CN104600387A - 磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统。该方法包括：对磷酸铁锂电池组中各个电芯，确定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，则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；基于电芯的均衡容量对磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。本发明的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，能够提高LFP电池组的性能，延长LFP电池组的寿命。

Description

磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统。
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电动汽车(electric vehicle,EV)、储能系统(Energy Storage System，ESS)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，电芯的自放电会不一致，从而导致同一电池组内的电芯荷电状态(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也叫剩余电量，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。剩余电量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
本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池组的主动均衡方法及系统，提高磷酸铁锂电池组的性能，延长磷酸铁锂电池组的寿命。
为实现上述目的，本发明提出了一种磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，包括：
对于所述磷酸铁锂电池组中各个电芯，确定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，则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，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的乘积；
基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
进一步地，所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法还包括：
根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量，所述电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量-所述电芯在所述上一次主动均衡中的放电容量；
则所述主动均衡处理包括：基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的更新后的当前均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
进一步地，在所述根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量之前，所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法还包括：
持续判断所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量是否都为0，如果所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0，则判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态并且实时采集的开路电压是否在所述可精确查剩余电量的电压范围内；在所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量都为0的情况下，则继续进行判断直到所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0；
如果所述磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤：根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量。
进一步地，所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法还包括：
如果所述磷酸铁锂电池组处于静止状态并且实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤：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所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，所述根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量包括：
获取所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的剩余电量差值，所述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，所述剩余电量最小值指所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的剩余电量中的最小值；
根据所述剩余电量差值确定对应电芯的均衡容量，所述电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与所述电芯的剩余电量差值的乘积。
进一步地，基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理包括：
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小于所述电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：
若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
进一步地，所述可精确查询剩余电量的电压范围为：2710毫伏至3283毫伏的电压区间与3299毫伏至3317毫伏的电压区间的并集。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，使用精确的SoC差异作为均衡的依据，并在LFP电池组处于电压高端和电压低端两个时机进行不同的均衡动作，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主动均衡方法，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主动均衡方法，能够提高LFP电池组的性能，延长LFP电池组的寿命。
为实现上述目的，本发明提出了一种磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，包括存储模块、采集模块、判断模块、确定模块和均衡模块，其中：
所述存储单元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；
所述确定模块，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，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；
所述均衡模块，用于基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
进一步地，所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统还包括更新模块，用于根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量，所述电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量-所述电芯在所述上一次主动均衡中的放电容量，则所述均衡模块还用于基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的更新后的当前均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
进一步地，所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统还包括第一判断模块，用于持续判断所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量是否都为0；
第二判断模块，在所述第一判断模块的判断结果为所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0时，用于判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态并且实时采集的开路电压是否在所述可精确查剩余电量的电压范围内，所述第二判断模块在其判断结果为磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内时，通知所述更新模块根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量。
进一步地，所述第二判断模块在其判断结果为磷酸铁锂电池组处于静止状态并且实时采集的开路电压在所述可精确查剩余电量的电压范围内时，通知所述确定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所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，所述确定模块包括：
获取单元，用于获取磷酸铁锂电池组中各个电芯的剩余电量差值，所述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，所述剩余电量最小值指所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的剩余电量值中的最小值；
确定单元，用于根据所述剩余电量差值确定电芯的均衡容量，所述电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与所述电芯的剩余电量差值的乘积。
进一步地，所述均衡模块包括：
比较单元，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；
第一均衡单元，用于在所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于所述电压阈值时，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：
第二均衡单元，用于在所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述电压阈值时，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
进一步地，所述可精确查询剩余电量的电压范围为：2710毫伏至3283毫伏的电压区间与3299毫伏至3317毫伏的电压区间的并集。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，使用精确的SoC差异作为均衡的依据，并在LFP电池组处于电压高端和电压低端两个时机进行不同的均衡动作，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主动均衡系统，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，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主动均衡系统，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为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡方法的一种流程图。
图2为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为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡方法的另一种流程图。
图5为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡方法的又一种流程图。
图6为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡电路示意图。
图7为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的一种结构框图。
图8为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的另一种结构框图。
图9为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的又一种结构框图。
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，并在磷酸铁锂电池组处于电压高端和电压低端两个时机进行不同的均衡动作，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。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据本发明精神所获得的所有实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡方法的流程图。如图1所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主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，基于磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
其中，对磷酸铁锂电池组进行主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小于电压阈值，则对磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：
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容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
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。也就是说，对磷酸铁锂电池组进行的主动均衡处理可以包括两种情形：磷酸铁锂电池组处于电压高端时，可以只对磷酸铁锂电池组中的部分电芯进行补电均衡，也可以只对磷酸铁锂电池组中的部分电芯进行放电均衡，还可以同时对磷酸铁锂电池组中的一部分电芯进行补电均衡和对磷酸铁锂电池组中的另一部分电芯进行放电均衡；磷酸铁锂电池组处于电压低端时，只对磷酸铁锂电池组中的部分电芯进行补电均衡。
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。在一实施例中，补偿量offset可取50mV。
当各个电芯的均衡容量都为0时，均衡结束。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，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和电压低端两个时机进行不同的均衡动作，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主动均衡方法，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主动均衡方法，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主动均衡方法的另一种流程图。如图4所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主动均衡方法可以包括如下步骤：
步骤S401～S409与上述步骤S101～S109相同，此处不再赘述。
步骤S411，每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡容量是否都为0，若磷酸铁锂电池组中所有电芯的均衡容量都为0，则执行步骤S415，否则，若磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡容量不为0，则执行步骤S413；
步骤S413，根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和电芯在上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新电芯的当前均衡容量，然后执行步骤S409；
其中，电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+电芯在上一次主动均衡中的补电容量-电芯在上一次主动均衡中的放电容量。
在更新了电芯的均衡容量之后执行步骤S409时，步骤S409中电芯的均衡容量是指更新后的最新均衡容量。
步骤S415，结束均衡。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法中，通过各个电芯的实际补电容量和/或放电容量更新电芯的当前均衡容量，可以避免过放电或过充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主动均衡方法的又一种流程图。如图5所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主动均衡方法可以包括如下步骤：
步骤S501～S509与上述步骤S101～S109相同，此处不再赘述；
步骤S511，每隔预定时间如30分钟或1小时，判断各个电芯的均衡容量是否都为0，若磷酸铁锂电池组中所有电芯的均衡容量都为0，则执行步骤S515，否则，若磷酸铁锂电池组中还有电芯的均衡容量不为0，则执行步骤S512；
步骤S512，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态并且实时采集的开路电压是否在可精确查剩余电量的电压范围内，若磷酸铁锂电池组处于静止状态并且实时采集的开路电压在可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤S507，否则，如果磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者实时采集的开路电压不在可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤S513；
步骤S513，根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和电芯在上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新电芯的当前均衡容量，然后执行步骤S509；
步骤S515，结束均衡。
在本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法中，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容量或根据各个电芯的实际补电容量和/或放电容量更新电芯的当前均衡容量，可以避免过放电或过充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主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，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Vg则认为磷酸铁锂电池组于电压低端；
步骤f，若磷酸铁锂电池组处于电压低端，则对磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：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容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数，此时要满足外部电源的电流限制要求；
可以采用图6所示的均衡电路对磷酸铁锂电池组中的电芯进行补电均衡和/或放电均衡。图6为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡电路示意图。图6中，磷酸铁锂电池组由多个模组串联而成，每个模块又由多个电芯串联而成。每个模块内，都有一个双向直流/直流转换器，双向直流/直流转换器可以切换至与模组内的任何一个电芯连接。模组内的任一电芯和外部电源进行能量双向转移，能量从外部电源转移到某一个电芯，表示对电芯补电，能量从电芯转移到外部电源上，则表示对电芯放电。其中，外部电源可以是铅酸电池12V或24V，也可以是磷酸铁锂电池组本身，也可以是模组本身。图6所示的电路还可以测量均衡放电和均衡充电的电流以及外部电源的耗电电流。磷酸铁锂电池组的模组之间，相互的补电均衡和放电均衡没有相互约束。
步骤g，在补电均衡和放电均衡过程中，统计每个电芯的补电容量和放电容量；
步骤h，每隔一段时间(例如30min或1小时)，根据每个电芯的实际补电容量和放电容量Capiece(n)，更新电芯当前的ΔCap(n),ΔCap(n)＝ΔCap(n)-Capiece(n)，其中Capiece(n)，若是补电均衡，Capiece(n)为负值，若是放电均衡，Capiece(n)为正值；
步骤i，再次计算ΔCap(n)的最小值ΔCapmin＝min(ΔCap(1),ΔCap(2),ΔCap(3)…ΔCap(n)),并以ΔCapmin为基准，重新计算ΔCap：ΔCap(n)＝ΔCap(n)–ΔCapmin；
步骤j，根据更新后的ΔCap，重新选择需要补电和/或放电的电芯，进行相应的补电和/或放电均衡；
重复步骤g至步骤j直到ΔCap(n)都为零。
如果重新得到电芯的SoC(x)，则重复步骤a至步骤c，得到新的ΔCap(x)。如果在连续静止状态下，可以隔一段时间重新获取SoC(x)的新值。
图7为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的一种结构框图。如图7所示，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主动均衡系统可以包括存储模块100、采集模块110、判断模块120、确定模块130和均衡模块140。
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。
确定模块130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所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，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的乘积。
均衡模块140用于基于磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
本发明实施例的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，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和电压低端两个时机进行不同的均衡动作，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主动均衡系统，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主动均衡系统，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。
图8为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的另一种结构框图。如图8所示，与图7所示的实施例相比，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主动均衡系统还可以包括更新模块150。更新模块150用于根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和电芯在上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新电芯的当前均衡容量，电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+电芯在上一次主动均衡中的补电容量-电芯在上一次主动均衡中的放电容量。
图9为本发明实施例中磷酸铁锂电池组的主动均衡系统的又一种结构框图。如图9所示，与图7所示的实施例相比，本实施例中，磷酸铁锂电池组的主动均衡系统还可以包括第一判断模块160、第二判断模块170和更新模块150。第一判断模块160与均衡模块140相连，用于判断磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量是否都为0。第二判断模块170与第一判断模块160相连，用于在第一判断模块160的判断结果为磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0时，判断磷酸铁锂电池组是否处于静止状态并且采集的开路电压是否在可精确查剩余电量的电压范围内。第二判断模块170在其判断结果为磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者采集的开路电压不在可精确查剩余电量的电压范围内时与更新模块150相连。第二判断模块170在其判断结果为磷酸铁锂电池组处于静止状态并且采集的开路电压在可精确查剩余电量的电压范围内时与确定模块130相连。
在本发明实施例中，确定模块130可以包括获取单元和确定单元。其中，获取单元用于获取磷酸铁锂电池组中各个电芯的剩余电量差值，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。确定单元用于根据剩余电量差值确定电芯的均衡容量，电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与电芯的剩余电量差值的乘积。
在本发明实施例中，均衡模块140可以包括比较单元、第一均衡单元和第二均衡单元。其中，比较单元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。第一均衡单元用于在磷酸铁锂电池组的平均电压小于电压阈值时，对磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数。第二均衡单元用于在磷酸铁锂电池组的平均电压大于电压阈值时，对磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
本发明磷酸铁锂电池组的主动均衡系统是与本发明磷酸铁锂电池组的主动均衡方法相对应的系统，关于本发明磷酸铁锂电池组的主动均衡方法中的原理描述均适用于本发明磷酸铁锂电池组的主动均衡系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，包括：
对于所述磷酸铁锂电池组中各个电芯，确定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，则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，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的乘积；
基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量，对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，还包括：
根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量，所述电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量-所述电芯在所述上一次主动均衡中的放电容量；
则所述主动均衡处理包括：基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的更新后的当前均衡容量，对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量之前，还包括：
持续判断所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量是否都为0，在所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0的情况下，则进一步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在所述可精确查剩余电量的电压范围内；在所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量都为0的情况下，则继续进行判断直到所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0；
如果所述磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤：根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量。
4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，还包括：
如果所述磷酸铁锂电池组处于静止状态并且实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内，则执行步骤：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所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。
5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述根据各个电芯的剩余电量确定各个电芯的均衡容量包括：
获取所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的剩余电量差值，所述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，所述剩余电量最小值指所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的剩余电量中的最小值；
根据所述剩余电量差值确定对应电芯的均衡容量，所述电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与所述电芯的剩余电量差值的乘积。
6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理包括：
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小于所述电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：
若所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述电压阈值，则对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡方法，其特征在于，所述可精确查询剩余电量的电压范围为：2710毫伏至3283毫伏的电压区间与3299毫伏至3317毫伏的电压区间的并集。
8.一种磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，存储模块、采集模块、判断模块、确定模块和均衡模块，其中：
所述存储单元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；
所述确定模块，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，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；
所述均衡模块，用于基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
9.根据权利要求8所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，还包括更新模块，用于根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量，所述电芯的当前均衡容量＝电芯在上一次主动均衡前的均衡容量+所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量-所述电芯在所述上一次主动均衡中的放电容量，则所述均衡模块还用于基于所述磷酸铁锂电池组中电芯的更新后的当前均衡容量对所述磷酸铁锂电池组进行主动均衡处理。
10.根据权利要求9所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，还包括：
第一判断模块，用于持续判断所述磷酸铁锂电池组中各个电芯的均衡容量是否都为0；
第二判断模块，在所述第一判断模块的判断结果为所述磷酸铁锂电池组中有至少一个电芯的均衡容量不为0时，用于判断所述磷酸铁锂电池组是否处于静止状态并且实时采集的开路电压是否在所述可精确查剩余电量的电压范围内，所述第二判断模块在其判断结果为磷酸铁锂电池组不处于静止状态或者实时采集的开路电压不在所述可精确查剩余电量的电压范围内时，通知所述更新模块根据电芯在上一次主动均衡前的均衡容量和所述电芯在所述上一次主动均衡中的补电容量和/或放电容量更新所述电芯的当前均衡容量。
11.根据权利要求10所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，所述第二判断模块在其判断结果为磷酸铁锂电池组处于静止状态并且实时采集的开路电压在所述可精确查剩余电量的电压范围内时，通知所述确定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所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8所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，所述确定模块包括：
获取单元，用于获取磷酸铁锂电池组中各个电芯的剩余电量差值，所述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，所述剩余电量最小值指所述磷酸铁锂电池组中所有电芯的剩余电量值中的最小值；
确定单元，用于根据所述剩余电量差值确定电芯的均衡容量，所述电芯的均衡容量等于电芯的额定容量与所述电芯的剩余电量差值的乘积。
13.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，所述均衡模块包括：
比较单元，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；
第一均衡单元，用于在所述磷酸铁锂电池组的平均电压小于所述电压阈值时，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，M为自然数：
第二均衡单元，用于在所述磷酸铁锂电池组的平均电压大于所述电压阈值时，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最小的M个电芯进行补电均衡，和/或，对所述磷酸铁锂电池组中均衡容量最大的Q个电芯进行放电均衡，Q为自然数。
14.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池组的主动均衡系统，其特征在于，所述可精确查询剩余电量的电压范围为：2710毫伏至3283毫伏的电压区间与3299毫伏至3317毫伏的电压区间的并集。
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