CN104852414B - 一种电池组电芯的均衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组电芯的均衡方法及装置。该均衡方法包括以下步骤：采集电池组各节电芯的电压、电流以及内阻；根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值；根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正。通过上述方式，可以消除无效均衡或者反作用均衡，同时对于电池组电芯老化而导致电池组各节电芯的内阻逐渐不一致引起的充、放电误均衡情况具有消除作用。

Description

一种电池组电芯的均衡方法及装置

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种电池组电芯的均衡方法及装置。

背景技术

现有的电池组电芯均衡方法是对电池组电芯的电压进行直接测量。由电池电芯的电压直接表征电池组电芯容量，根据电芯容量的电压表征值进行电池组的电芯均衡。

现有技术的电池组电芯均衡方法有如下缺陷：

1.在电池组电芯内阻一致性较差的情况下，电池组电芯的直接测量电压不能有效表征电池电芯的容量；

2.在电池组电芯内阻一致性较差的情况下，电池组电芯均衡依据电池组电芯的直接测量电压值，存在均衡判断错误的情况，从而产生电芯均衡无效或者反作用均衡，例如内阻较大的电芯，充电时电压较内阻小的电芯电压更高，而放电时电压又较内阻小的电芯电压更低，从而导致此节电芯充电均衡时向外释放能量，放电时从外部获取能量，最终产生无效均衡，错误均衡等。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电池组电芯的均衡方法及装置，可以消除无效均衡或者反作用均衡，同时对于电池组电芯老化而导致电池组各节电芯的内阻逐渐不一致引起的充、放电误均衡情况具有消除作用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池组电芯的均衡方法，该方法包括以下步骤：采集电池组各节电芯的电压、电流以及内阻；根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值；根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正。

其中，采集电池组各节电芯的内阻进一步包括：周期性地测量电池组各节电芯的内阻。

其中，周期性地测量电池组各节电芯的内阻的步骤包括：

当采集完电流时，若未到达当前测量周期通过电池组各节电芯的电压和电流计算得到电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻；待到达当前测量周期时，测量并更新当前电池组各节电芯的内阻，此后持续使用此内阻值，直到下一周期时测量并更新电池组各节电芯的内阻值；

当采集完电流时，若到达当前测量周期时：直接测量电池组各电芯的内阻并存储，作为当前周期的内阻。

其中，采集电池组各节电芯的内阻进一步包括：实时测量电池组各节电芯的内阻。

其中，根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值进一步包括：

各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’=Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i=1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。

其中，均衡条件为一预设的条件，包括均衡策略函数，根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正进一步包括：

将判断电压值代入均衡策略函数以获取均衡修正结果；

执行均衡修正结果。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电池组电芯的均衡装置，该均衡装置包括：

电压采集模块，用于采集电池组各节电芯的电压；

电流采集模块，用于采集电池组各节电芯的电流；

电阻采集模块，用于采集电池组各节电芯的内阻；

判断电压值计算模块，用于根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值；

均衡修正模块，用于根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正。

其中，均衡装置包括计时器，用于计算电阻采集模块周期性地采集电池组各节电芯的内阻的时间。

其中，电阻采集模块包括内阻计算单元和测量单元，其中：

当电流采集模块采集完电流时，若计时器计算到当前周期未开始：

内阻计算单元根据电池组各节电芯的电压和电流计算得到电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻；

待计时器计算到当前周期开始时，测量单元直接测量电池组各节电芯的内阻并更新当前的内阻及存储，直到计时器计算到下一周期开始时，测量单元将直接测量得到的电池组各节电芯的内阻进一步更新当前的内阻；

当电流采集模块采集完电流时，若计时器计算到当前周期已开始：

测量单元直接测量电池组各节电芯的内阻并存储，作为当前周期的内阻。

其中，各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’=Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i=1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明采集的是电池组各节电芯的电压、电流以及内阻，根据该电压、电流和内阻计算得到判断电压值，最后根据该判断电压值进行均衡修正。可以有效消除无效电芯均衡或者反作用均衡，尤其对于电池组电芯老化而导致电池组各节电芯的内阻逐渐不一致引起的充、放电误均衡情况具有消除作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电池组电芯的均衡装置的结构示意图；

图2是电池组电芯电压的等效示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电池组电芯的均衡方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种电池组电芯的均衡装置的结构示意图。如图1所示，本发明的均衡装置10包括电压采集模块11、电流采集模块12、电阻采集模块13、判断电压值计算模块14以及均衡修正模块15。

其中，电压采集模块11用于采集电池组各节电芯的电压。通常为电压模拟采样前端。

电流采集模块12用于采集电池组各节电芯的电流。该电流为充电电流和放电电流。在实际应用中，电流采集模块12可以是霍尔电流检测器，也可以是功率分流器。

电阻采集模块13用于采集电池组各节电芯的内阻。其中，电阻采集模块13可以是实时测量电池组各节电芯的内阻，也可以是周期性的测量各节电芯的内阻。

具体而言，若电阻采集模块13是实时测量电池组各节电芯的内阻，则电阻采集模块13可以是电阻测量仪等电阻测量设备。

若电阻采集模块13是周期性的测量各节电芯的内阻，则电阻采集模块13包括内阻计算单元131和测量单元132。均衡装置10还包括计时器16。

其中，计时器16用于计算电阻采集模块13周期性地测量电池组各节电芯的内阻的时间。电阻采集模块13周期性的测量各节电芯的内阻包括以下两种情况。

第一种情况是：当电流采集模块12采集完电流时，若计时器16计算到当前周期未开始，则内阻计算单元131根据电池组各节电芯的电压和电流计算得到电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻。待计时器16计算到当前周期开始时，测量单元132直接测量电池组各节电芯的内阻并更新当前的内阻及存储，直到计时器16计算到下一周期开始时，测量单元将直接测量得到的电池组各节电芯的内阻并进一步更新当前的内阻。

第二种情况是：当电流采集模块12采集完电流时，若计时器16计算到当前周期已开始，则测量单元132直接测量电池组各节电芯的内阻并存储，作为当前周期的内阻。

值得注意的是，本实施例测量的内阻是电芯的直流内阻以及与电芯相连的部分线阻的总和。

判断电压值计算模块14用于根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值。

其中，各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’=Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i=1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。

值得注意的是，如图2所示，当I大于0时，表示充电；当I小于0时，表示放电；当I=0时，表示静置。

均衡修正模块15用于根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正。具体而言，均衡条件为一预设的条件，包括均衡策略函数。均衡修正模块15首先将判断电压值代入均衡策略函数以获取均衡修正结果，然后执行均衡修正结果。其中，均衡修正可以是主动均衡，也可以是被动均衡。

例如在充电时采用被动均衡，均衡测量函数为一个数值范围，例如0-50mV，即电池组各节电芯的判断电压值和其理想电压值相差0-50mV的范围内是可以接受的。当电池组各节电芯的判断电压值超出该数值范围，则可将导致小电芯电压迅速高涨的电流分流到旁路电阻。将不需要的充电电流分流至电阻，以便让电阻消耗该些电流，从而避免电芯的过充电。

本发明实施例基于前文的电池组电芯的均衡装置提供一种电池组电芯的均衡方法，请参阅图3，本发明的电池组电芯的均衡方法包括以下步骤：

步骤S1：采集电池组各节电芯的电压、电流以及内阻。

本步骤中，周期性地测量电池组各节电芯的内阻。具体而言，包括以下两种情况：

第一种情况是：当采集完电流时，若未到达当前测量周期，则通过电池组各节电芯的电压和电流计算得到电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻。待到达当前测量周期时，测量并更新当前电池组各节电芯的内阻，此后持续使用此内阻值，直到下一周期时测量并更新电池组各节电芯的内阻值。

第二种情况是：当采集完电流时，若到达当前测量周期时，则直接测量电池组各电芯的内阻并存储，作为当前周期的内阻。

本步骤中，还可以实时测量电池组各节电芯的内阻。

值得注意的是，本实施例的电流为充电电流和放电电流，测量的内阻是电芯的直流内阻以及与电芯相连的部分线阻的总和。

步骤S2：根据电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到电池组各节电芯的判断电压值。

本步骤中，各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’=Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i=1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。

值得注意的是，当I大于0时，表示充电；当I小于0时，表示放电；当I=0时，表示静置。

步骤S3：根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正。

本步骤中，均衡条件为一预设的条件，包括均衡策略函数，具体而言，将判断电压值代入均衡策略函数以获取均衡修正结果，然后执行均衡修正结果。其中，均衡修正可以是主动均衡，也可以是被动均衡。

例如在充电时采用被动均衡，均衡测量函数为一个数值范围，例如0-50mV，即电池组各节电芯的判断电压值和其理想电压值相差0-50mV的范围内是可以接受的。当电池组各节电芯的判断电压值超出该数值范围，则可将导致小电芯电压迅速高涨的电流分流到旁路电阻。将不需要的充电电流分流至电阻，以便让电阻消耗该些电流，从而避免电芯的过充电。

综上所述，本发明采集的不仅是电池组各节电芯的电压，还采集了电池组各节电芯的电流以及内阻，因此，在电池组电芯内阻一致性较差的情况下，本发明根据直接采集电池组各节电芯的电压、电流以及内阻值计算得到可以表征电池容量的修正后的判断电压值，根据此修正后的判断电压值进行均衡修正，可以有效消除无效电芯均衡或者反作用均衡，尤其对于电池组电芯老化而导致电池组各节电芯的内阻逐渐不一致引起的充、放电误均衡情况具有消除作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电池组电芯的均衡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

采集电池组各节电芯的电压、电流以及内阻；

根据所述电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到所述电池组各节电芯的判断电压值，根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正；

所述电池组处于充电状态，若所述电池组各节电芯的判断电压值与其理想电压值的差值小于等于50mv，则不执行均衡修正；

若所述电池组各节电芯的判断电压值与其理想电压值的差值大于50mv，则将充电电流分流至旁路电阻；

利用霍尔电流检测器采集电池组各节电芯的电流，周期性地测量所述电池组各节电芯的内阻；

当采集完所述电流时，若未到达当前测量周期，通过所述电池组各节电芯的电压和电流计算得到所述电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻；

待到达当前测量周期时，测量并更新当前所述电池组各节电芯的内阻，此后持续使用此内阻值，直到下一周期时测量并更新所述电池组各节电芯的内阻值。

2.根据权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，所述根据所述电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到所述电池组各节电芯的判断电压值进一步包括：

所述各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’＝Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i＝1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。

3.根据权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，所述均衡条件为一预设的条件，包括均衡策略函数，所述根据所述电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正进一步包括：

将所述判断电压值代入所述均衡策略函数以获取所述均衡修正结果；

执行所述均衡修正结果。

4.一种电池组电芯的均衡装置，其特征在于，所述均衡装置包括：

电压采集模块，用于采集电池组各节电芯的电压；

电流采集模块，用于采集电池组各节电芯的电流；所述电流采集模块为霍尔电流检测器；

电阻采集模块，用于采集电池组各节电芯的内阻；

判断电压值计算模块，用于根据所述电池组各节电芯的电压、电流和内阻计算得到所述电池组各节电芯的判断电压值；

均衡修正模块，用于根据电池组各节电芯的判断电压值与均衡条件执行均衡修正，在所述电池组处于充电状态时，若所述电池组各节电芯的判断电压值与其理想电压值的差值小于等于50mv，则不执行均衡修正；若所述电池组各节电芯的判断电压值与其理想电压值的差值大于50mv，则将充电电流分流至旁路电阻；

计时器，用于计算所述电阻采集模块周期性地采集电池组各节电芯的内阻的时间；

所述电阻采集模块包括内阻计算单元和测量单元，其中：

当所述电流采集模块采集完所述电流时，若所述计时器计算到当前周期未开始：

所述内阻计算单元根据所述电池组各节电芯的电压和电流计算得到所述电池组各节电芯的内阻，作为当前的内阻；

待所述计时器计算到当前周期开始时，所述测量单元直接测量所述电池组各节电芯的内阻并更新当前的内阻及存储，直到所述计时器计算到下一周期开始时，所述测量单元将直接测量得到的所述电池组各节电芯的内阻进一步更新当前的内阻。

5.根据权利要求4所述的均衡装置，其特征在于，所述各节电芯的判断电压值Ui’满足：

Ui’＝Ui+I*Ri，

其中，Ui为第i节电芯的电压，I为各节电芯的电流，Ri为第i节电芯的内阻，i＝1、2、3……n，n为电池组内最大电芯节数。