，本发明提供的锂离子电池组均衡管理系统及均衡控制方法，可以进行单体电池均衡管理、箱均衡和簇均衡管理，并提供有效的均衡效果测试手段，能够改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明中所述电池组均衡电路的电路结构示意图；
图2是本发明中所述均衡控制方法的流程示意图；
图3是本发明中所述均衡实现单元的示意图；
图4是本发明中电池组放电阶段时未加均衡系统的原始放电曲线；
图5是本发明中电池组放电阶段时使用均衡系统后的放电曲线；
图6是本发明中电池组充电阶段时未加均衡系统的原始充电曲线；
图7是本发明中电池组充电阶段时使用均衡系统后的充电曲线；
图8是本发明中箱均衡系统的架构示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明通过电池组均衡电路，对串联多个单体电池形成的电池组中的任意一个单体电池进行较大均衡电流的均衡充电或者均衡放电，以改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。优选的示例中，使用LiFePO4作为正极的磷酸铁锂电池，具有安全性好，循环寿命长，质量比能量高，无记忆效应，维护方便，生产过程绿色无污染等优点。
[0018]如图1所示，所述电池组均衡电路，包含:均衡控制器U、能量转移式电路与能量补偿式电路。其中，所述的能量转移式电路，包含:N个变压器Tl~Tn、N个恒流模块和N个单刀单掷开关ΚΒ1~ΚΒη。电池组总充放电回路与N个变压器的主线圈相连，N个变压器的副线圈与各个单体电池Β1~Βη并联。
[0019]所述的均衡控制器U通过开关控制信号实现电池间能量转移。假设需要给电池BUB3转移能量时，均衡控制器U输出信号ΚΒ1、ΚΒ3来导通电池Β1、Β3的转移回路，这时整组电池的能量通过变压器Tl、Τ3以恒定电流给B1、Β3充电，电池回路上的恒定均衡电流通过恒流模块控制。
[0020]所述的能量补偿式电路，包含:1个恒流源VS、I个恒流负载R、1个双刀双掷开关KC和N个双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη。N个双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη对应与各个单体电池Β1~Βη并联；通过双刀双掷开关KC将恒流源VS或恒流负载R中的一个与双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη连接。当某节电池和整组电池的能量相差太大，不能在短时间内通过能量转移的方式实现时，就需要用到能量补偿式电路。
[0021]假设电池Β2比其他电池的能量低了很多，通过均衡控制器U闭合开关ΚΑ2 ;因为开关KC默认连接恒流源VS，所以这时由恒流源VS对电池Β2进行恒定电流的补充。假设电池Β3比其他电池的能量高了很多，首先将开关KC打到恒流负载R处，再通过闭合开关ΚΑ3，这样就可以通过恒流负载R对电池Β3进行恒定电流的均衡放电。
[0022]如图2所示，本发明提供一种锂离子电池组均衡控制方法，在进行单体电池均衡管理时，先向电池组均衡管理系统输入电池数据进行数据预处理，包含采集数据以及基本参数。
[0023]其中，采集数据包括:电流、单体电池电压、单体电池温度。基本参数包括:电池节数、标称容量、均衡标识(用于读取不同的特征数据)、单体电池SOH (健康状况)、单体电池SOC (荷电状态)、均衡电流、均衡时间、单体下限阈值、单体上限阈值、均衡策略变更静止时间、状态持续时间、设置均衡时间、均衡持续时间、单体电池状态(主要为各单体电池的均衡状态)、整组电池状态(主要包括充放电状态，开路状态)、电压均衡及容量均衡的充电阈值表、电压均衡及容量均衡的放电阈值表、电压均衡及容量均衡的开路阈值表。
[0024]根据均衡规则输出的均衡状态，由设置的均衡实现单元(图3)对相应的单体电池实施均衡保护。均衡实现采用高效的无损充电方式，并且其充电电流可根据均衡规则的要求进行调节，均衡电流多6Α，并可实现点对点均衡。均衡实现单元可以是图1中由均衡控制器控制的能量转移式电路或能量补偿式电路中对应各个电池的部分。如果电池组均衡管理系统设定为自动均衡模式，则在状态判断后根据放电均衡规则、开路均衡规则、充电均衡规则进行相应处理，控制相应的开关进行闭合或断开；如果是非自动均衡模式，则下发各电池的充放电均衡状态。
[0025]为了对均衡效果进行测试，示例中以24个串联的20Ah锂电池形成的一个电池组为测试对象，采用0.5C充放电，充电到组端设置电压后充电机自动降电流。其中，使用如下的测试仪器，包含:充电机TCCH-H96V-50A，用于充电；高特公司的FZMK，即可调负载模块，用于放电；高特公司的ESBMM，即电池监护模块，用于均衡测试(均衡电流2?5A)、电压监控；高特公司的锂电池单体维护设备，用于均衡测试过程中的单体电池调整。
[0026]所述的测试方法，包含放电均衡测试及充电均衡测试:
放电均衡测试中，包含以下过程:
S1-1、对整个电池组充满电(并且对单体电池进行了调整保证每节都充满)后，分别对其中4节电池随机调整容量(使其放掉部分容量)；
S1-2、进行整组0.5C放电，关闭均衡，记录数据，如图4所示为电池组放电阶段时未加均衡系统的原始放电曲线；
S1-3、对电池组整组充电，单体截至停止(在其中任意一个电池充满时停止)；
51-4、进行整组0.5C放电，开启均衡，记录数据，如图5所示为电池组放电阶段时使用均衡系统后的放电曲线。
[0027]充电均衡测试中，包含以下过程:
52-1、在放电均衡测试的基础上，对电池组整组放完电(并且对单体电池进行了调整保证每节都放空)后，分别对其中4节电池随机调整容量(使其充进部分容量)；
2、进行整组0.5C充电，关闭均衡，记录数据，如图6所示为电池组充电阶段时未加均衡系统的原始充电曲线；
3、对电池组整组放电，单体截至停止(在其中任意一个电池放空时停止)；
4、进行整组0.5C充电，开启均衡，记录数据，如图7所示为电池组充电阶段时使用均衡系统后的充电曲线。
[0028]比对图4与图5，图6与图7，可见使用了电池管理系统均衡管理后，充放电过程中各单体电池的一致性大大提高，电池组得到了有效均衡。
[0029]此外，本发明中还通过电池管理系统进行箱均衡和簇均衡管理，以解决电池间环流的问题。由于逆变器技术的原因，在当前大容量储能系统中没有可以很好防止电池组(或簇)环流的电路，所以为了避免电池组系统或电池簇系统的内部环流，可以在一些对成本允许的场合引入电池箱均衡设备或电池簇均衡设备，这两类均衡设备都可以有效减少电池簇环流到系统允许的范围。常见的储能系统，一般都会从成本和安装角度考虑从其中选择一种，本例中采用电池箱均衡设备来防止储能系统的环流。
[0030]箱均衡系统的架构如图8所示，在大容量储能系统中，由于每一簇(或串)电池都是由192?350多只单体电池串连组成，这些电池会被分成若干个电池模块，一般每个电池模块会由12只或24只电池串连组成。电池在长期使用过程中，由于个体的差异会造成每个电池模块的总电压可能不一致，电池模块内的单体均衡(如上文所述的电池组均衡电路)，只能将自己模块内(箱内)的所有单体均衡到一致，模块之间的一致性无法保证，PCS (能量转换系统)对整簇电池充电或放电过程中，每个模块的充电电流完全一样的，这样就很容易造成有些模块过充或过放，有些模块欠充或欠放。
[0031]为此，本发明中引入电池箱均衡设备(或电池模块均衡设备);每簇(或串)电池包含8?20个BMS (电池管理系统)子系统(每个子系统管理12节或24节单体);每个BMS子系统运行相对独立，一簇电池由一个锂电池45V或90V/ (3A?6A)的箱均衡电源提供均衡电流，由ES⑶(电池组控制模块)通过CANl总线控制电源应该给哪一箱电池均衡，均衡策略由ESGU统一运算和控制，为了节省成本，电池箱的均衡是通过切换方式实现的，一簇(或串)电池有对应的一套箱均衡装置。