一种电储能装置均衡方法_2

文档序号:9549840阅读:来源:国知局
;而其创新之处在于,各所述电池单元依据其相互差异程度,分别连接并向所述电附件进行差异化放电,差异化放电包括不同能量、电流、时间、深度、温度的放电。
[0027]所述用电设备运行时,所述电池组给所述主负载的主要放电功率一般要比对所述电附件的放电功率为大;由于所述电池单元受历史的或目前的自身及外界因素影响会产生差异;而所述电池单元是连在一起的,单个的所述电池单元落后必然会实时地严重影响其它所述电池单元的运行,不仅在单个所述单元内累积变大,同时还在组内形成多重恶性循环。在后天的不一致因素中,这种连接方式造成的恶性循环效应后果是最严重的,而不单纯是单个所述电池单元的变化问题,甚至还存在偶发之后复杂传播的蝴蝶效应,解决这种蝴蝶效应就像天气预报一样是电池均衡领域中很大难题,比如某个锂离子单体内部的某隔膜处长期使用有可能突然出现一点恶化,由此突然就产生轻微的不均衡,继而开始影响整个电池组,最后逐渐扩大化;这也是锂离子单体理论寿命与实际寿命出现成倍差距的原因。
[0028]本发明对称地让所述电附件进行差异性放电,单个所述电池单元连接并分别向所述用电附件或者其内的所述附属器件放电,由此能量可差异性地消耗到所述用电附件或者其局部上面,对其放电进行控制的依据是各所述电池单元的相互差异程度,以分别控制各个所述电池单元放电能量的多少、放电电流大小、放电时间长短、放电深度大小、放电温度高低,用放电不均衡巧妙对应了所述电池单元的不均衡,最后非常好地解决了任何原因、形式和规模的所述电池单元差异。
[0029]而所述用电附件此时还可以发挥其原有的电气功能,从而保证了“无论均衡功率密度有多大,用于均衡而取出的能量基本不浪费”。这是与传统电池均衡技术完全不同的,传统电池均衡技术,电能都消耗在了所述电池内部专用的均衡电路器件上,不是用在所述电池外部的所述电附件上。
[0030]值得一提的是这种“分别连接、分别用电”的电路连接方式,在浩如烟海的电子线路领域并不少见,但是分属领域不同、构成要素不同、技术特征、有益效果都完全不同,在电池均衡技术领域本方案从未出现过。倒是有一个效果正相反的例子,比如在用电设备内,电池组需要给主负载、电附件都供电,但是供电电压往往不一样,所以有一种错误方案就是从整个电池组的部分区间进行抽头,长期固定连接所述电附件,以提供电附件所需的低电压,其结果反而因为长期固定使用部分电池单元,而使其总是经常多放电而变得异常落后,所以反而造成整个电池组严重不均衡,寿命越来越短。本发明的来源正是如此,但却是反而用之,让所述电附件总是主动去寻找优秀的所述电池单元来恰当地多使用,从而让其多干活,同时也让落后的所述电池单元少放电而休养生息,并且根据变化的情况,实时转换连接,由此各个所述电池单元的强壮程度趋于动态一致。本发明正是从错误案例中寻找其正确的一面,“错误向前走一步而成为真理”,从而加以发挥运用产生奇效的,具有非常简单又极其巧妙的创造性和新颖性。
[0031]预后寿命时间越短的所述电池单元向所述电附件放电的能量越少、电流越小、时间越少、深度越小或者温度越低于放电时的标准值;预后寿命时间是所述电池单元的有效容量降低到一定程度的预计剩余时间,该时间不是剩余使用寿命时间,因为使用寿命时间是只计算充放电时间,而预后寿命时间是包括充电、放电、静置的剩余寿命全部时间,这样才最具实际意义。以此寿命趋同为目标来调整分配各所述电池单元对所述电附件的放电,差的所述电池单元不要放电过深,分配的放电时间少一些,放电电流适当地小一些,或者同样放电时电池温度要保持得低一些。这些措施都可以保证差的所述电池单元充分地休养生息、以逸待劳。照此方法,很明显所述电池组成组时对各所述电池单元的一致性要求将大大降低,在一定程度范围内,无论所述电池单元差异有多大,是都能成组并一起走向生命尽头的;这种效果的意义是极其重大的,对于电池整个生产和使用周期,可大大降低原材料、生产、工艺、更换的成本,各环节的指标要求都可以放宽很多。
[0032]所述电池单元首次参与均衡时,使用其预后寿命时间的经验值,是指第一次均衡系统投运前,要设置该型号所述电池单元的实验室测得的预后寿命时间经验值。运行开始后,此值会根据实际各种因素指标修正,比如实验室放电温度25度,放电电流1C,而实际应用有的是15度,有的是35度,平均放电倍率可能是0.5-1.5C,那么每个电池单元的所述预后寿命时间就都要在原标准值基础上做出经验公式的修正,并且还与实测容量每次的增减趋势强相关,这可以根据所测得的参数变化趋势进行曲线拟合外推,从而得出每个所述电池单元的预后寿命时间,以此再为基础对各所述电池单元的放电做出相应的对策性分配,寿命长的多为所述电附件干活,寿命短的少干活,从而最终使各所述电池单元实际寿命趋同。极端情况下,所述电池组运行一段时间后,其中某个或几个所述电池单元需更换,新换入的所述电池单元要照此设置一个预后寿命时间的基本经验值,之后再按实际情况修正和按趋势进行计算,这一点在更换单体时很重要,否则就不知道给新换所述电池包或单体分配多少任务合适,不知道如何制定均衡策略了。
[0033]当一种所述附件总成使用的额定电压与所述电池包的标称电压相等时,比如电动汽车的所述电附件一般采用直流12V,正好与12V铅酸电池包的电压匹配,这时只要12V的所述电池包内的所述单体在制造时注意均衡就可以了,这一点在电池生产时只要保证操作的连续性和物料标识准确就都能做到,而长期生产和大范围的一致性要求则不必苛求。在使用时所述电池包内可不做均衡,而只在所述电池包之间做均衡,同样也是通过让每个所述电池包对所述电附件的差异性放电来实现,各所述电池包轮流给所述附件总成供电,好的所述电池包供电时间长,差的所述电池包供电时间短,由此差异可由所述附件总成轮流用电来消除。这样做的最大优点还在于电池出厂时可取消配伍这一工序,只要是同批次产品基本合格直接成组即可,甚至不同批次产品也可混用,使用状况不同的同型号所述电池包只要基本状况差不多,也可以在使用过程中随意换组混用。经过几个循环,这些随意混用的所述电池包预后寿命时间等参数可逐步趋同,即使是全新的和老的所述电池包混用,甚至都能保证寿命一致,但是请注意并非是放电使用时间的完全一致,而只是最终报废日期较一致,好的所述电池包多用多发挥效能,差的多休息等着和好的所述电池包最终一起寿终正寝。
[0034]这一方案看似有一个小缺点,当所述电池包放电至欠压点附近时,所述电附件可能得不到合格的供电电压,不会再良好运行,但是所述电池包既然电压降低到这种程度,说明不能再运行了,否则会损伤电池寿命;而实际上这与现有技术中整个所述电池组通过降压给所述电附件供电的情形是同理的,整个所述电池组欠压运行也是对损伤寿命的,所以此缺点并不是本发明带来的新缺点,只不过在本发明中换了一个方式体现;深层地讲本发明在这一点上反而更有很大优点,因为现有技术在整个电池组电压达到看似准确的欠压点时,其实有的所述电池包并未达到所述电池包的欠压点,有的已经落到所述电池包的欠压点以下了,即欠压不均,部分所述电池包已经被损伤得很严重了,而本发明因为是对单个所述电池包分别控制,所以可以保证每个所述电池包都不欠压,都不损伤。
[0035]所述单体还可分别连接所述附属器件。实际上在某些所述用电设备内,有的所述附件总成内还包含了很多个附属器件,如果每个所述附属器件所需的额定电压与所述单体的标称电压合适,就可以轮流从所述单体上按差异程度相应进行差异化取电了,在优秀的所述单体上多停留多取电一段时间比如3秒,在落后的所述单体上少停留少一些时间,比如2.8秒,甚至是不停留;或者每个所述附属器件所用的电流可稍有差异;由此可实现对多个所述单体的均衡。
[0036]所述单体还可对应固定连接所述附属器件。所述附件总成内所述附属器件和所述单体等数量,各所述附属器件分别只连接一个所述单体,其用电差异和所述单体的差异程度随时匹配,以稍有差异的功率消耗各所述单体电能,从而使各所述单体趋于均衡。该方案要求每个所述单体都有引线,所述电池包可在格间引出抽头,由于所述电附件比所述主负载的电流要小,所以抽头体量不大,增本不多;但接线增多会对可靠性形成挑战,设计时要稍注意,但技术难度并不大;还要考虑所述附属器件损坏时显示报警和及时修理,否则有可能造成对应的所述单体少放电而过于优秀,但修理后仍能实现均衡。本方案适用于各所述附属器件用电功率允许稍有差异的场合,比如电动汽车上电加热座椅的各个电阻丝可单独从各所述单体上取电,各电阻丝在空间上交叉布置不会造成座椅温暖舒适度严重不均。
[0037]所述电池单元、电附件之间设置连接有电源适配器,以转换电压为所述电附件供电。实际应用中所述电附件额定电压并不一定与所述电池单元标称电压相匹配,随着所述电池单元的充放电以及静置时电压先高后低的变化,在电压低时所述电附件有可能不能良好运行,所以在所述电附件之前加上所述电源适配器,把所述电池单元的电压先进行转换,为所述电附件供电进行正常供电,而均衡原理不变。比如铅酸电池单体电压为2V,电动自行车控制器内的供电电路作为用电附件需5V供电,就可以配2V转5V的所述电源适配器,而不用整个电池组的48V再转5V供电。
[0038]还设置有测控单元连接在所述电池组、电附件之间,所述测控单元检测并根据各所述电池单元充放电的能量、电流、时间、深度、温度差异控制所述电池单元与所述电附件之间放电时的分别连接与放电。所述测控单元连接所述电池组是为了检测所述电池组内各所述电池单元之间的运行的参数差异,即检测目前各所述电池单元之间的不均衡程度。所述测控单元连接所述电附件,是为了根据所测出的各所述电池单元之间的不均衡程度来控制所述电附件从各所述电池单元上进行匹配性的差异化取电。
[0039]现有均衡技术基本上都以电压或荷电状况作为监视所述电池单元是否均衡的
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