CN104993538B - 一种用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法，包括：若干温度电流采集模块、若干数字电位调节器和数据采集处理单元。通过上述方式，本发明用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法通过控制电流，使电池在使用过程中保持一个趋于一致的应用环境，从而避免出现不同电流下电池放热不匀、内阻差异越来越大的问题，保持电池性，延长电池寿命，在用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法的普及上有着广泛的市场前景。

Description

一种用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力可充电锂电池组领域，特别是涉及一种用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法。

背景技术

自上世纪90年代推出以来，锂离子电池由于它的独特性能，在短短十几年时间里得到了空前的发展，并广泛的应用与手机、笔记本以及数码相机等便携式设备当中。随着锂离子电池的安全性性价比的逐渐提升以及成组技术的不断突破，锂电池逐渐进入大功率应用场合，比如电动汽车动力源、通信系统备用电源、铁路辅助电源以及电力系统备用电源等。特别是在电动汽车应用领域当中，锂电池的需求增速相当快，将逐步取代传统的铅酸电池和镍电池，相比其他电池，锂离子电池具有电压高、自放电率低、充放电效率高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点，尤其是比能量和比体积都相对较大，非常适合用作电动汽车的动力源。

不过目前条件下锂离子电池仍存在一些不足，首先是抗滥用性能方面比其他电池差，不支持电池的浮充，所以必须对其进行管理，防止过充电和过放电。同时由于电池一致性问题的存在，导致电池成组使用时性能不及单体电池。单体电池的一致性问题产生的主要来源有：（1）电池生产工艺的差别，造成同批次电池初始的容量、内阻等方面存在差异；（2）各电池的自放电率不同，随着时间累积会导致各电池之间状态出现差异；（3）锂电池在长期的充放电使用过程中，由于外部环境如温度和电路板的差异、自身的充放电接受能力的差异、电池衰减速度的差异，电池组内各电池在容量、内阻、SOC（荷电状态）等方面差距将越来越大，呈发散的趋势。尤其是电池组出现过充电或过放电情况下，个别电池的性能衰减加剧，电池组内电池的离散性将进一步加大。

目前解决电池组一致性问题的主要措施有两种：（1）减小电池初始性能之间的差异，主要方式是提高电池制造工艺水平，保证单体电池的产品质量，同时以容量、电压、内阻及电池化成的相关数据为标准进行参数的一致性分析，筛选一致性良好的电池来进行电池组的组装；（2）在电池的使用过程当中消除一致性差异，主要通过电池管理系统对电池进行在线均衡来减小电池组的不一致性，同时在电池系统设计过程中充分考虑电池箱振动、箱内温场、电池之间并串联连接方式等问题，尽可能排除外部环境对电池组一致性的影响。目前实际应用的在线军魂策略往往采取从简的处理方式，仅以外电压作为控制对象，而电池外电压受电流内阻、极化电压、可用容量和SOC等多个因素的影响，无法建立外电压与电池内部状态之间的关系，所以采用该方法进行均衡判断时会出现不稳定的情况，同时均衡前后可用容量增加的效果不明显。但是电流对于电池组来说，不管是串联和并联，都是比较准确的，因此将电流作为控制对象来解决电池一致性问题是十分必须的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法，通过控制电流，使电池在使用过程中保持一个趋于一致的应用环境，从而避免出现不同电流下电池放热不匀、内阻差异越来越大的问题，保持电池性，延长电池寿命，在用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法的普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于可充电电池组的均衡应用的装置，用于电池组的均衡控制，所述电池组包括并联连接的若干单体电池，包括：若干温度电流采集模块、若干数字电位调节器和数据采集处理单元，所述温度电流采集模块和所述数字电位调节器分别电性连接所述若干单体电池，所述若干温度电流采集模块的输出端分别电性连接所述数据采集处理单元，所述数据采集处理单元的输出端分别电性连接所述若干数字电位调节器。

在本发明一个较佳实施例中，所述温度电流采集模块、所述数字电位调节器和所述单体电池为串联连接形成支路。

一种用于可充电电池组的均衡应用的方法，包括以下步骤：

（1）所述电池组工作时，所述若干单体电池分别独立工作，所述若干温度电流采集模块分别检测到该支路的电流并将该电流信号传输到所述数据采集处理单元，将所述若干温度电流采集模块的个数记为n、所述若干支路的电流分别记为I₁、I₂、I₃……I_n；

（2）在一个调整周期内，所述数据采集处理单元收集到所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n，选取任意m个电流值分别算出个方差，选取方差值最小的一个电流值的集合,作为目标电流I_target；所述最小方差电流值的集合即目标电流I_target表示为，I_target={I_i，I_i+1，…，I_i+m}，i∈[1，n-m]；

（3）所述数据采集处理单元将所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n分别与目标电流I_target相比较，

（a）当所述支路的电流小于目标电流I_target时，也即当所述支路电流小于目标电流I_target集合内的最小电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器降低电阻值，

（b）当所述支路的电流大于目标电流I_target时，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最大电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器增大电阻值，

（c）当所述支路的电流落入目标电流I_target的范围内，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最小电流值且小于目标电流集合I_target内的最大电流值时，则保持该支路的所述数字电位调节器的电阻值；

（4）进入下一个调整周期，重复步骤（2）、（3）的内容，直至所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均落入该调整周期的目标电流I_target内，也即所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均大于目标电流I_target中的最小电流值且均小于目标电流I_target中的最大电流值时，且彐R∈[1，m]，使得lim|I_i- I_R|_{（i=1,2,3…,n）}→0，且I_R∈I_target，此时即实现所述若干单体电池的电流保持一致；

（5）在实现了所述若干单体电池的电流保持一致的基础上，需要考虑所述若干单体电池的发热问题，所述若干温度电流采集模块将检测的所述若干单体电池的温度传送至所述数据采集处理单元，将所述若干单体电池的温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，当检测到的某个所述单体电池的温度高于预设值时，则重复步骤（2）、（3）、（4）的内容重新进行调节保持电流一致，达到应用均衡的目的。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中的m的范围为n/3-n/2。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（5）中的所述预设值为40℃。

本发明的有益效果是：本发明用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法通过控制电流，使电池在使用过程中保持一个趋于一致的应用环境，从而避免出现不同电流下电池放热不匀、内阻差异越来越大的问题，保持电池性，延长电池寿命，在用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法的普及上有着广泛的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例包括：

一种用于可充电电池组的均衡应用的装置，用于电池组的均衡控制，所述电池组包括并联连接的若干单体电池，包括：若干温度电流采集模块、若干数字电位调节器和数据采集处理单元。

所述温度电流采集模块和所述数字电位调节器分别电性连接所述若干单体电池，所述若干温度电流采集模块的输出端分别电性连接所述数据采集处理单元，所述数据采集处理单元的输出端分别电性连接所述若干数字电位调节器。

优选地，所述温度电流采集模块、所述数字电位调节器和所述单体电池为串联连接形成支路。

一种用于可充电电池组的均衡应用的方法，包括以下步骤：

（1）所述电池组工作时，所述若干单体电池分别独立工作，所述若干温度电流采集模块分别检测到该支路的电流并将该电流信号传输到所述数据采集处理单元，将所述若干温度电流采集模块的个数记为n、所述若干支路的电流分别记为I₁、I₂、I₃……I_n；

（2）在一个调整周期内，所述数据采集处理单元收集到所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n，选取任意m个电流值分别算出个方差，选取方差值最小的一个电流值的集合,作为目标电流I_target；所述最小方差电流值的集合即目标电流I_target表示为，I_target={I_i，I_i+1，…，I_i+m}，i∈[1，n-m]；

（3）所述数据采集处理单元将所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n分别与目标电流I_target相比较，

（a）当所述支路的电流小于目标电流I_target时，也即当所述支路电流小于目标电流I_target集合内的最小电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器降低电阻值，

（b）当所述支路的电流大于目标电流I_target时，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最大电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器增大电阻值，

（c）当所述支路的电流落入目标电流I_target的范围内，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最小电流值且小于目标电流集合I_target内的最大电流值时，则保持该支路的所述数字电位调节器的电阻值；

（4）进入下一个调整周期，重复步骤（2）、（3）的内容，直至所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均落入该调整周期的目标电流I_target内，也即所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均大于目标电流I_target中的最小电流值且均小于目标电流I_target中的最大电流值时，且彐R∈[1，m]，使得lim|I_i- I_R|_{（i=1,2,3…,n）}→0，且I_R∈I_target，此时即实现所述若干单体电池的电流保持一致；

（5）在实现了所述若干单体电池的电流保持一致的基础上，需要考虑所述若干单体电池的发热问题，所述若干温度电流采集模块将检测的所述若干单体电池的温度传送至所述数据采集处理单元，将所述若干单体电池的温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，当检测到的某个所述单体电池的温度高于预设值时，则重复步骤（2）、（3）、（4）的内容重新进行调节保持电流一致，达到应用均衡的目的。

优选地，所述步骤（2）中的m的范围为n/3-n/2。

优选地，步骤（5）中的所述预设值为40℃。

本发明用于可充电电池组的均衡应用的装置及其方法的有益效果是：

一、通过采用控制电流，使电池在使用过程中保持一个趋于一致的应用环境，从而避免出现不同电流下电池放热不匀、内阻差异越来越大的问题，保持电池性，延长电池寿命；

二、通过采用特定个数的任意组合的方差的最小值的组合的电流值范围作为目标电流，选取方便、计算方便、误差小、准确性高；

三、在实现了电流保持一致的基础上再考虑电池组的发热问题，当某一节单体电池温度过高时，调节数字电位调节器使得该支路上的电流减小，从而使得单体电池发热量降低，并重新调节电池组的电流重新达到平衡状态，实现应用均衡。

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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于可充电电池组的均衡应用的方法，其特征在于，基于该方法的用于可充电电池组的均衡应用的装置，用于电池组的均衡控制，所述电池组包括并联连接的若干单体电池，所述装置包括若干温度电流采集模块、若干数字电位调节器和数据采集处理单元，所述温度电流采集模块和所述数字电位调节器分别电性连接所述若干单体电池，所述若干温度电流采集模块的输出端分别电性连接所述数据采集处理单元，所述数据采集处理单元的输出端分别电性连接所述若干数字电位调节器,所述温度电流采集模块、所述数字电位调节器和所述单体电池为串联连接形成支路；

所述用于可充电电池组的均衡应用的方法包括以下步骤：

(1)所述电池组工作时，所述若干单体电池分别独立工作，所述若干温度电流采集模块分别检测到该支路的电流并将该电流信号传输到所述数据采集处理单元，将所述若干温度电流采集模块的个数记为n、所述若干支路的电流分别记为I₁、I₂、I₃……I_n；

(2)在一个调整周期内，所述数据采集处理单元收集到所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n，选取任意m个电流值分别算出个 方差，选取方差值最小的一个电流值的集合,作为目标电流I_target；所述最小方差电流值的集合即目标电流I_target表示为，I_target＝{I_i，I_i+1，…，I_i+m}，i∈[1，n-m]；

(3)所述数据采集处理单元将所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n分别与目标电流I_target相比较，

(a)当所述支路的电流小于目标电流I_target时，也即当所述支路电流小于目标电流I_target集合内的最小电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器降低电阻值，

(b)当所述支路的电流大于目标电流I_target时，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最大电流值时，则所述数据采集处理单元控制该支路的所述数字电位调节器增大电阻值，

(c)当所述支路的电流落入目标电流I_target的范围内，也即当所述支路电流大于目标电流I_target集合内的最小电流值且小于目标电流集合I_target内的最大电流值时，则保持该支路的所述数字电位调节器的电阻值；

(4)进入下一个调整周期，重复步骤(2)、(3)的内容，直至所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均落入该调整周期的目标电流I_target内，也即所述若干支路的电流I₁、I₂、I₃……I_n均大于目标电流I_target中的最小电流值且均小于目标电流I_target中的最大电流值时，且彐R∈[1，m]，使得lim|I_i-I_R|_{(i＝1，2，3…，n)}→0，且I_R∈I_target，此时即实现所述若干单体电池的电流保持一致；

(5)在实现了所述若干单体电池的电流保持一致的基础上，需要考虑所述若干单体电池的发热问题，所述若干温度电流采集模块将检测的所述若干单体电池的温度传送至所述数据采集处理单元，将所述若干单体电池的温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，当检测到的某个所述单体电池的温度高于预设值时，则重复步骤(2)、(3)、(4)的内容重新进行调节保持电流一致，达到应用均衡的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的m的范围为n/3-n/2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中的所述预设值为40℃。