CN102651560A - 汽车锂电池放电平衡方法以及平衡系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于动力电池管理技术领域，具体公开了一种汽车锂电池放电平衡方法以及平衡系统。本发明是针对电池组快放空时，提供的一种实现平衡的方法以及系统。本发明在放电快结束时，即电池组剩余电量在20％～30％时，开始启动放电平衡措施：将电池组两端的输出电压适当降低加载到少部分低压单体电池两端为其补电，减缓低压电池放空的速度，使得所有单体电池几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。本发明在平衡各个单体电池之间的差异、延长电池组寿命的同时，能耗更低、效率更高、效果更好。

Description

汽车锂电池放电平衡方法以及平衡系统
技术领域
本发明属于动力电池管理技术领域，具体涉及一种汽车锂电池放电平衡方法以及平衡系统。
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不可能完全消除，尤其这种不一致性是在其生产之初便已存在。为了保障电池组的应用寿命，电池管理系统就应运而生，它主要工作就是发现电池之间的差异并缩小，也就是通常所称的电池均衡技术。
通常所述的平衡状态，即是：各个单体电池的平均电压与各个单体电池的电压绝对差值小于设定的阈值，根据均衡系统的精度要求不同，所述设定的阈值可能是0.1V，也可能为其他人为设定的数值，如0.08V、0.12V等。
目前，解决放电过程中的不一致性的主要方法是通过旁路电阻对电压相对较高的单体电池放电，此种平衡方式是将电压相对较高的单体电池电压降低，加快高电压电池的放电速度，使得所有单体电池几乎同时到达放空状态。此种方式，不仅仅会产生电能消耗，而且实际上是缩短了电池组的放电时间，因为，此种均衡方式的放电时间是由容量最低的单体电池决定。而且，放电电阻大小固定，其放电电流不可调节，可能导致部分放的太少或部分过放的情况发生，最终导致电池平衡更差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种放电时间更长、平衡效果更好的汽车锂电池放电平衡方法，本发明的第二目的在于提供一种与所述汽车锂电池放电平衡方法相对应的平衡系统。
为实现本发明的第一目的，本发明所采用技术方案如下：
一种汽车锂电池放电平衡方法，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组包括多个串联在一起的单体电池，在每个单体电池两端连接有一DC-DC直流变换电路，所述DC-DC直流变换电路的输入端连接在所述电池组的两输出电压端上；在放电过程中，实时监测所述电池组的剩余电量；如所述电池组剩余电量为20％～30％时，则开始顺序执行以下步骤：
采集各个所述单体电池的电压信号；
根据各个单体电池的所述电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；
通过所述DC-DC直流变换电路将所述电池组两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
所述汽车锂电池放电平衡方法中，根据各个单体电池的所述电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池，具体是：
将各个单体电池的电压值进行高低排序，其电压值排列在倒数10％以内的单体电池为需要补偿充电的低压单体电池。
为实现本发明的第二目的，本发明所采用技术方案如下：
一种汽车锂电池放电平衡系统，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组包括多个串联在一起的单体电池，该平衡系统包含：下位机、上位机、开关电路、以及DC-DC直流变换电路；所述DC-DC直流变换电路的输入端连接在所述电池组两端，其输出端通过一所述开关电路与每个单体电池连接，对各个单体电池进行补偿充电；所述下位机与各个所述单体电池的两端连接，采集各个所述单体电池的电压信号并传递给所述上位机；所述上位机根据各个所述单体电池的电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；所述上位机控制所述开关电路、以及DC-DC直流变换电路，将所述电池组两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
所述汽车锂电池放电平衡系统，在所述上位机上还连接有一温度传感器。
所述汽车锂电池放电平衡系统，在所述上位机上还设置有一显示模块。
所述汽车锂电池放电平衡系统，所述下位机为PLC或单片机。
所述汽车锂电池放电平衡系统，所述上位机为一包含有CPU的主控模块。
所述汽车锂电池放电平衡系统，所述开关电路为一场效应管。
本发明为了达到所有单体电池一起放空，采取的措施就是在放电快结束时，即电池组剩余电量在20％～30％时，开始启动放电平衡措施：将电池组两端的输出电压适当降低加载到少部分低压单体电池两端为其补电，减缓低压电池放空的速度，使得所有单体电池几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。同时，本发明均衡措施中提供低压单体电池补电的电源为所有单体电池的集合-电池组，是一种能量的自我转移，因此，相对现有均衡措施耗能更少。
本发明放电平衡系统中的下位机、上位机、开关电路、以及DC-DC直流变换电路都是配合本发明方法的硬件装置。
本发明放电平衡系统，通过下位机采集各个单体电压信号，上位机监控电池组的容量，通过上位机精确计算，可准确控制低压单体电池的补电时间以及补电电流，进而实现电池均衡目的，因此，本发明控制更加精确灵活，效率更高。
综上所述，本发明相对于现有的汽车理电池组放电平衡方法与装置，在平衡各个单体电池之间的差异、延长电池组寿命的同时，能耗更低、效率更高、效果更好。
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为本发明的电路原理框图。
1、电池组        11、单体电池
2、下位机        3、上位机
31、显示模块     4、DC-DC直流变换电路
5、开关电路      6、温度传感器
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1：
本实施例公开了一种汽车锂电池放电平衡方法，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组包括多个串联在一起的单体电池；
在每个单体电池两端连接有一DC-DC直流变换电路，所述DC-DC直流变换电路的输入端连接在所述电池组的两输出电压端上；该DC-DC直流变换电路的目的就是将电池组两端的电压降低用于对低电压的单体电池进行补电，实现能量的转移，避免木桶的短板效应，即是：放电时间由最低的单体电池所决定。
在放电过程中，实时监测所述电池组的剩余电量；如所述电池组剩余电量为20％～30％时，则开始顺序执行以下步骤：
采集各个所述单体电池的电压信号；具体的采集方式可以采用单片机、或者PLC等连接各个单体电池的两端，实时采集各个单体电池两端的电压信号，然后将所采集到的模拟电压信号通过放大、数模转换等一些常规的手段转换为计算机可以识别的数字信号；
根据各个单体电池的所述电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；具体可以将各个单体电池的电压值进行高低排序，其电压值排列在倒数10％以内的单体电池为需要补偿充电的低压单体电池；
通过所述DC-DC直流变换电路将所述电池组两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
本发明之所以在电池组剩余电量只有20％～30％时启动均衡措施，而不是在放电一开始就启动均衡措施，因为，本发明所采取的能量转移均衡措施，在能量转移过程中客观上也存在一定程度上的消耗。如果一开始就启动均衡措施，将使得电池组不断消耗自身能量，反而降低了电池组的放电时间。而且，均衡的目的就是使得所有单体电池能够同时满充、满放，那么在放电后期采取均衡措施，不仅仅可以实现均衡目的，而且可以使得用于自身均衡所消耗的能量更少，从而延长放电时间。
本发明仅仅补偿充电的其电压值排列在倒数10％以内的单体电池，所述的10％以内是指可以实际的电池组数目情况确定如：9％、8％、7％，甚至1％的单体电池为需要补偿充电的低压单体电池。选取其电压值排列在倒数的少部分低压单体电池进行补电，也是为了降低电池组在均衡过程中的能量消耗，如果，选取的数量过多，那么将使得电池组整体的电量下降过快，反而使得放电时间缩短。
实施例2：
如图1所示，本实施例公开了一种汽车锂电池放电平衡系统，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组1包括多个串联在一起的单体电池11；该平衡系统包含：下位机2、上位机3、开关电路5、以及DC-DC直流变换电路4，下位机2为PLC或单片机，上位机3为一包含有CPU的主控模块，开关电路5可为场效应管；所述DC-DC直流变换电路4的输入端连接在所述电池组1两端，其输出端通过一所述开关电路5与每个单体电池11连接，对各个单体电池11进行补偿充电；所述下位机2与各个所述单体电池11的两端连接，采集各个所述单体电池11的电压信号并传递给所述上位机3；所述上位机3根据各个所述单体电池11的电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；所述上位机3控制所述开关电路5、以及DC-DC直流变换电路4，将所述电池组11两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
如图1所示，为了进一步管控电池组的温度，在所述上位机3上还连接有一温度传感器6以监测管理电池组的温度。
如图1所示，为了方便上位机监控管理，在所述上位机3上还设置有一显示模块31。
需要说明的是，本发明图中仅仅示意性画出了一个下位机、一个DC-DC直流变换电路、两个开关电路的情况，它们的数量根据实际单体电池是数量、以及实际所采用的元器件确定，因此，本发明不限于此，只要包含下位机、开关电路、DC-DC直流变换电路，以及等同于这些装置的电路单元或原件，都是本发明的保护范围。
本发明放电平衡系统中的下位机、上位机、开关电路、以及DC-DC直流变换电路都是配合本发明方法的硬件装置。
本发明放电平衡系统，通过下位机采集各个单体电压信号，上位机监控电池组的容量，通过上位机精确计算，可准确控制低压单体电池的补电时间以及补电电流，进而实现电池均衡目的，因此，本发明控制更加精确灵活，效率更高。
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 (8)

1.一种汽车锂电池放电平衡方法，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组包括多个串联在一起的单体电池，其特征在于：
在每个单体电池两端连接有一DC-DC直流变换电路，所述DC-DC直流变换电路的输入端连接在所述电池组的两输出电压端上；
在放电过程中，实时监测所述电池组的剩余电量；
如所述电池组剩余电量为20％～30％时，则开始顺序执行以下步骤：
采集各个所述单体电池的电压信号；
根据各个单体电池的所述电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；
通过所述DC-DC直流变换电路将所述电池组两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
2.根据权利要求1所述的汽车锂电池放电平衡方法，其特征在于：
根据各个单体电池的所述电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池，具体是：
将各个单体电池的电压值进行高低排序，其电压值排列在倒数10％以内的单体电池为需要补偿充电的低压单体电池。
3.一种汽车锂电池放电平衡系统，用于平衡汽车锂电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，所述电池组包括多个串联在一起的单体电池，其特征在于：
该平衡系统包含：下位机、上位机、开关电路、以及DC-DC直流变换电路；
所述DC-DC直流变换电路的输入端连接在所述电池组两端，其输出端通过一所述开关电路与每个单体电池连接，对各个单体电池进行补偿充电；
所述下位机与各个所述单体电池的两端连接，采集各个所述单体电池的电压信号并传递给所述上位机；
所述上位机根据各个所述单体电池的电压信号，按照预定的程序计算确定需要补偿充电的低压单体电池；
所述上位机控制所述开关电路、以及DC-DC直流变换电路，将所述电池组两端的电压加载到所述需补偿充电的低压单体电池两端对其进行补偿充电，直至放电结束。
4.根据权利要求3所述的汽车锂电池放电平衡系统，其特征在于：
在所述上位机上还连接有一温度传感器。
5.根据权利要求3所述的汽车锂电池放电平衡系统，其特征在于：
在所述上位机上还设置有一显示模块。
6.根据权利要求3所述的汽车锂电池放电平衡系统，其特征在于：
所述下位机为PLC或单片机。
7.根据权利要求3所述的汽车锂电池放电平衡系统，其特征在于：
所述上位机为一包含有CPU的主控模块。
8.根据权利要求3所述的汽车锂电池放电平衡系统，其特征在于：
所述开关电路为一场效应管。
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