一種復(fù)合電源的組合均衡裝置及其均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合電源的組合均衡裝置，還涉及上述均衡裝置的均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車具有節(jié)能、環(huán)保、能源利用率高等優(yōu)勢(shì)，在石油資源日漸缺少的現(xiàn)在，電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)越來越明顯。目前，制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)重要因素是其續(xù)駛里程短，提高能量利用效率對(duì)電動(dòng)汽車具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)在廠家生產(chǎn)的電動(dòng)汽車大多都運(yùn)用的單一能源結(jié)構(gòu)，電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)過程中會(huì)經(jīng)歷加速、起步和爬坡等動(dòng)作，此時(shí)瞬間放電電流很大，將會(huì)很大程度上影響動(dòng)力蓄電池組的能量利用率和使用壽命。雙電層電容器又稱為超級(jí)電容，充電速度快，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，大電流放電能力強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，功率密度高。將超級(jí)電容的功率特性和蓄電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合，可以提高電動(dòng)汽車的性能。
[0004]電動(dòng)汽車運(yùn)用動(dòng)力電池和超級(jí)電容供電時(shí)，需要將多節(jié)單體電池/超級(jí)電容串聯(lián)成動(dòng)力電池組/超級(jí)電容組使用。由于現(xiàn)有制造技術(shù)以及阻抗和溫度特性等各方面的差異，單體電池之間出廠時(shí)性能會(huì)有所差異，使其在相同的充放電電流下，各節(jié)電池的電壓和可用容量都會(huì)有所不同，而不斷重復(fù)的充放電過程更加劇了不一致現(xiàn)象。這種情況會(huì)導(dǎo)致電池的性能惡化，電池組可用能量的降低，最終甚至將導(dǎo)致串聯(lián)電池組無法工作。超級(jí)電容同樣存在不一致現(xiàn)象，將會(huì)影響超級(jí)電容組和整個(gè)復(fù)合電源的工作狀態(tài)。因此為解決單體電源/單體超級(jí)電容之間的不一致性，必須對(duì)兩者進(jìn)行均衡管理，以保持串聯(lián)后電源系統(tǒng)的整體容量，延長(zhǎng)電源系統(tǒng)的使用壽命。
[0005]均衡行為按是否有能量損失可分為非能耗型均衡與能耗型均衡。在進(jìn)行電池之間或者超級(jí)電容間的均衡時(shí)若選用非能耗型均衡則會(huì)將能量由高能量單體通過中間的能量?jī)?chǔ)存裝置轉(zhuǎn)移到低能量單體中，但是當(dāng)高能量單體與低能量單體之間的壓差或者能量差較小時(shí)將會(huì)大大影響均衡的速度。若選用能耗型均衡，一般會(huì)將高能量單體連接旁路分流電阻，通過功率電阻的發(fā)熱將多余能量消耗，但這種方法會(huì)增加能量的消耗。
[0006]因此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，提供一種結(jié)合非能耗型均衡方法和能耗型均衡方法各自優(yōu)點(diǎn)的組合均衡技術(shù)為亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種復(fù)合電源的組合均衡裝置及其均衡方法。
[0008]本發(fā)明提出的一種臥式千斤頂，包括:電池組、超級(jí)電容組、組合均衡控制器、電池組電壓采集模塊、超級(jí)電容組電壓采集模塊、第一非能耗型均衡裝置、第一能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置和第二能耗型均衡裝置，電池組和超級(jí)電容組并聯(lián)；
[0009]電池組與第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置連接，第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置、電池組電壓采集模塊均與組合均衡控制器連接；電池組電壓采集模塊與電池組連接并采集電池組中各電池的電壓信息，組合均衡控制器通過電池組電壓采集模塊獲取各電池的電壓信息，并根據(jù)上述電壓信息控制第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置動(dòng)作；
[0010]超級(jí)電容組與第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置連接，第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置、超級(jí)電容組電壓采集模塊均與組合均衡控制器連接；超級(jí)電容組電壓采集模塊與超級(jí)電容組連接并采集超級(jí)電容組中各超級(jí)電容的電壓信息，組合均衡控制器通過超級(jí)電容組采集模塊獲取各超級(jí)電容的電壓信息，并根據(jù)上述電壓信息控制第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置動(dòng)作。
[0011]優(yōu)選地，電池組由η個(gè)電池串聯(lián)形成，超級(jí)電容組由m個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)形成，第一能耗型均衡裝置由η個(gè)可控開關(guān)和η個(gè)第一均衡電阻組成，第二能耗型均衡裝置由m個(gè)可控開關(guān)和m個(gè)第二均衡電阻組成，第一非能耗型均衡裝置由2n個(gè)可控開關(guān)和第一儲(chǔ)能電容組成，第二非能耗型均衡裝置由2m個(gè)可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電容組成；電池組中任一電池正極通過可控開關(guān)與第一儲(chǔ)能電容正極連接，負(fù)極通過可控開關(guān)與第一儲(chǔ)能電容負(fù)極連接；超級(jí)電容組中任一超級(jí)電容正極通過可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電池正極連接，負(fù)極通過可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電池負(fù)極連接；第一能耗型均衡裝置中η個(gè)第一均衡電阻分別電池組中η個(gè)電池串聯(lián)，且η個(gè)可控開關(guān)分別設(shè)置在第一均衡電阻和電池組成的串聯(lián)電路上；第二能耗型均衡裝置中η個(gè)第二均衡電阻分別與超級(jí)電容組中m個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)，且m個(gè)可控開關(guān)分別設(shè)置在第二均衡電阻和超級(jí)電容組成的串聯(lián)電路上；組合均衡控制器控制第一能耗型均衡裝置的η個(gè)可控開關(guān)、第二能耗型均衡裝置的m個(gè)可控開關(guān)、第一非能耗型均衡裝置的2n個(gè)可控開關(guān)、第二非能耗型均衡裝置的2m個(gè)可控開關(guān)進(jìn)行開閉動(dòng)作。
[0012]本發(fā)明還提出一種復(fù)合電源的組合均衡裝置的均衡方法，包括以下步驟:
[0013]S1:獲取復(fù)合電源的工作狀態(tài)信息，若復(fù)合電源處于充電狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S2，若復(fù)合電源處于放電狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S4，若復(fù)合電源處于靜止?fàn)顟B(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S3 ;
[0014]S2:獲取電池組中各電池的電壓信息，計(jì)算各電池間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到預(yù)設(shè)的第一均衡門限值，則同時(shí)啟動(dòng)第一能耗型均衡裝置和第一非能耗型均衡裝置工作；獲取超級(jí)電容組中各超級(jí)電容的電壓信息，計(jì)算各超級(jí)電容間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到預(yù)設(shè)的第二均衡門限值，則同時(shí)啟動(dòng)第二能耗型均衡裝置和第二非能耗型均衡裝置工作；
[0015]S3:獲取電池組中各電池的電壓信息，計(jì)算各電池間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到預(yù)設(shè)的第一均衡門限值，則計(jì)算電池組剩余電量值，若剩余電量值不小于預(yù)設(shè)第一剩余電量值時(shí)，則同時(shí)啟動(dòng)第一能耗型均衡裝置和第一非能耗型均衡裝置工作，若剩余電量值小于預(yù)設(shè)第一剩余電量值時(shí)，則啟動(dòng)第一非能耗均衡裝置工作；獲取超級(jí)電容組中各超級(jí)電容的電壓信息，計(jì)算各超級(jí)電容間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到預(yù)設(shè)的第二均衡門限值，則計(jì)算超級(jí)電容組剩余電量值，若剩余電量值不小于預(yù)設(shè)第二剩余電量值時(shí)，則同時(shí)啟動(dòng)第二能耗型均衡裝置和第二非能耗型均衡裝置工作，若剩余電量值小于預(yù)設(shè)第二剩余電量值時(shí)，則啟動(dòng)第二非能耗均衡裝置工作；
[0016]S4:保持第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置、第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置處于非工作狀態(tài)。
[0017]優(yōu)選地，第一均衡門限值為50mv。
[0018]優(yōu)選地，第二均衡門限值為50mv。
[0019]優(yōu)選地，第一剩余電量值為70%。
[0020]優(yōu)選地，第二剩余電量值為70%。
[0021 ] 本發(fā)明中，采用電池組和超級(jí)電容組并聯(lián)的復(fù)合電源，將電池組和超級(jí)電容組列入均衡對(duì)象，通過結(jié)合非能耗型均衡方式和能耗型均衡方式，一方面相對(duì)減少了由于單一采用能耗型均衡行為而導(dǎo)致的能量損耗，另一方面又解決了采用單一非能耗型均衡方法在低壓差時(shí)均衡時(shí)間過長(zhǎng)的缺陷；達(dá)到了更好地改善了復(fù)合電源的動(dòng)力性能和使用壽命的目的。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明提出的一種復(fù)合電源的組合均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1中電池組與第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置的連接示意圖；
[0024]圖3為圖1中超級(jí)電容組與第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1-3所示，圖1為本發(fā)明提出的一種復(fù)合電源的組合均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中電池組與第一能耗型均衡裝置、第一非能耗型均衡裝置的連接示意圖；圖3為圖1中超級(jí)電容組與第二能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置的連接示意圖。
[0026]參照?qǐng)D1并結(jié)合圖2-3，本發(fā)明提出的一種復(fù)合電源的組合均衡裝置，電池組、超級(jí)電容組、組合均衡控制器、電池組電壓采集模塊、超級(jí)電容組電壓采集模塊、第一非能耗型均衡裝置、第一能耗型均衡裝置、第二非能耗型均衡裝置和第二能耗型均衡裝置，電池組和超級(jí)電容組并聯(lián)；
[0027]電池組由η個(gè)電池串聯(lián)形成，超級(jí)電容組由m個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)形成，第一能耗型均衡裝置由η個(gè)可控開關(guān)和η個(gè)第一均衡電阻組成，第二能耗型均衡裝置由m個(gè)可控開關(guān)和m個(gè)第二均衡電阻組成，第一非能耗型均衡裝置由2n個(gè)可控開關(guān)和第一儲(chǔ)能電容組成，第二非能耗型均衡裝置由2m個(gè)可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電容組成；電池組中任一電池正極通過可控開關(guān)與第一儲(chǔ)能電容正極連接，負(fù)極通過可控開關(guān)與第一儲(chǔ)能電容負(fù)極連接；超級(jí)電容組中任一超級(jí)電容正極通過可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電池正極連接，負(fù)極通過可控開關(guān)和第二儲(chǔ)能電池負(fù)極連接；第一能耗型均衡裝置中η個(gè)第一均衡電阻分別電池組中η個(gè)電池串聯(lián)，且η個(gè)可控開關(guān)分別設(shè)置在第一均衡電阻和電池組成的串聯(lián)電路上；第二能耗型均衡裝置中η個(gè)第二均衡電阻分別與超級(jí)電容組中m個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)，且m個(gè)可控開關(guān)分別設(shè)置在第二均衡電阻和超級(jí)電容組成的串聯(lián)電路上；
[0028]電池組電壓采集模塊與電池組連接并采集電池組中各電池的電壓信息，超級(jí)電容組電壓采集模塊與超級(jí)電容組連接并采集超級(jí)電容組中各超級(jí)電容的電壓信息，組合均衡控制器通過電池組電壓采集模塊和超級(jí)電容組采集模塊獲取各電池和各超級(jí)電容的電壓信息；
[0029]組合均衡控制器根據(jù)各電池和各超級(jí)電容的電壓信息控制第一能耗型均衡裝置的η個(gè)可控開關(guān)、第二能耗型均衡裝置的m個(gè)可控開關(guān)、第一非能耗型均衡裝置的2n個(gè)可控開關(guān)、第二非能耗型均衡裝置的2m個(gè)可控開關(guān)進(jìn)行開閉動(dòng)作。
[0030]上述復(fù)合電源的組合均衡裝置的均衡方法，包括以下步驟:
[0031]S1:獲取復(fù)合電源的工作狀態(tài)信息，若復(fù)合電源處于充電狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S2，若復(fù)合電源處于放電狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S4，若復(fù)合電源處于靜止?fàn)顟B(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟S3 ;
[0032]S2:獲取電池組中各電池的電壓信息，計(jì)算各電池間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到50mv，則同時(shí)啟動(dòng)第一能耗型均衡裝置和第一非能耗型均衡裝置工作；獲取超級(jí)電容組中各超級(jí)電容的電壓信息，計(jì)算各超級(jí)電容間的最大電壓差，若最大電壓差達(dá)到50mv，則同時(shí)啟動(dòng)第二能耗型均衡裝置和第二非能耗型均衡裝置工作；
[0033]S3:獲取電池組中各電池的電壓信息，計(jì)算各電池間的最大電壓差，若最大電壓差