CN104167770A - 一种电池组放电控制方法和充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组放电控制方法和充电控制方法，属于新能源汽车动力电池应用技术领域。本发明针对并联电池组出现的环流，将各电池包分别通过相应的继电器后并联在一起，根据对各个电池包的电压采样和电池包的具体状态控制各个继电器的通断，从而实现对电池包的充放电控制，并通过整车CAN将电池信息传输给整车，整车依据电池管理系统发送信息进行适当的功率请求和限制，从而实现对并联电池包环流的消除或抑制，保证电池最大限度的输出能力，保障电池及人员的安全。

Description

一种电池组放电控制方法和充电控制方法

技术领域

本发明涉及一种电池组放电控制方法和充电控制方法，属于新能源汽车动力电池应用技术领域。

背景技术

汽车是现代社会的重要交通工具，也是国民经济的重要支柱产业。随着我国经济持续快速发展和城镇化进程加速推进，今后较长一段时期汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，也是推动汽车产业可持续发展的紧迫任务。国务院办公厅发布《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》，各个汽车公司纷纷将电动车的开发作为汽车开发的重要组成部分，并给予高度重视。近几年，新能源行业凭借自身优势，再加上各国政府的政策法规支持，电动汽车取得了巨大的发展。

为满足新能源汽车的动力需求，延长纯电续驶里程，车载动力电池经常以多包串联或者并联的方式连接。多包串联使用时，整个电池组同时充放，不存在单个电池包间因电压差异而产生环流，对电池产生影响。电池包并联使用时，主要有以下两种情况：第一，单个电池包内不串接继电器开关。并联前，电池包做一致性匹配，并联使用后始终连接在一起，这样环流会在电池包之间自行消除，对电池无影响。第二，为实现对高压安全的管理，电池包并联使用时，在单个电池包内串接继电器开关，实现电池包输出端无高压。第一种情况不存在环流，后者情况因存放环境差异或者单体一致性不好会造成电池包之间有压差，进而在高压并联接通瞬间，有环流存在。压差越大，环流对电池冲击就越大，轻者影响电池寿命，重者可能对电池造成损坏，并产生次生危害，威胁整车及人身资源安全。目前整车上并联使用电池包时，对环流的影响考虑较少，在普遍情况下，设计者根本没有考虑环流的冲击造成的后果，也不能实现电池能量的充分利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池组放电控制方法和充电控制方法，以解决目前整车上并联电池包由于存在环流造成电池寿命缩短以及对电池造成的损坏问题。

本发明为解决上述技术问题而提供了一种电池组放电控制方法,该控制方法包括的步骤如下：

1）检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2）根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行放电；

3）如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较高的电池包优先进行放电，且使整车将动力需求降至为最大功率的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先放电的电池包数量。

所述的电池组处于放电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过低告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止放电，同时使放电功率降至为最大功率的R/N，直至所有电池包都出现告警信息，停止电池组放电，并对外输出充电提醒信息，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过低告警信息的电池包个数。

本发明为解决上述技术问题还提供了一种电池组充电控制方法，其该控制方法包括如下步骤：

1）检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2）根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行充电；

3）如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较低的电池包优先进行充电，同时将充电电流降至为最大电流的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先充电的电池包数量。

所述电池组处于充电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过高告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止充电，同时使充电电流降至为最大电流的R/N，直至所有电池包都充满，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过高告警信息的电池包个数。

本发明的有益效果是:本发明针对并联电池组出现的环流，将各电池包分别通过相应的继电器后并联在一起，根据对各个电池包的电压采样和电池包的具体状态控制各个继电器的通断，从而实现对电池包的充放电控制，并通过整车CAN将电池信息传输给整车，整车依据电池管理系统发送信息进行适当的功率请求和限制，从而实现对并联电池包环流的消除或抑制，保证电池最大限度的输出能力，保障电池及人员的安全。

附图说明

图1是本发明的电池组系统结构图；

图2是本发明的电池组放电控制过程流程图；

图3是本发明的电池组放电控制过程中防过放控制流程图；

图4是本发明的电池组充电控制过程流程图；

图5是本发明的电池组充电控制过程中防过充控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的目的是实现车载动力电池并联使用的安全管理和有效控制，主要针对电池组出现的环流，通过合理有效的控制策略进行消除或抑制，从而保护电池的安全，避免次生安全事故的发生，保障人员及整车资源安全。

本发明所用到的电池组包括电池管理系统和分别与电池组中各个电池包对应连接的继电器，电池组中各个电池包的正极通过各自对应的继电器连接到负载上，负极并接后直接连接到负载的相应端口，电池管理系统包括电池管理系统主板和与各个电池包对应连接的电池管理系统从板，各个电池管理系统从板通过CAN总线与电池管理系统主板相连接，电池管理系统主板控制连接继电器，电池管理系统主板用于根据采集到的各个电池包的电压以及电池组所处的状态控制相应继电器断开或闭合。电池管理系统主板通过CAN总线与整车控制器相连，整车控制器根据电池管理系统主板的判断结果控制整车动力需求功率和充电电流。

本发明的一种电池组放电控制方法的实施例

1.检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2.根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行放电；

3.如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较高的电池包优先进行放电，且使整车将动力需求降至为最大功率的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先放电的电池包数量。

当电池组处于放电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过低告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止放电，同时使放电功率降至为最大功率的R/N，直至所有电池包都出现告警信息，停止电池组放电，并对外输出充电提醒信息，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过低告警信息的电池包个数。

本实施例中我们选用额定电压为165伏，容量为80AH的三个电池包构成的电池组，如图1所示，三个电池包正极对应连接的三个继电器，各个电池包的正极通过各自对应的继电器连接到负载上，负极并接后直接连接到负载的相应端口，电池管理系统从板BMU1、BMU2和BMU3分别与电池包1、电池包2和电池包3的相应端口连接，用于采集各个电池包的温度和电压，电池管理系统从板BMU1、BMU2和BMU3通过CAN总线与电池管理系统主板BCU连接，电池管理系统主板BCU控制连接各个电池包所对应的继电器的控制端。

当整车在放电时，电池管理系统首先进行放电自检，如果电源系统无故障，电池管理系统主板开始进行逻辑控制和计算，如果检测到的电池包1的电压为158V，电池包2的电压为165V，电池包3的电压为163V，经BMS主板计算，电池包1与电池包2的压差为5V，大于设定值，电池管理系统主板根据上述判断结果控制电池包2和电池包3的继电器，同时发送功率限制请求为电池组最大放电功率的2/3，电池包2和电池包3参与整车放电，直至电池包2与电池包1的电压差在5V以内时，闭合电池包1的继电器，电池包完成并联，功率恢复至最大放电功率，为避免电池过放，且在整体放电过程中，实时检测各个电池包的单体电压，当检测到有电池包的单体电压小于2.5V时，电池管理系统主板控制相应电池包的继电器断开，使放电功率降至为原来的2/3。当整车处于充电过程时，充电机提供24V给电池管理系统供电。电池管理系统主板BCU通过CAN连接到整车控制器上，整车控制器根据电池管理系统发送的信息进行适当的功率请求和限制，实现对并联电池包的环流消除或者抑制，保证电池最大限度的输出能力，保障电池及人员的安全。

具体的控制过程流程图如图2和图3所示，利用电池管理系统BMS的从板BMU1、BMU2、BMU2采集电池包1、电池包2和电池包3的电压及温度信息，然后将信息通过内部CAN传输给电池管理系统主板BCU，BCU首先自检，无故障后，判断电池包1电压U1、电池包2电压U2、电池包3电压U3任意两包之间压差，依据不同类型电池，在电池并联接通的瞬间，如果压差小于设定值，即电池包存在压差产生的冲击电流对电池没有影响的话，电池管理系统主板BCU控制继电器1、继电器2、继电器3全部闭合，电池组整体放电；若电池包存在压差，在电池并联接通的瞬间，产生的冲击环流对电池有严重影响，BCU不能直接闭合三个继电器，为满足整车行车需要，必须有选择性的闭合继电器，首先闭合电压较高的电池包放电，同时BCU发送功率限制报警信息，要求整车将动力需求降至为最大功率的1/3（若闭合两个电池包，要求整车将动力需求降至为最大功率的2/3），待闭合的电池包放电一段时间后，BCU再次判断三个电池包之间的压差，若在允许范围内，再闭合第二个继电器，重复上述过程，直至三个电池包最终并联一起，同时BCU取消功率限制请求，三个电池包同时满足整车动力需求。当电池组并联高压全部接通，整体放电过程中，若任意电池包出现单体电压过低告警信息，则BCU在整车放电电流较小时，断开该包电池继电器，停止放电，同时输出告警信息，要求整车将动力需求降至为最大功率的2/3（若有两个电池包出现单体欠压故障，则BCU断开两个电池包继电器，同时整车将动力需求降至为最大功率的1/3）。若三个电池包都出现电压过低告警信息，则BCU切断所有继电器，停止电池组充放电，对外输出告警信息，提醒专业人员充电。

本发明的一种电池组充电控制方法的实施例

1.检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2.根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行充电；

3.如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较低的电池包优先进行充电，同时将充电电流降至为最大电流的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先放电的电池包数量。

当电池组处于充电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过高告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止充电，同时使充电电流降至为最大电流的R/N，直至所有电池包都充满，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过高告警信息的电池包个数。

本实施例中我们选用额定电压为165伏，容量为80AH的三个电池包并联，下面对这三个电池组环流控制方法的具体过程进行详细说明。

当整车在充电状态下，对电池组的控制和管理也分为两方面：一是电池包高压连接前有压差存在，采取对环流消除和抑制的控制策略；另一方面，电池包并联高压接通后，电池组充电后期，为实现电池最大程度的充满，而采取的控制方法，控制过程流程图如图4和图5。充电机提供低压电，电池管理系统BMS工作，BMU1、BMU2、BMU2分别将电池包1、电池包2、电池包3电压、温度信息通过内部CAN传输给BCU。电池管理系统自检，无故障后，判断电池包1电压U1、电池包2电压U2、电池包3电压U3任意两包之间压差，依据不同电池特性，在电池并联接通的瞬间，若电池包间存在压差而产生的冲击电流对电池没有影响的话，电池管理系统主板BCU控制继电器1、继电器2、继电器3直接闭合，电池组整体充电；若电池包存在压差，在电池并联接通的瞬间，产生的冲击环流对电池有严重影响，BCU不能直接闭合三个继电器，BCU首先闭合电压较低的电池包进行充电，同时BCU发送充电请求电流降至为最大电流的1/3（若首先闭合电压较低的两个电池包进行充电，BCU发送充电请求电流降至为最大请求电流的2/3），待闭合的电池包充电一段时间后，BCU再次判断三个电池包之间的压差，在允许范围内时，在闭合所有继电器，三个电池包并联一起，同时BCU取消功率限制请求，三个电池包同时充电。电池组充电末期，若任意电池包出现单体电压过高告警信息，断开该包电池继电器，停止充电，同时要求BMS请求充电电流降至为最大功率的2/3（若两个电池包出现过压信息，则断开两个继电器，同时BCU发送充电请求电流降至为最大请求电流的1/3），直至三个电池包都充满，BCU控制断开所有继电器。

Claims (4)

1.一种电池组放电控制方法，其特征在于，该控制方法包括的步骤如下：

1）检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2）根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行放电；

3）如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较高的电池包优先进行放电，且使整车将动力需求降至为最大功率的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先放电的电池包数量。

2.根据权利要求1所述的电池组放电控制方法，其特征在于，所述的电池组处于放电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过低告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止放电，同时使放电功率降至为最大功率的R/N，直至所有电池包都出现告警信息，停止电池组放电，并对外输出充电提醒信息，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过低告警信息的电池包个数。

3.一种电池组充电控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

1）检测电池组中并联各个电池包的电压，根据检测到电压值计算并联电池包中任意两电池包之间的压差；

2）根据计算得到压差，判断是否有压差大于设定值，如果都小于设定值，控制所有电池包对应的继电器闭合，使电池组整体进行充电；

3）如果存在压差大于设定值，控制每一组压差大于设定值中电压较低的电池包优先进行充电，同时将充电电流降至为最大电流的M/N，其中，N为电池组中并联的电池包个数，M为需要优先充电的电池包数量。

4.根据权利要求3所述的电池组充电控制方法，其特征在于，所述电池组处于充电末期时，检测电池组中各个电池包是否出现单体电压过高告警信息，如果存在，断开相应电池包的继电器，停止充电，同时使充电电流降至为最大电流的R/N，直至所有电池包都充满，其中N为电池组中并联的电池包个数，R为没有出现单体电压过高告警信息的电池包个数。