CN104810891B - 一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法 - Google Patents

一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法 Download PDF

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Abstract

一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法，属于电池组及其动态管理方法。该电池组包括：主电池模块、多路选择器、控制器、备用电池模块；主电池模块和多路选择器相连；多路选择器和备用电池模块相连；控制器依次和主电池模块、多路选择器、备用电池模块相连。控制器控制主电池模块，并估算单体电池的荷电状态SOCi和容量Qi，当某单体电池的容量Qi与额定容量Q比值小于80％时，选用备单体电池替换掉问题电池；当某一单体电池的SOCi与其他单体电池的平均SOC相差超过10％，进行计数，累计超过一定次数，替换单体电池；如果未达到设定次数，根据单体电池电压高低，选择备用单体电池给问题电池充电或者问题电池给单体电池充电。

Description

一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法
技术领域
本发明涉及一种电池组及其动态管理方法，特别是一种一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法。
背景技术
蓄电池(如超级电容、锂电池等)作为动力源，一般串联成电池组模块使用，但是由于原材料、设备、制造工艺的原因，即使同一批次的电池，其容量、内阻等参数也会不一样，在使用过程中会出现电池过充或过放的现象。当电池组处于这样一种不一致性的状态中时，会导致有些单体电池的容量低于电池组的平均容量，在其放电过程中，其电量首先放完。虽然此时其他电池还有很多电量，但是为了保护该单体电池，不得不终止整个电池组的放电，因此并没有充分利用电池组中的能量。更严重时，会出现某一单体电池完全报废、其他电池完好无损的情况，这样会导致整个电池组报废停止工作。
目前的电池组通常由若干单体电池、均衡电路组成，并没有在内部设置备用电池。当单体电池一致性不好、均衡效果不佳时，会导致某一单体电池容量、寿命缩减，根据木桶原理，电池组的实际容量往往受问题单体电池的束缚，所述的问题单体电池为容量缩小、荷电状态偏离平均荷电状态。长此以往，会出现当整个电池组报废时，实际电池组内部大部分单体电池还能够继续使用的现象，由此形成了资源浪费。
发明内容
本发明的目的是要提供一种带有备用单元的电池组及其动态管理方法，解决现有电池组内部问题单体电池影响电池组使用效率的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：该电池组包括：主电池模块、多路选择器、控制器、备用电池模块；主电池模块和多路选择器相连；多路选择器和备用电池模块相连；控制器依次和主电池模块、多路选择器、备用电池模块相连。
所述的主电池模块包括采集电路、单体电池和多路开关；采集电路和单体电池并联相连，单体电池和多路开关依次交叉串联连接。
所述的备用电池模块包括备用采集电路、备用单体电池、双向升压电路、电子开关；备用电池模块由多个支路组成，每个支路中，备用单体电池和双向升压电路串联连接；备用单体电池和采集电路并联连接；电子开关和双向升压电路并联连接。
所述的控制器控制主电池模块，并估算单体电池的荷电状态SOCi和容量Qi，当某单体电池的容量Qi与额定容量Q比值小于80％时，选用备单体电池替换掉问题电池；当某一单体电池的SOCi与其他单体电池的平均SOC相差超过10％，进行计数，累计超过一定次数，替换单体电池；如果未达到设定次数，根据单体电池电压高低，选择备用单体电池给问题电池充电或者问题电池给单体电池充电。
优选的，所述多路开关有三个接口，多路开关靠近左侧电池正极的是接口1，多路开关靠近右侧电池负极的是接口2，靠近多路选择器的是接口3；同一时刻只接通任意2个接口，断开其他接口；一般情况下，多路开关接通1、3接口，断开其他接口。
优选的，若要实现备用单体电池替换问题电池，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电池老化时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口，断开2与3，1与3之间的连接；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H，G；还需保持双向升压电路的并联开关闭合，短路双向升压电路。
优选的，若要实现备用单体电池给问题电池充电，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电压过低时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关动作保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H、G；还需保持双向升压电路的并联开关断开，控制双向升压电路给问题电池充电。
优选的，若要实现问题电池给单体备用电池充电，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电压过高时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关动作保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H、G；还需保持双向升压电路的并联开关断开，控制双向升压电路给备用电池充电。
该动态管理方法如下：
A1：采集电路采集各主单体电池、备用单体电池的电压、电流、温度信息；
A2：计算各单体电池的荷电状态SOCi、容量Qi和SOC均；所述的容量Qi中的下标i表示第i个单体电池；所述的SOC均表示为去掉最大值和最小值之后的均值；
A3：判断各个单体电池的容量Qi与额定容量Q的比值与0.8的大小；小于0.8跳转至步骤A4；大于0.8跳转至步骤A5；
A4：控制各个开关，用备用电池替换问题电池；
A5：SOC均，跳转至步骤A6；
A5：计算|SOC均-SOCi|与0.1×SOC均的大小。小于0.1×SOC均，跳转至步骤A3；大于0.1 A6：判断SOC均-SOCi与0的大小，大于0，跳转至步骤A7；小于0，跳转至步骤A10；
A7：计数单体电池SOCi低于平均值SOC均的次数Ndi；
A8：判断Ndi和5的大小；大于5，用备用电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A9；
A9：备用电池给问题电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3；
A10：计数单体电池SOCi高于平均值SOC均的次数Nui；
A11：判断Nui和5的大小；大于5，用备用电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A12；
A12：主单体电池给备用单体电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3。
有益效果，由于采用了上述方案，备用电池替换问题电池时，控制器控制多路开关，断开问题电池与相邻单体电池的通路；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的导线分别接通多路选择器的备用电池支路，连通备用电池与问题电池两侧的单体电池；保持双向升压电路的并联开关接通，从而替换问题电池。备用电池给问题电池充电时，相比备用电池替换问题电池的动作，其他动作相同，仅需保持双向升压电路的并联开关断开，控制双向升压电路给问题电池或单体电池充电。如此，备用单体电池可以实现替换问题电池和二次均衡，解决了现有电池组内部问题单体电池影响电池组使用效率的问题，达到了本发明的目的。
优点：当电池组内部出现问题电池时，使用备用单体电池给其充电或者直接替换掉，提高了电池组使用效率。
附图说明：
图1为本发明的一种带有备用单元的电池组系统结构图。
图2为本发明带有备用单元的电池组动态管理方法图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1：带有备用单元的电池组系统包括：主电池模块、多路选择器、控制器、备用电池模块。主电池模块和多路选择器相连；多路选择器和备用电池模块相连。控制器依次和主电池模块、多路选择器、备用电池模块相连。
图1为一种带有备用单元的电池组系统结构图，主电池模块中设置9个单体电池串联，备用电池模块中设置2个备用电池支路以便更容易理解描述，但是单体电池、备用电池的数量可以是更多。
所述的主电池模块包括采集电路、单体电池和多路开关。采集电路和单体电池并联相连；单体电池1-9和多路开关1-10依次交叉串联连接。
所述的备用电池模块包括备用采集电路、备用单体电池、双向升压电路、电子开关。备用电池模块由若干支路组成。每个支路中，备用单体电池和双向升压电路串联连接；备用单体电池和采集电路并联连接；电子开关和双向升压电路并联连接。
优选的，所述多路开关有三个接口，多路开关靠近左侧电池正极的是接口1，多路开关靠近右侧电池负极的是接口2，靠近多路选择器的是接口3。同一时刻多路开关只接通任意2个接口，断开其他接口。一般情况下，多路开关接通1,3接口，断开其他接口。
优选的，若要实现备用单体电池替换问题电池，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电池老化时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口，断开2与3，1与3之间的连接；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H，G；还需保持双向升压电路的并联开关闭合，短路双向升压电路。
优选的，若要实现备用单体电池给问题电池充电，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电压过低时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关动作保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H、G；还需保持双向升压电路的并联开关断开，控制双向升压电路给问题电池充电。
优选的，若要实现问题电池给单体备用电池充电，需要控制器控制多路开关；当出现问题电池即电压过高时，控制问题电池左侧的多路开关接通1、2接口；控制问题电池右侧的多路开关接通2、3接口；其他多路开关动作保持不变；同时控制多路选择器，使得问题电池相邻两侧的多路开关的2号接口处的导线分别接通多路选择器的备用电池支路接口H、G；还需保持双向升压电路的并联开关断开，控制双向升压电路给备用电池充电。
该动态管理方法如图2所示，流程如下：
A1：采集电路采集各主单体电池、备用单体电池的电压、电流、温度信息；
A2：计算各单体电池的荷电状态SOCi、容量Qi和SOC均；所述的容量Qi中的下标i表示第i个单体电池；所述的SOC均表示为去掉最大值和最小值之后的均值；
A3：判断各个单体电池的容量Qi与额定容量Q的比值与0.8的大小；小于0.8跳转至步骤A4；大于0.8跳转至步骤A5；
A4：控制各个开关，用备用电池替换问题电池；
A5：SOC均，跳转至步骤A6；
A5：计算|SOC均-SOCi|与0.1×SOC均的大小。小于0.1×SOC均，跳转至步骤A3；大于0.1 A6：判断SOC均-SOCi与0的大小，大于0，跳转至步骤A7；小于0，跳转至步骤A10；
A7：计数单体电池SOCi低于平均值SOC均的次数Ndi；
A8：判断Ndi和5的大小；大于5，用备用电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A9；
A9：备用电池给问题电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3；
A10：计数单体电池SOCi高于平均值SOC均的次数Nui；
A11：判断Nui和5的大小；大于5，用备用电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A12；
A12：主单体电池给备用单体电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3；
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种带有备用单元的电池组，其特征是：该电池组包括：主电池模块、多路选择器、控制器、备用电池模块；主电池模块和多路选择器相连；多路选择器和备用电池模块相连；控制器依次和主电池模块、多路选择器、备用电池模块相连；
控制器控制主电池模块，并估算单体电池的荷电状态SOCi和容量Qi，当某单体电池的容量Qi与额定容量Q比值小于80％时，选用备用单体电池替换掉问题电池；当某一单体电池的SOCi与其他单体电池的平均SOC相差超过10％，进行计数，累计超过平均值SOC均的次数Ndi为5次时，替换单体电池；如果未达到设定次数，根据单体电池电压高低，选择备用单体电池给问题电池充电或者问题电池给单体电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种带有备用单元的电池组，其特征是：主电池模块包括采集电路、单体电池和多路开关；采集电路和单体电池并联相连，单体电池和多路开关依次交叉串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有备用单元的电池组，其特征是：备用电池模块包括备用采集电路、备用单体电池、双向升压电路、电子开关；备用电池模块由多个支路组成，每个支路中，备用单体电池和双向升压电路串联连接；备用单体电池和采集电路并联连接；电子开关和双向升压电路并联连接。
4.权利要求1所述的一种带有备用单元的电池组的动态管理方法，其特征是：该动态管理方法步骤如下：
A1：采集电路采集各主单体电池、备用单体电池的电压、电流、温度信息；
A2：计算各单体电池的荷电状态SOCi、容量Qi和SOC均；所述的容量Qi中的下标i表示第i个单体电池；所述的SOC均表示为去掉最大值和最小值之后的均值；
A3：判断各个单体电池的容量Qi与额定容量Q的比值与0.8的大小；小于0.8跳转至步骤A4；大于0.8跳转至步骤A5；
A4：控制各个开关，用备用单体电池替换问题电池；
A5：计算|SOC均-SOCi|与0.1×SOC均的大小，小于0.1×SOC均，跳转至步骤A3；大于0.1×SOC均，跳转至步骤A6；
A6：判断SOC均-SOCi与0的大小，大于0，跳转至步骤A7；小于0，跳转至步骤A10；
A7：计数单体电池SOCi低于平均值SOC均的次数Ndi；
A8：判断Ndi和5的大小；大于5，用备用单体电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A9；
A9：备用单体电池给问题电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3；
A10：计数单体电池SOCi高于平均值SOC均的次数Nui；
A11：判断Nui和5的大小；大于5，用备用单体电池替换掉问题电池，并跳转至步骤A3；小于5，跳转至步骤A12；
A12：主单体电池给备用单体电池充电；当问题电池的SOCi和SOC均误差小于5％时，跳转至步骤A3。
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