CN103166261B - 一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱 - Google Patents

一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱,所述方法包括:周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态SOC、内阻、电压、电流和/或温度;依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果是,则通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。采用本发明实施例中公开的实现电池组均衡充电的控制方法、装置或者电池箱,可以综合电池荷电状态、内阻、电压、电流和温度等电池状态信号,实现了电池的真正的状态平衡,开关拓扑结构和控制具有更高的效率和稳定性,磁性元件的体积大为减小,也易于用集成电路实现。

Description

一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱
技术领域
[0001] 本发明涉及电动汽车技术领域,特别是涉及一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱。
背景技术
[0002] 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。目前电动汽车具有很广泛的应用场景。电动汽车一般使用标准的电池作为其驱动电源。但是单体电池在制造过程中,具有性能的分散性,并且在使用过程中电池包内部环境也具有非均匀性,因此随着使用时间的增加,单体电池之间的性能差异将逐渐拉大,而如果不采取相应的措施来减小这种差异,将造成某些单体电池过充电、某些单体电池过放电以及过充和过放的后果,这不仅影响电池的使用寿命,损坏电池,而且还可能产生大量的热量引起电池燃烧或爆炸。
[0003] 现有技术中,电动汽车的电池在串接使用时,由于电池质量、批次等自身的原因以及在使用过程中个别电芯的损坏,使得电池组在长期使用后,各电芯的容量会有差异,而这种差异会随时间变得越来越大,造成在给该电池组中的多个电池同时充电时(即是在经过同样电流情况下),容量大的电芯总是处于浅充浅放状态,其电芯容量衰减缓慢,会有更长的使用寿命;而容量小的电芯与容量大的电芯相比,就总是处于过充过放状态,容量小的电芯容量就会加快衰减且缩短寿命。而由于电池组的寿命是由最差电芯的寿命决定的,从而导致电池组的整体寿命随之下降。
[0004] 因此采取均衡技术来补偿电池组中各个电池之间的性能差异是非常必要的,而如何能够创新的提出一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱也是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱,通过均衡控制的引入,可以使得电池的一致性得到了较大程度的提高,也能够延长电池组中电池的使用寿命。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种实现电池组均衡充电的控制方法,包括:
[0007] 周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度;
[0008] 依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果是,则通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0009] 优选的,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括:
[0010] 判断是否到达进行电池监控的第一预设时间,如果是,则采集当前电池组的电压和/或电流息;
[0011] 依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流,如果是,则置充电过流标志并进行充电保护;
[0012] 在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放所述充电保护;
[0013] 判断所述电池组中的电池是否出现放电过流,如果是,则置放电过流标志并进行放电保护;
[0014] 在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放所述放电保护;
[0015] 依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充,如果是,则置过充标志并进行充电保护;
[0016] 在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放所述充电保护;
[0017] 依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放,如果是,则置过放标志并进行放电保护;
[0018] 在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放所述放电保护。
[0019] 优选的,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括:
[0020] 判断是否到达进行电量计算的第二预设时间,如果是,则采集当前电池组的电压和/或电流息;
[0021] 依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止,如果是,则置为充电截止标志;
[0022] 在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志;
[0023] 判断所述电池组中的电池是否放电截止,如果是,则置为放电截止标志;
[0024] 在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志;
[0025] 更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组的S0C ;
[0026] 在完整的进行一次充放电之后,依据所述S0C进行电量学习。
[0027] 优选的,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括:
[0028] 判断是否到达进行温度计算的第三预设时间,如果是,则判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值,如果是,则置为温度过高标志并进行充放电保护;
[0029] 在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放;
[0030] 判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值,如果是,则置为温度过低标志并进行充放电保护;
[0031] 在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放;
[0032] 判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值,如果是,则置为温度剧变标志并进行充放电保护;
[0033] 在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
[0034] 优选的,还包括:
[0035] 判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间,如果是,则将检测到的电池状态信号进行输出。
[0036] 优选的,通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制,具体包括:
[0037] 依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息。
[0038] 优选的,还包括:
[0039] 在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。
[0040] 本发明还提供了一种实现电池组均衡充电的控制装置,包括:
[0041] 检测单元,用于周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度;
[0042] 均衡判断单元,用于依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制;
[0043] 均衡控制单元,用于在所诉判断单元的结果为是的情况下,通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0044] 优选的,所述检测单元具体包括:
[0045] 第一判断子单元,用于判断是否到达进行电池监控的第一预设时间;
[0046] 采集信息子单元,用于在所述第一判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0047] 第二判断子单元,用于依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流;
[0048] 第一充电保护子单元,用于在所述第二判断子单元的结果为是的情况下,置充电过流标志并进行充电保护;
[0049] 第一清除子单元,用于在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放充电保护;
[0050] 第三判断子单元,用于判断所述电池组中的电池是否出现放电过流;
[0051] 第一放电保护子单元,用于在所述第三判断子单元的结果为是的情况下,置放电过流标志并进行放电保护;
[0052] 第二清除子单元,用于在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放放电保护;
[0053] 第四判断子单元,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充;
[0054] 第二充电保护子单元,用于在所述第四判断子单元的结果为是的情况下,置过充标志并进行充电保护;
[0055] 第三清除子单元,用于在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放充电保护;
[0056] 第五判断子单元,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放;
[0057] 第二放电保护子单元,用于在所述第五判断子单元的结果为是的情况下,置过放标志并进行放电保护;
[0058] 第四清除子单元,用于在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放放电保护。
[0059] 优选的,所述检测模块具体包括:
[0060] 第六判断子单元,用于判断是否到达进行电量计算的第二预设时间;
[0061] 第一采集子单元,用于在所述第六判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0062] 第七判断子单元,用于依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止;
[0063] 第一设置子单元,用于在所述第七判断子单元的结果为是的情况下,置为充电截止标志;
[0064] 第五清除子单元,用于在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志;
[0065] 第八判断子单元,用于判断所述电池组中的电池是否放电截止;
[0066] 第二设置子单元,用于在所述第八判断子单元的结果为是的情况下,置为放电截止标志;
[0067] 第六清除子单元,用于在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志;
[0068] 计算S0C子单元,用于更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组中的 S0C ;
[0069] 电量学习子单元,在完整的进行一次充放电之后,依据所述S0C进行电量学习。
[0070] 优选的,所述检测模块具体包括:
[0071] 第九判断子单元,用于判断是否到达进行温度计算的第三预设时间;
[0072] 第十判断子单元,用于在所述第九判断子单元的结果为是的情况下,判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值;
[0073] 第一充放电保护子单元,用于在所述第十判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过高标志并进行充放电保护;
[0074] 第七清除子单元,用于在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放;
[0075] 第十一判断子单元,用于判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值;
[0076] 第二充放电保护子单元,用于在所述第十一判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过低标志并进行充放电保护;
[0077] 第八清除子单元,用于在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放;
[0078] 第十二判断子单元,用于判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值;
[0079] 第三充放电保护子单元,用于在所述第十二判断子单元的结果为是的情况下,置为温度剧变标志并进行充放电保护;
[0080] 第九清除子单元,用于在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
[0081] 优选的,还包括:
[0082] 时间判断单元,用于判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间;
[0083] 数据输出单元,用于在所述时间判断单元的结果为是的情况下,将检测到的电池状态信号进行输出。
[0084] 优选的,所述均衡控制单元具体用于:
[0085] 依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息。
[0086] 优选的,还包括:
[0087] 报警单元,用于在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。
[0088] 本发明还提供了一种实现电池组均衡充电的电池箱,包括前述任一项实现电池组均衡充电的控制装置。
[0089] 从上述的技术方案可以看出,本发明实施例可以针对不同的情况,通过设置均衡开启、均衡电流百分比等参数,以提高成组电池的充放电均衡管理,提高成组电池寿命。本发明实施例的大功率串充系统,当对电池充电前期时,按照大功率串充方式,提高充电效率,并且本发明实施例的小功率并充系统,当对电池充电后期时,按照小功率并充方式,防止过充,实现充电均衡。因此,本发明实施例中的均衡充电控制方案,对两种充电系统的切换进行智能判断,实现充电效率和充电保护的统一。
附图说明
[0090] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0091] 图1为本发明方法实施例一的流程图;
[0092] 图2为方法实施例一中步骤101的一个流程图;
[0093] 图3为方法实施例一中步骤101的另一个流程图;
[0094] 图4为方法实施例一中步骤101的再一个流程图;
[0095] 图5a为铁锂4串电池不加均衡芯片的充电曲线示意图;
[0096] 图5b为铁锂4串电池加均衡芯片的充电曲线示意图;
[0097] 图6a是铁锂4串电池不加均衡芯片的放电曲线示意图;
[0098] 图6b是铁锂4串电池加均衡芯片的放电曲线示意图;
[0099] 图7为本发明方法实施例二的流程图;
[0100]图8为本发明装置实施例一的结构示意图;
[0101] 图9为装置实施例一中检测单元801的一个结构示意图;
[0102] 图10为装置实施例一中检测单元801的另一个结构示意图;
[0103] 图11为装置实施例一中检测单元801的再一个结构示意图;
[0104] 图12为本发明装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
[0105] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0106] 电池充电所涉及的电池均衡,分为主动均衡和被动均衡,目前大部分电池组都没有引入均衡控制或者是采用被动均衡。这里的被动均衡,指的是采用对电压较高的电池采用放电的方法,以达到电池间动态的相互平衡,这种被动均衡方法,虽然可以起到一定的作用,但是具有动态调节范围窄、一致性差、功耗大等缺点。而采用分立元件的主动均衡,在一定程度上减小了被动均衡的一些缺点,但却具有由于分立元件数量多,一致性差而导致的稳定性差,功耗大等缺点。
[0107] 本发明实施例以主动均衡芯片为核心的主动均衡应用设计。采用芯片级的主动均衡技术,既可以避免被动均衡设计上的缺陷,又可以避免分立元器件的主动均衡的缺点,是未来电池成组技术均衡技术的方向。本发明实施例中的均衡系统由多个模块组成,每个电池可以配一个均衡单元,上层电池管理系统(BMS系统)对均衡单元的均衡作用进行调节,从而达到均衡效果。
[0108] 参见图1,示出了本发明的一种实现电池组均衡充电的控制方法实施例1的流程图,可以包括以下步骤:
[0109] 步骤101:周期性检测电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度。
[0110] 在本实施例中,需要定时检测电池组中的电池状态信号,其中可以包括电池荷电状态S0C,电池的内阻,电池电压,电池电流或者电池温度信号等,再根据检测到的电池状态信号,可以判断是否需要对电池组中的电池进行均衡控制。步骤101在具体实施时可以有很多种实现方式。
[0111] 本发明实施例中利用新的电池均衡管理体系和芯片级的硬件工艺,可以在整组电池充放电的同时对电池进行均衡控制,综合了电池荷电状态、内阻、电压、电流和温度等电池状态信号,可以实现电池的真正的状态平衡。并且通过本实施例的均衡控制方法,也可以消除单体电池间的差异。
[0112] 参考图2所示,在其中一种实现方式中,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括:
[0113] 步骤201:判断是否到达进行电池监控的第一预设时间,如果是,则进入步骤202 ;
[0114] 首先判断是否到达进行电池监控的第一预设时间,例如1ms,当然,该时间可以根据应用需求而设置不同的数值。
[0115] 步骤202:采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0116] 则对当前电池组中的电池电压以及电流信息进行采集,以便于后续可以根据电压和电流的高低也判断是否进行均衡控制。
[0117] 步骤203:依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流,如果是,则进入步骤204;
[0118] 根据电流信息指示的电流大小,可以判断出当前电池组中的电池是否已经出现了充电过流的现象。
[0119] 步骤204:置充电过流标志并进行充电保护;
[0120] 对出现充电过流现象的电池置为充电过流标志,并对该电池进行充电保护。例如可以控制该电池所连接的均衡单元断开该电池的充电连接。
[0121] 步骤205:在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放所述充电保护;
[0122] 接着判断出现充电过流的电池是否开始放电,如果是,则将该电池的充电过流标志清除,并释放所述充电保护。
[0123] 步骤206:判断所述电池组中的电池是否出现放电过流,如果是,则进入步骤207 ;
[0124] 继续判断电池组中的电池是否出现放电过流的情况。
[0125] 步骤207:置放电过流标志并进行放电保护;
[0126] 将出现放电过流现象的电池置为放电过流标志并对其进行放电保护;
[0127] 步骤208:在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放所述放电保护;
[0128] 在该电池开始充电的情况下,再清除上述放电过流标志并释放所述放电保护;
[0129] 步骤209:依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充,如果是,则进入步骤210;
[0130] 接着依据采集到的电压信息判断电池组中的电池是否出现了电压过充的现象;
[0131] 步骤210:置过充标志并进行充电保护;
[0132] 如果电池组中的电池出现电压过充的现象,则置过充标志并对其进行充电保护;
[0133] 步骤211:在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放所述充电保护;
[0134] 在该电池组中的电池出现过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放所述充电保护;
[0135] 步骤212:依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放,如果是,则进入步骤213;
[0136] 依据采集到的电压信息判断电池组中的电池是否出现电压过放的现象;
[0137] 步骤213:置过放标志并进行放电保护;
[0138] 如果是的话,则需要对该出现电压过放现象的电池置过放标志并进行放电保护;
[0139] 步骤214:在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放所述放电保护。
[0140] 并在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放所述放电保护。
[0141] 对于进行电量检测,参考图3所示,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体可以包括:
[0142] 步骤301:判断是否到达进行电量计算的第二预设时间,如果是,则进入步骤302 ;
[0143] 判断当前是否到达进行电量计算的第二预设时间,例如20ms,当然,该时间可以根据实际需求进行适应性的调整。
[0144] 步骤302:采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0145] 步骤303:依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止,如果是,则进入步骤304;
[0146] 依据采集到的电池组的电压和/或电流信息,判断当前电池组中的电池是否充电截止;
[0147] 步骤304:置为充电截止标志;
[0148] 对充电截止的电池置为充电截止标志;
[0149] 步骤305:在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志;
[0150] 步骤306:判断所述电池组中的电池是否放电截止,如果是,则进入步骤307 ;
[0151] 步骤307:置为放电截止标志;
[0152] 将电池组中放电截止的电池置为放电截止标志;
[0153] 步骤308:在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志;
[0154] 在放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志;
[0155] 步骤309:更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组的S0C ;
[0156] 在实际使用时,当蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,常用百分数表示。S0C = 1即表示为电池充满状态,而控制蓄电池运行时必须考虑其荷电状态。
[0157] 在本步骤需要更新电池组中电池的当前电量,并计算S0C;可见本发明实施例引入了模糊算法和人工智能控制,针对动力电池的特性,将电池的非线性状态空间模型线性化,实时、精确地估算S0C值。本发明实施例中基于S0C的均衡算法,综合了电池荷电状态、内阻、电压、电流和温度等电池状态信号,实现了电池的真正的状态平衡。并且可以使所有运行的电池同时充满,同时放完,实现成组电池的最大容量和最大寿命。
[0158] 步骤310:在完整的进行一次充放电之后,依据所述S0C进行电量学习。
[0159] 本发明实施例公开的均衡控制,在大量电池特性实验的基础上,开发了一套基于S0C的均衡算法,与传统的电压均衡法及被动式均衡法比,能够真正实现电池的状态平衡。
[0160] 针对温度的检测,参考图4所示,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体可以包括:
[0161] 步骤401:判断是否到达进行温度计算的第三预设时间,如果是,则进入步骤402 ;
[0162] 判断当前时间是否到达进行温度计算的第三预设时间,例如20ms,需要说明的是,该时间依然可以根据实际需求的不同而适应性调整。
[0163] 步骤402:判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值,如果是,则进入步骤403 ;
[0164] 在本步骤中,判断温度是否高于一个预设的温度值,如果高于这个预设的温度值则可以判断为该电池温度过高,在实际应用中,该预设的温度值可以适应性调整;
[0165] 步骤403:置为温度过高标志并进行充放电保护;
[0166] 对温度过高的电池则置为温度过高标志并对其进行充放电保护;
[0167] 步骤404:在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放;
[0168] 步骤405:判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值,如果是,则进入步骤406 ;
[0169] 接着判断电池组中电池温度是否低于一个预设的温度值,如果低于这个预设的温度值则可以判断为该电池的温度过低,在实际应用中,该预设的温度值可以适应性调整;需要说明的是,该第二预设温度阈值比第一预设温度阈值要低;
[0170] 步骤406:置为温度过低标志并进行充放电保护;
[0171] 步骤407:在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放;
[0172] 步骤408:判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值,如果是,则进入步骤409;
[0173] 这里的变化频率表示单位时间内电池的温度变化所产生的温度差,如果这个变化频率高于预设的频率阈值,那么意味着该电池的温度发生了温度剧变;
[0174] 步骤409:置为温度剧变标志并进行充放电保护;
[0175] 则对该电池置为温度剧变标志并进行充放电保护;
[0176] 步骤410:在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
[0177] 步骤102:依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果是,则进入步骤103。
[0178] 依据电池状态信号所示意出的电池的电压信号、电流信号、温度信号或者S0C等信息,判断电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果需要的话,则可以利用均衡单元对电池进行均衡控制。
[0179] 步骤103:通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0180] 其中,具体可以依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息。可见,通过控制开关的导通时间和频率,可以达到控制输出电流的目的,并且实现电池的均衡控制。
[0181] 本发明实施例公开的均衡方法,与传统的电压均衡法比较,具有均衡快捷、高效、耗能低的特点。图5a是铁锂4串电池不加均衡芯片的充电曲线示意图,图5b是铁锂4串电池加均衡芯片的充电曲线示意图,图6a是铁锂4串电池不加均衡芯片的放电曲线示意图,图6b是铁锂4串电池不加均衡芯片的放电曲线示意图。从四个图中可以明显看出,加了均衡芯片之后,单体电池的一致性提高,充放电曲线几乎完全吻合,也避免了电池的过充过放现象。使各单体电池可以同时充满,同时放完,实现真正意义上的均衡。
[0182] 可见本发明实施例公开的均衡控制方法的均衡能力较强,可以使用“迟滞峰值-谷值”电流控制方法,并通过控制开关的导通时间和频率,达到控制输出电流的目的,最大均衡电流可达10A以上。并且功耗低,本发明实施例使用特有的功率模拟芯片设计技术,采用新型的4开关升/降拓扑结构电路和新型电流控制方法,在整个电路中可以调节输出电压,使其不受电池电压高低的影响,可以高效的双向传输能量,保持电池组中电池的均衡。因此,本发明实施例可以综合电池荷电状态、内阻、电压、电流和温度等电池状态信号,实现了电池的真正的状态平衡,开关拓扑结构和控制具有更高的效率和稳定性,磁性元件的体积大为减小,也易于用集成电路实现。
[0183] 参见图7,示出了本发明的一种实现电池组均衡充电的控制方法实施例2的流程图,可以包括以下步骤:
[0184] 步骤701:周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度。
[0185] 步骤702:依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果是,则进入步骤703。
[0186] 步骤703:通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0187] 步骤704:判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间,如果是,则进入步骤705 ;
[0188] 步骤705:将检测到的电池状态信号进行输出。
[0189] 本发明实施例可以采用“迟滞峰值-谷值”电流控制方法通过输入、输出电流和输出电压的三环控制,容易实现能量双向传输和稳定的输出电压,并通过控制开关的导通时间和频率,达到控制输出电流的目的。
[0190] “迟滞峰值-谷值”电流控制方法可以通过输入、输出电流和输出电压的三环控制,容易实现能量双向传输和稳定的输出电压。除此之外,这种电流控制法可有效地控制运行频率,这使得能量传输在轻载时也保持很高的效率。
[0191] 步骤706:在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。
[0192] 本发明实施例还可以在电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。本发明实施具有更高的效率和稳定性,磁性元件的体积大为减小,易于用集成电路实现。
[0193] 本发明实施例公开的均衡充电的控制方法,除了普通BMS系统具有的监控、数据处理及传输、充放电控制等功能之外,还具有冗余度、容错性控制、预警和保护功能(温度、电压、电流、内阻等)、管理系统自检、充放电主动式均衡控制等强大的功能。并且采集数据的精度高,电池的电压、电流和温度等参数通过专有芯片内部集成的逐次逼近(SAR)型高速ADC进行采集,动态实时监测电池组中各单节电池的电压、电流和电池箱体内温度,采样周期短,精度高。并且S0C(荷电状态)、S0H(电池健康度)电池预测也较为准确,在大量电池特性实验的基础上,本发明实施例的电池SOC、S0H预测法,能准确预测电池组的S0C (精度> 5% )和S0H,保证电池组在理想的工作状态下运行。
[0194]另外,本发明实施例特有的主动式均衡模块,与传统的电压均衡法及被动式均衡法比,不仅均衡能力强(最大均衡电流能达到10A以上),特有的均衡算法能够真正实现电池的状态平衡,而且新颖的低功耗模拟芯片设计,使整个不受电池电压高低的影响,可以高效的双向传输能量,保持电池组中电池的均衡。
[0195] 相应于上面的方法实施例,本发明实施例还提供一种实现电池组均衡充电的控制装置。参见图8,示出了一种实现电池组均衡充电的控制装置实施例1的结构示意图,可以包括:
[0196] 检测单元801,用于周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度;
[0197] 参考图9所示,在不同的实施例中,所述检测单元801具体可以包括:
[0198] 第一判断子单元901,用于判断是否到达进行电池监控的第一预设时间;
[0199] 采集信息子单元902,用于在所述第一判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0200] 第二判断子单元903,用于依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流;
[0201] 第一充电保护子单元904,用于在所述第二判断子单元的结果为是的情况下,置充电过流标志并进行充电保护;
[0202] 第一清除子单元905,用于在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放充电保护;
[0203] 第三判断子单元906,用于判断所述电池组中的电池是否出现放电过流;
[0204] 第一放电保护子单元907,用于在所述第三判断子单元的结果为是的情况下,置放电过流标志并进行放电保护;
[0205] 第二清除子单元908,用于在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放放电保护;
[0206] 第四判断子单元909,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充;
[0207] 第二充电保护子单元910,用于在所述第四判断子单元的结果为是的情况下,置过充标志并进行充电保护;
[0208] 第三清除子单元911,用于在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放充电保护;
[0209] 第五判断子单元912,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放;
[0210] 第二放电保护子单元913,用于在所述第五判断子单元的结果为是的情况下,置过放标志并进行放电保护;
[0211] 第四清除子单元914,用于在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放放电保护。
[0212] 参考图10所示,在不同的实施例中,所述检测模块801具体包括:
[0213] 第六判断子单元1001,用于判断是否到达进行电量计算的第二预设时间;
[0214] 第一采集子单元1002,用于在所述第六判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息;
[0215] 第七判断子单元1003,用于依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止;
[0216] 第一设置子单元1004,用于在所述第七判断子单元的结果为是的情况下,置为充电截止标志;
[0217] 第五清除子单元1005,用于在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志;
[0218] 第八判断子单元1006,用于判断所述电池组中的电池是否放电截止;
[0219] 第二设置子单元1007,用于在所述第八判断子单元的结果为是的情况下,置为放电截止标志;
[0220] 第六清除子单元1008,用于在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志;
[0221] 计算S0C子单元1009,用于更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组中的S0C ;
[0222] 电量学习子单元1010,在完整的进行一次充放电之后,依据所述S0C进行电量学习。
[0223] 参考图11所示,在不同的实施例中,所述检测模块801具体可以包括:
[0224] 第九判断子单元1101,用于判断是否到达进行温度计算的第三预设时间;
[0225] 第十判断子单元1102,用于在所述第九判断子单元的结果为是的情况下,判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值;
[0226] 第一充放电保护子单元1103,用于在所述第十判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过高标志并进行充放电保护;
[0227] 第七清除子单元1104,用于在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放;
[0228] 第十一判断子单元1105,用于判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值;
[0229] 第二充放电保护子单元1106,用于在所述第十一判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过低标志并进行充放电保护;
[0230] 第八清除子单元1107,用于在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放;
[0231] 第十二判断子单元1108,用于判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值;
[0232] 第三充放电保护子单元1109,用于在所述第十二判断子单元的结果为是的情况下,置为温度剧变标志并进行充放电保护;
[0233] 第九清除子单元1110,用于在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
[0234] 均衡判断单元802,用于依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制;
[0235] 均衡控制单元803,用于在所诉判断单元的结果为是的情况下,通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0236] 具体的,在实际应用中,所述均衡控制单元803具体可以用于:
[0237] 依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息。
[0238] 参见图12,示出了一种实现电池组均衡充电的控制装置实施例2的结构示意图,可以包括:
[0239] 检测单元801,用于周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态S0C、内阻、电压、电流和/或温度;
[0240] 均衡判断单元802,用于依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制;
[0241] 均衡控制单元803,用于在所诉判断单元的结果为是的情况下,通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制。
[0242] 时间判断单元1201,用于判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间;
[0243] 数据输出单元1202,用于在所述时间判断单元的结果为是的情况下,将检测到的电池状态信号进行输出。
[0244] 报警单元1203,用于在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报塾目ο
[0245] 可以理解的是,本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0246] 本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0247] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个......”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0248] 对于装置实施例而言,由于其基本对应于方法实施例,所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
[0249] 以上所述仅是本发明的具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种实现电池组均衡充电的控制方法,其特征在于,包括: 周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态SOC、内阻、电压、电流和/或温度; 依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制,如果是,则通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制;其中,所述通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制,具体包括:依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息; 其中,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括: 判断是否到达进行电池监控的第一预设时间,如果是,则采集当前电池组的电压和/或电流信息; 依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流,如果是,则置充电过流标志并进行充电保护; 在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放所述充电保护; 判断所述电池组中的电池是否出现放电过流,如果是,则置放电过流标志并进行放电保护; 在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放所述放电保护; 依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充,如果是,则置过充标志并进行充电保护; 在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放所述充电保护; 依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放,如果是,则置过放标志并进行放电保护; 在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放所述放电保护。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括: 判断是否到达进行电量计算的第二预设时间,如果是,则采集当前电池组的电压和/或电流信息; 依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止,如果是,则置为充电截止标志; 在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志; 判断所述电池组中的电池是否放电截止,如果是,则置为放电截止标志; 在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志; 更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组的SOC; 在完整的进行一次充放电之后,依据所述SOC进行电量学习。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述周期性检测所述电池组的电池状态信号,具体包括: 判断是否到达进行温度计算的第三预设时间,如果是,则判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值,如果是,则置为温度过高标志并进行充放电保护; 在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放; 判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值,如果是,则置为温度过低标志并进行充放电保护; 在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放; 判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值,如果是,则置为温度剧变标志并进行充放电保护; 在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,还包括: 判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间,如果是,则将检测到的电池状态信号进行输出。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括: 在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。
6.一种实现电池组均衡充电的控制的装置,其特征在于,包括: 检测单元,用于周期性检测所述电池组的电池状态信号,所述电池状态信号包括:电池荷电状态SOC、内阻、电压、电流和/或温度; 均衡判断单元,用于依据所述电池状态信号判断所述电池组中的电池是否需要进行均衡控制; 均衡控制单元,用于在所述均衡判断单元的结果为是的情况下,通过所述电池连接的均衡单元对所述电池进行均衡控制;所述均衡控制单元具体用于:依据所述电池状态信号指示的所述电池的当前充电信息,控制所述电池的开关单元闭合或者断开,所述当前充电信息包括:所述电池组中的电池是否出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的信息; 其中,所述检测单元具体包括: 第一判断子单元,用于判断是否到达进行电池监控的第一预设时间; 采集信息子单元,用于在所述第一判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息; 第二判断子单元,用于依据所述电流信息判断所述电池组中的电池是否出现充电过流; 第一充电保护子单元,用于在所述第二判断子单元的结果为是的情况下,置充电过流标志并进行充电保护; 第一清除子单元,用于在开始放电的情况下,清除所述充电过流标志并释放充电保护; 第三判断子单元,用于判断所述电池组中的电池是否出现放电过流; 第一放电保护子单元,用于在所述第三判断子单元的结果为是的情况下,置放电过流标志并进行放电保护; 第二清除子单元,用于在开始充电的情况下,清除所述放电过流标志并释放放电保护; 第四判断子单元,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过充; 第二充电保护子单元,用于在所述第四判断子单元的结果为是的情况下,置过充标志并进行充电保护; 第三清除子单元,用于在过充恢复电压时,清除所述过充标志并释放充电保护; 第五判断子单元,用于依据所述电压信息判断所述电池组中的电池是否出现电压过放; 第二放电保护子单元,用于在所述第五判断子单元的结果为是的情况下,置过放标志并进行放电保护; 第四清除子单元,用于在过放恢复电压时,清除所述过放标志并释放放电保护。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述检测模块还包括: 第六判断子单元,用于判断是否到达进行电量计算的第二预设时间; 第一采集子单元,用于在所述第六判断子单元的结果为是的情况下,采集当前电池组的电压和/或电流信息; 第七判断子单元,用于依据所述电压和/或电流信息判断所述电池组中的电池是否充电截止; 第一设置子单元,用于在所述第七判断子单元的结果为是的情况下,置为充电截止标志; 第五清除子单元,用于在所述充电截止恢复的情况下,清除所述充电截止标志; 第八判断子单元,用于判断所述电池组中的电池是否放电截止; 第二设置子单元,用于在所述第八判断子单元的结果为是的情况下,置为放电截止标志; 第六清除子单元,用于在所述放电截止恢复的情况下,清除所述放电截止标志; 计算SOC子单元,用于更新所述电池组中电池的当前电量,并计算所述电池组中的SOC ; 电量学习子单元,在完整的进行一次充放电之后,依据所述SOC进行电量学习。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述检测模块具体包括: 第九判断子单元,用于判断是否到达进行温度计算的第三预设时间; 第十判断子单元,用于在所述第九判断子单元的结果为是的情况下,判断所述电池组中的电池的温度是否高于第一预设温度阈值; 第一充放电保护子单元,用于在所述第十判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过高标志并进行充放电保护; 第七清除子单元,用于在温度过高恢复的情况下,清除温度过高标志并进行充放电保护释放; 第十一判断子单元,用于判断所述电池组中的电池的温度是否低于第二预设温度阈值; 第二充放电保护子单元,用于在所述第十一判断子单元的结果为是的情况下,置为温度过低标志并进行充放电保护; 第八清除子单元,用于在温度过低恢复的情况下,清除所述温度过低标志并进行充放电保护释放; 第十二判断子单元,用于判断所述电池组中的电池的温度是否变化频率高于预设频率阈值; 第三充放电保护子单元,用于在所述第十二判断子单元的结果为是的情况下,置为温度剧变标志并进行充放电保护; 第九清除子单元,用于在温度剧变恢复的情况下,清除温度剧变标志并释放充放电保护。
9.根据权利要求6、7或8所述的装置,其特征在于,还包括: 时间判断单元,用于判断是否到达进行电池状态信号输出的第四预设时间; 数据输出单元,用于在所述时间判断单元的结果为是的情况下,将检测到的电池状态信号进行输出。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,还包括: 报警单元,用于在所述当前充电信息指示所述电池组中的电池出现充电过流、放电过流、电压过充、电压过放、温度过高、温度过低和/或温度剧变的情况下,进行报警。
11.一种实现电池组均衡充电的电池箱,其特征在于,包括如权利要求6-10任一项所述的装置。
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