一种电池组电子均衡容错系统的制作方法

1.本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种电池组电子均衡容错系统。


背景技术：

2.为达到大容量储能系统的电压和容量等级要求，一般需要将大量电池单体串并联成组使用。然而电池组在使用过程中，每个电池单体由于存在制造工艺和应用环境的差异导致其不一致性进一步扩大，电池出现不同的老化程度，性能衰退较快的电池单体会制约整个电池组的容量利用率及寿命，甚至更有可能会出现电池单体失效，导致整个电池组无法正常工作，极端情况下还可能引发安全事故。
3.近年来，国内外研究热电集中在电池能量均衡管理方法上，对出现电池单体失效后的容错方式的研究较少，因此亟需一种电池组电子均衡容错系统来提升电池组使用安全性，以及在单体电池失效后如何还能继续使用电池组。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种电池组电子均衡容错系统，能够提升电池组的使用安全性，并延长使用寿命。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电池组电子均衡容错系统，包括电池组，所述电池组由多个电池单体串并联构成，每个所述电池单体均设置有开关，每个所述电池单体的两端并联有容错模块，当所述电池单体失效时，所述开关打开使得所述电池单体处于静置状态，所述容错模块建构构虚拟电池，在充电时，所述容错模块建构的虚拟电池根据实际所需要的信号将能量转移至其他电池单体，在放电时，所述容错模块建构的虚拟电池从其他电池单体吸取能量以填补该位置的能量。
6.所述容错模块包括电压获取模块、电流获取模块、计算模块和转移模块；在充电时，所述电压获取模块获取所述电池单体的平均电压和所述虚拟电池的电压；所述电流获取模块获取单串电池的充电电流和所述虚拟电池的电流；所述计算模块根据所述电池单体的平均电压、虚拟电池的电压、充电电流和虚拟电池的电流计算需要转移至其他电池单体的能量，并根据所述需要转移至其他电池单体的能量生成控制信号；所述转移模块用于根据所述控制信号转移能量。
7.所述计算模块包括电压比较单元、电流比较单元和计算单元，所述电压比较单元用于将所述虚拟电池的电压和所述电池单体的平均电压进行比较得到差值电压，所述电流比较模块用于将所述虚拟电池的电流和所述单串电池的充电电流进行比较得到差值电流；所述计算单元根据所述差值电压、差值电流和当前转移模块的输出电压和输出电流得到需要转移至其他电池单体的能量，并生成控制所述转移模块的控制信号。
8.所述容错模块包括电压获取模块、计算模块和转移模块；在放电时，所述电压获取模块获取所述电池单体的平均电压和所述虚拟电池的电压；所述计算模块根据所述电池单体的平均电压和虚拟电池的电压计算需要从其他电池单体吸取的能量，并根据所述需要从
其他电池单体吸取的能量生成控制信号；所述转移模块用于根据所述控制信号转移能量。
9.所述计算模块包括电压比较单元和计算单元，所述电压比较单元用于将所述虚拟电池的电压和所述电池单体的平均电压进行比较得到差值电压；所述计算单元根据所述差值电压得到需要从其他电池单体吸取的能量，并生成控制所述转移模块的控制信号。
10.所述容错模块还包括比较模块，所述比较模块用于将所述虚拟电池的电压与电压阈值范围进行比较，当所述虚拟电池的电压超出所述电压阈值范围时，所述转移模块停止能量转移。
11.所述容错模块还包括温度信息获取模块和判断模块，所述温度信息获取模块用于获取所述容错模块对应的电池单体的温度信息；所述判断模块用于判断所述温度信息是否超出温度阈值，当超出所述温度阈值时发出建构虚拟电池的指令并向所述计算模块发出使能控制信号。
12.有益效果
13.由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在电池单体两端并联容错模块，该容错模块可以作为虚拟电池，在电池单体失效时，将失效的电池单体置于静置状态，容错模块则进入虚拟电池工作状态，并在电池组进行充电时，虚拟电池将经过的能量转移至其他电池组，在电池组进行放电时，虚拟电池从其他电池吸取能量。本发明通过设置容错模块有效解决了由于电池单体出现故障或过度老化导致的电池组不能继续使用的问题，同时在充放电过程的能量转移实施了均衡管理。
附图说明
14.图1是本发明实施方式的结构示意图；
15.图2是本发明实施方式中容错模块的结构方框图；
16.图3是本发明实施方式中计算模块的结构方框图；
17.图4是本发明实施方式中计算模块在充电时的示意图；
18.图5是本发明实施方式中计算模块在放电时的示意图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
20.本发明的实施方式涉及一种电池组电子均衡容错系统，如图1所示，包括电池组，所述电池组由多个电池单体串并联构成，每个所述电池单体均设置有开关k1，每个所述电池单体的两端并联有容错模块；当所述电池单体失效时，所述开关k1打开使得所述电池单体处于静置状态，所述容错模块建构虚拟电池，所述容错模块建构的虚拟电池根据实际所需要的信号将能量转移至其他电池单体，在放电时，所述容错模块建构的虚拟电池从其他电池单体吸取能量以填补该位置的能量。
21.本实施方式中，电池单体是否处于失效状态可以通过电池单体的温度进行判断，当电池在充放电过程中，存在温度过高时，则表示该电池单体处于失效状态，电池单体的温
度的采集可以通过电池管理系统bms实现，当电池管理系统bms检测到某一电池单体的温度超过阈值时，则触发开关k1打开，实现了将失效的电池单体隔离，此时容错模块启动，进入建构虚拟电池的工作模式。
22.由此可见，本实施方式通过设置容错模块可作为虚拟电池，可以避免因电池单体失效导致的意外，大大提升了电池使用的寿命以及安全性。
23.如图2所示，本实施方式中容错模块包括温度信息获取模块和判断模块，所述温度信息获取模块用于从电池管理系统bms获取所述容错模块对应的电池单体的温度信息；所述判断模块用于判断所述温度信息是否超出温度阈值，该温度阈值与判断电池单体失效的阈值相同，当超出所述温度阈值时发出建构虚拟电池的指令，判断模块能够向所述计算模块发出使能控制信号。容错模块启动，进入建构虚拟电池的工作模式。由此可见，本实施方式中的容错模块通过检测单体电池的温度来启动虚拟电池工作模式，从而能够降低容错模块的功耗。
24.本实施方式中的容错模块包括电压获取模块、电流获取模块、计算模块和转移模块；在充电时，所述电压获取模块获取所述电池单体的平均电压vr；所述电流获取模块获取单串电池的充电电流ic；所述计算模块根据所述电池单体的平均电压vr和充电电流ic计算需要转移至其他电池单体的能量，并根据所述需要转移至其他电池单体的能量生成控制信号；所述转移模块用于根据所述控制信号转移能量。本实施方式中，转移模块可以采用dc/dc模组，计算模块生成的控制信号能够控制dc/dc模组中的开关管的通断时间，从而实现调整输出能量的目的。
25.如图3所示，所述计算模块包括电压比较单元、电流比较单元和计算单元。在充电时，如图4所示，所述电压比较单元用于将所述电池单体的平均电压vr和所述虚拟电池的电压vf进行比较得到差值电压vz，所述电流比较模块用于将所述单串电池的充电电流ic和所述虚拟电池的充电电流if进行比较得到差值电流iz；所述计算单元根据所述差值电压vz、差值电流iz和当前转移模块的输出电压vb和输出电流iq得到需要转移至其他电池单体的能量，并生成控制所述转移模块的控制信号。其中，需要转移的能量为所述差值电压vz与差值电流iz共同参与电源管理运算，通过两者乘积再结合dc/dc模组的输出情况(即输出电压vb和输出电流iq)，即可生成调节dc/dc模组的控制信号，若需要转移的能量较大时，则控制信号的占空比较大，反之则控制信号的占空比较小，通过调整占空比的大小来控制dc/dc模组转移能量的多少。
26.在进行放电时，电压获取模块获取所述电池单体的平均电压；计算模块只需要根据所述电池单体的平均电压计算需要从其他电池单体吸取的能量，并根据所述需要从其他电池单体吸取的能量生成控制信号；所述转移模块用于根据所述控制信号转移能量。如图5所示，计算模块中的电压比较单元用于将所述电池单体的平均电压vr和所述虚拟电池的电压vf进行比较得到差值电压vz；所述计算单元根据所述差值电压vz得到需要从其他电池单体吸取的能量，并生成控制所述转移模块的控制信号。其中，需要转移的能量即为虚拟电池的电压vf与实际放电电流产生的能量，因此在放电时可以直接根据差值电压vz生成调节dc/dc模组的控制信号，该控制信号控制dc/dc模组吸收能量的多少。
27.本实施方式中的虚拟电池通过获取健康的电池电压和电流，采用主动均衡的方式转移和填补电池充放电之间所需的能量，实施了均衡管理，延长了电池的使用寿命。
28.为了防止容错模块出现过充或过放的情况，本实施方式中的容错模块还包括比较模块，所述比较模块用于将所述容错模块两端的电压与电压阈值范围进行比较，当所述虚拟电池的电压超出所述电压阈值范围时，所述转移模块停止能量转移。例如，当检测到虚拟电池的电压超过4.3v(存在过充情况)时，作为转移模块的dc/dc模组立刻停止能量转移，成为高阻状态，不做任何能量输出。同样，当检测到虚拟电池的电压低于3.0v(存在过放情况)时，作为转移模块的dc/dc模组立刻停止能量转移，成为高阻状态，不做任何能量输出。通过设置比较模块能够有效防止过充和过放情况，进一步提升电池组的使用安全性。
29.本发明在电池单体两端并联容错模块，该容错模块可以作为虚拟电池，在电池单体失效时，将失效的电池单体置于静置状态，容错模块建构虚拟电池，并在电池组进行充电时，虚拟电池将经过的能量转移至其他电池组，在电池组进行放电时，虚拟电池从其他电池吸取能量。本发明通过设置容错模块有效解决了由于电池单体出现故障或过度老化导致的电池组不能继续使用的问题，同时在充放电过程的能量转移实施了均衡管理。