CN104485705B - 多串电池组均衡管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多串电池组均衡管理方法及系统，包括：步骤A：得到电压表；步骤B：得到权重表；步骤C：确定短板电池；步骤D：执行均衡；步骤E：判断短板电池是否发生变化。本发明具有如下的有益效果：1、均衡时间长，充分利用均衡能力；2、正确开启均衡，减少反复来回均衡，提供系统运行效率；3、降低对均衡电流要求，降低对电子器件参数要求，降低成本；4、在使用被动均衡时，对电路散热要求较低，简化设计，降低成本；5、能够筛选出衰减最快的电池，方便后期维护。
Description
技术领域
本发明涉及新能源-电池管理，具体地，涉及多串电池组均衡管理方法及系统。
背景技术
目前，由于电池组串联使用可以获得一定的电压、功率和能量等级，使得其应用非常广泛：从日常使用的手机和笔记本电脑到未来汽车的发展方向——电动汽车，均离不开串联电池组。在串联电池组的使用过程中，每个电池单元具有不一致性，这样就使得电池在充放电阶段容易出现过充电和过放电等现象。所以必须对电池组进行均衡管理，从而达到保护串联电池组电源的目的。
传统的多串电池组均衡管理方法存在如下不足之处：
1)均衡时间短，均衡效果不明显；
2)错误开启均衡，导致反复来回均衡，做无效功；
3)要求均衡电流大，增加对电子器件参数要求，提高成本；
4)若使用被动均衡，对电路散热有较高要求，提高成本；
5)对筛选不一致电池造成干扰，不利于后期维护。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多串电池组均衡管理方法，其要解决的技术问题体现在以下几点：
1)电池状态有关于单体电池的荷电状态和当前运行功率，在描述电池状态差异的时候应按照同一状态下的差异，而不能用不同状态下的差异来做判断。
2)均衡开启判断条件由上次充放电循环过程中电池差异决定，而不是当前状态。
3)均衡时间由均衡的效果进行调整，逐渐使电池差异减小。
4)均衡策略执行较长时间后电池差异性增大时，判断出电池衰减程度已超出均衡能力。
根据本发明提供的一种多串电池组均衡管理方法，包括如下步骤：
步骤A：在电池串中各个电池充放电过程中，采集电池的电压值、电流值、荷电状态，以得到各个电池的电压表，其中，所述电压表记录了在多种电流值和荷电状态的组合Z下对应的电压值；
步骤B：设定在所述多种电流值和荷电状态的组合Z下对应的权值，得到权重表；
步骤C：若电池A与串内其它电池的差异权值均为负、且绝对值均大于设定阈值，则认为满足均衡条件，启动均衡，记电池A为短板电池；
其中，所述差异权值通过如下步骤得到：
步骤i：将电池串内一个电池的电压表T1与串内另一个电池的电压表T2内的各相应电压值做减法获得差值表，其中，所述相应电压值是指电压表T1与电压表T2内在同一种电流值和荷电状态的组合下的两个电压值；
步骤ii：将差值表与权重表内各相应的差值与权值相乘，然后对各相应的差值与权值相乘的结果求和，得到所述差异权值，其中，所述相应的差值与权值是指差值表与权重表内在同一种电流值和荷电状态的组合下的差值和权值；
步骤D：当通过C认为满足均衡条件而启动均衡，则执行如下均衡：
-启动所述短板电池的正向均衡，其中，所述正向均衡是指，执行的均衡使所述短板电池与所述其它电池的差异权值的和值向正的方向发展；或者
-启动所述其它电池的负向均衡，其中，所述负向均衡是指，执行的均衡使所述短板电池与所述其它电池的差异权值的和值向负的方向发展；
步骤E：判断短板电池是否发生变化：
-若短板电池未发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值减小，则增加均衡时间，以增加后的均衡时间返回步骤D再次执行均衡；
-若短板电池未发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值增大，则减少均衡时间，以减少后的均衡时间返回步骤D再次执行均衡；
-若短板电池发生变化，则将均衡时间调整为设定的默认值，以调整为默认值的均衡时间返回步骤D再次执行均衡。
优选地，在超过设定的均衡累计时间或者超过设定的均衡累计次数后，短板电池仍然没有发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值继续增大，则判定为电池衰减程度已超出均衡能力，提示进行维护。
优选地，步骤D所执行均衡的均衡时间u(n)，根据如下方式得到：
e(n)＝r(n)-c(n)
其中，u(n)为执行n次均衡循环后下次执行均衡的均衡时间，r(n)为对应于执行第n次均衡后的差异权值阈值，c(n)为执行第n次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值，KP、TI、TD为常数，T为均衡循环周期，n为当前均衡循环周期数，i表示执行第i次均衡循环，e(i)为对应于执行第i次均衡循环后的差异权值阀值r(i)与执行第i次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值c(i)的差值，u0为均衡时间的默认值。
优选地，在步骤E中，所述增加均衡时间，是指对当前的均衡时间增加所述减少均衡时间，是指对当前的均衡时间减少
其中，T为均衡循环周期，Ka为开启均衡电池所在回路的均衡电流与该开启均衡电池额定漏电流的比值。
根据本发明提供的一种多串电池组均衡管理系统，用于执行上述的多串电池组均衡管理方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、均衡时间长，充分利用均衡能力；
原因：由于采用步骤1～5作为均衡判断依据，而非用电池串内电池电压差作为均衡判断依据的传统方式，这样即使电池在充放电过程中由于电流波动产生电压波动进而产生了电压差波动，同样可以进行均衡，在电池的整个循环过程中都可以做均衡。
2、正确开启均衡，减少反复来回均衡，提供系统运行效率；
原因：由于采用步骤6～7控制均衡时间，参照均衡的效果来调整均衡时间，均衡效果按照电池在整个循环的数据来评估。相比只用某一时段或某一刻的电压差值来决定均衡时间以及没有均衡效果反馈的传统方式，本发明更能针对电池状态有效控制均衡时间，避免过度均衡而导致反复来回均衡。
3、降低对均衡电流要求，降低对电子器件参数要求，降低成本；
原因：均衡的效果与均衡的电量有关其中，t为均衡开启时间，Q(t)为均衡电量，I(t)为均衡电流，由于第1点的原因，本发明可以在任何时候进行均衡，因此t可以取值更大，相比只能在充电末期由于电压差值而启动均衡的方式，完全可以在不影响均衡效果Q的前提下降低均衡电流I的要求。由于器件允许的电流值越高价格越高，因此本发明可以利用较低成本的器件来均衡，达到降成本的目的。
4、在使用被动均衡时，对电路散热要求较低，简化设计，降低成本；
原因：由于被动均衡是把电池的能量通过电阻消耗掉，由于P(t)＝R*I2(t)，其中，t为均衡开启时间，P(t)为均衡产生的热功率，R为被动均衡电阻阻值，I(t)为均衡电流，I越高所需要的散热要求越高。由于本发明对电流及功率要求低，因此对散热的要求也更低。自然散热即可，不需要特别加风扇，或者散热片。因此降低成本。
5、能够筛选出衰减最快的电池，方便后期维护。
原因：由于采用步骤8，可以判断出均衡已经无法阻止电池间差异变大，因此可以筛选出衰减快的电池，提示进行维护。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的管理方法包含以下步骤：
步骤1：在单体电池充放电过程中采集电池的电压值、电流值、荷电状态。获得在一系列电流值和一系列荷电状态下的单体电池电压值所形成的二维表格。记该表格为单体电池的电压表。每个单体电池电压表中的电流值和荷电状态相同，所以每个电池的电压表的行数相同，列数也相同。
表1电压表
如表1所示，表1中含有设定的M种电流值和N种荷电状态，因此总共形成了M*N种电流值和荷电状态的组合，并记录了每种电流值和荷电状态的组合下的电压值。
步骤2：在上述一系列电流值和一系列荷电状态所形成的表格内填写权值。记该表格为权重表。由于权重表中设定的电流值和荷电状态与电压表相同(即两者中电流值和荷电状态的组合相同)，所以权重表和电压表的行数相同，列数也相同。
表2权重表
步骤3：由于串内各个电池的电压表的行数相同，列数也相同，电池串内的某个电池的电压表与串内另外一个电池的电压表内各相应的元素(即电压值)可以分别做减法获得差值表，其中，所述相应的元素，是指两个电压表中对应于同一种电流值和荷电状态的组合的两个元素。
步骤4：由于串内各个电池的电压表的行数相同，列数也相同，电池串内的某个电池与串内另外一个电池形成的差值表与权重表内各对应元素(即差值表中的差值与权重表中的权值)可以相乘并再将相乘结果累加，获得两个电池状态的差异权值，其中，所述对应对元素是指差值表与权重表内在同一种电流值和荷电状态的组合下的差值和权值
步骤5：对均衡条件进行判断，当某电池与串内其它电池的差异权值均为负时，并且绝对值都大于某设定阈值作为判断均衡启动条件。记该电池为短板电池。
步骤6：当步骤5所述的启动均衡条件满足时，或者启动短板电池的正向均衡，或者启动其它电池的负向均衡，均衡时间由启动均衡的电池与短板电池的差异权值绝对值和其产生的效果决定。具体为：
计算公式：
e(n)＝r(n)-c(n)
其中u(n)为执行n次均衡循环后下次执行均衡的均衡时间，r(n)为对应于执行第n次均衡后的差异权值阈值，c(n)为执行第n次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值，KP、TI、TD为常数，T为均衡循环周期，n为当前均衡循环周期数，i表示执行第i次均衡循环，e(i)为对应于执行第i次均衡循环后的差异权值阀值r(i)与执行第i次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值c(i)的差值，u0为均衡时间的默认值。
其中，按照均衡的效果，如果均衡某电池使其相对其它电池的差异权值向正的方向发展，则为记为正向均衡；如果均衡某电池使其相对于其它电池的差异权值向负的方向发展则为记为负向均衡；
步骤7：均衡结束后通过执行步骤1至步骤4后，获得新的差异权值。如果短板电池未变，相对其它电池的差异权值的绝对值减小，说明均衡效果明显，则对原来的均衡时间按照均衡电流与电池额定漏电流的比值Ka增加如果短板电池未变但相对其它电池的差异权值的绝对值增大，说明均衡效果不佳，则在原来的均衡时间上减少如果短板电池改变，则均衡时间都恢复为默认值。其中，T为均衡循环周期，Ka为开启均衡电池所在回路的均衡电流与该开启均衡电池额定漏电流的比值。
步骤8：重复步骤1至步骤7一段时间，已经使用最大能力进行均衡后，短板电池仍一直保持不变，相对于其它电池的差异权值的绝对值增加，说明电池衰减程度已超出均衡能力，提示系统进行维护。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种多串电池组均衡管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：在电池串中各个电池充放电过程中，采集电池的电压值、电流值、荷电状态，以得到各个电池的电压表，其中，所述电压表记录了在多种电流值和荷电状态的组合Z下对应的电压值；
步骤B：设定在所述多种电流值和荷电状态的组合Z下对应的权值，得到权重表；
步骤C：若电池A与串内其它电池的差异权值均为负、且绝对值均大于设定阈值，则认为满足均衡条件，启动均衡，记电池A为短板电池；
其中，所述差异权值通过如下步骤得到：
步骤i：将电池串内一个电池的电压表T1与串内另一个电池的电压表T2内的各相应电压值做减法获得差值表，其中，所述相应电压值是指电压表T1与电压表T2内在同一种电流值和荷电状态的组合下的两个电压值；
步骤ii：将差值表与权重表内各相应的差值与权值相乘，然后对各相应的差值与权值相乘的结果求和，得到所述差异权值，其中，所述相应的差值与权值是指差值表与权重表内在同一种电流值和荷电状态的组合下的差值和权值；
步骤D：当通过步骤C认为满足均衡条件而启动均衡，则执行如下均衡：
-启动所述短板电池的正向均衡，其中，所述正向均衡是指，执行的均衡使所述短板电池与所述其它电池的差异权值的和值向正的方向发展；或者
-启动所述其它电池的负向均衡，其中，所述负向均衡是指，执行的均衡使所述短板电池与所述其它电池的差异权值的和值向负的方向发展；
步骤E：判断短板电池是否发生变化：
-若短板电池未发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值减小，则增加均衡时间，以增加后的均衡时间返回步骤D再次执行均衡；
-若短板电池未发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值增大，则减少均衡时间，以减少后的均衡时间返回步骤D再次执行均衡；
-若短板电池发生变化，则将均衡时间调整为设定的默认值，以调整为默认值的均衡时间返回步骤D再次执行均衡。
2.根据权利要求1所述的多串电池组均衡管理方法，其特征在于，在超过设定的均衡累计时间或者超过设定的均衡累计次数后，短板电池仍然没有发生变化，且短板电池与其它电池的差异权值的和值的绝对值继续增大，则判定为电池衰减程度已超出均衡能力，提示进行维护。
3.根据权利要求1所述的多串电池组均衡管理方法，其特征在于，步骤D所执行均衡的均衡时间u(n)，根据如下方式得到：
e(n)＝r(n)-c(n)
其中，u(n)为执行n次均衡循环后下次执行均衡的均衡时间，r(n)为对应于执行第n次均衡后的差异权值阈值，c(n)为执行第n次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值，KP、TI、TD为常数，T为均衡循环周期，n为当前均衡循环周期数，i表示执行第i次均衡循环，e(i)为对应于执行第i次均衡循环后的差异权值阀值r(i)与执行第i次均衡后短板电池与其它电池的差异权值的和值c(i)的差值，u0为均衡时间的默认值。
4.根据权利要求1所述的多串电池组均衡管理方法，其特征在于，在步骤E中，所述增加均衡时间，是指对当前的均衡时间增加所述减少均衡时间，是指对当前的均衡时间减少
其中，T为均衡循环周期，Ka为开启均衡电池所在回路的均衡电流与该开启均衡电池额定漏电流的比值。
5.一种多串电池组均衡管理系统，其特征在于，所述多串电池组均衡管理系统用于执行权利要求1至4中任一项所述的多串电池组均衡管理方法。
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