CN101232114A - 动力电池组的均衡补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供了一种动力电池组的均衡补偿方法及装置。在对动力电池组进行整体充/放电过程中，首先采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；然后从所述动力电池组中获取电能，在始终保持电池组连接的条件下，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。这样就能够对电池组中所有的单体电池进行实时的电能补偿，使电池组中所有的单体电池能够长期保持良好的一致性状态，以较低的成本显著改善了电池组的使用寿命，同时可靠性也得到了保证。

Description

动力电池组的均衡补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及储能动力电池领域，尤其涉及一种串/并联动力电池组的均衡补偿方法及装置。

背景技术

目前，动力电池的应用范围越来越广泛，以电能为驱动能源的机械、设备、可移动工具和交通运输工具已成为动力电池的重要应用领域，尤其对于可充电的储能电池来说更是如此。单体储能电池的电压取决于电池自身的化学性质，例如铅酸电池为2V，镍氢电池为1.2V，锂离子电池为3.6V等等。而绝大多数工程应用场合，都是将单体电池串联成电池组来满足对高电压的需要，例如12V汽车电瓶就是由6只单体铅酸电池串联组成的。

对于电池组中的单体电池来说还有一个重要的特征，就是在充电和放电过程中，充电电压有一个上限值，放电电压有一个下限值，单体电池在充放电过程中绝对不允许在超出上、下限范围以外进行工作，否则将造成电池不可恢复性损坏，甚至引发安全事故。但是单体电池在工业生产中存在无法回避的一致性差异，使串/并联过程中每只电池的电压降无法保证完全一致，而且这种不一致会随着使用时间的延续逐渐扩大，最终就会导致电池组的整体寿命明显低于单体电池的寿命，特别是在大容量、高电压电池组的应用方面尤其如此，例如锂离子动力电池组。

实现电池组充/放电均衡的目的是保证其标称的容量获得100％发挥，实现这个目标的各种技术途径最终是要达到在每次充电过程中保证每只单体电池充电饱满，而要想让每只单体电池每次都充电饱满，主要有以下几种方案可以实现：

第一种，对串联电池组的每只单体电池进行单独充电，也就是说在每次充电时，都需要把正常连接的电池断开，然后同时给每只单体电池充电；充满后再重新将它们串联起来。这种方法在小功率电池和少于4串的应用场合有一定的实用价值，但在大功率电池或高于10串的应用场合就显得不切实际，并且从技术方案上来看，由于频繁的拆装和重组，会造成电池组连接可靠性的降低，而且整体的充电器成本也会大幅度提高。

第二种，是在给串联电池组整体进行充电时，对先充满电的单体电池的电流采取旁路处理措施，它需要在每只单体电池上附加旁路热阻器件，对旁路器件还需要采取散热措施进行保护。这种技术方案虽然可以在保证其他电池继续正常充电的情况下减少先充满电池的充电电流，达到全部充满的目的，但是该技术方案对电池组工作环境的热安全性要求较高，同时由于单体电池性能的不可预知性，必须预先对所有单体电池加装旁路器件，这将大大增加电池组的制造成本，电池组的整体可靠性也随之较低，尤其不适合大功率动力电池的使用。

还有一种方法是要求单体电池制造商在制造单体电池时能够保持极高的一致性，或者对组成电池组的单体电池进行严格的一致性筛选，而这显然对制造工艺提出了更高的要求，无疑将大幅度提高电池的制造成本。同时也无法预知随着使用时间的延长而发生的一致性变化。

从以上方法的技术方案中可以看出，虽然上述方案都可以在一定程度上使动力电池保持均衡一致，但是上述方案都存在着成本高，可靠性低等缺陷。而如果成组电池寿命在设备的使用周期内不能与设备寿命同步，就需要更换成组电池，这无疑也会增加成本，是用户很难接受的。

发明内容

本发明实施方式所要解决的技术问题在于提供一种动力电池组的均衡补偿方法及装置，能够使电池组中所有的单体电池长期保持良好的一致性状态，提高了电池组的使用寿命，同时实现成本较低，可靠性也能够得到保证。

本发明实施方式是通过以下技术方案实现的：

一种动力电池组的均衡补偿方法，包括：

在对动力电池组进行整体充/放电过程中，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；

根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；

从所述动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

所述根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池，具体包括：

将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较，根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池；

所获知的电压低于设定标准值的单体电池数量为一个或多个。

所述采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息，具体包括：

通过电压检测装置或电流检测装置，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；所述各单体电池的工作状态信息包括电压信息或电流信息。

所述设定标准值，具体包括：

根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定；

或，根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

所述方法还包括：

根据所采集到的动力电池组中各单体电池的工作状态信息，获知最低电压的单体电池；

从动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压最低的单体电池。

所述将所述电能实时补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池，具体包括：

通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

所述转换装置包括：多路开关。

本发明实施方式还提供了一种动力电池组的均衡补偿装置，包括：

信息采集单元，用于在对动力电池组进行整体充/放电过程中，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；

电池补偿获知单元，用于根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；

电池补偿执行单元，用于从所述动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

所述电池补偿获知单元中包括：

比较获知模块，用于将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较，根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池；其中，所述设定标准值具体包括：

根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定；或，根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

所述电池补偿执行单元中包括：

切换补偿模块，用于通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

由上述所提供的技术方案可以看出，它与其他已有均衡方法的最大区别在于：已有均衡方法为充电均衡，而本发明的均衡方法主要应用于放电均衡，在充电过程也工作，但不是均衡效果的主因；充电均衡损失电能，而放电均衡理论上不额外损失电能；而通过一个多路转换开关可以使均衡器充分发挥作用，而不像充电均衡会导致多数均衡器可能终身都处于闲置状态。

同时，在对动力电池组进行整体充/放电过程中，首先采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；然后从所述动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。这样就能够对电池组中所有的单体电池进行实时的电能补偿，使电池组中所有的单体电池能够长期保持良好的一致性状态，提高了电池组的使用寿命，同时实现成本较低，可靠性也得到了保证。

附图说明

图1为本发明实施方式所述方法的流程示意图；

图2为本发明实施方式所述装置的结构示意图；

图3为本发明实施方式所举实例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种动力电池组的均衡补偿方法及装置。在动力电池组充放电的过程中，根据电池组中每个单体电池的电压差，实时给电压偏低的一个或多个单体电池额外的补充电能，从而使电池组中所有单体电池的电压向一致性回归，或达到一个允许误差范围内，保证动力电池组在每次充/放电过程中都能接收/发挥出最大的能量。这样就能够对电池组中所有的单体电池进行实时的电能补偿，使电池组中所有的单体电池能够长期保持良好的一致性状态，提高了电池组的使用寿命；同时上述方法可以通过设定的程序来自动完成，电池组中所有的原始连接可以保持不变，并且工作状态信息可以通过监控系统传递到用户所需要的地方，由用户根据工作状态信息自主的进行相应的操作。

为更好的描述本发明实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，如图1所示为所述方法的流程示意图，所述方法包括：

步骤11：采集各单体电池的工作状态信息。

具体来说就是，在对动力电池组进行整体充电或放电的过程中，利用专用的检测装置来采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；这里所述的专用的检测装置可以是电压检测装置，也可以是电流检测装置，还可以是其他具有类似检测功能的装置。

例如，可以利用电压检测装置来对动力电池组中各单体电池的工作状态进行实时监测，采集动力电池组中各单体电池的电压信息；也可以利用电流检测装置来对动力电池组中各单体电池的工作状态进行实时监测，采集动力电池组中各单体电池的电流信息，再将所述的电流信息计算转换成各单体电池的电压信息。

步骤12：获知电压低于设定标准值的单体电池。

在采集到所述各单体电池的工作状态信息之后，就可以根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池。具体来说，可以将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较；然后根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池，这里所获知的电压低于所述设定标准值的单体电池数量为一个或多个。

以上的工作状态信息一般为各单体电池的电压信息，并根据设定标准值的不同来进行不同的比较。所述的标准值可以通过以下方式来设定：根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值。这里所述的阈值可以根据单体电池的工作特性来进行设定，例如可以由工作人员按照单体电池的工作特性将阈值设定在50mv，即最高工作电压减去50mv就是设定的标准值。

以上所述的标准值还可以通过这样的方式来设定：根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定，例如可以由工作人员按照单体电池的工作特性将阈值设定在30mv，即平均工作电压减去30mv就是设定的标准值。

步骤13：将电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

在获知电压低于设定标准值的一个或多个单体电池之后，就可以从所述动力电池组自身获取到电能，将所述的电能补偿给所述电压低于设定标准值的一个或多个单体电池。具体来说，可以通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，然后就可以将所述电能补偿给这个单体电池；这里所述的转换装置可以是多路开关，或其他具有选择功能的开关器件。由于预选设计的电能补偿速度必须使被补偿单体电池电压向标准值回归，其他电压低于设定标准值的单体电池，将被顺序执行补偿操作。

举例来说，若动力电池组包含10个串联的单体电池，分别标号为B1-B10，在利用专用的检测分析装置获知电压低于设定标准值的单体电池为B4和B6时；就可以通过转接装置的切换，先将电能的输出端切换到B4，待B4完成补偿后再切换到B6上，使所述电能补偿给B4和B6；这里所述的电能是从动力电池组自身获取到的，也就是B1-B10串联后的总电压中转换而来的。这样就实现了动力电池组的电能自补偿，从而在对动力电池组进行整体充/放电过程中，使电池组中所有的单体电池都能实时获得电能补偿，保证了电池组中所有的单体电池能够长期保持良好的一致性状态，提高了电池组的使用寿命，同时实现成本较低，可靠性也得到了保证。

另外，在进行以上步骤11的操作，采集到各单体电池的工作状态信息之后，还可以根据所采集到的工作状态信息直接获知到电压最低的单体电池，并且在后继的操作中，将从动力电池组中获取到的电能只补偿给该电压最低的单体电池，使补偿操作过程更加的简洁，提高补偿操作的效率。

本发明实施方式还提供了一种动力电池组的均衡补偿装置，如图2所示为本发明所述装置的结构示意图，所述装置包括信息采集单元、电池补偿获知单元和电池补偿执行单元，其中所述的信息采集单元用于在对动力电池组进行整体充/放电过程中；采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息，具体采集的方式如上方法实施方式中所述。

所述的电池补偿获知单元用于根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池，具体获知的方式如上方法实施方式中所述。

另外，所述的电池补偿获知单元中可以包括比较获知模块，所述的比较获知模块用于将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较，根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池。

其中，所述标准值可以通过如下方式来设定：根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

或者，还可以通过如下方式来设定：根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

所述装置中的电池补偿执行单元用于从所述动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。具体补偿方式如上方法实施方式所述。

另外，以上所述的电池补偿执行单元中可以包括切换补偿模块，所述的切换补偿模块用于通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，然后再将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池，这里所述的转换装置可以是多路开关，也可以是其他具有选择功能的自动开关器件。

为进一步描述本发明实施方式，现结合具体的实施例对其技术方案作进一步说明，如图3所示为本发明所举具体实例的结构示意图，图中包括：按照串并联方式连接的动力电池组，其中的单体电池分别设定为B11-Bmn；这里的m值为每列单体电池的个数，n值为每行单体电池的个数；与电池组相连的是电池数据采集及补偿执行装置，在本实施例中，该装置中包括信息采集单元和电池补偿执行单元；与该装置相连的还有电池补偿获知单元，以及DC/DC隔离电源；该DC/DC隔离电源的电能是从所述动力电池组自身获取到的，整个系统的工作过程如下：

首先，电池数据采集及补偿执行装置中的信息采集单元，采集整个电池组中各单体电池的工作状态信息。具体来说，在对动力电池组进行整体充电或放电的过程中，信息采集单元就可以实时的监控动力电池组中各单体电池的工作状态，采集各单体电池的电压信息。

在信息采集单元采集到各单体电池的电压信息之后，电池补偿获知单元就可以根据该电压信息来获知电压低于设定标准值的单体电池。具体来说，可以将各单体电池的电压信息与设定标准值进行比较；然后根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池。

所述的标准值可以按照如下方式来设定：根据所采集到的各单体电池的电压信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值。这里所述的阈值可以根据单体电池的工作特性来进行设定，例如可以由工作人员按照单体电池的工作特性将阈值设定在50mv，即最高工作电压减去50mv就是设定的标准值。

然后，电池数据采集及补偿执行装置中的电池补偿执行单元，就可以将电能补偿到所述电压低于设定标准值的单体电池中，这里的电能是从DC/DC隔离电源中获得的，而DC/DC隔离电源的电能是从所述动力电池组自身获取到的，这样也就实现了动力电池组的电能自补偿。

以上所述的补偿方式可以通过转接装置的切换来实现，具体是通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，然后就可以将所述电能补偿给该单体电池；这里所述的转换装置可以是多路开关，或其他具有选择功能的自动开关器件。

通过以上技术方案的实施，就可以在对动力电池组进行整体充/放电过程中，对电池组中所有的单体电池进行实时的电能补偿，使电池组中所有的单体电池能够长期保持良好的一致性状态，提高了电池组的使用寿命，同时实现成本较低，可靠性也得到了保证。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于：

在对动力电池组进行整体充/放电过程中，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；

根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；

从所述动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

2.如权利要求1所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池，具体包括：

将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较，根据比较结果获知电压低于所述设定标准值的单体电池；

所获知的电压低于所述设定标准值的单体电池数量为一个或多个。

3.如权利要求1或2所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息，具体包括：

通过电压检测装置或电流检测装置，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；所述各单体电池的工作状态信息包括电压信息或电流信息。

4.如权利要求1或2所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述设定标准值，具体包括：

根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定；

或，根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

5.如权利要求1所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所采集到的动力电池组中各单体电池的工作状态信息，获知电压最低的单体电池；

从动力电池组自身获取电能，将所述电能补偿给所述电压最低的单体电池。

6.如权利要求1所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池，具体包括：

通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

7.如权利要求6所述的动力电池组的均衡补偿方法，其特征在于，所述转换装置包括：多路开关。

8.一种动力电池组的均衡补偿装置，其特征在于，包括：

信息采集单元，用于在对动力电池组进行整体充/放电过程中，采集动力电池组中各单体电池的工作状态信息；

电池补偿获知单元，用于根据所述工作状态信息，获知电压低于设定标准值的单体电池；

电池补偿执行单元，用于从所述动力电池组中获取电能，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

9.如权利要求8所述的动力电池组的均衡补偿装置，其特征在于，所述电池补偿获知单元中包括：

比较获知模块，用于将各单体电池的工作状态信息与设定标准值进行比较，根据比较结果获知电压低于设定标准值的单体电池；其中，所述设定标准值具体包括：

根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得最高工作电压，从所述最高工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定；或，根据所采集到的各单体电池的工作状态信息获得平均工作电压，从所述平均工作电压中减去设定的阈值，得到设定标准值，所述的阈值根据单体电池的工作特性来进行设定。

10.如权利要求8所述的动力电池组的均衡补偿装置，其特征在于，所述电池补偿执行单元中包括：

切换补偿模块，用于通过转接装置的切换，将所述电能的输出端切换到所述电压低于设定标准值的单体电池上，将所述电能补偿给所述电压低于设定标准值的单体电池。

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