CN101882699B - 动力电池组充放电均衡控制方法 - Google Patents

动力电池组充放电均衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力电池组充电领域，具体涉及一种针对蓄电池组的均衡控制方法。所述方法步骤为：对电池组充电，当某一电池单体达到充满条件时结束充电；采集各电池单体电压，若有电池单体电压处于“充满区间”之外，则计算电池组当前的平均电压，并记录电压高于平均电压的电池单体和低于平均电压的电池单体作为均衡对象；再次对电池组充电时，对记录的电压高的电池单体采用放电均衡方式执行均衡，电压低的电池单体采用充电均衡方式执行均衡。本发明所述均衡控制方法适用于各种电池组，特别是容量较大的蓄电池组，该控制方法结合了充电均衡与放电均衡的优势，二者互相配合，可大大缩短均衡时间，提高了均衡效率，同时有效降低均衡电路的能量消耗。

Description

动力电池组充放电均衡控制方法
技术领域
本发明涉及动力电池组充电领域，具体涉及一种针对蓄电池组的均衡控制策略。
背景技术
为了达到一定的电压、功率和能量等级，电池需要串联成组使用，如电动自行车、储能系统、直流系统等。电池组一致性是电池串联成组应用技术的核心之一，直接影响到电池组使用的安全性和高效性。但实践证明，电池组一致性是相对的，不一致却是是绝对的。造成电池组不一致的原因主要有以下几点：(1)电池在出厂前由于制造和化成筛选工艺的原因，不能保证电池单体出厂时各项参数一致，特别是电池初始SOC的不一致会在电池组初始阶段就造成电池组的不一致；(2)电池单体在使用时位置不同，工作温度存在一定的差异，通风处电池单体温度低一些，而其它地方的电池单体温度会相对高一些，温度的差异导致电池的自放电率不一致，长时间的差异累积会引起电池SOC的不均衡；(3)库仑效率的不一致，串联电池组在充电和放电过程中单体流过的电流相等，但是由于每个单体所处环境的不一致导致其库仑效率的不一致，在这种情况下，电池不同单体实际充电容量和放电容量就会引起差异。
由于单体电池的不一致性，导致电池组在充电阶段，可能出现某节电池比其它电池提前过充现象，而在放电阶段，则出现某节电池比其它电池提前过放的现象。电池组内电池单体的不一致性，对电池组的效率和使用的安全性有很大的影响，因此有必要提供一种行之有效的均衡控制方法，以使电池组具有良好的一致性，提高电池组的使用效率和安全性。
发明内容
本发明需要解决的问题是提供一种动力电池组特别是蓄电池组的均衡的控制方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：动力电池组充放电均衡控制方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一电池单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，若有电池单体电压处于“充满区间”之外，则计算电池组当前的平均电压，分别记录电压高于平均电压的电池单体和低于平均电压的电池单体作为均衡对象；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电压高于平均电压的电池单体采用放电均衡方式执行均衡，低于平均电压的电池单体采用充电均衡方式执行均衡。
优选的，所述步骤(2)中还包括根据估算的电池容量差异计算每个均衡对象所需的均衡时间并记录的步骤，则步骤(3)中按照步骤(2)记录的时间对每个电池单体执行均衡。
所述放电均衡方式，即在电池组中各电池单体两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管，所述MOS管受控制器控制导通或截止进而控制放电回路的通断。所述充电均衡方式，即将各电池单体正极分别通过一可控开关接充电电源正极，将各电池单体负极也分别通过一可控开关接充电电源负极，可控开关均受控制器控制实现单体电池充电。
本发明所述均衡控制方法适用于各种电池组，特别是容量较大的蓄电池组，该控制方法结合了充电均衡与放电均衡的优势，二者互相配合，大大缩短均衡时间，提高了均衡效率，同时有效降低均衡电路的能量消耗。
附图说明
图1为所述均衡控制方法充电和放电均衡电路示意图。
具体实施方式
为了便于本领域的技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所述动力电池组充放电均衡控制方法的步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一电池单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，若有电池单体电压处于“充满区间”之外，则计算电池组当前的平均电压，分别记录电压高于平均电压的电池单体和低于平均电压的电池单体作为均衡对象，并估算电池容量差异，计算每个均衡对象所需的均衡时间并记录；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电压高于平均电压的电池单体采用放电均衡方式执行均衡，低于平均电压的电池单体采用充电均衡方式执行均衡；执行均衡时，实时将均衡时间与计算所得均衡时间进行比较，时间到则断开均衡回路。
具体实施时，电池管理系统可采用典型的主从控制模式。由主板发送“均衡判断”命令和“均衡执行”命令；由从板完成电池外电压采样，响应主板命令并控制完成任意一只电池单体的放电均衡和充电均衡操作。
所述充电、放电均衡电路如图1所示。在电池组中各电池单体(cell1-celln)两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管(T1-Tn)，所有MOS管均受从机控制器控制导通或截止进而控制各个电池单体放电回路的通断。
充电均衡电路采用并联电源充电的方式，由MOS管(T1-Tn)来控制充电回路的切入与断开。充电回路同一时间只允许给一个电池单体充电，而对于放电均衡电路则可实现多个电池在同一时刻放电，控制自由。
本发明所述方法通过均衡电阻对先充满的电池单体进行放电，对最后充满的电池单体进行充电，最终达到使电池组内所有电池单体快速一致的目的。
本发明方案中，仅且仅当全部电池单体在充电结束瞬间达到充满区间时，电池组不需要均衡，只要有一个电池没有进入充满区间，则需要对其它电池进行均衡操作。
一个充电周期结束时，电池管理系统中均衡标记和均衡时间清零，重新进行下一次均衡判断过程。
放电电阻的阻值一般根据管理系统的体积和散热能力可以适当调整，以适应不同电池容量的需要。对于蓄电池组，每个放电均衡回路选取的放电电阻不应小于100欧姆。该电阻决定了均衡电流的大小，均衡电流：Ib＝Ucell/Rb，Ucell为单体电池外电压，Rb为均衡放电电阻。
本发明中，估算电池容量差异是通过测量充电结束时电池单体的外电压，并与电池的SOC-OCV(电池的开路电压Ucell随电池剩余电量SOCcell变化特性曲线)曲线进行对比，进而估算出电池单体之间的容量差异的，再通过容量差异与均衡电流Ib，就可以计算得到每个需要均衡的电池单体的均衡时间。
均衡时间的计算公式为：t＝ΔSOC·C/Ib，其中，SOCcell＝f(Ucell)ΔSOC＝1-SOCcell，C为电池单体的额定容量。
本发明所述方法采用了充放电均衡相结合的方案，可以大大节省电池的均衡时间和减少均衡电路的能量消耗，特别是当电池组的一致性较差时，可以更明显发挥充放电结合均衡的优势。该方法适用于各种类型的电池组，对于容量较大的，一致性较差的蓄电池组效果更好，效率更高。
需要说明的是，上述仅为本发明的优选实施方式，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.动力电池组充放电均衡控制方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一电池单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，若有电池单体电压处于“充满区间”之外，则计算电池组当前的平均电压，分别记录电压高于平均电压的电池单体和低于平均电压的电池单体作为均衡对象；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电压高于平均电压的电池单体采用放电均衡方式执行均衡，低于平均电压的电池单体采用充电均衡方式执行均衡；
其中，放电均衡方式，即在电池组中各电池单体两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管，所述MOS管受控制器控制导通或截止进而控制放电回路的通断；
其中，所述充电均衡方式，即将各电池单体正极分别通过一可控开关接充电电源正极，将各电池单体负极也分别通过一可控开关接充电电源负极，可控开关均受控制器控制实现单体电池充电。
2.根据权利要求1所述的动力电池组充放电均衡控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中还包括根据估算的电池容量差异计算每个均衡对象所需的均衡时间并记录的步骤，则步骤(3)中按照步骤(2)记录的时间对每个电池单体执行均衡。
3.根据权利要求2所述的动力电池组充放电均衡控制方法，其特征在于：所述放电电阻取值至少为100欧姆。
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