CN103683359B - 电池组的电池均衡方法及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电池组的电池均衡方法及电池管理系统。方法包括以下步骤：检测电池组的当前工作状态；如果电池组的当前工作状态为充电或放电状态，则以压差积分均衡方式对电池组的单体电池进行均衡；以及如果电池组的当前工作状态为待机状态，则以容量均衡方式对电池组的单体电池进行均衡。本发明通过使用容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡，在电池的整个生命期内实时通过能量转移的方法对电池组中的单体电池进行均衡控制，使得单体电池容量趋于一致，最终可以实现电池组在充电过程中各个单体电池同时充满、在放电过程中各个单体电池同时放空、实现电池最优使用，延长电池的使用寿命，减少电池的维护成本。

Description

电池组的电池均衡方法及电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池均衡技术领域，特别涉及一种电池组的电池均衡方法及电池管理系统。

背景技术

在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因会造成电池端电压不平衡。为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要均衡充电装置对电池性能进行均衡处理。均衡充电装置通过能量转移的方法实现电池均衡，并附带着一种以电压为参考的均衡控制方法。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种电池组的电池均衡方法，该方法能够实现电池组的实时电池均衡。

本发明的另一个目的在于提出一种电池管理系统。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例公开了一种电池组的电池均衡方法，包括以下步骤：检测电池组的当前工作状态；如果所述电池组的当前工作状态为充电或放电状态，则以压差积分均衡方式对所述电池组的单体电池进行均衡；以及如果所述电池组的当前工作状态为待机状态，则以容量均衡方式对所述电池组的单体电池进行均衡。

根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法，通过使用容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡，在电池的整个生命期内实时通过能量转移的方法对电池组中的单体电池进行均衡控制，使得单体电池容量趋于一致，最终可以实现电池组在充电过程中各个单体电池同时充满、在放电过程中各个单体电池同时放空、实现电池最优使用，延长电池的使用寿命，减少电池的维护成本。

本发明第二方面的实施例公开了一种电池管理系统，包括：电池组，所述电池组包括多个单体电池；多个电池管理单元，每个所述电池管理单元分别与一个单体电池相对应，用于采集每个所述单体电池的电池参数；以及电池电子控制单元，与所述多个电池管理单元相连，用于收集所述单体电池的电池参数，并根据所述电池参数生成所述单体电池的均衡控制指令，其中，所述电池电子控制单元根据本发明第一方面的实施例的电池均衡方法生成均衡控制指令，所述电池管理单元根据所述均衡控制指令对所述单体电池进行均衡。

根据本发明实施例的电池管理系统，通过使用容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡，在电池的整个生命期内实时通过能量转移的方法对电池组中的单体电池进行均衡控制，使得单体电池容量趋于一致，最终可以实现电池组在充电过程中各个单体电池同时充满、在放电过程中各个单体电池同时放空、实现电池最优使用，延长电池的使用寿命，减少电池的维护成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为电池组的各个单体电池电压放电的曲线图；

图2为电池的开路电压与电池容量之间的关系图；

图3为根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法的流程图；

图4为根据本发明一个实施例的电池均衡方法的流程示意图；

图5为根据本发明实施例的压差积分均衡方式的流程图；

图6为根据本发明一个实施例的压差积分均衡方式的流程示意图；

图7为根据本发明实施例的容量均衡方式的流程图；

图8为根据本发明一个实施例的压差积分均衡方式的流程示意图；

图9为以现有技术的均衡方法对电池组进行均衡后的效果示意图；

图10为以本发明的均衡方法对电池组进行均衡后的效果示意图；

图11为根据本发明一个实施例的电池管理系统的结构示意图；和

图12为根据本发明一个实施例的电池管理单元的均衡控制电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

发明人研究发现如果使用电池电压描述电池一致性问题，那么由于电池在充放电的平坦期（电压在标称电压附近，即电池容量增加或减少过程中开路电压表现为不变或变化缓慢）内电池组中的单体电池电压基本保持一致，因此就会认为电池一致性极佳，从而导致如果储能系统只在电池平坦期使用，那么电池就得不到均衡或是执行误均衡。例如，图1为电池组的各个单体电池电压放电的曲线图。如图1所示，单体电池3在横坐标为401到501期间的电压相对于其他3节电池来说比较高，但是此时单体电池3的实际容量相对较低（可由电池放电至低压附近看出），如果按照现有的均衡技术处理方式，系统将会对单体电池3执行放电均衡而导致误均衡动作；相反，单体电池3在横坐标为601到901期间，单体电池3与其他3节电池的电压基本保持一致，但是此时单体电池3的实际容量偏低，如果按照现有的均衡技术处理方式，系统不会对单体电池3执行充电均衡动作而导致单体电池3得不到均衡。

为了解决上述问题，发明人考虑在现有的均衡控制的基础上增加一种容量均衡的控制策略。容量均衡是根据单体电池容量与电池组平均电池容量而执行的一种均衡控制动作，容量小的电池则执行充电均衡，容量大的电池则执行放电均衡。这种方式均衡的容量多少明确而不会产生误均衡动作或不动作。但是，由于电池组中的单体电池容量很难通过安时积分获取，因此只能通过静置后的单体电池开路电压查询其电池容量。然而发明人发现在电池平坦期，电池的开路电压基本保持一致（如图2所示），因此在此期间系统不易通过容量均衡控制方式执行电池均衡处理。

为此，考虑使用压差积分均衡的控制策略在电池平坦期对电池进行均衡处理。压差积分均衡的方式是首先计算一段时间T（T根据均衡电流的大小确定，如果均衡电流大则T短，反之则T长）内，单体电池电压与电池组平均电压的差的积分，然后根据积分值的大小确定电池是否执行均衡。

综上，在本发明中，在现有的均衡控制的基础上增加一种容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡。

下面参考附图详细描述根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法。

图3为根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法的流程图。图4为根据本发明一个实施例的电池均衡方法的流程示意图。如图3和图4所示，根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法包括以下步骤。

步骤S110：检测电池组的当前工作状态。

应理解，在执行电池均衡之前，还应首先检查系统是否可以执行均衡控制任务，如果可以，则继续执行后续步骤。如果不可以，则停止所有单体电池的均衡。在本发明的一个实施例中，判断可以执行均衡控制任务的条件包括：电池电压采样和温度采样正常、系统不为初始化状态、均衡电路正常等。

步骤S120：如果电池组的当前工作状态为充电或放电状态，则以压差积分均衡方式对电池组的单体电池进行均衡。

图5为根据本发明实施例的压差积分均衡方式的流程图。图6为根据本发明一个实施例的压差积分均衡方式的流程示意图。如图5和图6所示，根据本发明实施例的压差积分均衡方式包括下述步骤。

步骤S201：计算预设时间T内电池组中每个单体电池的单体电池电压Vcell与电池组平均电压Vavg之间差值的累积之和并生成累积值。

在本发明的实施例中，预设时间T可以根据均衡电流大小进行配置。电流大，则配置预设时间短些，反之，则配置预设时间长些。

步骤S202：停止对各个单体电池进行均衡。应理解的是，只停止以压差积分均衡方式进行均衡的单体电池。

压差积分均衡方式的理念为多次而少量，由此既能提高均衡效率又能有效防止过均衡。

步骤S203：从电池组的多个单体电池中选择出满足压差积分均衡条件的部分单体电池，并对这些单体电池进行均衡。

其中，部分单体电池可以是满足压差积分均衡条件的一个或多个单体电池。具体地，从第一个单体电池起依次进行判断。如果单体电池的累积值的最大值Vmax的绝对值大于第一均衡门限值Vlim，则该单体电池满足均衡条件。在本发明的一个实施例中，为了保证在平坦期可进行正常均衡处理，设置的第一均衡门限值为Vlim=10mV*T*60s（mV）。之后，再根据累积值与0的大小决定均衡动作，如果累积值大于0，则对该单体电池进行充电均衡，如果累积值小于0，则对该单体电池进行放电均衡。如此重复，直至所有的单体电池均完成均衡判定，结束一次以压差为参考的压差积分均衡控制任务。

步骤S130：如果电池组的当前工作状态为待机状态，则以容量均衡方式对电池组的单体电池进行均衡。

在本发明的一个实施例中，在待机时间到达一定的预定值之后，进行容量均衡方式的控制策略。

图7为根据本发明实施例的容量均衡方式的流程图。图8为根据本发明一个实施例的容量均衡方式的流程示意图。如图7和图8所示，根据本发明实施例的容量均衡方式包括下述步骤。

步骤S301：检测电池组内的每个单体电池是否为高压或低压状态。

如果单体电池为高压或低压状态，则继续执行后续的步骤，否则退出。

步骤S302：如果为高压或低压状态，则分别计算每个单体电池的单体电池容量SOCi和电池组的平均容量SOCavg。

在本发明实施例中，根据如图2所示的开路电压与电池容量的关系图，通过开路电压查询对应的电池容量，然后结合标称容量计算电池真实容量。

步骤S303，从电池组的多个单体电池中选择出满足容量均衡条件的部分单体电池，并对这些单体电池进行均衡。

其中，部分单体电池可以是满足容量均衡条件的一个或多个单体电池具体地，从第一个单体电池起依次进行判断。如果单体电池的电池容量SOCi和电池组的平均容量SOCavg之差的绝对值大于第二均衡门限值SOClim，则确定该单体电池满足容量均衡条件。之后，再根据单体电池容量与电池组的平均容量之间的关系对单体电池进行均衡。如果单体电池容量SOCi大于电池组的平均容量SOCavg，则按照预设均衡时间对单体电池进行放电均衡；如果单体电池容量小于电池组的平均容量，则按照预设均衡时间对单体电池进行充电均衡。如此重复，直至所有的单体电池均完成均衡判定，结束一次以容量为参考的容量均衡控制任务。

在本发明的一个实施例中，预设均衡时间为Tb=（（|CAPavg-CAPi|）/CAPstand）*（CAPstand/Bcur），其中，Tb为均衡时间，CAPavg为电池组的平均容量，CAPi为单体电池容量，CAPstand为电池的标称容量，Bcur为均衡电流。

图9为以现有技术的均衡方法对电池组进行均衡后的效果示意图。图10为以本发明的均衡方法对电池组进行均衡后的效果示意图。由图9和图10的结果可以看出，根据本发明实施例的电池组的电池均衡方法，通过使用容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡，在电池的整个生命期内实时通过能量转移的方法对电池组中的单体电池进行均衡控制，使得单体电池容量趋于一致，最终可以实现电池组在充电过程中各个单体电池同时充满、在放电过程中各个单体电池同时放空、实现电池最优使用，延长电池的使用寿命，减少电池的维护成本。并且，通过容量与压差积分相结合的方式执行均衡条件的判断，有效地增加均衡控制的真实性，减少误均衡或过均衡控制，提高了均衡效率。

为实现上述实施例，本发明另一方面还提出一种电池管理系统。

图11为根据本发明一个实施例的电池管理系统的结构示意图。如图11所示，根据本发明实施例的电池管理系统包括电池组1、多个电池管理单元2、电池电子控制单元3。

电池组1包括多个单体电池。每个电池管理单元2分别与一个单体电池相对应，用于采集每个单体电池的电池参数，如电池电压、电流、温度等。电池电子控制单元3与多个电池管理单元2相连，用于收集单体电池的电池参数，并根据电池参数生成单体电池的均衡控制指令。其中，电池电子控制单元3根据本发明的电池均衡方法生成均衡控制指令，电池管理管理2根据均衡控制指令对单体电池进行均衡。

具体地，电池电子控制单元3检测电池组的当前工作状态。如果电池组的当前工作状态为充电或放电状态，则执行压差积分均衡控制，即电池电子控制单元1计算预设时间内电池组中每个单体电池的单体电池电压与电池组平均电压之间差值的累积之和并生成累积值，广播发送电池停止均衡的控制命令，根据累积值对多个单体电池进行是否均衡的判定，并根据判定结果向电池管理单元2发送相应的均衡控制命令。具体的控制方法参照上述方法实施例的描述。

如果电池组的当前工作状态为待机状态，则执行容量均衡控制，即电池电子控制单元1根据每个单体电池的电压参数检测每个单体电池是否为高压或低压状态，如果是，则根据单体电池电压计算每个单体电池的单体电池容量和电池组的平均容量，并根据每个单体电池的单体电池容量和电池组的平均容量对多个单体电池进行是否均衡的判定，并根据判定结果向电池管理单元2发送相应的均衡控制命令。具体的控制方法参照上述方法实施例的描述。

图12为本发明一个实施例的电池管理单元的均衡控制电路示意图。如图12所示，在本实施例中，电池组包括五个单体电池C1~C5，均衡控制电路包括充放电选择开关K、均衡电池选择开关k1~k6、耗散电阻R和充电机。

充电机为电池均衡充电提供能量，以增加电池的能量。耗散电阻R以电能转化为热能的形式减少电池能量而达到电池均衡放电的效果。充放电选择开关K由单片机控制，如为充电均衡则把开关K打到充电机上，如为放电均衡则把开关K打到耗散电阻R上。均衡电池选择开关k1~k6由单片机控制，通过不同的打开和闭合组合选择不同的单体电池进行均衡。例如，如为单体电池C1进行均衡，则选择k1和k2进行闭合。

根据本发明实施例的电池管理系统，通过使用容量均衡与压差积分均衡相结合的均衡控制策略，实现电池组的实时电池均衡，在电池的整个生命期内实时通过能量转移的方法对电池组中的单体电池进行均衡控制，使得单体电池容量趋于一致，最终可以实现电池组在充电过程中各个单体电池同时充满、在放电过程中各个单体电池同时放空、实现电池最优使用，延长电池的使用寿命，减少电池的维护成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在本发明中，术语“多个”是指两个或两个以上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种电池组的电池均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测电池组的当前工作状态；

如果所述电池组的当前工作状态为充电或放电状态，则以压差积分均衡方式对所述电池组的单体电池进行均衡，进一步包括：

计算预设时间内所述电池组中每个单体电池的单体电池电压与电池组平均电压之间差值的累积之和并生成累积值；

停止对各个单体电池进行均衡；

从所述电池组的多个单体电池中选择出满足压差积分均衡条件的单体电池，并对所述单体电池进行均衡；以及

如果所述电池组的当前工作状态为待机状态，则以容量均衡方式对所述电池组的单体电池进行均衡，进一步包括：

检测所述电池组内的每个单体电池是否为高压或低压状态；

如果为高压或低压状态，则分别计算所述每个单体电池的单体电池容量和所述电池组的平均容量；以及

从所述电池组的多个单体电池中选择出满足容量均衡条件的单体电池，并对所述单体电池进行均衡。

2.如权利要求1所述的电池组的电池均衡方法，其特征在于，所述压差积分均衡条件为所述累积值的最大值的绝对值大于第一均衡门限值。

3.如权利要求2所述的电池组的电池均衡方法，其特征在于，对部分单体电池进行均衡进一步包括：

如果所述单体电池的所述累积值大于0，则对所述单体电池进行放电均衡；以及

如果所述单体电池的所述累积值小于0，则对所述单体电池进行充电均衡。

4.如权利要求1所述的电池组的电池均衡方法，其特征在于，所述容量均衡条件为所述单体电池容量和所述电池组的平均容量之差的绝对值大于第二均衡门限值。

5.如权利要求4所述的电池组的电池均衡方法，其特征在于，对部分单体电池进行均衡进一步包括：

如果所述单体电池容量大于所述电池组的平均容量，则按照预设均衡时间对所述单体电池进行放电均衡；以及

如果所述单体电池容量小于所述电池组的平均容量，则按照预设均衡时间对所述单体电池进行充电均衡。

6.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

电池组，所述电池组包括多个单体电池；

多个电池管理单元，每个所述电池管理单元分别与一个单体电池相对应，用于采集每个所述单体电池的电池参数；以及

电池电子控制单元，与所述多个电池管理单元相连，用于收集所述单体电池的电池参数，并根据所述电池参数生成所述单体电池的均衡控制指令，

其中，所述电池电子控制单元根据如权利要求1至5任一项所述的电池均衡方法生成均衡控制指令，所述电池管理单元根据所述均衡控制指令对所述单体电池进行均衡。