CN102237701B - 调整电池组单体电池差异的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体公开了一种调整电池组单体电池差异的方法和系统。本方法主要包括：S101划分电池单元、S102电压采样、S103电池组充放电状态判别、S104A/B判断是否有单体电池电压较低、S105A/B补偿电源对单体电池充电。本系统是前述方法对应的系统，主要包括采样单元、补偿电源和控制单元。本发明通过减小单体电池之间的差异达到延长电池组寿命的目的。本发明减小电池组中单体电池之间的差异，是通过对电压较低的电池进行充电而非对较高电压的电池放电，与传统的做法刚好相反，则该方法可以避免放电造成的能量浪费，也避免了因放电电阻发热影响电池组寿命。

Description

调整电池组单体电池差异的方法和系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种调整电池组单体电池差异的方法和系统。

背景技术

为达到电动汽车等大功率设备运行时电压、功率及能量的要求，电池组多由大量动力电池串接组成使用。虽然随着技术工艺的提高，电池之间的差异逐渐减小，但是，在当前制作工艺水平下，仍难保证每节电池特性完全一致。尤其是在工况运行条件下，频繁地进行不规则的充电、放电，电池组工作一段时间后电池之间的差异会恶化，从而，使得电池组的使用效率降低，寿命减小。

电池之间的不一致性虽然不可以完全消除，尤其这种不一致性是在其生产之初便已存在，但是，我们可以通过尽可能使每节单体电池都能满充满放的方法，尽量减少这种不一致性，延长电池组的使用寿命。为了保障电池组的应用寿命，传统的做法就是对电压较高的单体电池进行放电。对单体电池放电的方法缺点主要有：

1.浪费能源，电池的能量不能充分利用；

2.效率低；

3.电阻发热对系统造成恶劣影响。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种可以使得电池组寿命更长的调整电池组单体电池差异的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种调整电池组单体电池差异的方法，包括：

将所述电池组划分成至少一个电池单元，所述电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；

采集电池单元中各个单体电池的电压值；

确定电池单元中电压最低的单体电池、以及最低电压值；

判定所述最低电压值与标准电压值的差值是否大于预定的差异上限，如果是，则在该电压最低的单体电池两端加载一个补偿电源对其进行充电，直至该单体电池的电压值与标准电压值的差值小于等于差异上限后，停止补偿电源对其进行的充电动作；

其中所述标准电压值为与所述电池单元中各单体电池电压值关联的参数值。

可选的，所述参数值为本电池单元中的最高电压值与最低电压值之间的差值。

可选的，所述参数值为本电池单元中的平均电压值与最低电压值之间的差值。

优选的，所述电池组处于充电状态时，所述补偿电源为一隔离式直流电源；所述电池组处于放电状态时，所述补偿电源为一备用电池。

优选的，所述电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；具体是：所述电池单元由顺序串联的四个或者五个单体电池构成。

本发明方法中，以采集到的单体电池电压值为依据，通过一定的判断标准判断是否存在电压较低的单体电池，如存在，对该单体电池进行补偿充电，从而减小电池组中单体电池之间的差异，进而达到延长电池组使用寿命的目的。

然而，电动汽车等大功率设备的电池组一般包括有好几百个单体电池组成，如果将所有单体电池作为一个整体来比较判断，则同一时刻只能对其中一个单体电池进行补偿充电，效率很低，这就是本发明方法中将电池组分成数个小的电池单元的原因。本发明方法中，将单体电池数目相对较少的电池单元最为一个比较判断整体，便于布线与控制，同时，可在同一时刻对不同电池单元中的多个单体电池进行补偿充电，从而，大大提供工作效率。

本发明方法减小电池组中单体电池之间的差异，是通过对电压较低的电池进行充电而非对较高电压的电池放电，与传统的做法刚好相反，则该方法可以避免放电造成的能量浪费，也避免了因放电电阻发热影响电池组寿命。

由上可知，本发明方法不仅仅可以电池组使用寿命，而且还能够避免放电造成的能量浪费，也避免了因放电电阻发热影响电池组寿命。

本发明的第二目的在于提供一种可以使得电池组寿命更长的调整电池组单体电池差异的系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种调整电池组单体电池差异的系统，包括：

电池组，其包括至少一个电池单元，电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；

采样单元，其用于采集电池单元中各个单体电池的电压值；

补偿电源，其用于为电池单元中单体电池进行补偿充电；

控制单元，其根据采样单元采集的电压值，确定电池单元中各单体电池之间的电压差异，根据电压差异确定需要补偿充电的单体电池，并指令补偿电源对其进行充电将其电压差异调整至差异上限范围以内。

所述调整电池组单体电池差异的系统，其补偿电源包括一隔离式直流电源和一备用电池单元；所述电池组处于充电状态时，以隔离式直流电源作为补偿电源为电池单元中确定需要补偿充电的单体电池进行补偿充电；所述电池组处于放电状态时，以备用电池单元作为补偿电源为电池单元中确定需要补偿充电的单体电池进行补偿充电。

所述调整电池组单体电池差异的系统，该系统还包括一继电器矩阵开关模块，其连接在电池组与隔离式直流电源之间，其根据控制单元的指令导通或断开该继电器开关模块中的电子开关。

所述调整电池组单体电池差异的系统，该系统还包括一光耦开关单元，其连接在继电器矩阵开关模块与备用电池单元之间，其根据控制单元的指令导通或断开该继电器开关模块中的电子开关；所述光耦开关单元还与隔离式直流电源连接。

所述调整电池组单体电池差异的系统，所述继电器矩阵开关模块为一光电继电器。

本发明系统与前述方法相对应，通过采样单元采集单体电池电压值，通过控制单元判定需要补偿充电的单体电池，并指令补偿电源对该单体电池进行充电，从而减小电池组中单体电池之间的差异，进而达到延长电池组使用寿命的目的。

本发明系统减小电池组中单体电池之间的差异，是通过对电压较低的电池进行充电而非对较高电压的电池放电，与传统的做法刚好相反，则该方法可以避免放电造成的能量浪费，也避免了因放电电阻发热影响电池组寿命。

由上可知，本发明系统不仅仅可以电池组使用寿命，而且还能够避免放电造成的能量浪费，也避免了因放电电阻发热影响电池组寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例一提供的一种调整电池组单体电池差异的方法的优选流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种调整电池组单体电池差异的系统的结构框图；

图3为本发明实施例二的一种具体电路结构示意图。

图中标号：

1、电池组            11、电池单元

111、单体电池

2、采样单元          3、继电器矩阵开关模块

4、隔离式直流电源        5、备用电池

6、光耦开关单元          7、控制单元

K1、充电开关             K2、放电开关

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一：

本实施例公开了一种调整电池组单体电池差异的方法，如图1所示，包括：

步骤S101划分电池单元，将所述电池组划分成至少一个电池单元，所述电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；

步骤S102电压采样，采集电池单元中各个单体电池的电压值；

步骤S103状态判别，判断电池组处于充电状态还是处于放电状态；

当所述电池组处于充电状态时：

执行步骤S104A，判断是否有单体电池电压较低，具体是：

根据采集到的电压值，确定电池单元中电压最低的单体电池、以及最低电压值，再进一步判定所述最低电压值与标准电压值的差值是否大于预定的差异上限，如果是，则表明存在电压较低的单体电池；

当有单体电池电压较低时：

执行步骤S105A，隔离电源对单体电池充电，具体是：

隔离式直流电源对该电压较低的单体电池进出充电，直至该单体电池的电压值与标准电压值的差值小于等于差异上限后，停止补偿电源对其进行的充电动作；

当所述电池组处于放电状态时：

执行步骤S104B，判断是否有单体电池电压较低，具体是：

根据采集到的电压值，确定电池单元中电压最低的单体电池、以及最低电压值，再进一步判定所述最低电压值与标准电压值的差值是否大于预定的差异上限，如果是，则表明存在电压较低的单体电池；

当有单体电池电压较低时：

执行步骤S105B，备用电池对单体电池充电，具体是；

备用电池对该电压较低的单体电池进出充电，直至该单体电池的电压值与标准电压值的差值小于等于差异上限后，停止补偿电源对其进行的充电动作；

其中所述标准电压值为与所述电池单元中各单体电池电压值关联的参数值。

本方法中，预定的差异上限由人工设定，当然越小越好，但是，各单体电池之间的差异是客观存在的，所以不能是无限的小，通常情况视不同电池组的情况而定，一般为100到200毫伏左右。

本方法中，所述参数值为本电池单元中的最高电压值与最低电压值之间的差值，也可以是所述参数值为本电池单元中的平均电压值与最低电压值之间的差值，这就可以方便快速确定需要充电补偿的单体电池。

本方法中，当对电池组充电结束后，还可以重复一次S104A与S105A步骤，进而达到对电池组满充的目的。

本方法中，为了使得同一时刻能够对多个单体电池进行补偿提供补偿效率，所述电池单元由顺序串联的四个或者五个单体电池构成。

本实施例公开的方法，是通过对电压较低的电池进行充电，来减小电池组中各单体电池之间的差异，进而延迟电池组的使用寿命。

实施例二：

本实施例公开了一种调整电池组单体电池差异的系统，如图2所示，包括：电池组1、采样单元2、继电器矩阵开关模块3、隔离式直流电源4、备用电池5、光耦开关单元6、控制单元7，采样单元2连接在控制单元7之间，继电器矩阵开关模块3连接在电池组1与隔离式直流电源4之间，光耦开关单元6连接在继电器矩阵开关模块3与备用电池单元5之间，控制单元7还与继电器矩阵开关模块3、光耦开关模块6、隔离式直流电源4连接，隔离式直流电源4与光耦开关单元6连接；其中：

电池组1，其包括至少一个电池单元11，电池单元11由顺序串联的至少两个单体电池111构成；将电池组分成一个个独立的电池单元是为了布线简洁与控制容易而出发。

采样单元2，其连接在电池组1与控制单元7之间，用于采集电池单元11中各个单体电池111的电压值，作为供控制单元7处理和控制其他部件动作的依据。

补偿电源，包括一隔离式直流电源4和一备用电池单元5，它们都用于为电池单元11中单体电池111进行补偿充电，其中隔离式直流电源的输入端连接在为电池组充电的主电源上，通过DC-DC变换作为一个电池组的补充电源。

继电器矩阵开关模块3，其连接在电池组1与隔离式直流电源4之间，其根据控制单元7的指令导通或断开其中的某个电子开关，使隔离式直流电源4加载在对应的单体电池上；为了简化电路，也为了便于控制单元7控制，所述继电器矩阵开关模块3选用光电继电器。

光耦开关单元6，其连接在继电器矩阵开关模块3与备用电池单元5之间，其根据控制单元7的指令导通或断开，配合矩阵开关模块3的导通与断开动作，将备用电池单元5加载在对应的单体电池上为其进行充电；该光耦开关单元6还与隔离式直流电源4连接，这样就可以在为电池组1充电的同时也为备用电池单元4充电，使其存储电能以在电池组放电时为其中电压较低且差异较大的单体电池进行充电。

控制单元7，判定电池组1处于充电状态还是处于放电状态：

当电池组1处于充电状态时，其根据采样单元2采集的电压值，确定电池单元11中各单体电池111之间的电压差异，根据电压差异确定需要补偿充电的单体电池111，并指令隔离式直流电源4作为补偿电源、为电池单元11中确定需要补偿充电的单体电池111进行补偿充电，将其电压差异调整至差异上限范围以内；

当电池组1处于放电状态时，其根据采样单元2采集的电压值，确定电池单元11中各单体电池111之间的电压差异，根据电压差异确定需要补偿充电的单体电池111，并指令隔离式备用电池单元5作为补偿电源、为电池单元11中确定需要补偿充电的单体电池111进行补偿充电，将其电压差异调整至差异上限范围以内。

图3为本实施例的一种具体电路结构示意图，由于电池组中单体电池数目太多，图中仅仅示意性标识了为其中一个单体电池充电连接关系，如图3所示：

当充电开关K1闭合时，即为电池组1进行充电时：

采样单元2实时采集各电池单元11中各单体电池的电压值，并传输给MCU控制单元7；该控制单元7将采集的模拟信号通过A/D转换成控制单元能够识别的数字信号，控制单元7对各个单元中的电压值进行比较判断是否存在电压最低、差异大的单体电池；若有，则输出一个高电平给继电器矩阵开关模块3中与该单体电池两端连接的两电子开关，使得隔离式直流电源4能够加载在该单体电池上为其进行补偿充电；在为电池组1充电的同时，可以指令光耦开关单元6中电子开关闭合，为备用电池单元5进出充电。

当电池组1充电结束，即开关K1断开时，采样单元2、控制单元7继电器矩阵开关模块3、隔离式直流电源4还可以重复上述动作，检测电池组1中还是否存在电池电压较低差异较大的单体电池，若存在，再用隔离式直流电源4对其进行充电，直至所有单体电池的电压差异都缩小到差异上限以内以确保满充。

当放电开关K2闭合，充电开关K1断开，即电池组1开始带载放电时：

同样，采样单元2实时采集各电池单元11中各单体电池的电压值，并传输给MCU控制单元7；该控制单元7将采集的模拟信号通过A/D转换成控制单元能够识别的数字信号，控制单元7对各个单元中的电压值进行比较判断是否存在电压最低、差异大的单体电池；若有，则输出一个高电平给继电器矩阵开关模块3中与该单体电池两端连接的两电子开关，并同时指令光耦开关单元6闭合，使备用电池5能够加载在该单体电池上为其进行补偿充电。

由上可知，本发明通过监测电池组中各单体电池之间的电压差异，并通过充电的方式缩小差异，保证电池组中各单体电池能够规则的充放电，进而延长电池组的使用寿命。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种调整电池组单体电池差异的方法，其特征在于，包括：

将所述电池组划分成至少一个电池单元，所述电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；

采集电池单元中各个单体电池的电压值；

确定电池单元中电压最低的单体电池、以及最低电压值；

判定所述最低电压值与标准电压值的差值是否大于预定的差异上限，如果是，则在该电压最低的单体电池两端加载一个补偿电源对其进行充电，直至该单体电池的电压值与标准电压值的差值小于等于差异上限后，停止补偿电源对其进行的充电动作；

其中所述标准电压值为与所述电池单元中各单体电池电压值关联的参数值；所述参数值为本电池单元中的最高电压值与最低电压值之间的差值或为本电池单元中的平均电压值与最低电压值之间的差值；所述电池组处于充电状态时，所述补偿电源为一隔离式直流电源；所述电池组处于放电状态时，所述补偿电源为一备用电池；所述电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；具体是：所述电池单元由顺序串联的四个或者五个单体电池构成。

2.一种调整电池组单体电池差异的系统，其特征在于，包括：

电池组，其包括至少一个电池单元，电池单元由顺序串联的至少两个单体电池构成；

采样单元，其用于采集电池单元中各个单体电池的电压值；

补偿电源，其用于为电池单元中单体电池进行补偿充电；

控制单元，其根据采样单元采集的电压值，确定电池单元中各单体电池之间的电压差异，根据电压差异确定需要补偿充电的单体电池，并指令补偿电源对其进行充电将其电压差异调整至差异上限范围以内；所述补偿电源包括一隔离式直流电源和一备用电池单元；

所述电池组处于充电状态时，以隔离式直流电源作为补偿电源为电池单元中确定需要补偿充电的单体电池进行补偿充电；

所述电池组处于放电状态时，以备用电池单元作为补偿电源为电池单元中确定需要补偿充电的单体电池进行补偿充电；该系统还包括一继电器矩阵开关模块，其连接在电池组与隔离式直流电源之间，其根据控制单元的指令导通或断开该继电器矩阵开关模块中的电子开关；该系统还包括一光耦开关单元，其连接在继电器矩阵开关模块与备用电池单元之间，其根据控制单元的指令导通或断开该继电器矩阵开关模块中的电子开关；所述光耦开关单元还与隔离式直流电源连接；所述继电器矩阵开关模块为一光电继电器。