CN105141007A

CN105141007A - 一种大均衡电流的电池组均衡方法

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Publication number: CN105141007A
Application number: CN201510653842.1A
Authority: CN
Inventors: 庄新国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明提供一种大均衡电流的电池组均衡方法，包括在电池低电压区，用外置的均衡装置，把所有电池以大均衡电流I_J放电到V_E，使电池接近空电，实现电池组电池的均衡。本发明将均衡动作设置在电池低电压区，用外置均衡装置，以大均衡电流使所有电池接近空电的均衡方法使电池组电池快速均衡、有效，不引起电池组内部温升，提高电池组循环寿命。

Description

一种大均衡电流的电池组均衡方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种大均衡电流的电池组均衡方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高和环保，广泛应用于便携式消费电子产品，其组成的电池组逐渐应用于电动汽车和储能等系统。

用作电动汽车和储能等系统的锂离子电池组必须高电压，甚至高达600多伏，需要约200只电池串联，同时需要长达10年以上的使用寿命。锂离子电池组的循环能力表示为经过N次循环后，电池组放电容量C_n降为初始放电容量C₀的D％(D％通常为70-80％)。某次电池组放电容量取决于该次电池充电容量，而充电容量取决于该次充电时电池组中最大剩余电池容量(最小可充容量)电池A。电池组中电池A的剩余容量C_A和最小剩余容量(最大可充电容量)电池B的剩余容量C_B之差ΔC(＝C_A-C_B)(电池A、B此时容量不是此时其真正的本征容量)，反映电池组电池的一致性。ΔC愈大，表明电池组中一致性愈差，充、放电容量愈小。通过电池组均衡可以减少ΔC。

在选配电池组的电池时，通常容易挑选到容量、内阻、电压一致的电池，但自放电一致性的电池难以挑选。电池组电池ΔC主要来自电池单体自放电不同和电池管理系统电压采集系统的导通电流差异。电池组ΔC会随着电池组的使用而增大，从而减少电池组放电容量，表现为电池组使用寿命差，因此，为保证电池组的使用寿命，有效的电池组电池均衡是必不可少。

电池组电池均衡方法通常是基于电压反映电池剩余容量态SOC(StateofCharge)，在电池高电压区，如磷酸铁锂电池在3.5-3.6V处设立某个电压，电池组其中一个电压最高的电池被认定是电池A，电压最低的被认定是电池B，把电池A的电量用电阻放电或转移到电池B。但各个电池单体由于电池工艺差异(尽管电池配组是挑选相近的电池，但经过循环，电池极化仍然会不一样)、组配电连接差异和电池单体所在电池组周围温度差异等都会导致电池单体曲线不能重合，使电池剩余容量态SOC与电池电压对应关系失真，特别是在电池充电或放电曲线的高电压和平台区。使得管理系统依照测得的电池电压值确认电池A和电池B不正确，甚至，测得电压最高那个电池可能是电池B，电压低的可能是电池A，使本应该补电的电池B反而被放电，导致电池放电容量减少；本应该放电的电池A被均衡电路补电，实际无法补入电，电压瞬间达到电池截止电压而关断，测得的电压仍然是低压，电池管理系统又要求均衡电路补电，均衡电路反复动作，不仅没有均衡电池组电池，而且很快损坏均衡系统或电压采集系统。另外，电池组电池均衡方法，通常设置在电池组或电池组模块内部，由于均衡产生的热量难以散出，均衡电流很小，导致均衡时间长，效率低。

发明内容

针对电池组均衡效率和效果低问题，本发明希望提供一种大均衡电流的电池组均衡方法，将均衡装置外置，均衡设在电池低电压区，用大均衡电流使所有电池接近空电，来实现电池的均衡。

本发明技术是这样实现的，均衡前，电池组放电至电池低电压区的电压V_S。均衡时，外置式均衡装置对组成电池组的所有电池，间隔有序地，以均衡电流I_J给电池放电至电池组均衡截止电压V_E，使所有电池电压都放电至V_E，都接近空电。

进一步地，上述均衡方法和装置可以应用于电动汽车电池组、电力储能系统和UPS和电动自行车。

进一步地，上述均衡装置确定所有单数序数电池1次或多次，所有偶数序数电池1次或多次均衡。

进一步地，上述均衡方法V_S设定为电池组使用时的单体电池放电限定电压。电池组放电结束后，接着就可以把开始均衡电池，操作方便。

进一步地，上述均衡方法均衡截止电压V_E应当尽可能低，以达到所有电池空电态，使电池组电池ΔC＝0。为避免电池过放电，其值不低于电池组单体最小允许放电电压；由于低电压区电池放电曲线较陡，单体电池容量对电压的变化率小，当V_S-V_E＞0.3V时，V_E也可以比电池组单体电池的最小允许放电电压高100mV，对均衡效果影响不大。因此，V_E值设定与电池组单体最小允许放电电压相同；或当V_S-V_E＞0.3V时，比电池组单体电池的最小允许放电电压高100mV。

进一步地，上述均衡装置，外置于电池组结构，大均衡电池也不引起电池组温升。均衡电流I_J可设定为I_J≥0.1CA(1CA为电池1小时放电率电流)，这样可以较短的时间内完成电池均衡，电池组内部也不需要额外的均衡模块的降温措施。

进一步地，上述均衡方法在电池的V_E-V_S低电压区进行，同样的均衡电流，在低电压区电池放电均衡，与高电压区放电均衡相比，能耗小。

因此，根据本发明实施方案中将均衡装置外置，均衡设在电池低电压区，采用大均衡电流使所有电池放电接近空电，实现电池均衡，不仅可以简化电池组结构，缩短均衡时间和不引起电池组内部温升，而且有效均衡了电池组电池，提高了电池组循环寿命。

本发明的其它特征和优点在下述描述中更为充分呈现。

附图说明

图1描述本发明均衡方法的基本原理和其中两只电池的均衡过程

图2描述本发明电池组电池均衡的流程图

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中标出。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法可以被理解为，表示包括一个或多个用于实现特定的逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或相反的顺序，来执行功能，也应被本发明的实施例技术领域的技术人员所理解。

图1描述本发明均衡方法的基本原理和其中两只电池的均衡过程。在电池组需要均衡时，存在最大剩余容量电池A和最少剩余电池B。电池组放电结束，实际上只是电池B放电至V_S(即放电曲线Q点)，电池B电放完，而电池A仍然有ΔC容量没有放完(在曲线P点处)。如不均衡，继续下一步充电，电池A充满电，电池B却不能。假如此时电池A和电池B本征容量为C，电池组充电受电池A控制，只能充电C-C_A和放电C-C_A，而不是充电C-C_B和放电C-C_B。正如图1看到，要使电池A和电池B均衡，必须使C_A等于或约等于C_B；要使电池组均衡，电池组其它所有电池剩余容量必须接近C_B。

本发明均衡方法基本原理是，通过外置均衡装置，把电池组所有电池电放空或接近放空，使所有电池的剩余容量等于零或接近零，实现电池间均衡。其均衡过程正如电池A和电池B，把两者都以均衡电流I_J放电到电压V_E(电池A和电池B都在放电曲线R处)，电都放完，C_A＝C_B＝0或接近0，实现电池A与电池B的均衡。其中V_E值设定为与电池组单体最小允许放电电压相同；如果ΔV(＝V_S-V_E)＞0.30V，V_E可设为电池组单体电池最小允许放电电压以上100mV。V_S设定为与电池组正常工作时单体电池最低控制电压相等，这样电池组放电后就可以开始电池均衡操作，不需要其他复杂的准备操作。

图2描述本发明的电池组电池均衡方法的流程图。电池组先放电至V_S201，把均衡系统连接到电池均衡接口202，设置均衡装置的I_J和V_E203，启动均衡204；所有电池放电至V_E，均衡结束205。

实施例1

把16只3.2V105Ah磷酸铁锂电池串联成电池组，并配有管理系统板和用于均衡的端口。电池组电池单体充电电压限制为3.65V，放电电压2.50V；循环时电池的单体电压限定为充电电压限制为3.60V，放电电压V_S为2.85V。电池组以100A电流，在45.6-57.6V范围内充电和放电循环测试，测试结果：电池组首次放电100Ah；循环200次，测得电池组放电容量95.6Ah，把外置均衡装置连接到电池组进行电池均衡。均衡设定：V_E为2.5V，均衡电流I_J最小值为10A(0.1CA)，按照先电池序号偶数一批和序号奇数为另一批对每个电池放电均衡。用本发明的均衡方法对电池组均衡，均衡时间为3.2h，电池组内部温度不变。均衡后的电池组以与上述循环程序相同的电流和电压范围行充、放电，其结果：电池组放电容量恢复为98.6.0Ah，

实施例2

把两组配有管理系统板、电压采集板和用于均衡的端口的、16只3.6V33Ah镍锰钴酸锂锂离子电池串联的电池模块串联成电池组。电池组单体电池允许的最大充电电压为4.20V，最小的放电电压2.85V；循环时单体电池的电压限定为充电电压4.10V，放电电压V_S为3.00V。电池组以30A电流，在96.0-131.2V范围内充电和放电循环测试，测试结果：电池组首次放电30Ah；循环第200次电池组放电容量28.5Ah，把外置均衡装置连接到电池组进行均衡。均衡设定：V_E为2.85V，均衡电流I_J最小值为3.6A(0.12CA)，按照先电池序号偶数一批和序号奇数为另一批对每个电池放电均衡。用本发明的均衡方法对电池组均衡，均衡时间为2.5h，电池组内部温度不变。均衡后的电池组以上述循环程序相同的电流和电压范围，进行充、放电，其结果：电池组放电容量恢复为29.4Ah，

对比例1

电池采用常规内置式被动均衡方法，均衡启动电压3.55V，均衡电流I_J最小值为10A(0.10CA)。采用实施例1的电池和管理系统，并配带均衡模块的电池电压采集板，采用实施例1相同的充、放电循环程序，测试结果：电池组首次放电100Ah；循环第200次电池组放电容量94.6Ah，用常规的被动均衡方法对电池组进行均衡，均衡模块温升60℃，均衡停止，电池均衡失败。

对比例2

采用本发明的外置电池均衡方法，均衡V_E设为0V，其余均衡参数与实施例1相同。采用与实施例1相同的电池组和外置的均衡装置。采用实施例2相同的充、放电循环程序，测试结果：电池组首次放电100Ah；循环第200次电池组放电容量95.6Ah，均衡时间为4.5h，电池组内部温度不变。电池组均衡后，电池组以与上述循环程序相同的电流和电压范围进行充、放电，其结果：电池组放电容量恢复为98.0.0Ah，但电池发热，电池损坏。

对比例3

采用本发明的外置电池均衡方法，均衡电流I_J最小值为5A(0.05CA)，其余均衡参数与实施例1相同。采用与实施例1相同的电池组和外置的均衡装置。采用实施例2相同的充、放电循环程序，测试结果：电池组首次放电100Ah；循环第200次电池组放电容量95.6Ah，均衡时间为9.2h，电池组内部温度不变。电池组均衡后，电池组以与上述循环程序相同的电流和电压范围进行充、放电，其结果：电池组放电容量恢复为98.7.0Ah，

Claims

1.一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于，包括：

均衡前电池组放电至电池低电压区的V_s，均衡装置对电池组电池，间隔地有序地启动放电均衡模块，以均衡电流I_J给电池放电至均衡截止电压V_E，使所有电池电压都在V_E；

所述间隔地有序地启动放电均衡模块，包括所有单数序数电池1次或多次，以及将所有偶数序数电池1次或多次均衡。

2.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：包括将独立于电池组的均衡装置设置在电池组外部，通过电线连接到电池组的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述的均衡是对所有电池都作均衡。

4.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述的V_s为电池组使用时的单体电池放电限定电压。

5.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述的V_E其值与电池组单体最小允许放电电压相同，或当V_s-V_E＞0.3V时，V_E设定为电池组单体电池最小允许放电电压以上100mV。

6.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述的均衡为大均衡电流I_J均衡，I_J≥0.1CA，1CA为电池1小时放电率电流。

7.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述均衡方法应用于磷酸铁锂电池或其他类型电池。

8.根据权利要求1所述的一种大均衡电流的电池组均衡方法，其特征在于：所述均衡方法和装置应用于电动汽车电池组、电力储能系统、UPS或电动自行车。