CN102306941B - 一种电池组容量匹配方法及电池组容量匹配装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池组容量匹配方法，包括如下步骤：先对电池组进行放电/充电，直至电池组的总电压达到电池组放电/充电保护状态电压，或者电池组内的任一单体电池的电压达到单体电池放电/充电保护状态电压；再分别对电池组内的单体电池进行放电/充电，直至电池组内所有的单体电池的电压均达到单体电池放电/充电保护状态电压。一种电池组容量匹配装置。本发明电池组容量匹配方法能够高效地对电池组内各个单体电池进行快速匹配，并准确检测出电池组的确切容量，提高电池组容量检测的效率和准确度。

Description

一种电池组容量匹配方法及电池组容量匹配装置

技术领域

本发明涉及一种电池组容量匹配方法以及电池组容量匹配装置。

背景技术

随着科学技术的进步，电动汽车得到了极大的发展，在很大程度上促进了社会发展和环境的协调。但是，目前电动汽车的进一步发展仍受到一些因素的制约，其中最为关键的因素就是电动汽车的动力源，即电池组，电池组的使用时间长短决定了电动汽车的续航能力。

目前，在电动汽车行业，电池组是由多个容量相近的单体电池采用串联或并联方式组合在一起使用的，电池组的容量(或电量)取决于并联或串联于电池组内的单体电池的容量值，若干个单体电池组合形成电池组后，作为动力源为电动汽车提供动力输出。其中，电池组的容量(或电量)决定电池组的使用时间，而电池组的使用时间受电池组内各单体电池的一致性因素影响。目前一般采用单体电池电压、电池内阻、电池容量、相同条件下的电池温升等参数来衡量电池组的性能，为了保证电池组内各个单体电池均处于正常的工作状态，将电池配组时应该使各个单体电池的性能参数保持一致或至少相接近。一般而言，电池组容量匹配指的是电池组内各单体电池之间的容量匹配，即使得电池组内的各单体电池的容量配合后能使得电池组容量达到最高值。但是，当电池组使用一段时间后出现容量下降的情况，即表明此时电池组内各单体电池之间的容量处于不匹配状态，此时需要采取一些措施使得电池组内的多个单体电池的容量重新达到处于一致或相接近的状态，从而使得电池组重新达到容量匹配状态，这个过程称为电池组的保养。

因此，为了尽可能提高电池组的容量，延长电池组的使用寿命，在对由多个单体电池组装成的电池组使用前，需要对电池组内各单体电池的容量进行匹配测量，若电池组的容量经过检测后未达到预定要求的容量值，则此电池组必须返工拆卸，对其中与其他单体电池相比较差异较大的单体电池进行更换，然后再重新对该电池组进行匹配测量，直到匹配后电池组内各单体电池的容量保持一致，从而使得电池组的容量达到最大值。然而，在实际使用中，由于电池组内各个单体电池的性能参数总会存在一定的差异，因此，即使是单体电池匹配合格后刚刚组装形成的电池组，电池组内的各单体电池的性能也不可能完全一致，这种组装初期的细微差别，在经过一段时间的使用后，电池组内各单体电池之间性能上的差异会逐渐扩大，造成电池组容量的衰减，其中必然有一个或数个单体电池的性能发生严重下降，从而造成整个电池组容量降低；甚至会因某个单体电池的严重损坏连带造成整个电池组失效。因此，根据不同电池厂家的要求，在电池组容量衰减到一定程度的时候，就需要对电池组进行保养，即对电池组内各单体电池的容量进行匹配测量，经过匹配测量后，通过更换某个性能差异较大的单个单体电池的方式可以使整个电池组恢复性能，但这种容量衰减的现象在电池组继续使用一段时间之后必然还会重复出现，从而给电动汽车的应用造成很大的影响。

在现有技术中，在电池组组装之前，要对组装成电池组的每一单体电池进行多次测试，通过测试后的单体电池的各项性能参数来对之进行严格分类是不可能的，也就是说，要求一个电池组内包含的所有单体电池的性能参数均保持完全一致几乎是不可能的，即使是仅针对单体电池中的几个性能指标而言，也无法实现，并且这种方法也不适宜电池组的规模化生产。

目前对电池组进行匹配或保养常常采用的方法是采集电池组内各单体电池的电压数据，然后对电池组恒总电压充电或放电，但由于电池组内一般设置有过压保护电路，因此，在电池组充电或放电过程中往往受最先达到高压保护或低压保护的单体电池的充电量或放电量限制，即电池组在充电过程中，当其中某一单体电池达到满充状态(即充电保护状态)时，为了防止对此单体电池过充电，整个电池组会停止充电，而此时电池组内的其他单体电池并未达到满充状态；电池组在放电过程中，当其中某一单体电池的放电达到放电保护状态时，为了防止对此单体电池过放电，整个电池组会停止放电，而此时电池组内的其他单体电池并未达到完全放电的状态。因而，这种匹配或保养方法不能使电池组内每一单体电池均达到最大容量，该电池组容量匹配方法或保养方法仍然受到各单体电池性能差异的影响，也使得经匹配后的电池组的容量达不到其最大容量值，因此这种匹配方法的实际有效性较低，由此测得的电池组容量也不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中电池组容量匹方法存在的上述不足，提供一种能够高效、准确对电池组进行容量匹配的电池组容量匹配方法以及电池组容量匹配装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电池组容量匹配方法包括如下步骤：先对电池组进行放电/充电，直至电池组的总电压达到电池组放电/充电保护状态电压，或者电池组内的任一单体电池的电压达到单体电池放电/充电保护状态电压；再分别对电池组内的单体电池进行放电/充电，直至电池组内所有的单体电池的电压均达到单体电池放电/充电保护状态电压。

该容量匹配方法具体包括以下步骤：

A1)对电池组进行放电，直至电池组的总电压降低到电池组放电保护状态电压或者电池组内的任一单体电池的电压降低到单体电池放电保护状态电压时，停止对电池组进行放电；

A2)分别对电池组内电压未降低到单体电池放电保护状态电压的单体电池进行放电，直至电池组内所有的单体电池的电压均降低到单体电池放电保护状态电压时，停止对各单体电池进行放电；

为了获得该电池组的确切容量，该方法进一步包括有步骤A3)，

A3)对电池组进行充电，直至电池组内任一单体电池的电压升高到单体电池充电保护状态电压，停止对电池组进行充电。

或者，该容量匹配方法具体包括如下步骤：

B1)对电池组进行充电，直至电池组的总电压升高到电池组充电保护状态电压或者电池组内的任一单体电池的电压升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对电池组进行充电；

B2)分别对电池组内电压未升高到单体电池充电保护状态电压的单体电池进行充电，直至电池组内所有的单体电池的电压均升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对各单体电池进行充电；

为了获得该电池组的确切容量，该方法进一步包括有步骤B3)，

B3)对电池组进行放电，直至电池组内任一单体电池的电压降低到单体电池放电保护状态电压，停止对电池组进行放电。

其中，优选的是，在步骤A1)中，对电池组进行的放电为恒流放电；在步骤A2)中，对电池组内的各个单体电池进行的放电为恒流放电；在步骤A3)中，对电池组进行的充电为先恒流充电，再恒压充电。

进一步优选的是，在步骤A1)中，对电池组进行恒流放电的电流值根据电池组的标称容量设定，通过实时调节电池组的负载值使电池组的放电电流值恒定；在步骤A2)中，对单体电池进行恒流放电的电流值根据单体电池的标称容量设定，通过实时调节单体电池的负载值使单体电池的放电电流值恒定；在步骤A3)中，对电池组进行恒流充电的电流值或恒压充电的电压值根据电池组的标称容量设定。

优选的是，在步骤B1)中，对电池组进行的充电为先恒流充电，再恒压充电；在步骤B2)中，对电池组内的各个单体电池进行的充电为先恒流充电，再恒压充电；在步骤B3)中，对电池组进行的放电为恒流放电。

进一步优选的是，在步骤B1)中，对电池组进行恒流充电的电流值或恒压充电的电压值根据电池组的标称容量设定；在步骤B2)中，对单体电池进行恒流充电的电流值或恒压充电的电压值根据单体电池的标称容量设定；在步骤B3)中，对电池组进行恒流放电的电流值根据电池组的标称容量设定。

更优选的是，所述电池组恒流充电的电流值根据电池组的标称容量设定，采用电池组充电单元实现充电电流的恒定；所述电池组恒压充电的电压值根据电池组的标称电压设定，采用电池组充电单元实现充电电压的恒定；所述单体电池恒流充电的电流值根据单体电池的标称容量并根据实际测试要求设定，采用充电单元实现充电电流的恒定；所述单体电池恒压充电的电流值根据单体电池的标称电压设定，采用充电单元实现充电电压的恒定。

一种电池组容量匹配装置，包括执行单元、监测单元以及控制单元，其中：

执行单元，用于对电池组进行充电或放电，以及对电池组内各个单体电池分别进行充电或放电；

监测单元，用于实时监测电池组以及电池组内各个单体电池电压和电流，并将监测到的电压数据和电流数据传送给控制单元；

控制单元，用于接收监测单元传送的电压数据和电流数据，并根据这些数据来控制执行单元的动作。

其中，所述执行单元包括：电池组充电支路，用于对电池组进行充电；电池组放电支路，用于对电池组进行放电；单体电池充电支路，用于对电池组内的单体电池进行充电；单体电池放电支路，用于对电池组内的单体电池进行放电；其中，所述单体电池充电支路和单体电池放电支路的数量与电池组内单体电池的数量分别相等，分别用于对电池组内各个单体电池进行充电和放电。

优选的是，所述电池组充电支路包括电池组充电单元和电池组充电切换单元，所述电池组充电单元和电池组充电切换单元串联连接，电池组充电单元用于对电池组进行恒流充电或恒压充电，电池组充电切换单元用于对电池组的充电状态进行切换；

所述电池组放电支路包括电池组放电单元和电池组放电切换单元，所述电池组放电单元和电池组放电切换单元串联连接，电池组放电单元用于对电池组进行恒流放电，电池组放电切换单元用于对电池组的放电状态进行切换；

所述单体电池充电支路包括充电单元和充电切换单元，所述充电单元和充电切换单元串联连接，充电单元用于对电池组内的单体电池进行恒流充电或恒压充电，充电切换单元用于对单体电池的充电状态进行切换；

所述单体电池放电支路包括放电单元和放电切换单元，所述放电单元和放电切换单元串联连接，放电单元用于对电池组内的单体电池进行恒流放电，放电切换单元用于对单体电池的放电状态进行切换；

其中，电池组充电支路与电池组放电支路分别并联到电池组的两端；单体电池充电支路与单体电池放电支路分别并联到同一单体电池的两端，所述单体电池充电支路与单体电池放电支路的数量与电池组内单体电池的数量分别相等。

进一步优选的是，所述电池组充电切换单元、电池组放电切换单元、充电切换单元和放电切换单元分别采用继电器。所述继电器的输入回路与控制单元串联，输出回路与上述各个切换单元所在支路串联。

优选的是，所述电池组充电单元和单体电池充电单元中分别实现电池组恒流充电或单体电池恒流充电或恒压充电；所述电池组放电单元和单体电池放电单元中分别设置有可调负载，以实现电池组恒流放电或单体电池恒流放电。

更优选的是，该电池组容量匹配装置中还包括有显示单元，所述显示单元的输入端分别与控制单元和监测单元连接，用于显示电池组和单体电池的电压值、电流值以及电池组容量匹配状态。

在具体匹配过程中，可根据不同标称容量的电池组设定不同的充电电流值，然后对电池组采用较大电流充电，使电池组的容量快速增长至满电状态，接着在对单体电池继续充电的过程中，实时检测电池组内每个单体电池的电压和电流，使电池组内每一单体电池均处于满电状态；或者，为不同标称容量的电池组提供不同的负载使电池组较大电流放电，使电池组的容量快速降低至空电状态，接着在对单体电池继续放电的过程中，实时检测电池组内每个单体电池的电压和电流，使电池组内每一单体电池均处于空电状态时。通过以上两种方式，可以快速地将电池组内每一节电池的容量状态调节为一致状态，这时，电池组内每个单体电池的电量虽然可能不完全相等，但是能保证都同时处于满电状态或是空电状态，即电池组处于容量匹配状态。

此时，为得到电池组的确切容量，可以采取如下措施进行测量：若电池组内每个单体电池的容量已增至满电状态，则对该电池组内进行放电，此放电过程中对该电池组的放电电量即为该电池组的确切容量；若电池组内每个单体电池的容量已降至空电状态，则对电池组进行充电，此充电过程中对该电池组的充电电量即为该电池组的确切容量。

本发明的有益效果为：通过充电或放电将电池组内各个单体电池的容量状态调节为一致状态，从而对电池组进行快速匹配或保养，以延长电池组的使用寿命，效率高且能保证电池组的安全性；然后再对电池组进行放电或充电的反向操作，以准确检测电池组的确切容量，极大地提高了电池组容量检测的效率。另外，在对电池组进行充电的过程中，以及在对各单体电池进行充电的过程中，采用先恒流充电再恒压充电的方式，这种充电方式对电池组或者各单体电池自身的性能造成的影响最小，但却能得到较好的充电效果，从而进一步延长了电池组和各单体电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1中电池组容量匹配方法的流程图；

图2为本发明实施例2中电池组容量匹配方法的流程图；

图3为本发明实施例中电池组容量匹配装置的结构框图；

图4为图3中电池组容量匹配装置的结构示意图；

图5为图4中电池组容量匹配装置对16节单体电池组成的

电池组进行容量匹配的结构示意图。

图中：1-控制单元；2-显示单元；3-监测单元；4-电池组充电单元；5-电池组放电单元；6-充电单元；7-放电单元；8-电池组充电切换单元；9-电池组放电切换单元；10-执行单元；11-电池组；12-单体电池；13-数据采集线；14-控制线；15-充电切换单元；16-放电切换单元；17-动力母线；18-导线。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明电池组容量匹配方法和电池组容量匹配装置作进一步详细描述。

实施例1：

图1所示是本实施例中电池组容量匹配方法的流程图，该流程图主要适用于电池组中剩余电量较少时电池组容量的匹配或保养，当然，这并不限制当电池组中剩余电量较多时采用该方法。其步骤具体如下：

开始于步骤S101。

在步骤S102中，根据进行匹配的电池组的标称容量来设定所述电池组和电池组内单体电池的匹配参数，这些参数包括：电池组恒流放电电流值I_组放、电池组放电截止电压值U_组放截止、单体电池恒流放电电流值I_放、单体电池放电限制电压值U_放限制、电池组恒流充电电流值I_组充，电池组恒压充电启动电压值U_组启、电池组恒压充电电压值U_组充以及单体电池充电限制电压值U_充限拷制，同时启动电压电流监测功能，对整个电池组的电压电流和电池组内各单体电池的电压电流分别进行实时监测。其中，电池组放电截止电压值U_组放截止根据该电池组放电保护状态的电压范围值进行设定，单体电池放电限制电压值U_放限制根据该电池组内各单体电池放电保护状态的电压范围值进行设定，电池组恒流充电电流值I_组充根据该电池组的标称容量设定，电池组恒压充电电压值U_组充根据该电池组的标称电压设定，单体电池充电限制电压值U_充限制根据该电池组内单体电池充电保护状态的电压范围值进行设定。

在步骤S103中，提供负载使电池组以电池组恒流放电电流值I_组放恒流放电。在这个过程中，随着恒流放电的进行，电池组的总电压逐渐降低，根据电池组总电压的变化，及时调节提供给电池组的负载值的大小，以调节电池组放电电流大小从而保持放电电流为恒定值，即保证电池组为恒流放电。通常，电池组恒流放电电流值I_组放一般较大，其数值一般设定为电池组标称容量的倍数，例如电池组的标称容量为40AH，则可以将放电电流调节为1C负载放电，即将电池组恒流放电电流值I_组放设置为40A。

在步骤S104中，判断电池组总电压是否降低到电池组放电截止电压值U_组放截止，或者，是否电池组内任一单体电池的电压达到单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号，只要满足上述两个条件中的任一个，即“是”，则停止对电池组放电，电池组恒流放电过程结束，进入步骤S105；若“否”则进入步骤S103。

在步骤S105中，对电池组内电压大于单体电池放电限制电压值U_放限制的各个单体电池，分别以单体电池恒流放电电流值I_放进行恒流放电。在单体电池放电过程中，根据单体电池电压的变化及时调节提供给单体电池的负载值大小，以保证电池组中每一单体电池为恒流放电，相对于电池组恒流放电的电流而言，单体电池恒流放电的电流一般较小，例如电池组的标称容量为40AH，则将此单体电池恒流放电的电流调节为1/40C或者1/80C负载放电，即将单体电池恒流放电电流值I_放设置为1A或者0.5A。

在步骤S106中，判断电池组内是否有任一单体电池的电压降低到预设的单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号，若“是”则停止对此单体电池进行放电，进入步骤S 107，若“否”则进入S105。

在步骤S107中，判断电池组内所有单体电池的电压是否都降低到预设的单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号，即是否电池组内所有单体电池都处于空电状态，若“是”则停止对电池组内各单体电池进行放电，此时电池组容量匹配过程完成，进入步骤S108，若“否”则进入步骤S105。

在步骤S108中，以电池组恒流充电电流值I_组充对电池组进行恒流充电，电池组恒流充电电流值I_组充可根据该电池组的标称容量进行设定，电池组恒流充电电流值I_组充一般与电池组恒流放电电流值I_组放相当，其值较大。在这个过程中，随着恒流充电的进行，电池组的总电压逐渐升高。

在步骤S109中，判断电池组总电压是否升高到预设的电池组恒压充电启动电压值U_组启，若“是”则停止对电池组进行恒流充电，进入步骤S110，若“否”则进入步骤S108。

在步骤S110中，以电池组恒压充电电压值U_组充对电池组进行恒压充电，在电池组恒压充电过程中，电池组充电电流由大逐渐变小。在本实施例中，对电池组采用先恒流充电再恒压充电的方式，对电池组自身的性能造成的影响最小，但却能得到较好的充电效果。

在步骤S111中，判断电池组内是否出现任一单体电池电压达到单体电池充电限制电压值U_充限制而产生高压预警信号，若“是”则进入步骤S112，若“否”则进入步骤S110。

在步骤S112中，停止对电池组充电，并停止对电池组和单体电池的电压和电流的监测，该电池组容量匹配过程结束，此时电池组内各单体电池的容量相等或者相接近，从而能使整个电池组的容量达到最大值。

记录在步骤S108～S112中电池组的充电电量，此充电电量即为该电池组的确切容量。

实施例2：

图2所示是本实施例中电池组容量匹配方法的流程图，该流程图主要适用于电池组中剩余电量较多时电池组容量的匹配或保养，当然，这并不限制当电池组中剩余电量较少时采用该方法。其步骤具体如下：

开始于步骤S201。

在步骤S202中，根据进行匹配的电池组的标称容量来设定所述电池组和电池组内单体电池的匹配参数，这些参数包括：电池组恒流充电电流值I_组充、电池组恒压充电启动电压值U_组启、电池组恒压充电电压值U_组充、电池组充电结束电流值I_组截止，以及单体电池恒流充电电流值I_充、单体电池恒压充电启动电压值U_启、单体电池恒压充电电压值U_充、单体电池充电结束电流值I_截止、单体电池充电限制电压值U_充限制、电池组恒流放电电流值I_组放，以及单体电池放电限制电压值U_放限制，同时启动电压电流监测功能，对电池组的电压电流和单体电池的电压电流进行实时监测。其中，电池组恒流充电电流值I_组充根据该电池组的标称容量设定，电池组恒压充电电压值U_组充根据该电池组的标称电压设定，电池组充电结束电流值I_组截止根据该电池组的标称容量设定，单体电池恒流充电电流值I_充根据该电池组内各单体电池的标称容量设定，单体电池恒压充电电压值U_充根据该电池组内各单体电池的标称电压设定，单体电池充电结束电流值I_截止根据该电池组内各单体电池的标称容量设定，单体电池充电限制电压值U_充限制根据该电池组内各单体电池充电保护状态的电压范围值进行设定，电池组恒流放电电流值I_组放根据该电池组的标称容量进行设定。

在步骤S203中，对电池组以电池组恒流充电电流值I_组充进行恒流充电，电池组进行恒流充电的电流值一般较大。在这个过程中，随着恒流充电的进行，电池组的总电压逐渐升高。

在步骤S204中，判断电池组总电压是否升高到预设的电池组恒压充电启动电压值U_组启，若“是”则停止对电池组进行恒流充电，进入步骤S205，若“否”则进入步骤S203。

在步骤S205中，以电池组恒压充电电压值U_组充对电池组进行恒压充电，在电池组恒压充电过程中，电池组的充电电流由大逐渐变小。在本实施例中，对电池组采用先恒流充电再恒压充电的方式，对电池组自身的性能造成的影响最小，但却能得到较好的充电效果。

在步骤S206中，判断电池组充电电流是否达到电池组充电结束电流值I_组截止，或者电池组内任一单体电池的电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制而产生高压预警信号，只要满足上述两个条件中的任一个，即“是”，则停止对电池组充电，电池组充电结束，进入步骤S 207，若“否”则进入步骤S205。

在步骤S207中，以单体电池恒流充电电流值I_充对电池组内未达到单体电池充电限制电压值U_充限制的所有单体电池分别进行恒流充电，此恒流充电电流一般较大。

在步骤S208中，在单体电池恒流充电过程中，单体电池的电压由小逐渐变大，判断电池组内进行恒流充电的单体电池电压是否达到预设的单体电池恒压充电启动电压值U_启，若“是”则停止对该单体电池进行恒流充电，进入步骤S209，若“否”则进入步骤S207。

在步骤S209中，以单体电池恒压充电电压值U_充对各单体电池分别进行恒压充电，在单体电池恒压充电过程中，单体电池充电电流由大逐渐变小。在本实施例中，采用先恒流充电再恒压充电的充电方法，使得充电过程对单体电池自身的性能影响减小到最小，但却能得到较好的充电效果。

在步骤S210中，判断电池组内任一单体电池的电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止，或任一单体电池电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，若单体电池电流未达到单体电池充电结束电流值I_截止而该单体电池电压达到了单体电池充电限制电压值U_充限制，出于安全考虑必须使单体电池的电压低于单体电池的极限电压，因此，只要单体电池充电电流达到单体电池充电结束电流值I_截止或该单体电池电压达到单体电池充电限制电压值U_{充限 制}两个条件中的任一个，即“是”，则停止对该单体电池进行充电，进入步骤S211，若“否”则进入步骤S209。

在步骤S211中，判断电池组内所有单体电池，其电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止或其电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，即是否电池组内所有单体电池都处于满充状态，若“是”则停止对所有单体电池进行充电，此时电池组容量匹配过程完成，进入步骤S212，若“否”则进入步骤S207。

在步骤S212中，以电池组放电电流值I_组放对电池组提供负载以进行恒流放电，在这个过程中，随着恒流放电的进行，电池组的总电压逐渐降低，根据电池组总电压的变化，及时调节提供电池组的负载值，通过负载值大小的调节使得电池组放电电流保持为恒定值，即保证电池组为恒流放电，此恒流放电电流一般较大。

在步骤S213中，判断电池组内的任一单体电池的电压是否降低到单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号，若“是”则进入步骤S214，若“否”则进入步骤S212。

在步骤S214中，停止对电池组放电，并停止对电池组和单体电池的电压和电流的监测，该电池组容量匹配过程结束。

记录在步骤S212～S214中电池组的放电电量，此放电电量即为该电池组的确切容量。

上述两个实施例电池组容量匹配方法中的任一个均可对各种容量状态的电池组进行匹配或保养以及容量测量，适用于将多个单体电池通过串联方式或先串联后并联的混联方式组装为电池组时的匹配或当电池组性能下降时电池组的保养，使用时可根据电池组中剩余电量的多少选择实施例1的电池组容量匹配方法(适于剩余电量较少的情况)，或选择实施例2的电池组容量匹配方法(适于剩余电量较多的情况)，从而能够高效地对电池组容量进行匹配或保养，并得到电池组的确切容量。

图3所示为电池组容量匹配装置的结构示意框图。如图3所示，该电池组容量匹配装置包括执行单元10、监测单元3、控制单元1和显示单元2。其中，执行单元10中设置有电池组槽，待进行容量匹配的电池组11设置于该电池组槽内。

一般而言，电池组11由多个单体电池12通过串联方式或先串联再并联的混联方式组成，在组装电池组11的过程中将各单体电池12的正负两端引出线分别穿过电池组包引出至电池组外。

执行单元10用于根据控制单元1的指令对电池组11进行充电或放电，以及对电池组内各个单体电池12分别进行充电或放电；监测单元3的输出端连接至控制单元1的输入端，监测单元3用于实时监测电池组11以及电池组内各个单体电池12电压值和电流值，并将监测到的电压数据和电流数据传送给控制单元1；控制单元1用于接收监测单元3传送的电压数据和电流数据，并根据这些数据来控制执行单元10的动作。

控制单元1是该电池组容量匹配装置的中枢信息处理部位，通常采用具有一定控制功能的功能模块或芯片，比如可采用DSP(Digital Signal Processing)芯片或MCU(Micro Cont rollerUnit)芯片或ARM(Advanced RISC Machines)芯片，芯片中设置有实施例1或实施例2所述用于实现电池组容量匹配方法的可执行程序。控制单元1的输入端与监测单元3输出端连接，其输出端连接至执行单元10的输入端。控制单元1接收监测单元3传送过来的实时电压值和电流值，并将所接收的电压数据、电流数据与预设于其中的多个匹配参数(如电池组放电电流值I_组放、电池组放电截止电压值U_组放截止等)进行比较，并判断电池组和电池组内各单体电池的状态，然后根据此时电池组和电池组内各单体电池所处的状态发出相应的控制命令，该控制命令经控制线14(或者控制总线)达到执行单元10，从而实现控制单元1对执行单元10的控制。

在该电池组容量匹配装置中，对应实施例1或实施例2所述方法，可将该电池组容量匹配装置的工作模式分为先放电再充电模式(简称模式1)和先充电再放电模式(简称模式2)，此两种模式可由人工手动选定启动。

执行单元10在控制单元1的控制下，可执行对电池组11内各单体电池的匹配以及对电池组容量的测量。该匹配以及测量过程主要通过对电池组11或单体电池12的反复充电或放电来实现，主要包括对电池组11的充电和放电、以及对电池组11内各单体电池12的充电和放电。

如图4所示，本实施例中，执行单元10包括电池组充电支路、电池组放电支路、单体电池充电支路和单体电池放电支路。

其中，电池组充电支路包括串联连接的电池组充电单元4和电池组充电切换单元8，电池组放电支路包括串联连接的电池组放电单元5和电池组放电切换单元9，电池组充电支路和电池组放电支路分别并联连接至电池组11的两端，电池组充电支路和放电支路与电池组的接通或断开由控制单元1控制电池组充电切换单元8或电池组放电切换单元9的状态而实现。在同一时刻，电池组充电支路和电池组放电支路只能有其中一个处于接通状态。

单体电池充电支路包括串联连接的充电单元6和充电切换单元15，单体电池放电支路包括串联连接的放电单元7和放电切换单元16，单体电池充电支路和放电支路分别通过导线18并联接连至同一个单体电池的两端，单体电池充电支路和单体电池放电支路的数量与电池组11中单体电池12的数量相等。同一个单体电池充电支路和放电支路的接通与断开由控制单元1控制充电切换单元15或放电切换单元16的状态而实现。在同一时刻，同一单体电池两端并联的单体电池充电支路和单体电池放电支路只能有其中一个处于接通状态。

在本实施例中，电池组充电切换单元8、电池组放电切换单元9、充电切换单元15或放电切换单元16均采用有触点继电器，有触点继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，是一种用较小的电流去控制较大电流的“自动开关”。其中，各个继电器的输入回路通过控制线14(或者控制总线)与控制单元1串联连接，接受控制单元1控制命令而动作；各个继电器的输出回路通过动力母线17或导线18与上述电池组充电支路或电池组放电支路、单体电池充电支路或单体电池放电支路串联连接，根据输入回路的动作，使得相应的充电支路或放电支路接通，从而使相应的充电支路或放电支路与电池组或单体电池构成回路，进行充电或放电；或使得相应的充电支路或放电支路断开，使相应的充电支路或放电支路与电池组或单体电池不构成回路，停止充电或放电。

其中，电池组放电单元5与单体电池放电单元7中还包括有不同容量的可调负载，该可调负载采用容性负载或感性负载或阻性负载。在本实施例中，可调负载采用多个数值档位，控制单元1可根据实际放电电流在多个数值档位之间自由进行切换，以保证恒流放电。在放电过程中，控制单元1根据监测单元3测得的电池组或单体电池的实际放电电流值，来调节合适的负载数值档位，以保证合适的恒流放电电流。

监测单元3用于获取电池组11以及电池组11内各单体电池12的电压数据、电流数据等。本实施例中，监测单元3包括隔离电路、滤波电路、A/D转换电路。其中，隔离电路主要是避免监测单元3受到电池组11的高电压干扰而进行电气隔离，滤波电路用于除去电流、电压中的杂散小信号，A/D转换电路将电流、电压模拟信号转换为数字信号，并传送至控制单元1。如图5所示，监测单元3内设置有数据采集线13，在电池组容量匹配过程中，单体电池12两端的引出线分别通过数据采集线13(或者电压采集总线)连接至监测单元3的输入端，连接同一单体电池12两端的两根数据采集线13之间的电压差即该单体电池的电压值，而电池组中首个单体电池的正极/负极与末个单体电池的负极/正极之间的电压差即为电池组的电压值，据此，可以实现监测单元3对电池组和电池组内单体电池电压、电流的监测，并将监测到的电池组以及电池组内各单体电池的实时电压值和电流值传送给控制单元1。

为了在电池组容量匹配过程中能方便地观察到电池组及电池组内各单体电池的状态，该电池组容量匹配装置中还设置有显示单元2，其用于实时显示电池组及电池组内各单体电池的数据或状态。显示单元2的输入端分别连接至监测单元3的输出端和控制单元1的输出端，以获取电池组容量匹配数据或状态，并进行实时显示。显示单元2的显示内容包括电池组总电压值、总电流值以及电池组内各单体电池的电压值、电流值，以及经控制单元1处理而得到的系统工作状态，包括电池组充电状态、放电状态以及单体电池的充电状态、放电状态和电池组内各单体电池的低压预警信号、高压预警信号等电池组容量匹配或电池组保养状态。

例如，采用上述电池组容量匹配装置对剩余电量为其标称电量的一半以下的电池组进行保养及容量测量，可以选择实施例1中所述先放电再充电的容量匹配工作模式对该电池组进行保养及容量测量，具体操作过程如下：

首先，将电池组11置于执行单元10的电池组槽内，并将电池组内各单体电池两端的引线与监测单元3中的数据采集线13连接。

接着，在控制单元1中设置电池组放电电流值I_组放、电池组放电截止电压值U_组放截止、单体电池放电电流值I_放、单体电池放电限制电压值U_放限制、电池组恒流充电电流值I_组充，以及单体电池充电限制电压值U_充限制，上述参数的具体设定值根据不同的电池组和单体电池的标称容量的不同而有所不同；与此同时启动监测单元3。

上述参数值的设定属于本领域技术人员的公知常识，这里不再赘述。

然后，选择电池组容量匹配装置的工作模式为模式1，该装置自动开始进行对电池组进行匹配。首先，由控制单元1发出高电平，使得电池组放电切换单元9中的继电器接通，电池组放电支路与电池组11接通以构成回路，控制单元1以电池组放电电流值I_组放为参考值，在电池组放电单元调整到合适数值档位的负载，使电池组恒流放电；同时，监测单元3实时检测电池组和电池组内各单体电池的电压和电流，并通过数据采集线13将采集到的电池组及电池组内各单体电池的电压值或电流值输出至控制单元1，同时传送至显示单元2进行显示。在这个过程中，随着恒流放电的进行，电池组的总电压逐渐降低，控制单元1根据电池组总电压的变化，控制电池组放电单元中提供给电池组的负载值的大小，以调节电池组放电电流的大小从而保持其放电电流为恒定值。

当控制单元1判断电池组总电压降低到电池组放电截止电压值U_组放截止，或者电池组内任一节单体电池的电压值低于单体电池放电限制电压值U_放限制时，电池组恒流放电过程结束，控制单元1对电池组放电切换单元9发出的对应控制信号为低电平，该控制信号使得电池组放电切换单元9中的继电器断开，电池组放电支路停止对电池组放电；否则，控制单元1发出的对应控制信号为高电平，使得电池组放电切换单元9中的继电器保持接通，电池组放电支路继续对电池组放电。

若控制单元1已控制电池组放电切换单元9中的继电器断开，则控制单元1紧接着对多个单体电池放电支路中的各单体电池放电切换单元7中的继电器发出高电平，使得所有单体电池放电切换单元7中的继电器得电，从而使与各电池组内各单体电池12并联的放电支路接通，使电池组内电压值大于单体电池放电电压限制值U_放限制的一节或多节单体电池以单体电池放电电流值I_放恒流放电。在单体电池放电过程中，控制单元1根据单体电池的电压值及时调节放电单元中负载值大小，以保证每一处于放电状态的单体电池均为恒流放电，相比电池组恒流放电的电流而言，单体电池恒流放电电流一般较小，例如电池组的标称容量为40AH，则此单体电池恒流放电电流调节为1/40C或者1/80C负载放电，即I_放设置为1A或者0.5A。

然后，当控制单元1判断电池组内有任一单体电池的电压达到预设的单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号时，控制单元1对此单体电池的放电支路中的单体电池切换单元7中的继电器发出低电平，使得其中的继电器断开，从而使该单体电池放电支路对此单体电池停止放电。相应地，对电池组内满足条件的其他单体电池都作同样处理。

接着，当控制单元1判断电池组内所有单体电池都达到预设的单体电池放电限制电压值U_放限制而产生低压预警信号，即电池组内所有单体电池恒流放电完毕时，则对电池组内所有单体电池均停止恒流放电，此时电池组的容量匹配过程完成，电池组内各单体电池的容量接近完全相等。

随后，控制单元1对电池组充电支路中的切换单元4中的继电器发出高电平，指令其中的继电器接通，从而使电池组充电支路以电池组恒流充电电流值I_组充对电池组进行充电，电池组恒流充电电流值I_组充通常与电池组恒流放电电流值I_组放相当。

然后，控制单元1判断电池组内有任一单体电池的电压达到单体电池充电限制电压值U_充限制而产生高压预警信号，则控制单元1对电池组充电切换单元8中的继电器发出低电平，指令其中的继电器断开，使电池组充电支路停止对电池组充电，同时控制单元1指令监测单元3停止工作，该充电过程中的充电电量即为该电池组的确切容量。

以上实施例中对电池组容量匹配方法以及电池组容量匹配装置，能高效地将电池组内各单体电池的容量状态调节为一致状态，即调节各单体电池或者全部为满电或者全部为空电的匹配状态，然后准确地检测出电池组的确切容量，既能保证电池组的安全性，又能保证电池组容量检测的效率和准确度。该电池组容量匹配方法及相应装置不仅适用在出厂之前对电池组容量匹配，也适用在电池使用一段时间之后，因电池组内各个单体电池的容量不一致而进行的电池组保养。

这里应该理解的是，本发明中所述的电池组容量匹配方法不仅适用于电动汽车领域用的电池组容量匹配、保养及容量测量，也适用于其他领域中的电池组容量匹配、保养及容量测量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电池组容量匹配方法，包括如下步骤：

B1)对电池组进行充电，直至电池组的总电压升高到电池组充电保护状态电压或者电池组内的任一单体电池的电压升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对电池组进行充电；

B2)分别对电池组内电压未升高到单体电池充电保护状态电压的单体电池进行充电，直至电池组内所有的单体电池的电压均升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对各单体电池进行充电；

B3)对电池组进行放电，直至电池组内任一单体电池的电压降低到单体电池放电保护状态电压，停止对电池组进行放电；

在步骤B1)中，对电池组进行的充电为先恒流充电，再恒压充电，在步骤B2)中，对电池组内的各个单体电池进行的充电为先恒流充电，再恒压充电，其具体包括：

步骤S203，对电池组以电池组恒流充电电流值I_组充进行恒流充电；

步骤S204，判断电池组总电压是否升高到预设的电池组恒压充电启动电压值U_组启，若“是”则停止对电池组进行恒流充电，进入步骤S205，若“否”则进入步骤S203；

步骤S205，以电池组恒压充电电压值U_组充对电池组进行恒压充电；

步骤S206，判断电池组充电电流是否达到电池组充电结束电流值I_组截止，或者电池组内任一单体电池的电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制而产生高压预警信号，只要满足上述两个条件中的任一个，即“是”，则停止对电池组充电，电池组充电结束，进入步骤S207，若“否”则进入步骤S205；

步骤S207，以单体电池恒流充电电流值I_充对电池组内未达到单体电池充电限制电压值U_充限制的所有单体电池分别进行恒流充电；

步骤S208，在单体电池恒流充电过程中，判断电池组内进行恒流充电的单体电池电压是否达到预设的单体电池恒压充电启动电压值U_启，若“是”则停止对该单体电池进行恒流充电，进入步骤S209，若“否”则进入步骤S207；

步骤S209，以单体电池恒压充电电压值U_充对各单体电池分别进行恒压充电；

步骤S210，判断电池组内任一单体电池的电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止，或任一单体电池电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，若“是”，则停止对该单体电池进行充电，进入步骤S211，若“否”则进入步骤S209；

步骤S211，判断电池组内所有单体电池，其电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止或其电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，若“是”则停止对所有单体电池进行充电，若“否”则进入步骤S207。

2.根据权利要求1所述的电池组容量匹配方法，其特征在于，在步骤B3)中，对电池组进行的放电为恒流放电。

3.根据权利要求2所述的电池组容量匹配方法，其特征在于，在步骤B1)中，对电池组进行恒流充电的电流值或恒压充电的电压值根据电池组的标称容量设定；在步骤B2)中，对单体电池进行恒流充电的电流值或恒压充电的电压值根据单体电池的标称容量设定；在步骤B3)中，对电池组进行恒流放电的电流值根据电池组的标称容量设定。

4.一种电池组容量匹配装置，其特征在于，包括执行单元(10)、监测单元(3)以及控制单元(1)，其中：

执行单元(10)，用于对电池组(11)进行充电或放电，以及对电池组内各个单体电池(12)分别进行充电或放电；

监测单元(3)，用于实时监测电池组(11)以及电池组内各个单体电池(12)电压和电流，并将监测到的电压数据和电流数据传送给控制单元(1)；

控制单元(1)，用于接收监测单元(3)传送的电压数据和电流数据，并根据这些数据来控制执行单元(10)的动作，

所述控制单元按以下步骤执行：

B1)对电池组进行充电，直至电池组的总电压升高到电池组充电保护状态电压或者电池组内的任一单体电池的电压升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对电池组进行充电；

B2)分别对电池组内电压未升高到单体电池充电保护状态电压的单体电池进行充电，直至电池组内所有的单体电池的电压均升高到单体电池充电保护状态电压时，停止对各单体电池进行充电；

B3)对电池组进行放电，直至电池组内任一单体电池的电压降低到单体电池放电保护状态电压，停止对电池组进行放电；

在步骤B1)中，对电池组进行的充电为先恒流充电，再恒压充电，在步骤B2)中，对电池组内的各个单体电池进行的充电为先恒流充电，再恒压充电，其具体包括：

步骤S203，对电池组以电池组恒流充电电流值I_组充进行恒流充电；

步骤S204，判断电池组总电压是否升高到预设的电池组恒压充电启动电压值U_组启，若“是”则停止对电池组进行恒流充电，进入步骤S205，若“否”则进入步骤S203；

步骤S205，以电池组恒压充电电压值U_组充对电池组进行恒压充电；

步骤S206，判断电池组充电电流是否达到电池组充电结束电流值I_组截止，或者电池组内任一单体电池的电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制而产生高压预警信号，只要满足上述两个条件中的任一个，即“是”，则停止对电池组充电，电池组充电结束，进入步骤S207，若“否”则进入步骤S205；

步骤S207，以单体电池恒流充电电流值I_充对电池组内未达到单体电池充电限制电压值U_充限制的所有单体电池分别进行恒流充电；

步骤S208，在单体电池恒流充电过程中，判断电池组内进行恒流充电的单体电池电压是否达到预设的单体电池恒压充电启动电压值U_启，若“是”则停止对该单体电池进行恒流充电，进入步骤S209，若“否”则进入步骤S207；

步骤S209，以单体电池恒压充电电压值U_充对各单体电池分别进行恒压充电；

步骤S210，判断电池组内任一单体电池的电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止，或任一单体电池电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，若“是”，则停止对该单体电池进行充电，进入步骤S211，若“否”则进入步骤S209；

步骤S211，判断电池组内所有单体电池，其电流是否达到单体电池充电结束电流值I_截止或其电压是否达到单体电池充电限制电压值U_充限制，若“是”则停止对所有单体电池进行充电，若“否”则进入步骤S207。

5.根据权利要求4所述的电池组容量匹配装置，其特征在于，所述执行单元包括：

电池组充电支路，用于对电池组进行充电；

电池组放电支路，用于对电池组进行放电；

单体电池充电支路，用于对电池组内的单体电池进行充电；

单体电池放电支路，用于对电池组内的单体电池进行放电；

其中，所述单体电池充电支路和单体电池放电支路的数量与电池组(11)内单体电池(12)的数量分别相等，分别用于对电池组(11)内各个单体电池(12)进行充电和放电。

6.根据权利要求4或5所述的电池组容量匹配装置，其特征在于，该电池组容量匹配装置中还包括有显示单元(2)，所述显示单元(2)的输入端分别与控制单元(1)和监测单元(3)连接，用于显示电池组(11)和单体电池(12)的电压值、电流值以及电池组容量匹配状态。