CN102437603A - 一种锂电池管理系统均衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种锂电池均衡控制方法，该方法通过对锂电池单体电压的采集，将过充（电压偏高）或单体压差过大的电池进行识别并放电的方法来达到电池的一致性。本发明由以下模块组成：信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块。本发明通过对锂电池状态的精确监测及控制，有效控制锂电池容量保持一致，从而达到锂电池系统安全可靠运行。
Description
一种锂电池管理系统均衡控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于新能源汽车的锂电池系统领域，尤其涉及一种锂电池均衡方法。 背景技术
[0002] 随着全球气候逐步恶化、城市大气污染加剧和石油资源过度消耗，发展节能、环保汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择。新能源汽车的发展逐步扩大，目前应用在新能源汽车上的动力电池类型有：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池和锂电池。锂电池因为具有体积小、能量密度高、储存寿命长、无记忆效应、高电压和自放电率低等优良性能，将取代铅酸电池、镍氢电池，成为动力电池的赢家。
[0003] 影响动力电池性能和寿命的主要因素包括电池温度、电池内阻、单体电池一致性等，电池单体由于制造和使用环境的差异性，在电池的使用过程中，电池单体的差异性将逐步恶化，锂电池单体的不一致性不仅影响电池的性能和寿命，而且影响电池的安全，锂电池系统总有单体电压高的电池，相对组内其它电池较早地进入过充电状态，发生过充的的电池单体随着充电的不断进行，极化作用加强，升温加剧、电池容量降低，并有可能在充电结束后的短时间内使电池内部物质燃烧，导致电池报废。
[0004] 为了提高锂电池的可靠性和系统的安全性，延长电池的使用寿命，管理系统应具有对电池单体均衡的功能，本专利就提出了一种锂电池管理系统均衡控制方法。
[0005] 在已有的专利中，也曾有对电池均衡的相关描述，如实用新型名称为车载动力电池组的均衡装置的专利，该专利均衡装置中动力电池组由η个串联的单体电池组成，包括极性单元、DC/DC功率变换器、连接单元和用于控制极性单元极性切换的控制单元，所述极性单元包括充电端极性单元和放电端极性单元，所述充电端极性单元的输入端与所述DC/ DC功率变换器的输出端连接，所述DC/DC功率变换器的输入端与充电端极性单元的输出端连接，所述连接单元包括n+1组可控开关，所述每一组可控开关包括与充电端极性单元输出端连接的可控开关（SW)和与放电端极性单元输入端连接的可控开关（S)，所述可控开关 (Sff)和所述可控开关（S)并联在每个单体电池的负极，第n+1组可控开关连接在第η个单体的正极。
[0006] 又如发明专利名称为锂离子动力蓄电池均衡电路的专利，该专利中发明了一种锂离子动力蓄电池均衡电路，每一个蓄电池模块有一套均衡电路，至少二个单元蓄电池模块串联，蓄电池模块V正负端各接继电器J、串接自复保险丝S，通过转换开关Kl、Κ2分别接放电电阻R、恒流控制DCDC变换器，在整体电池组中，根据电池模块设定的目标均衡电压及平衡的最大容量差或最大电压差充低放高，由继电器网络切换恒流控制DCDC变换器充电或定电阻放电。
[0007] 与已有的专利相比较，上述专利一般是采用能量转移法，其实现原理是管理系统监测各电池单体的电压，如果电池单体间电压差超过允许的范围，管理系统控制继电器，控制放电电阻或电容与需要均衡的电池单体连接，从而实现对电池单体的能量消耗或转移， 达到电池单体均衡化的目的，但这种电池单体均衡化方法成本高，需要消耗一定的能量，增加了机械设计和电池系统热管理的难度。
[0008] 而本发明不需要改变电池系统结构或增加其它额外的电路，即可方便地实现电池的均衡化管理。
发明内容
[0009] 本发明针对现有的技术缺陷，提供了一种不需要改变电池系统结构或增加其它额外的电路，即可方便地实现电池均衡的控制策略方法。
[0010] 本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种对电池单体进行放电的方法达到电池单体一致性的均衡控制方法。
[0011] 本发明方法使用的锂电池管理系统均衡控制系统通过信号采集模块采集锂电池的总电压、单体电压等数据，首先判断锂电池所处的实时工况，再判断锂电池是否处于均衡状态，并对锂电池进行相应的操作。
[0012] 本发明具体采用以下技术方案。
[0013] 一种锂电池管理系统均衡控制方法，其特征在于：该控制方法是通过采集锂电池单体电压，并比较采集得到的单体电压数据，将过充或压差偏高的锂电池单体进行放电处理，保证锂电池的一致性，所述方法的步骤如下：
(1)先由信号采集模块采集电池系统中锂电池单体电压以及总电压的实时数据，并将采集到的锂电池单体电压以及总电压的实时数据输出到系统工况判断模块中；
(2)由系统工况判断模块对当前所述锂电池管理系统所处工况进行判断，当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统处于非故障状态；
(3)当所述锂电池系统不处于故障状态或故障状态消除后，通过均衡性判断模块对所述锂电池进行均衡性判断：统计单体锂电池电压大于过压阈值的次数Tl，统计单体锂电池电压压差大于压差阈值的次数T2 ；如果Tl或T2中任意一个值大于设定的次数阀值，则判断所述锂电池处于非均衡状态，并进入下一步的均衡操作，否则判断所述锂电池处于均衡状态，不进行均衡操作；
(4)通过均衡模块对处于非均衡状态的单体锂电池进行均衡放电处理；
(5)同时判断进行均衡放电处理的单体锂电池进行均衡的时间T3是否大于均衡预设时间，当均衡的时间T3大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并返回步骤（3)，将T1、T2、T3置零，重新对锂电池进行均衡性判断，否则继续进行均衡操作。
[0014] 在均衡模块中，均衡操作是通过均衡性判断的输出控制MOS管接通单体电池两端的电阻，对单体电池放电，从而实现最终的电池均衡。
[0015] 与现有的技术相比较，本发明的目的是提供一种锂电池管理系统均衡控制方法， 包括信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块，该控制方法是通过采集锂电池单体电压，通过对电压的比较，将过充或电压偏高的电池单体进行放电处理，以保证电池的一致性，此方法将有效延长锂电池的使用寿命，并对锂电池的安全性提供了保障。 本控制方法是在电池管理系统控制策略内部添加均衡控制方法，无需外加的均衡装置及辅助设备，在空间及硬件上节省了成本，并且本控制方法系统在任何时刻出现单体电压过压等情况，则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡，可最大程度的对电池进行均衡控制，使电池达到最佳的使用状态。
附图说明
[0016] 图1为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法总体设计框图； 图2为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法流程图；
图3为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法系统工况判断模块流程图； 图4为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法均衡性判断模块流程图。
具体实施方式
[0017] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0018] 本发明提出的锂电池管理系统均衡控制系统包括：信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块。
[0019] 图1为锂电池管理系统均衡控制系统的总体设计框图，信号采集模块采集电池系统中电池单体电压以及总电压的实时数据，并根据采集的数据信息，判断是否出现单体过压、电池单体之间电压压差过大，并根据出现的不同工况，进入不同的处理模块。
[0020] 图2为锂电池管理系统均衡控制方法流程图，该控制方法是通过采集锂电池单体电压，并比较采集得到的单体电压数据，将过充或压差偏高的锂电池单体进行放电处理，保证锂电池的一致性，所述方法的步骤如下：
(1)先由信号采集模块采集电池系统中锂电池单体电压以及总电压的实时数据，并将采集到的锂电池单体电压以及总电压的实时数据输出到系统工况判断模块中；
(2)由系统工况判断模块对当前所述锂电池管理系统所处工况进行判断，当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统处于非故障状态；
(3)当所述锂电池系统不处于故障状态或故障状态消除后，通过均衡性判断模块对所述锂电池进行均衡性判断：统计单体锂电池电压大于过压阈值的次数Tl，统计单体锂电池电压压差大于压差阈值的次数T2 ；如果Tl或T2中任意一个值大于设定的次数阀值，则判断所述锂电池处于非均衡状态，并进入下一步的均衡操作，否则判断所述锂电池处于均衡状态，不进行均衡操作；
(4)通过均衡模块对处于非均衡状态的单体锂电池进行均衡放电处理；
(5)同时判断进行均衡放电处理的单体锂电池进行均衡的时间T3是否大于均衡预设时间，当均衡的时间T3大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并返回步骤（3)，将T1、T2、T3置零，重新对锂电池进行均衡性判断，否则继续进行均衡操作。
[0021] 图3为锂电池管理系统均衡控制方法系统的工况判断模块流程图，系统在任何时刻出现单体最大电压超过单体电压过高二级故障阀值、单体最大电压超过单体电压过低二级故障阀值、单体电压差值是否超过二级故障阀值、电池温度过温和电池管理系统芯片温度过温等故障，则立即停止均衡操作，并将各种均衡计数器置0。
[0022] 图4锂电池管理系统均衡控制方法的均衡性判断模块流程图，当电池单体之间压差大于某一设定的数值，以及单体电压大于某一设定值，达到需要均衡条件的时候，对单体电池进行均衡操作。同时检查均衡计时器是否大于1S，如果没有，则记录电压高的电池单体的序号K，继续进行均衡操作，否则结束操作并将各种计数器置0。
Claims (3)
1. 一种锂电池管理系统均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)先由信号采集模块采集电池系统中锂电池单体电压以及总电压的实时数据，并将采集到的锂电池单体电压以及总电压的实时数据输出到系统工况判断模块中；(2)由系统工况判断模块对当前所述锂电池管理系统所处工况进行判断，当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统不处于故障状态；(3)当所述锂电池系统不处于故障状态或故障状态消除后，通过均衡性判断模块对所述锂电池进行均衡性判断：统计单体锂电池电压大于过压阈值的次数Tl，统计单体锂电池电压压差大于压差阈值的次数T2 ；如果Tl或T2中任意一个值大于设定的次数阀值，则判断所述锂电池处于非均衡状态，并进入下一步的均衡操作，否则判断所述锂电池处于均衡状态，不进行均衡操作；(4)通过均衡模块对处于非均衡状态的单体锂电池进行均衡放电处理；(5)判断进行均衡放电处理的单体锂电池进行均衡放电处理的时间T3是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间T3大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并返回步骤（3)，将Tl、T2、T3置零，重新对锂电池进行均衡性判断，否则继续进行均衡操作。
2.根据权利要求1所述的锂电池管理系统均衡控制方法，其特征在于：在所述步骤（4)中，均衡模块包括并联在单体锂电池两端的MOS管和电阻，控制MOS管接通对单体锂电池放电，进行电池的均衡放电处理。
3.根据权利要求1所述的锂电池管理系统均衡控制方法，其特征在于：在所述步骤（5)中，所述均衡预设时间为1S。
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