CN103532183A - 一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法，先后包括恒流充电阶段和恒压充电阶段，具体步骤为：在上次充电完成时，根据所有单体电池的电压与最高单体电池电压的差值，估算所有单体电池在本次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存；在本次充电的恒流充电阶段，对所述的需要进行充电均衡的持续时间最长的单体电池进行充电均衡；在本次充电的恒压充电阶段，对电压最低的单体电池进行充电均衡；本发明充分利用上次电池组充满时的电压差异情况估算本次充电均衡持续时间，并在本次充电过程中恒流阶段根据持续时间进行均衡，在恒压降流阶段根据最低电压进行均衡，保证了纯电动汽车电池组充满电时的能量最大化。

Description

一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法
技术领域
本发明涉及电池充电领域，特别涉及一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法。
背景技术
纯电动汽车使用时一个重要参数就是其当前的续驶里程，直接限制用户对汽车的使用时间和影响用户的使用感受。当前行业内一个重要努力方向就是提高纯电动汽车的续驶里程，而影响续驶里程的直接因素就是动力电池组的剩余能量。纯电动汽车动力电池组由多节电池串联组成，由于电池间不一致性的存在，动力电池组充满电时，必然存在电压最高电池和电压最低电池。车辆实际运行过程中为保护动力电池，充电时以电压最高电池达到最大允许充电电压后停止充电并认为动力电池组已充满，放电时以电压最低电池达到最小允许放电电压后停止放电并认为动力电池组已放空。为保证动力电池组的剩余能量最大，必须在其充满电时即拥有能量达到最大。随着动力电池组使用过程中的不断老化，其充满电时拥有的最大能量也不断减小，电池之间在内阻、容量和老化轨迹等方面的不一致性是导致整组电池性能下降的重要因素。
目前国内外在提高动力电池组最大能量方面除了增加设计时的额定能量外，主要是减小电池间不一致性的影响。为了提高串联电池组使用过程中的一致性，行业内提出了多种均衡器及均衡方法，但这些均衡方法均有不足。例如市场上比较常见的电阻分流均衡法，该方法通过并联在电池上的分流电阻，充电过程中分流部分充电电流或放电过程中增加部分放电电流，将化学能转化为热能耗散，该方法不利于能源节约，缺点显而易见。又如能量搬迁式均衡法，其通过电感或者电容等储能元件将电压高的电池的能量搬迁到电压低的电池上，其控制电路相对复杂，而且目前不清楚此方法对电池寿命的影响情况。
上述方法都是通过提高电池间的一致性，间接提高动力电池组充满电时的最大能量。每种方法都有其自身的局限性，例如电阻分流均衡法由于散热条件所限，分流电流不超过100mA；能量搬迁均衡法随着串联电池数的增加，能量搬迁电路及其控制难度成倍增长，特别是动力电池组分多箱安装时。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法。
本发明的技术方案是：
一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法，先后包括恒流充电阶段和恒压充电阶段，具体步骤包括：
（1）在上次充电完成时，检测出电池包中所有单体电池的电压，并找出电压最高的单体电池，根据所有单体电池的电压与最高单体电池电压的差值，估算所有单体电池在本次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存；
（2）在本次充电的恒流充电阶段，对步骤（1）所述的需要进行充电均衡的持续时间最长的单体电池进行充电均衡；
（3）在本次充电的恒压充电阶段，对电压最低的单体电池进行充电均衡；
（4）在本次充电完成时，同步骤（1）估算所有电池在下次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存。
优选的，步骤（1）和步骤（4）中所述根据电压差值估算充电均衡持续时间的方法为：当电压差值大于设定的阀值ΔVmax时，电池对应的充电均衡持续时间为最大值Tmax，当电压差值小于ΔVmax时，则根据电压差值参考该单体电池的电压随恒流充电时间变化的充电曲线分段计算充电均衡持续时间。
优选的，步骤（2）和步骤（3）中所述的充电均衡，是将电池包中的单体电池分为多组串联电池，每组串联电池由一个充电均衡电源进行充电均衡。
进一步优选的，一组串联电池在恒流充电阶段,对均衡持续时间最长的电池充电均衡持续一段时间后,重新查找该组串联电池内均衡持续时间最长的电池继续进行充电均衡，循环往复直到该组串联电池内所有单体电池的电压达到设定范围为止。
进一步优选的，一组串联电池在恒压充电阶段，对电压最低的单体电池充电均衡持续一段时间后,重新查找该组串联电池内电压最低的电池继续进行充电均衡，循环往复直到该组串联电池内所有单体电池的电压达到最高电池电压为止。
进一步优选的，每组串联电池由8-12个电池组成。
本发明在充电均衡电源电路的基础上，充分利用上次电池组充满时的电压差异情况估算本次充电均衡持续时间，并在本次充电过程中恒流阶段根据持续时间进行均衡，在恒压降流阶段根据最低电压进行均衡，保证了纯电动汽车电池组充满电时的能量最大化。本发明提供的方法仅依据电池电压数据，简单易行，容易推广和使用。
附图说明
图1是本发明所述的充电均衡电源的原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述：
本发明所揭示的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，所述充电包括恒流充电阶段和恒压充电阶段，具体的，将电池包中的单体电池分为多组串联电池，每组串联电池由8-12个电池组成，由一个如图1所示的充电均衡电源进行充电均衡，该充电均衡电源电路包括变压器，该变压器设置有多个用于产生适合向各个串联电池组进行充电的充电副边，充电副边产生的电压通过限幅滤波电路连接充电输出端，该变压器的原边一端连接外电源，另一端依次连接有施密特触发器、三极管放大电路以及MOS 管开关电路，施密特触发器向三极管放大电路输出方波信号，三极管放大电路根据该方波信号的波形作周期的导通和截止，从而控制MOS 管开关电路的开和关，进而控制变压器的占空比，改变变压器输出电压的大小。
本发明所述方法的具体步骤包括：
（1）在上次充电完成时，检测出电池每组串联电池中所有单体电池的电压Vi，并找出电压最高的单体电池，根据所有单体电池的电压与最高单体电池电压Vmax的差值ΔV，估算所有单体电池在下次充电时进行充电均衡所需要的持续时间Ti并保存在非易失性存储器中，供下次充电时步骤（2）使用。当电压差值ΔV大于设定的阀值ΔVmax时，电池对应的充电均衡持续时间为最大值Tmax，当电压差值ΔV小于ΔVmax时，则根据电压差值参考该单体电池的充电曲线分段计算充电均衡持续时间Ti。
由于动力电池组放电时的最大能量取决于拥有最小能量的电池，所以充电均衡时需不断对最小能量的电池进行充电。一组电池共用一个充电均衡电路，当每个电池的持续时间接近时，需在不同的电池间切换。而动力电池组整个充电过程持续时间有限，单个电池充电均衡的持续时间过长无实际意义。
充电完成时最高电池电压Vmax通常等于电池的最大允许充电电压。为保证充电完成时动力电池组的能量最大，需对电压较低的电池进行充电使其达到最大允许充电电压。而电池在充电过程中电压的高低表现并不一致，可能充电前期电压较低的电池在充电后期反而电压较高，这是因为电池实际容量、内阻、极化和老化轨迹等不一致引起的。为了排除上述不一致性，在充电前期即步骤（2）中根据最长持续时间进行充电均衡，在充电后期即步骤（3）中根据最低电池电压进行充电均衡。
（2）在本次充电的恒流充电阶段，对步骤（1）所述的需要进行充电均衡的持续时间最长的单体电池进行充电均衡；均衡持续时间最长的电池充电均衡持续一段时间后,重新查找均衡持续时间最长的电池继续进行充电均衡，循环往复直到所有单体电池的电压达到设定范围为止。
在恒流充电阶段，由于充电电流和电池内阻、容量、极化差异的存在，电池电压的高低表现与恒压降流阶段可能不同。因为需保证一直对充电均衡持续时间最长的电池进行充电，即所有电池电压同时接近最大允许充电电压。
（3）在本次充电的恒压充电阶段，对电压最低的单体电池进行充电均衡。
在恒压充电阶段，对电压最低的单体电池充电均衡持续一段时间后,重新查找电压最低的电池继续进行充电均衡，循环往复直到所有单体电池的电压达到最高电池电压为止。
在恒压降流阶段，由于充电电流不断减小，特别是充电末期充电电流接近为零，电池内阻对电压的影响消失，充电末期电池接近充满状态，容量差异对电压的影响较小，极化电压的影响也在不断减小，此时电池电压的高低表现真实，可以利用电池电压进行充电均衡。
由于恒压降流阶段时间相对恒流阶段较短，可适当提高重新查找电池的频率，以保证整个电池组在充满时所有电池电压接近和达到最大允许充电电压Vmax。
（4）在本次充电完成时，同步骤（1）估算所有电池在下次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存到非易失性存储器中，为下次充电做准备，供下次充电时步骤（2）使用。
整个动力电池组通过多次充电过程，不断使充满时所有电池电压接近和达到最大允许充电电压，实现了动力电池组能量最大化的目标。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种依据电池电压进行充电均衡的控制方法，所述充电包括恒流充电阶段和恒压充电阶段，其特征在于，包括步骤：
（1）在上次充电完成时，检测出电池包中所有单体电池的电压，并找出电压最高的单体电池，根据所有单体电池的电压与最高单体电池电压的差值，估算所有单体电池在本次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存；
（2）在本次充电的恒流充电阶段，对步骤（1）所述的需要进行充电均衡的持续时间最长的单体电池进行充电均衡；
（3）在本次充电的恒压充电阶段，对电压最低的单体电池进行充电均衡；
（4）在本次充电完成时，同步骤（1）估算所有电池在下次充电时进行充电均衡所需要的持续时间并保存。
2.根据权利要求1所述的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（4）中所述根据电压差值估算充电均衡持续时间的方法为：当电压差值大于设定的阀值ΔVmax时，电池对应的充电均衡持续时间为最大值Tmax，当电压差值小于ΔVmax时，则根据电压差值参考该单体电池的电压随恒流充电时间变化的充电曲线分段估算充电均衡持续时间。
3.根据权利要求1所述的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）中所述的充电均衡，是将电池包中的单体电池分为多组串联电池，每组串联电池由一个充电均衡电源进行充电均衡。
4.根据权利要求3所述的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，其特征在于，一组串联电池在恒流充电阶段,对均衡持续时间最长的电池充电均衡持续一段时间后,重新查找该组串联电池内均衡持续时间最长的电池继续进行充电均衡，循环往复直到该组串联电池内所有单体电池的电压达到设定范围为止。
5.根据权利要求3所述的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，其特征在于，一组串联电池在恒压充电阶段，对电压最低的单体电池充电均衡持续一段时间后,重新查找该组串联电池内电压最低的电池继续进行充电均衡，循环往复直到该组串联电池内所有单体电池的电压达到最高电池电压为止。
6.根据权利要求3所述的依据电池电压进行充电均衡的控制方法，其特征在于，每组串联电池由8-12个电池组成。
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