)的电压进行检测，最终将检测得到的多个电压值反馈至均衡控制模块200；

当均衡控制模块200判断多个电压值中的电压最大值与电压最小值之差大于预设电压阈值时，均衡控制模块200输出均衡控制信号至第一检测控制模块300和第二检测控制模块400；第一检测控制模块300根据均衡控制信号控制第一选通模块500选通与电压最大值相对应的高容量单体锂电池；第二检测控制模块400根据均衡控制信号控制第二选通模块600选通与电压最小值相对应的低容量单体锂电池；第一检测控制模块300和第二检测控制模块400分别控制第一直流变换模块700和第二直流变换模块800进行电压转换，以使高容量单体锂电池中的能量通过第一选通模块500、第一直流变换模块700、第二直流变换模块800及第二选通模块600传递至低容量单体锂电池；或者第一检测控制模块300根据均衡控制信号控制第一选通模块500选通与电压最小值相对应的低容量单体锂电池；第二检测控制模块400根据均衡控制信号控制第二选通模块600选通与电压最大值相对应的高容量单体锂电池；第一检测控制模块300和第二检测控制模块400分别控制第一直流变换模块700和第二直流变换模块800进行电压转换，以使高容量单体锂电池中的能量通过第二选通模块600、第二直流变换模块800、第一直流变换模块700及第一选通模块500传递至低容量单体锂电池。

具体的，第一选通模块500或第二选通模块600通过轮询的方式每次选通一个单体锂电池(c1～cn)。当选通某个单体锂电池(c1～cn)时，第一检测控制模块300通过检测第一选通模块500的正端和负端之间的电压来得到该单体锂电池(c1～cn)的电压值；或第二检测控制模块400通过检测第二选通模块600的正端和负端之间的电压来得到该单体锂电池(c1～cn)的电压值。

具体的，当第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通高容量单体锂电池以及第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通低容量单体锂电池后，第二检测控制模块400控制第二直流变换模块800进行降压转换，进而第一检测控制模块300控制第一直流变换模块700进行升压转换。或者当第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通低容量单体锂电池以及第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通高容量单体锂电池后，第一检测控制模块300控制第一直流变换模块700进行降压转换，进而第二检测控制模块400控制第二直流变换模块800进行升压转换。

具体的，第一直流变换模块700和第二直流变换模块800均可进行双向直流变换，且均可进行升压转换和降压转换。第一检测控制模块300与第二检测控制模块400的电路结构相同，第一选通模块500与第二选通模块600的电路结构相同，第一直流变换模块700与第二直流变换模块800的电路结构相同，因此，锂电池组能量均衡系统为对称结构。锂电池组100中的任一单体锂电池(c1～cn)既可被第一选通模块500选通，也可被第二选通模块600选通，但任一单体锂电池(c1～cn)不能同时被第一选通模块500和第二选通模块600选通。

进一步地，当高容量单体锂电池向低容量单体锂电池进行能量传递的时间达到预设时间阈值时，均衡控制模块200输出停止均衡控制信号至第一检测控制模块300和第二检测控制模块400，以使第一检测控制模块300控制第一选通模块500停止选通单体锂电池，以及使第二检测控制模块400控制第二选通模块600停止选通单体锂电池。

具体的，当均衡时间达到预设时间阈值时，停止均衡。优选的，预设时间阈值不大于8秒。

进一步地，均衡控制模块200根据电压最大值和电压最小值获取均衡电流值，并将均衡电流值发送至第一检测控制模块300和第二检测控制模块400；第一检测控制模块300对第一直流变换模块700的第一工作电流值进行检测，并根据均衡电流值和第一工作电流值控制第一直流变换模块700的工作频率；第二检测控制模块400对第二直流变换模块800的第二工作电流值进行检测，并根据均衡电流值和第二工作电流值控制第二直流变换模块800的工作频率。

具体的，当电压最大值与电压最小值之差较大时，均衡电流值大；当电压最大值与电压最小值之差较小时，均衡电流值小。第一直流变换模块700的工作频率指第一直流变换模块700中开关管的开关频率；第二直流变换模块800的工作频率指第二直流变换模块800中开关管的开关频率。

进一步地，当第一检测控制模块300判断电压最大值大于第一预设电压阈值时或判断第一工作电流值大于预设电流阈值时，第一检测控制模块300输出停止选通控制信号至第一选通模块500，以使第一选通模块500停止选通单体锂电池(c1～cn)，同时，第一检测控制模块300输出异常信号至均衡控制模块200；

当第二检测控制模块400判断电压最大值大于第一预设电压阈值时或判断第二工作电流值大于预设电流阈值时，第二检测控制模块400输出停止选通控制信号至第二选通模块600，以使第二选通模块600停止选通单体锂电池(c1～cn)，同时，第二检测控制模块400输出异常信号至均衡控制模块200。

进一步地，当第一选通模块500和第二选通模块600均无法选通高容量单体锂电池时，均衡控制模块200输出第一替换均衡控制信号至第一检测控制模块300或第二检测控制模块400，以使第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通次高容量单体锂电池，或使第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通次高容量单体锂电池，其中，次高容量单体锂电池的电压值仅低于电压最大值。

具体的，当第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通次高容量单体锂电池时，第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通低容量单体锂电池；当第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通次高容量单体锂电池时，第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通低容量单体锂电池。

进一步地，当第一选通模块500和第二选通模块600均无法选通最低容量单体锂电池时，均衡控制模块200输出第二替换均衡控制信号至第一检测控制模块300或第二检测控制模块400，以使第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通次低容量单体锂电池，或使第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通次低容量单体锂电池，其中，次低容量单体锂电池的电压值仅高于电压最小值。

具体的，当第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通次低容量单体锂电池时，第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通高容量单体锂电池；当第二检测控制模块400控制第二选通模块600选通次低容量单体锂电池时，第一检测控制模块300控制第一选通模块500选通高容量单体锂电池。

进一步地，当第一选通模块500无法选通高容量单体锂电池和低容量单体锂电池时，均衡控制模块200输出第三替换均衡控制信号至第一检测控制模块300，以控制第一选通模块500选通次高容量单体锂电池或次低容量单体锂电池。

具体的，若次高容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差大于次低容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差，则第一选通模块500选通次高容量单体锂电池，第二选通模块600选通低容量单体锂电池；若次低容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差大于次高容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差，则第一选通模块500选通次低容量单体锂电池，第二选通模块600选通高容量单体锂电池。

进一步地，当第二选通模块600无法选通高容量单体锂电池和低容量单体锂电池时，均衡控制模块200输出第四替换均衡控制信号至第二检测控制模块400，以控制第二选通模块600选通次高容量单体锂电池或次低容量单体锂电池。

具体的，若次高容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差大于次低容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差，则第二选通模块600选通次高容量单体锂电池，第一选通模块500选通低容量单体锂电池；若次低容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差大于次高容量单体锂电池的电压值与所有单体锂电池的电压均值之差，则第二选通模块600选通次低容量单体锂电池，第一选通模块500选通高容量单体锂电池。

作为本发明一实施例，如图2所示，第一直流变换模块700包括第一电感l1、第一电阻r1、第一开关管k1、第二开关管k2、第三开关管k3及第一变压器t1；

第一电感l1的第一端和第一电阻r1的第一端分别为第一直流变换模块700的正端和负端；第一电感l1的第二端与第一开关管k1的第一端共接于第一变压器t1的第一端；第一电阻r1的第二端与第一开关管k1的第二端共接于第二开关管k2的第一端；第二开关管k2的第二端与第一变压器t1的第二端相连接；第一变压器t1的第三端与第三开关管k3的第一端相连接；第三开关管k3的第二端和第一变压器t1的第四端分别为第一直流变换模块700的第一输入输出端和第二输入输出端。

具体的，第一检测控制模块300通过检测第一电阻r1两端的电压值来获取第一直流变换模块700的第一工作电流值。第一开关管k1、第二开关管k2及第三开关管k3均为mos管。第一直流变换模块700为双向dc/dc升降压电路，可进行双向直流变换，同时既可实现升压变换又可实现降压变换。

作为本发明一实施例，如图2所示，第二直流变换模块800包括第二电感l2、第二电阻r2、第四开关管k4、第五开关管k5、第六开关管k6及第二变压器t2；

第二电感l2的第一端和第二电阻r2的第一端分别为第二直流变换模块800的正端和负端；第二电感l2的第二端与第四开关管k4的第一端共接于第二变压器t2的第一端；第二电阻r2的第二端与第四开关管k4的第二端共接于第五开关管k5的第一端；第五开关管k5的第二端与第二变压器t2的第二端相连接；第二变压器t2的第三端与第六开关管k6的第一端相连接；第六开关管k6的第二端和第二变压器t2的第四端分别为第二直流变换模块800的第一输入输出端和第二输入输出端。

具体的，第二检测控制模块400通过检测第二电阻r2两端的电压值来获取第二直流变换模块800的第二工作电流值。第四开关管k4、第五开关管k5及第六开关管k6均为mos管。第二直流变换模块800为dc/dc升降压电路，可进行双向直流变换，同时既可实现升压变换又可实现降压变换。

作为本发明一实施例，如图2所示，第一选通模块500包括n+1个保险丝(f1～fn+1)、n+1个可控开关(s1～sn+1)、第七开关管k7、第八开关管k8、第九开关管k9及第十开关管k10；

第n(1≤n≤n)保险丝的第一端与第n单体锂电池的负极相连接，第n+1保险丝fn+1的第一端与第n单体锂电池cn的正极相连接；第x(1≤x≤n+1)保险丝的第二端与第x可控开关的第一端相连接；第奇数个可控开关的第二端共接后再与第七开关管k7的第一端和第九开关管k9的第一端共接，第偶数个可控开关的第二端共接后再与第八开关管k8的第一端和第十开关管k10的第一端共接；第七开关管k7的第二端和第八开关管k8的第二端共接形成第一选通模块500的负端，第九开关管k9的第二端与第十开关管k10的第二端共接形成第一选通模块500的正端。

优选的，n+1个可控开关(s1～sn+1)、第七开关管k7、第八开关管k8、第九开关管k9及第十开关管k10均可为mos管。

具体的，第一检测控制模块300通过控制第一选通模块500中相应可控开关以及相应开关管的开通与关断来实现选通某一单体锂电池(c1～cn)。当选通某单体锂电池(c1～cn)时，第一检测控制模块300通过检测第一选通模块500的正端与负端之间的电压来获取该单体锂电池的电压值(c1～cn)。

作为本发明一实施例，如图2所示，第二选通模块600包括n+1个保险丝(f1～fn+1)、n+1个可控开关(s1～sn+1)、第十一开关管k11、第十二开关管k12、第十三开关管k13及第十四开关管k14；

第n(1≤n≤n)保险丝的第一端与第n单体锂电池的负极相连接，第n+1保险丝fn+1的第一端与第n单体锂电池cn的正极相连接；第x(1≤x≤n+1)保险丝的第二端与第x可控开关的第一端相连接；第奇数个可控开关的第二端共接后再与第十一开关管k11的第一端和第十三开关管k13的第一端共接，第偶数个可控开关的第二端共接后再与第十二开关管k12的第一端和第十四开关管k14的第一端共接；第十一开关管k11的第二端与第十二开关管k12的第二端共接形成第二选通模块600的负端，第十三开关管k13的第二端与第十四开关管k14的第二端共接形成第二选通模块600的正端。

优选的，n+1个可控开关(s1～sn+1)、第十一开关管k11、第十二开关管k12、第十三开关管k13及第十四开关管k14均可为mos管。

具体的，第二检测控制模块400通过控制第二选通模块600中相应可控开关以及相应开关管的开通与关断来实现选通某一单体锂电池(c1～cn)。当选通某单体锂电池(c1～cn)时，第二检测控制模块400通过检测第二选通模块600的正端与负端之间的电压来获取该单体锂电池的电压值(c1～cn)。

本发明中，锂电池组能量均衡系统包括锂电池组、均衡控制模块、第一检测控制模块、第二检测控制模块、第一选通模块、第二选通模块、第一直流变换模块及第二直流变换模块。在启动均衡控制时，第一选通模块和第二选通模块选通高容量单体锂电池和低容量单体锂电池，第一直流变换模块和第二直流变换模块进行电压转换，高容量单体锂电池的能量经过电压转换传递至低容量单体锂电池，高容量单体锂电池的放电与低容量单体锂电池的充电同时进行。该均衡系统不需要储能和释能的能量传递中介，因此可实现能量的实时传递，提高了均衡效率，解决了现有的锂电池组能量均衡系统因借助能量传递中介实现能量转移而存在均衡效率低的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。