CN104701924A - 智能电池平衡管理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池管理领域，尤其涉及一种智能电池平衡管理的方法。根据本发明提供的智能电池平衡管理的方法，前期采用充电平衡模式，消除电池包内电芯间电压的差异性，在之后的放电过程中根据电芯电压的高低来确定最小容量的电芯并学习各个电芯容量的大小，根据最小容量电芯的电压来调节其他电芯的电量，使电芯的电量保持在预设范围之内。完成此目标后，除非电池的差异性发生变化，不再启动调节平衡电路，避免了重复启动平衡电路造成电池的温度上升，同时也可以将容量较大的电芯维持在浅充浅放的状态，有利于改善电池包的性能和延长使用寿命；同时也可将总电压调整到适当范围，避免总电压较高时，其中一个电芯已经过放保护的情况。
Description
技术领域
本发明属于电池管理领域，尤其涉及一种智能电池平衡管理的方法。
背景技术
目前，市场上的电池管理系统的平衡主要有两种方式。
一是被动式平衡，并联的每个电芯均通过开关与一个负载电阻相连，可以在充电时打开开关来抑制电压较高的电芯的电压继续上升，以减小电芯之间电压上的差异。因为这种方式只能在充电模式下抑制电压较高的电芯的电压上升，故又称为充电平衡方法，这种方式只能消除电芯的初始电压和自放电率的不一致性，一旦完成整个平衡的过程后，整个电池包的各个电芯都将达到充饱的条件，经过若干个循环后，一旦电芯之间出现容量上的差异性，可能会造成放电时电池包总电压还较高，但容量较低的电芯已经过放的情况；另一方面，也会在每个充电模式下重复启动平衡电路，造成电池包的温度上升，影响电池包的性能和使用寿命。
二是主动式平衡，就是通过储能元件(例如电容或者电感)将高能量电芯的电量转移到低能量电芯，这种方法需要的电路元件较多，假如是采用电容作为储能元件，则需要许多开关元件将储能电容与所有电芯连接，电路较复杂，占用空间较大，硬件成本较高，软件控制算法也较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的即在于提供一种智能电池平衡管理的方法，旨在解决现有的电池平衡管理方法需要重复启动平衡电路造成电池温度上升的技术问题，同时可将电池包的总电压调整到适当范围，避免总电压较高时，其中一个电芯已经过放保护的情况。
本发明提供的智能电池平衡管理的方法包括以下步骤：
控制所有电芯充电直至充满，使所有电芯的电压达到相同的饱和电压点；
确定最小容量的电芯，并记录此时所有电芯的电压；
根据所述最小容量的电芯的电压来调节其他电芯的电量，使其他电芯的电量保持在预设范围之内。
根据本发明提供的智能电池平衡管理的方法，前期采用充电平衡模式，消除电池包内电芯间电压的差异性，在之后的放电过程中根据电芯电压的高低来确定最小容量的电芯并学习各个电芯容量的大小，根据最小容量电芯的电压来调节其他电芯的电量，使电芯的电量保持在预设范围之内。完成此目标后，除非电池的差异性发生变化，不再启动调节平衡电路，避免了重复启动平衡电路造成电池的温度上升，同时也可以将容量较大的电芯维持在浅充浅放的状态，有利于改善电池包的性能和延长使用寿命；同时也可将总电压调整到适当范围，避免总电压较高时，其中一个电芯已经过放保护的情况。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能电池平衡管理方法的实现流程图；
图2是图1中步骤S30的一具体实施方式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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是本发明实施例提供的智能电池平衡管理方法的实现流程图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：
在步骤S10中，控制所有电芯充电直至充满，使所有电芯的电压达到相同的饱和电压点。
本步骤即是对电池包采用传统的充电平衡模式，控制电池包的所有电芯充电直至充满，使所有电芯的电压达到相同的饱和电压点。一般的，执行充电平衡的处理方法通常有两种，一是单硬件的方法，固定在一个电压点开启均衡，不管任何情况，只要电芯电压一到达所设定的电压点，就无条件的开启；另一种是软件控制方法，通过软件检测压差达到一定条件才启动均衡。
在步骤S20中，确定最小容量的电芯，并记录此时所有电芯的电压。
在本步骤中，确定最小容量的电芯至少有两种方法。第一，对电池包进行放电处理，在一次相对完全的放电过程之后，确定最小容量的电芯。在具体实现时，等待电池包放电到过放电保护，引起过放电保护的电芯或者将要过放保护时最低电压所在的电芯即为最小容量的电芯。第二，在充电过程中，将要充满时，最高电压所在的电芯或者引起过充保护的电芯即为最小容量的电芯。当然，最保险的方法是在一次充放电过程中，同时引起过充和过放保护的电芯就绝对是最小容量的电芯。在确定了最小容量的电芯之后，还要记录此时所有电芯的电压值。
在步骤S30中，根据所述最小容量的电芯的电压来调节其他电芯的电量，使其他电芯的电量保持在预设范围之内。
在本步骤中，根据最小容量的电芯的电压来调节其他电芯的电量，使其他电芯的电量保持在预设范围之内。既可以使其他电芯在最高电压，使整体电池包的能量最高，也可以在最低电压，使出现过放保护前电池包电压足够低，用电设备在检测到低压后可以有足够的反应时间，也可以调节在中间水平，电芯使用条件最好。
在具体实施过程中，步骤S30可以通过如图2所示的流程来实现。具体参见图2：
在步骤S31中，放电截止时，根据各个电芯的电压高低来判断各个电芯容量的大小，依次进行排序并记录。
在步骤S32中，分别计算最小容量的电芯电压与其他电芯的电压差。
在步骤S33中，根据所述电压差分别确定除最小容量的电芯之外的其他电芯需要调整的均衡量，根据对应的均衡量对其他电芯分别进行调节。
具体而言，首先，引起过放电保护的电芯确定为最小容量的电芯，其它电芯根据电压的高低进行排序，电芯电压最高的为容量最大，对电芯的容量大小学习完毕，记录所有电芯容量的大小顺序。例如，电池包中的各个电芯按照容量大小从低到高依次记为V1、V2、V3、一直到最高VX(此处X代表电芯个数，如电芯是16个的，则X为16)，当然也可用其它的方法记录，并不影响任何效果。
然后，分别计算最小容量的电芯电压与其他电芯的电压差，用各电芯的电压减去最小容量的电芯电压所得。各个电芯的电压差可以分别用△VX(X为与电芯个数对应的1，2，3，一直到最高个数X)来表示。之后，再用确定的△VX来分配本电芯需要调整的均衡量，也即均衡电荷的程度，根据对应的均衡量对其他电芯分别进行调节。
进一步地，作为一优选实施例，根据电压差分别确定除最小容量的电芯之外的其他电芯需要调整的均衡量，根据对应的均衡量对其他电芯分别进行调节的步骤可以包括但不限于以下模式：
将每个电压差△VX分别拆分为与其他各个电芯对应的充电电压差△VXc和放电电压差△VXf之和；其中，充电电压差△VXc为在充电时对相应的电芯VX提供的均衡量，放电电压差△VXf为在放电时对相应的电芯VX提供的均衡量，两者可以按照预设的百分比系数对电压差△VX进行拆分。
作为最优的实施例，可以对除最小容量的电芯之外的其他每个电芯都选择△VXc＝△VXf＝0.5△VX来调整。进而在充电过程中，分别控制本电芯VX的电压与最小容量电芯的电压差绝对值不高于相应的充电电压差0.5△VX；在放电过程中，控制本电芯的电压与最小容量电芯的电压差绝对值不高于相应的放电电压差0.5△VX。这样，均衡处理起来就比较简单，并能保证每个电芯的电压在设定的范围之内。因为电芯工作在中间电压状态最佳，不容易出现过充，也不容易出现过放，因此可以保护电芯工作在最佳状态。
实际上，电压差△VX可以按照预设的任一比例关系拆分为对应的充电电压差△VXc和放电电压差△VXf。充电电压差△VXc可以为0到电压差△VX之间的任一值，相应的，放电电压差△VXf也可以为电压差△VX到0之间的任一值，只要保证充电电压差△VXc和放电电压差△VXf的和等于电压差△VX即可。通过调整充电电压差△VXc和放电电压差△VXf的大小，就能调整单个电芯的工作状态，要实现单个电芯的电压最高，只要把充电电压差△VXc设为0、放电电压差△VXf设为△VX即可达到想要的结果；同样的，要实现单个电芯的电压最低，只要把充电电压差△VXc设为△VX、放电电压差△VXf设为0即可达到想要的结果。
实际上，在均衡调整的过程中，还以为对均衡量(即充电电压差△VXc和放电电压差△VXf)进行系数修正，来减小误差。在此就不再赘述。
至此，本发明提供的智能电池平衡管理的方法，对电池包中各个电芯的均衡启动是根据最小容量的电芯来决定的，使各个电芯的电量保持在预设范围之内，减小了不必要的均衡，提高了充电效率并且减小了发热，也提高了电池的可靠性。
进一步地，作为优选实施例，本发明提供的智能电池平衡管理的方法还可以包括自检步骤。所谓“自检”即是检测各个电芯在长期的工作过程中是否出现了容量的变化，使电芯的工作状态一直符合要求。当最小容量的电芯发生变化时，就需要返回上述确定最小容量的电芯、并记录所有电芯电压的步骤。由此可知，只要最小容量的电芯没有发生变化，整个电池包就不会再出现均衡启动而导致充电效率降低，同时也保证电池包的有效容量不会降低，只有最小容量的电芯发生变化了，才会再次启动学习容量的过程。关键点是对最小容量的电芯的判断，在具体实现时，判断最小容量的电芯是否发生变化是通过检测充电将满时电压最高的电芯或者引起过充；或者，放电时最低电压所在的电芯或者引起过放保护的电芯是否记录中的最小容量的电芯来判断。
具体地，在对电池包充电过程中，在将要充满时，检测最高电压所在的电芯或者之后引起过充保护的电芯；和/或
在放电过程中，将要出现过放保护时，检测最低电压所在的电芯或者最先引起过放保护的电芯；
如与记录中的最小容量的电芯一致，就没有发生变化；如不一致，则表明最小容量的电芯有变化，需要重新确定。
本发明优选实施例需要一直跟踪最小容量的电芯，以此来启动均衡，保证电池包的总容量不变情况下，减小均衡出现的机会，避免了重复启动平衡电路造成电池的温度上升，同时也可以将容量较大的电芯维持在浅充浅放的状态，有利于改善电池包的性能和延长使用寿命；同时也可将总电压调整到适当范围，避免总电压较高时，其中一个电芯已经过放保护的情况。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
控制所有电芯充电直至充满，使所有电芯的电压达到相同的饱和电压点；
确定最小容量的电芯，并记录此时所有电芯的电压；
根据所述最小容量的电芯的电压来调节其他电芯的电量，使其他电芯的电量保持在预设范围之内。
2.如权利要求1所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述最小容量的电芯确定为：
将要充满时最高电压所在的电芯或者将要过放保护时最低电压所在的电芯；或者
引起过充或者过放保护的电芯。
3.如权利要求1所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述根据所述最小容量的电芯的电压来调节其他电芯的电量的步骤具体为：
放电截止时，根据各个电芯的电压高低来判断各个电芯容量的大小，依次进行排序并记录；
分别计算最小容量的电芯电压与其他电芯的电压差；
根据所述电压差分别确定除最小容量的电芯之外的其他电芯需要调整的均衡量，根据对应的均衡量对其他电芯分别进行调节。
4.如权利要求3所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述根据所述电压差分别确定除最小容量的电芯之外的其他电芯需要调整的均衡量，根据对应的均衡量对其他电芯分别进行调节的步骤具体为：
将所述电压差分别拆分为对应的充电电压差和放电电压差之和；其中，充电电压差为在充电时对相应的其他电芯的均衡量，放电电压差为在放电时对相应的其他电芯的均衡量；
在充电过程中，控制其他电芯的电压与所述最小容量电芯的电压差绝对值不高于相应的充电电压差；
在放电过程中，控制其他电芯的电压与所述最小容量电芯的电压差绝对值不高于相应的放电电压差。
5.如权利要求4所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述电压差可以按照预设的任一比例关系拆分为对应的充电电压差和放电电压差；所述充电电压差可以为0到电压差之间的任一值，只要充电电压差和放电电压差之和等于电压差即可。
6.如权利要求1所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
当最小容量的电芯发生变化时，返回确定最小容量的电芯、并记录所有电芯电压的步骤。
7.如权利要求6所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，判断最小容量的电芯是否发生变化是通过检测充电将满时电压最高的电芯或者引起过充；或者放电时引起过放保护的电芯是否记录中的最小容量的电芯来判断。
8.如权利要求7所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，判断最小容量的电芯是否发生变化的步骤具体为：
在充电过程中，在将要充满时，检测最高电压所在的电芯或者引起过充保护的电芯；和/或
在放电过程中，将要出现过放保护时，检测最低电压所在的电芯或者最先引起过放保护的电芯；
如与记录中的最小容量的电芯一致，就没有发生变化；如不一致，则表明最小容量的电芯有变化，需要重新确定。
9.如权利要求1所述的智能电池平衡管理的方法，其特征在于，所述使所有电芯的电压达到相同的饱和电压点的步骤具体是通过硬件检测、固定在所述饱和电压点时开启均衡来实现的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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| CP03 | Change of name, title or address |