CN104505550A - 磷酸铁锂电池组的被动均衡方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，包括：确定电池组中电芯的可精确查询剩余电量的电压范围并确定可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系；采集静止状态下各个电芯的开路电压；判断开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内；若开路电压处于可精确查询剩余电量的电压范围内，根据开路电压及可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；基于各个电芯的均衡放电时间对电池组进行被动均衡处理。

Description

磷酸铁锂电池组的被动均衡方法及系统
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种磷酸铁锂电池组的被动均衡方法及系统。
背景技术
磷酸铁锂(Lithium Ion phosphate，LFP)电池是一款绿色环保电池。与一般锂电池相比，磷酸铁锂电池具有安全性高、电池循环寿命长、可快速充放电、同等能量密度下重量小、耐高温等优点，因而拥有良好的应用前景。例如，磷酸铁锂电池组可以应用于EV(electric vehicle,电动汽车)、ESS(Energy Storage System，储能系统)等。常见的应用有电动自行车、电动公交车等。
磷酸铁锂电池组是由多个单节的电芯串联而成的。由于工艺水平的限制，电芯之间存在一定的偏差，同时电芯在使用过程中随着充放电循环次数增加及存储时间、温度等影响，电芯容量衰减也会不一致，从而导致同一电池组内电芯的荷电状态(State of Charge，SoC)出现不一致，造成了同一电池组内电芯的不均衡。SoC也称为“剩余电量”，表示电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，用百分数表示。SoC的其取值范围为0～1，当SoC＝0时表示电池放电完全，当SoC＝1时表示电池完全充满。
磷酸铁锂电池组的这种不均衡会降低磷酸铁锂电池组的性能，减少磷酸铁锂电池组的寿命。因此，需要对磷酸铁锂电池组进行均衡，以使磷酸铁锂电池组内各电芯的剩余电量SoC差值在一定的误差范围内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种磷酸铁锂电池组的被动均衡方法及系统，提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
本发明是这样实现的，提供一种磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，包括：确定所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的可精确查询剩余电量的电压范围并确定可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系；采集静止状态下所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压；判断所述开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；若所述开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，根据所述开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积；根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；基于各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
进一步地，所述对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理包括：将所述电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述预设的电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的电芯进行放电均衡；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于所述电压阈值，则不对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
进一步地，所述计算各个电芯的均衡放电时间包括：检测所述磷酸铁锂电池组的温度；若所述磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间。
进一步地，所述方法还包括每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若所有电芯的均衡放电时间都为0，则结束均衡；否则，若所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，则根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，然后基于更新后的各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
进一步地，所述方法还包括每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若所有电芯的均衡放电时间都为0，则结束均衡；若所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，若为否，则根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，然后基于更新后的各个电芯的均衡放电时间对所述电池组进行被动均衡处理；若所述电池组处于静止状态以及实时采集的开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，则根据实时采集的开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述实时采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的对应所述实时采集的开路电压的剩余电量确定各个电芯的均衡容量。
本发明还提供一种磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，包括：存储模块、采集模块、判断模块、获取模块和均衡模块；其中，所述存储模块用于存储可精确查询剩余电量的开路电压与剩余电量对应关系；所述采集模块用于采集静止状态下所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压；所述判断模块用于判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态，并判断所述开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；所述获取模块用于在所述开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内时，根据所述开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积；所述获取模块还用于根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；所述均衡模块用于基于各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
进一步地，所述系统还包括与每个电芯连接的耗能电路；所述耗能电路包括放电均衡电阻和在所述均衡模块控制下连通或断开的开关器件。
进一步地，所述开关器件包括场效应三极管；所述放电均衡电阻的一端与对应电芯的正极电性连接；所述放电均衡电阻的另一端电性连接所述场效应三极管的漏极；所述场效应三极管的源极电性连接至所述对应电芯的负极；所述场效应三极管的栅极电性连接至所述均衡模块。
进一步地，所述均衡模块进一步用于将所述磷酸铁锂电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述预设的电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的电芯进行放电均衡；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于电压阈值，则不对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
进一步地，所述判断模块进一步用于每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；在所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，通知所述获取模块根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间。
进一步地，所述判断模块进一步用于每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；在所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；若为否，通知所述获取模块根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间；若为是，则通知所述获取模块根据实时采集的开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述实时采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的对应所述实时采集的开路电压的剩余电量确定各个电芯的均衡容量。
进一步地，所述采集模块还用于检测所述磷酸铁锂电池组的温度；若所述磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，所述获取模块还用于调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间。
本发明一实施例中的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法和系统中，使用精确的剩余电量差异作为均衡的依据，并在LFP电池组处于电压高端时进行被动均衡，使均衡判断和执行时机不一定在同时判断执行。并且，本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法和系统，分离了判断依据的筛选和均衡动作的执行，这样提高了判断依据的可靠性，也在任何时机下都可以执行均衡。本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，能够提高LFP电池组的性能，延长LFP电池组的寿命。
附图说明
图1为本发明一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的流程图。
图2为一种磷酸铁锂电芯的特性曲线图。
图3为在电压采样精度为±5mV、剩余电量误差阈值为3％时由电芯特性曲线分析得到的用于确定可精确查询剩余电量的电压范围的曲线图。
图4为本发明另一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的流程图。
图5为本发明另一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的流程图。
图6为本发明一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡系统的结构示意图。
图7为本发明另一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的主要构思是：使用精确的剩余电量SoC差异作为均衡的依据，并在LFP电池组处于电压高端时进行被动均衡动作，分离均衡判断依据的筛选和均衡动作的执行，使均衡判断和执行时机不一定在同时判断执行。
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明一实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的流程图。如图1所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的被动均衡方法可以包括如下步骤：
步骤S101，确定磷酸铁锂电池组中各个电芯的可精确查询剩余电量SoC的电压范围并确定可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系。
在一实施例中，可精确查询剩余电量SoC的电压范围可由电芯特性曲线、电压采样精度和剩余电量SoC误差阈值三者决定。下面以图2和图3为例简要说明确定可精确查询剩余电量SoC的电压范围的方式。
图2为一种磷酸铁锂电芯的特性曲线图。图3为在电压采样精度为±5mV、剩余电量误差阈值为3％时由图2中的电芯特性曲线分析得到的用于确定可精确查询剩余电量SoC的电压范围的曲线图。在图3中，“line”表示期望的误差阈值。参考图2和图3，可知，在2710mV(毫伏)至3283mV的电压区间和3299mV至3317mV的电压区间，可以通过开路电压与剩余电量对应关系依据开路电压精确查询剩余电量SoC的值。因此，2710mV至3283mV的电压区间和3299mV至3317mV的电压区间的并集，是可精确查询剩余电量SoC的电压范围。上述可精确查询剩余电量的电压范围可由电芯特性曲线、电压采样精度和剩余电量误差阈值三者共同决定，并可采用可精确查询剩余电量的开路电压与剩余电量关系表记录可精确查询剩余电量的电压与剩余电量之间的对应关系。
需要说明的是，磷酸铁锂电池的特性曲线是相似的，不同的磷酸铁锂电池电芯配方，将会改变电芯特性曲线，也会导致参数的改变，因此，上述参数主要用于示例性说明。
此外，当各个电芯的材料、工艺等相同时，各个电芯的特性曲线也相同，由此，各个电芯具有相同的可精确查询剩余电量的电压范围，即磷酸铁锂电池组中所有电芯可具有相同的可精确查询剩余电量的开路电压与剩余电量关系表。在一实施例中，可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系也可以采用图2中的非平台区域230表示。
步骤S103，采集静止状态下磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压；
在一实施例中，步骤S103具体包括：判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态；若磷酸铁锂电池组处于静止状态，则采集磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压。
在一实施例中，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态可包括：判断磷酸铁锂电池组的电流是否小于0.03C(库伦)或小于3A(安培)并且持续30min(分钟)以上；若是，则确认磷酸铁锂电池组处于静止状态。
步骤S105，判断采集的开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内；若采集的开路电压处于可精确查询剩余电量的电压范围内，则执行步骤S107，否则结束；
步骤S107，根据采集的开路电压及可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积；
在一实施例中，步骤S107中的根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量可包括下述步骤：
获取电池组中各个电芯的剩余电量差值，其中，剩余电量差值等于电芯的剩余电量与剩余电量最小值的差值，剩余电量最小值指磷酸铁锂电池组中所有电芯的剩余电量中的最小值；根据剩余电量差值确定对应电芯的均衡容量，电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与该电芯的剩余电量差值的乘积。
如果设磷酸铁锂电池组中第x个电芯的剩余电量为SoC(x)，磷酸铁锂电池组的所有电芯的剩余电量中最小值为SoCmin，则SoC(x)与SoCmin的差值ΔSoC(x)即为磷酸铁锂电池组中第x个电芯的剩余电量差值，ΔSoC(x)＝SoC(x)-SoCmin。
设磷酸铁锂电池组中第x个电芯的容量为Cap(x)，第x个电芯需要均衡的容量为ΔCap(x)，ΔCap(x)＝第x个电芯的额定容量*ΔSoC(x)，该式中的符号“*”为乘号。
步骤S109，根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；
在一实施例中，均衡放电电流可根据各个电芯的外电压与均衡放电电阻计算，如均衡放电电流＝外电压/均衡放电电阻。均衡放电电阻的大小可根据磷酸铁锂电池组的散热能力和电阻功率等决定：若电池组的散热能力较好或功率较大，可接受较大电流，选择较小均衡放电电阻，否则选择较大均衡放电电阻。在一实施例中，可预估均衡放电电流＝3.3/均衡放电电阻。
在其它实施例中，可将均衡放电电阻设置为可变电阻，其可在微控制系统(MCU)的控制下调节电阻值的大小，从而可根据磷酸铁锂电池组的温度调节均衡放电电阻的放热量以防止由于被动均衡放电而导致磷酸铁锂电池组的温度进一步升高。此外，可根据实际需求调节单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间，如加快放电速度或降低放电速度。换言之，步骤S109可进一步包括：检测磷酸铁锂电池组的温度；若磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间，从而达到进一步保护电芯的目的。温度设定值可根据电池组的安全要求设定。
步骤S111，基于磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡放电时间对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
其中，对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理可以包括如下步骤：
将磷酸铁锂电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若磷酸铁锂电池组的平均电压大于电压阈值，则对磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。若磷酸铁锂电池组的平均电压小于电压阈值，则不对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
其中，电压阈值用于将整体磷酸铁锂电池组的电压人为的分为电压高端和电压低端。一般以磷酸铁锂电池组中电芯的平均电压在平台区和非平台区的拐点处的电压作为电压阈值，记为Vg。磷酸铁锂电池组中电芯的平均电压大于Vg则认为磷酸铁锂电池组处于电压高端，否则处于电压低端。在一实施例中，电压阈值Vg可采用下面的步骤确定：
将图2中的电芯特性曲线划分为平台区210和非平台区230，并取得非平台区230与平台区210之间的拐点D处的拐点电压，记为VD；根据拐点电压VD及补偿量offset计算电压阈值Vg，电压阈值Vg＝拐点电压VD+补偿量offset；
其中，补偿量offset可根据采样误差、换算剩余电量SoC误差、均衡一小段时间的容量误差等计算。若补偿量offset较大，磷酸铁锂电池组被动均衡的机会将降低，但会提高磷酸铁锂电池组的安全性。在一实施例中，补偿量offset可取50mV。
当各个电芯的均衡放电时间都为0时，被动均衡结束。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，使用精确的剩余电量SoC差异作为均衡的依据，并在磷酸铁锂电池组处于电压高端时进行被动均衡，使均衡判断和执行时机不一定在同时判断执行。并且，本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，分离了判断依据的筛选和均衡动作的执行，这样提高了判断依据的可靠性，也在任何时机下都可以执行均衡。本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，能够提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
图4为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的另一种流程图。如图4所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的被动均衡方法可以包括如下步骤：
步骤401～411与上述步骤101～111相同，此处不再赘述。
步骤S413，每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若磷酸铁锂电池组中所有电芯的均衡放电时间都为0，则执行步骤S419，否则，若磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，则执行步骤S417；
步骤S417，根据各个电芯的实际放电时间，更新各个电芯的均衡放电时间，然后执行步骤S411；
步骤S419，结束均衡。
在本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法中，通过各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，可以避免过放电导致磷酸铁锂电池组的性能降低或损坏，从而进一步提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
图5为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡方法的另一种流程图。如图5所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的被动均衡方法可以包括如下步骤：
步骤501～511与上述步骤101～111相同，此处不再赘述。
步骤S513，每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若磷酸铁锂电池组中所有电芯的均衡放电时间都为0，则执行步骤S519，否则，若磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，则执行步骤S515；
步骤S515，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内；若为否，则执行步骤S517；若为是，则执行步骤S507；
步骤S517，根据各个电芯的实际放电时间，更新各个电芯的均衡放电时间，然后执行步骤S511；
步骤S519，结束均衡。
在本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法中，每隔预定时间如30分钟或1小时判断，按照可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系重新确定各个电芯的均衡放电时间或根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，可以避免过放电导致磷酸铁锂电池组的性能降低或损坏，从而进一步提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
下面通过具体应用场景中的一个示例来对本发明的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法作进一步的说明。
在该具体示例中，包括如下步骤：
步骤a，通过电池管理系统(battery management system，BMS)实时采集磷酸铁锂电池组中电芯电压，静止状态下，若所有电芯的电压均落在可精确查询剩余电量的电压范围内，则根据可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系得到每一个电芯的剩余电量SoC，第x个电芯的SoC记为SoC(x)(x表示电芯的下标，下同)；
步骤b，从磷酸铁锂电池组所有电芯的剩余电量SoC中挑选出最小值，记为SoCmin，根据SoC(x)和SoCmin得到每个电芯与最小剩余电量SoCmin的剩余电量差值记录为ΔSoC，第x个电芯的剩余电量差值，记录为ΔSoC(x)，ΔSoC(x)＝SoC(x)-SoCmin；
步骤c，根据第x个电芯的均衡容量ΔCap(x)＝第x个电芯的额定容量*ΔSoC(x)进行换算，得到每个电芯的需要均衡的均衡容量ΔCap(x)，并记录，其中，每个电芯的额定容量是已知的；
步骤d，根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；
步骤e，以电压阈值Vg为界，将整体磷酸铁锂电池组的电压人为的分为电压高端和电压低端，如果磷酸铁锂电池组中电芯的平均电压大于电压阈值Vg则认为磷酸铁锂电池组处于电压高端，否则，如果磷酸铁锂电池组中电芯的平均电压小于电压阈值Vg则认为磷酸铁锂电池组处于电压低端；
步骤f，若磷酸铁锂电池组处于电压高端，则对磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。若磷酸铁锂电池组处于电压低端，则不对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
步骤g，在放电均衡过程中，统计每个电芯的放电时间；
步骤h，每隔一段时间(例如30min或1小时)，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若磷酸铁锂电池组中所有电芯的均衡放电时间都为0，则结束均衡，否则，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内；若为否，根据各个电芯的实际放电时间，更新各个电芯的均衡放电时间，然后执行步骤f；若为是，则执行步骤a。
图6为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡系统的一种结构框图。如图6所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的被动均衡系统可以包括存储模块100、采集模块110、判断模块120、获取模块140、均衡模块160和与每个电芯连接的耗能电路180。
其中，存储模块100用于存储可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系。
采集模块110用于采集静止状态下磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压。
判断模块120用于判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态，并判断采集的开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内。在一实施例中，判断模块120判断磷酸铁锂电池组的电流是否小于0.03C(库伦)或小于3A(安培)并且持续30min(分钟)以上；若磷酸铁锂电池组的电流小于0.03C(库伦)或小于3A(安培)并且持续30min(分钟)以上，则判断模块120确认磷酸铁锂电池组处于静止状态。
获取模块140用于在采集的开路电压处于可精确查询剩余电量的电压范围内时，根据采集的开路电压及可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积。
获取模块140还用于根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间。
均衡模块160用于基于磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡放电时间对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。在一实施例中，均衡模块160用于将磷酸铁锂电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若磷酸铁锂电池组的平均电压大于预设的电压阈值，则对磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的电芯进行放电均衡；若磷酸铁锂电池组的平均电压小于电压阈值，则不对磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
耗能电路180用于在被动均衡过程中通过发热消耗电芯上的电量。在一实施例中，耗能电路180包括放电均衡电阻182和可在均衡模块160控制下连通或断开的开关器件184如继电器、场效应三极管等。以图6中的电芯Ct及开关器件184为场效应三极管为例，电芯Ct的正极电性连接放电均衡电阻182的一端；放电均衡电阻182的另一端电性连接场效应三极管184的漏极；场效应三极管184的源极电性连接至电芯Ct的负极；场效应三极管184的栅极电性连接至均衡模块160。在被动均衡过程中，均衡模块160控制场效应三极管184导通，使得耗能电路180闭合，从而使得放电均衡电阻182发热以释放电芯Ct上的电能。
此外，在一实施例中，判断模块120进一步用于每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；并在磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，通知获取模块140根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间。
在一实施例中，判断模块120进一步用于每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；并在磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于可精确查询剩余电量的电压范围内；若为否，通知获取模块140根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间；若为是，则通知获取模块140根据实时采集的开路电压及可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得实时采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，使用精确的剩余电量SoC差异作为均衡的依据，并在磷酸铁锂电池组处于电压高端时进行被动均衡动作，使均衡判断和执行时机不一定在同时判断执行。并且，本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，分离了判断依据的筛选和均衡动作的执行，这样提高了判断依据的可靠性，也在任何时机下都可以执行均衡。本发明实施例的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，能够提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。另外，每隔预定时间如30分钟或1小时判断，按照可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系重新确定各个电芯的均衡放电时间或根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，可以避免过放电导致磷酸铁锂电池组的性能降低或损坏，从而进一步提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
图7为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的被动均衡系统的另一种结构框图。如图7所示，与图6所示的实施例相比，本实施例中，磷酸铁锂电池组的被动均衡系统中耗能电路180a的放电均衡电阻182a为可变电阻。其中，放电均衡电阻182a的电阻值可在均衡模块160的控制下变化。此时，采集模块110还用于采集检测磷酸铁锂电池组的温度；均衡模块160用于在磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，控制均衡放电电阻182a降低电阻值。由于放电均衡电阻182a的电阻值可在均衡模块160的控制下变化，因此，可根据磷酸铁锂电池组的温度调节均衡放电电阻182a的放热量以防止由于被动均衡放电而导致磷酸铁锂电池组的温度进一步升高，并可根据实际需求调节均衡放电时间，如加快放电速度或降低放电速度。
此外，在其它实施例中，采集模块110还用于采集检测磷酸铁锂电池组的温度；获取模块140还用于当采集模块110检测到磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，其特征在于，包括：
确定所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的可精确查询剩余电量的电压范围并确定可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系；
采集静止状态下所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压；
判断所述开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；若所述开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，根据所述开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积；
根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；
基于各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，其特征在于，所述对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理包括：
将所述磷酸铁锂电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述预设的电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的电芯进行放电均衡；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于所述电压阈值，则不对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，其特征在于，所述计算各个电芯的均衡放电时间包括：检测所述磷酸铁锂电池组的温度；若所述磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，其特征在于，还包括：
每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若所有电芯的均衡放电时间都为0，则结束均衡；否则，若所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，则根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，然后基于更新后的各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡方法，其特征在于，还包括：
每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；若所有电芯的均衡放电时间都为0，则结束均衡；若所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0，判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，若为否，则根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间，然后基于更新后的各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理；
若所述磷酸铁锂电池组处于静止状态以及实时采集的开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内，则根据实时采集的开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述实时采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的对应所述实时采集的开路电压的剩余电量确定各个电芯的均衡容量。
6.一种磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，包括：存储模块、采集模块、判断模块、获取模块和均衡模块；其中，
所述存储模块用于存储可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系；
所述采集模块用于采集静止状态下所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的开路电压；
所述判断模块用于判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态，并判断所述开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；
所述获取模块用于在所述开路电压处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内时，根据所述开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量；各个电芯的均衡容量等于各个电芯的容量与所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的容量中最小值的差值；电芯的容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量值的乘积；
所述获取模块还用于根据被动均衡原理，计算各个电芯的均衡放电电流，并根据各个电芯的均衡容量和均衡放电电流，计算各个电芯的均衡放电时间；
所述均衡模块用于基于各个电芯的均衡放电时间对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
7.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，还包括与每个电芯连接的耗能电路；
所述耗能电路包括放电均衡电阻和在所述均衡模块控制下连通或断开的开关器件。
8.根据权利要求7所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，所述开关器件包括场效应三极管；所述放电均衡电阻的一端与对应电芯的正极电性连接；所述放电均衡电阻的另一端电性连接所述场效应三极管的漏极；所述场效应三极管的源极电性连接至所述对应电芯的负极；所述场效应三极管的栅极电性连接至所述均衡模块。
9.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，所述均衡模块进一步用于将所述磷酸铁锂电池组的平均电压与预设的电压阈值进行比较；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述预设的电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡放电时间大于0的电芯进行放电均衡；若所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于电压阈值，则不对所述磷酸铁锂电池组进行被动均衡处理。
10.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，所述判断模块进一步用于每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；在所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，通知所述获取模块根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间。
11.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，所述判断模块进一步用于每隔预定时间，判断各个电芯的均衡放电时间是否都为0；在所述磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡放电时间不为0时，判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态以及实时采集的开路电压是否处于所述可精确查询剩余电量的电压范围内；若为否，通知所述获取模块根据各个电芯的实际放电时间更新各个电芯的均衡放电时间；若为是，则通知所述获取模块根据实时采集的开路电压及所述可精确查询剩余电量的电压与剩余电量对应关系，获得所述实时采集的开路电压对应电芯的剩余电量，并根据各个电芯的对应所述实时采集的开路电压的剩余电量确定各个电芯的均衡容量。
12.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的被动均衡系统，其特征在于，所述采集模块还用于检测所述磷酸铁锂电池组的温度；若所述磷酸铁锂电池组的温度高于温度设定值时，所述获取模块还用于调整各个电芯的单次启动均衡最长持续时间和相邻两次均衡暂停时间。
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