CN103682486A - 一种用于电池的多模块级联均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池系统技术领域，涉及一种用于电池的多模块级联均衡方法，该方法将单体电池分组，每组与一个均衡电路相连，每个均衡电路都带有总线通讯接口，多个均衡电路通过总线连接成通讯局域网，将某个均衡电路确定为主机，其它确定为从机，从机将其管理的单体电池信息通过总线上报给主机，主机根据基于众数原理的电池一致性评价方法，计算所有单体电池的众数，使用同一个众数空间作为标准来确定待均衡对象和计算均衡参数。本发明利用多个均衡电路管理众多的单体电池，各个均衡电路之间通过总线通讯，实现了多个均衡电路模块级联达到均衡能力扩展。

Description

一种用于电池的多模块级联均衡方法
技术领域
本发明涉及一种电池的多模块均衡方法。
技术背景
电池组一般由多只单体电池通过串并联的方式组成，与只使用单只电池的场合不同，整组电池的性能不仅仅取决于电池组内每一只单体电池的性能，还取决于电池组内所有单体电池之间的一致性。电池组的性能包括最大充放电电流、最高储能上限、使用寿命、安全性等主要指标并不取决于性能状态最好的单体电池，而是取决于性能状态最差的单体电池。因此电池组的性能具有“木桶效应”，一致性差的单体电池即是电池组的“短板”，成为电池组的性能“瓶颈”，构成电池组的单体电池越多，保持一致性的难度越大，不一致性的恶劣影响越大。
对于电动汽车、电网储能等大规模电池应用场合，电池组基本上都是由上百只甚至几百只单体电池串并联组成，电池的不一致性问题已经成为制约其应用和发展的核心问题之一。在电池系统的设计和应用过程中采用电池均衡电路或相关均衡装置已经变得越来越重要。
常规的电池一致性评价方法主要包括以下两种：
1.容量法：测量电池组中所有的单体电池的容量，以容量一致性作为电池的一致性。容量相同或相近的电池则一致性好，反之则差。该方法结果比较准确，但是需要将所有电池都进行测试，工作量大，测试时间长，同时需要将电池从系统中拆分下来单独测试，即所谓的“离线评价”，必须中断电池系统正常工作，不适用于大型电池系统；
2.内阻法：测量电池组中所有单体电池的内阻，以内阻的一致性来表示电池的一致性，容量相同或相近的电池则一致性好，反之则差。该方法的误差比容量法大，同样需要将进行“离线评价”。
一个均衡电路能够均衡的电池数量有限，当需要进行均衡管理的电池超过一个均衡电路所能管理的极限时，单个的均衡电路则无法完成均衡任务。多个均衡电路同时工作则需要彼此之间实时通讯和参数协调优化匹配，目前的均衡电路以独立工作为主，不适用于多个均衡电路同时工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的一致性评价方法落后和单个均衡电路均衡电池数量有限的不足，提出一种电池均衡方法。本发明基于在线对电池一致性评价，对多模块级联的电池进行均衡，突破单一均衡电路所管理的电池极限。
本发明的技术方案如下：
一种用于电池的多模块级联均衡方法，该方法将单体电池分组，每组与一个均衡电路相连，每个均衡电路都带有总线通讯接口，多个均衡电路通过总线连接成通讯局域网。均衡电路彼此之间可以在该局域网内通过总线通讯线路实时交换电池信息，将某个均衡电路确定为主机，其它均衡电路确定为从机。从机将其管理的单体电池信息通过总线上报给主机，主机根据基于众数原理的电池一致性评价方法，计算所有单体电池的众数，使用同一个众数空间作为标准来确定待均衡对象和计算均衡参数，并判断待均衡对象所处的从机，与该从机通讯，通知该从机对均衡对象进行均衡以及调整均衡参数。
其中，所述的基于众数原理的电池一致性评价方法如下：
1）找出电池组所有单体电池电压数据中的最大值和最小值；
2）依据众数原理将单体电池电压数据的最大值与最小值之间的数据区间平均分成N等分，N用实整数定义，N的值大小与电池组中的电池数量有关，一般取5～10。计算所有单体电压数据落在每个等分数据区间中的个数，个数最多的等分数据区间中的单体电压数据称之为众数，该等分数据区间所代表的数据区间称为众数空间；
3）采用“不一致程度”来量化地表示众数空间和非众数空间内电池一致性的好坏，“不一致程度”的取值范围定义为-1.0～+1.0，不一致性程度用实数分别定义，实数数值的绝对值越大表示对应电池的一致性越差。众数空间的电池不一致程度定义为“0.0”，确定为一致性好，表示电池的电压差异小、一致性高。“不一致程度”为负数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据小于众数空间对应的单体电池电压数据，“不一致程度”为正数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据大于众数空间对应的单体电池电压数据；
4）将众数空间内的单体电池电压的平均值作为被均衡电池的均衡目标值。将需要更换的电池的不一致程度的限值定义为“更换设定值”，不一致程度超过更换设定值的电池确定为更换对象。将需要均衡的电池的不一致程度的限值定义为“均衡设定值”，低于更换设定值但是大于均衡设定值的电池则确定为待均衡对象。
本发明利用多个均衡电路管理众多的单体电池，各个均衡电路之间通过总线通讯，以电池电压的一致性作为电池的一致性，即“电压法”。通过测量所有电池的电压，由主机根据基于众数原理的电池一致性评价方法，计算所有单体电池的众数，使用同一个众数空间作为标准来确定待均衡对象和计算均衡参数，并判断待均衡对象所处的从机，与该从机通讯，通知该从机对均衡对象进行均衡以及调整均衡参数，实现多个均衡电路模块级联，扩展均衡能力。
附图说明
图1是多模块级联工作原理图；
图2是本发明采用的基于众数原理的电池一致性评价方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1是多模块级联的工作原理图。
如图1所示，本发明多模块级联的电池组包括电池1、均衡电路组2和CAN总线通讯线路3。均衡电路组2包括M个均衡电路，M用实整数表示，M值的大小与电池总数量有关，也与每个均衡电路能够管理的电池数量有关，所有均衡电路管理的电池数量相加等于电池1的数量。电池1内的单体电池根据均衡电路管理电池的数量分组，分组的数量为M个，与均衡电路组2的均衡电路个数相同。均衡电路2与电池1相联，均衡电路组2的M个均衡电路分别管理对应的M个电池分组，同时每个均衡电路均包括CAN总线接口电路，所有的均衡电路的CAN总线接口电路均与CAN总线通讯线路3相联。
当需要均衡的电池数量超过一个均衡电路所允许的电池数量时，可以采用多个均衡电路同时均衡。
均衡电路之间采用了一种基于CAN总线的多模块级联控制方法。每个均衡电路都集成了CAN总线通讯协议和CAN总线通讯接口，将多个均衡装置的CAN总线通讯接口连接到CAN总线通讯线路，即可形成一个封闭的CAN总线通讯局域网，均衡电路彼此之间可以在该局域网内通过CAN总线通讯线路实时交换电池信息。
多个均衡电路中，其中一个均衡电路确定为主机，其它均衡电路则确定为从机。从机将其管理的单体电池信息通过CAN总线上报给主机，由主机根据所集成的基于众数原理的电池一致性评价方法，计算所有电池的众数，使用同一个众数空间作为标准来确定待均衡对象和计算均衡参数，并判断待均衡电池所处的从机，与该从机通讯，通知该从机对待均衡电池进行均衡以及调整均衡参数，从而实现多个均衡电路模块级联达到均衡能力扩展的目的。
基于众数原理的电池一致性评价方法如图2所示：主机将所有电池的电压进行排列和统计，首先计算出所有单体电池电压数据的最大值和最小值，然后依据众数原理将最大与最小值之间的数据区间平均分成N等分，N用实整数定义，N的数值大小与电池组中的电池数量有关，一般取5～10。并计算数据落在每个等分数据空间中的个数，个数最多的等分数据区间中的数据称之为众数，该等分数据区间所代表的数据区间称为众数空间。
用“不一致程度”来量化地表示众数空间和非众数空间内电池一致性的好坏，取值范围定义为-1.0～+1.0，不一致性程度用实数分别定义，实数数值的绝对值越大表示对应电池的一致性越差。众数空间的电池不一致程度定义为“0.0”，定义为一致性好，表示电池的电压差异小、一致性高。“不一致程度”为负数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据小于众数空间对应的单体电池电压数据，“不一致程度”为正数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据大于众数空间对应的单体电池电压数据。假如以众数空间为中点，距离众数空间之间越远的非众数空间所包含的电池的一致性越差，不一致性程度分别为±0.1、±0.2、……±0.9、±1.0……，该数值的绝对值越大表示对应电池的一致性越差。将众数空间内的电池电压平均值作为被均衡电池的均衡目标值。将需要更换的电池的不一致程度的限值定义为“更换设定值”，不一致程度超过更换设定值的电池确定为更换对象。将需要均衡的电池的不一致程度的限值定义为“均衡设定值”，低于更换设定值但是大于均衡设定值的电池则确定为均衡对象，通过后续的均衡处理来改善其不一致程度。

Claims (3)

1.一种用于电池的多模块级联均衡方法，其特征在于，所述的多模块级联均衡方法将单体电池分组，每组与一个均衡电路相连，每个均衡电路都带有总线通讯接口，多个均衡电路通过总线连接成通讯局域网；均衡电路彼此之间在该局域网内通过总线通讯线路实时交换电池信息；将某个均衡电路确定为主机，其它均衡电路确定为从机；从机将其管理的单体电池信息通过总线上报给主机，主机根据基于众数原理的电池一致性评价方法，计算所有单体电池的众数，使用同一个众数空间作为标准来确定待均衡对象和计算均衡参数，并判断待均衡对象所处的从机，与该从机通讯，通知该从机对待均衡对象进行均衡以及调整均衡参数。
2.根据权利要求1所述的用于电池的多模块级联均衡方法，其特征在于，所述的基于众数原理的电池一致性评价方法如下：
1）找出所有单体电池电压数据中的最大值和最小值；
2）依据众数原理将最大值和最小值之间的数据区间平均分成N等分，计算所有单体电压数据落在每个等分数据区间中的个数，个数最多的等分数据区间中的单体电压数据称之为众数，该等分数据区间称为众数空间；
3）采用“不一致程度”来量化地表示众数空间和非众数空间内电池一致性的好坏，“不一致程度”的取值范围定义为-1.0～+1.0；不一致性程度用实数分别定义，实数数值的绝对值越大表示对应电池的一致性越差；众数空间的电池不一致程度定义为“0.0”，确定为一致性好，表示电池的电压差异小、一致性高；“不一致程度”为负数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据小于众数空间对应的单体电池电压数据；“不一致程度”为正数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据大于众数空间对应的单体电池电压数据；以众数空间为中点，距离众数空间之间越远的非众数空间内包含的电池的一致性越差；
4）将众数空间内的单体电池电压平均值作为被均衡电池的均衡目标值；不一致程度超过更换设定值的电池确定为更换对象，低于更换设定值但是大于均衡设定值的电池则确定为待均衡对象。
3.根据权利要求2所述的用于电池的多模块级联均衡方法，其特征在于，所述的步骤4）中的均衡设定值为需要均衡电池的不一致程度的限值。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602615A (zh) * 2015-10-14 2017-04-26 山东鲁能智能技术有限公司 一种电池组主动均衡级联系统及均衡方法
CN109143077A (zh) * 2018-08-27 2019-01-04 淮安信息职业技术学院 一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统
CN109642930A (zh) * 2016-09-13 2019-04-16 松下知识产权经营株式会社 管理装置以及蓄电系统
CN109831398A (zh) * 2018-12-29 2019-05-31 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种串行数据接收器的多级均衡器增益的自动调整方法
CN112445302A (zh) * 2020-11-20 2021-03-05 深圳比特微电子科技有限公司 一种数字货币矿机的启动方法、装置和数字货币矿机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1574540A (zh) * 2003-06-19 2005-02-02 美国凹凸微系有限公司 可充电电池监控及平衡电路
CN101141012A (zh) * 2007-01-19 2008-03-12 华南理工大学 一种集散式动力电池组动态均衡管理系统
CN201466157U (zh) * 2009-09-04 2010-05-12 天津力神特种电源科技有限公司 可实现串、并充充电选择的锂离子电池组保护电路
CN101917028A (zh) * 2010-07-06 2010-12-15 中山大学 动力电池组检测、评估及均衡充电系统及其应用方法
JP2013167526A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Fujitsu Telecom Networks Ltd マルチモードの充放電試験装置とその充放電試験方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1574540A (zh) * 2003-06-19 2005-02-02 美国凹凸微系有限公司 可充电电池监控及平衡电路
CN101141012A (zh) * 2007-01-19 2008-03-12 华南理工大学 一种集散式动力电池组动态均衡管理系统
CN201466157U (zh) * 2009-09-04 2010-05-12 天津力神特种电源科技有限公司 可实现串、并充充电选择的锂离子电池组保护电路
CN101917028A (zh) * 2010-07-06 2010-12-15 中山大学 动力电池组检测、评估及均衡充电系统及其应用方法
JP2013167526A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Fujitsu Telecom Networks Ltd マルチモードの充放電試験装置とその充放電試験方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602615A (zh) * 2015-10-14 2017-04-26 山东鲁能智能技术有限公司 一种电池组主动均衡级联系统及均衡方法
CN106602615B (zh) * 2015-10-14 2023-09-01 山东鲁软数字科技有限公司智慧能源分公司 一种电池组主动均衡级联系统及均衡方法
CN109642930A (zh) * 2016-09-13 2019-04-16 松下知识产权经营株式会社 管理装置以及蓄电系统
CN109143077A (zh) * 2018-08-27 2019-01-04 淮安信息职业技术学院 一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统
CN109831398A (zh) * 2018-12-29 2019-05-31 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种串行数据接收器的多级均衡器增益的自动调整方法
CN109831398B (zh) * 2018-12-29 2021-11-26 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种串行数据接收器的多级均衡器增益的自动调整方法
CN112445302A (zh) * 2020-11-20 2021-03-05 深圳比特微电子科技有限公司 一种数字货币矿机的启动方法、装置和数字货币矿机
CN112445302B (zh) * 2020-11-20 2021-08-27 深圳比特微电子科技有限公司 一种数字货币矿机的启动方法、装置和数字货币矿机

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