CN105226733B - 一种电池组主动-被动混合均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电池组主动‑被动混合均衡架构及其方法，属于电动汽车领域。该均衡架构包括主动均衡模块、被动均衡模块、主控制模块。主动均衡模块包括DC/DC转换器、多路选通器MUX，被动均衡模块包括电池控制芯片、n个开关器件串接n个功率电阻，主控制模块即MCU。MCU判断各单体电池电压是否达到充放电截止电压及单体电池间电压一致性，并采取相应的均衡方式。当某节电池电压高于所设定阈值时，控制与其并联的开关器件进行分流(即被动均衡)。当某节电池电压低于所设定阈值时，通过DC/DC转换器，把电池组的部分能量转移到该节电池上(即主动均衡)。

Description

一种电池组主动-被动混合均衡方法
技术领域
本发明属于电动汽车电池管理技术领域，特别是涉及一种电池组主动-被动混合均衡方法。
背景技术
电动汽车是未来汽车产业重要的发展方向。锂电池具有比能量和比体积大、工作电压等级高、无记忆效应、自放电率低、无污染等优点，锂电池逐渐成为电动汽车的首选动力源。电动汽车用动力电池模块由单体埋离子电池串联而成，由于电池制造工艺的限制，每节单体电池的特性都会有微小的差异，在大量单体电池成组使用的情况下，就会存在电池组的不均衡问题。一旦单体锂离子电池性能存在不一致性，在充放电时会出现单体电池电压不一致，从而影响和制约着整个电池模块的充放电能力。在工作中只要有一个单体电池达到充放电电压极限，整个电池模块就要停止充放电，否则单体电池会发生过充或过放，严重影响其寿命。因此如何高效地对电池组的一致性启动实时修正，以延长其使用寿命，增大其可用容量，是单体电池成组使用函待解决的问题。
现有的均衡可分为两种：一种是被动均衡，一种是主动均衡。被动均衡通常采用在单体电池两端并联电阻的方式，通过电阻分流达到电压平衡，电路结构简单，成本较低。主动均衡，又可分为DC/DC集中式(包括单向均衡、双向均衡)和分散式均衡(包括飞度电容均衡、储能电感均衡)。电容均衡电流不易控制，开关器件分压也造成均衡效果不明显；电感均衡只能在相邻的单体电池间启动，结构复杂，均衡效率较低。本发明提出了一种将主动-被动混合均衡方法。本发明与现有技术相比有以下优点：
1、继承了主动均衡的优点，即能量通过DC/DC转换器直接流向需要均衡的单体电池，并不需要外界提供均衡电流，有效提高均衡效率。
2、将主动均衡和被动均衡有效地结合起来，能对电池组中任意一节单体电池启动均衡，且保证充电时每节电池都能充满，放电时每节电池都能放至最低极限，实现高效实时修正电池组的一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池组主动-被动混合均衡方法，以克服现有均衡方法存在的上述不足。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明提出一种电池组主动-被动混合均衡方法，属于电动汽车领域。该均衡架构包括主动均衡模块、被动均衡模块、主控制模块。主动均衡模块包括DC/DC转换器、多路选通器MUX，被动均衡模块包括电池控制芯片、n个开关器件串接n个功率电阻，主控制模块即MCU。锂电池组由n节单体电池组成；主动均衡模块和被动均衡模块均连接到锂电池组上；电池控制芯片实时检测各单体电池的电压，并将电压信息发送给MCU。MCU判断各单体电池电压是否达到充放电截止电压及单体电池间电压一致性，并采取相应的均衡方式。当某节电池电压高于设定阈值或充电截止电压时，控制与其并联的开关器件启动分流(即被动均衡)，可保证各单体电池不会过充，从而可以延长电池组的使用寿命。当某节电池电压低于设定阈值或放电截止电压时，通过接在电池组上的DC/DC转换器，可以把电池组的部分能量转移到该节电池上(即主动均衡)，可保证每节电池都能放至最低极限，发挥出每节电池的潜力，提高均衡效率、降低均衡功耗。本发明将主动-被动均衡方法有效的结合起来，能对电池组中任意一节单体电池启动均衡，且保证充电时每节电池都能充满，放电时每节电池都能放至最低极限，快速的消除电池组中的电池短板，实现高效实时修正电池组的一致性，以增大其可用容量，延长其使用寿命。
附图说明
图1 一种电池组主动-被动混合均衡方法电路图；
图2 一种电池组主动-被动混合均衡方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明：
一种电池组主动-被动混合均衡方法，其特征在于，一种电池组主动-被动混合均衡方法，其特征在于，包括被动均衡模块(1)，被动均衡模块包括电池控制芯片(7)、n个开关器件和n个功率电阻；包括主动均衡模块(3)，主动均衡模块包括两个多路选通器(4)、DC/DC转换器(5)、主控制模块MCU(6)和2个开关器件。锂电池组(2)由n节单体电池串联组成。电池控制芯片分别与n个开关器件相连，并采集n节电池电压；锂电池组正负极两端分别接DC/DC转换器的Vin+、Vin-，DC/DC转换器的Vo+、Vo-端分别通过开关器件接一个n选一多路选通器MUX；两个多路选通器可以组合选通任意一节单体电池；电池控制芯片与MCU通过SPI传输各单体电池电压信息，并由MCU判断出需要均衡的单体电池；当某节电池电压高于所设定阈值或充电截止电压时，(MCU控制)电池控制芯片发送控制指令CBi至被动均衡模块的第i个开关器件，对第i节电池启动被动均衡；当某节电池电压低于所设定阈值或放电截至电压时，MCU发送En0控制指令唤醒DC/DC转换器，电池组转移部分能量至DC/DC转换器；MCU发送地址指令至两个多路选通器MUX，选通需要均衡的某一节单体电池；MCU发送控制指令En1、En2至两个开关器件，DC/DC转换器对该单体电池开启主动均衡。
图2所示一种电池组主动-被动混合均衡方法流程图，对其阐述如下：
(1)初始化过程：电池组接充电机或负载，MCU上电；
(2)电池控制芯片检测各单体电池电压并将检测结果发送给MCU；
(3)若V[i]在正常电压区间(不小于Vdisch且不大于Vch)，顺序执行，否则转至(6)；
(4)若|ΔVi|不大于Vth，返回(2)；否则顺序执行；
(5)若ΔVi为正数，电池控制芯片发送控制指令CBi至开关器件，对第i节电池开启被动均衡，均衡完毕后返回(2)，若ΔVi为负数，转至(7)；
(6)若V[i]小于Vdisch转至(7)，否则电池控制芯片发送控制指令CBi至开关器件，对第i节电池开启被动均衡，均衡完毕后返回(2)；
(7)MCU发送使能指令En0唤醒DC/DC转换器；MCU发送地址控制指令至多路选通器MUX，选通第i节电池；MCU发送使能指令En1、En2至开关器件，DC/DC转换器对第i节电池开启主动均衡。
注：
V[i]：第i节单体电池电压
Vch：充电截止电压
Vdisch：放电截止电压
Vth：阈值
ΔVi＝V[i]-∑V[i]/n；∑V[i]/n表示电池组平均电压，ΔVi表示第i节电池单体电池电压与电池组平均电压之差
本发明所提出的一种主动-被动混合均衡方法，包括以下步骤：
(1)电池控制芯片通过SPI将检测到的单体电池电压信息发送给MCU；
(2)当第i节单体电池电压高于所设定阈值或充电截至电压时，需要将其中的能量导出，这在充电模式下尤为必要。MCU通过控制电池控制芯片，发送CBi控制指令至第i个开关器件，对该节电池启动被动均衡；
(3)当第i节单体电池电压低于所设定阈值或放电截至电压时，为了避免过放，对其启动主动均衡，具体步骤如(4)；
(4)MCU发送使能指令En0唤醒DC/DC转换器，电池组转移部分能量至DC/DC转换器；MCU发送地址指令至多路选通器MUX，选通第i节电池；MCU发送地址指令至多路选通器MUX，选通该节电池；MCU发送En1、En2使开关器件导通，DC/DC转换器存储的能量转移到该节电池，以帮助延长整个电池组的工作时间，直到最后一块单体电池也被耗尽。

Claims (3)

1.一种电池组主动-被动混合均衡方法，其特征在于，包括被动均衡模块(1)，被动均衡模块包括电池控制芯片(7)、n个开关器件和n个功率电阻；包括主动均衡模块(3)，主动均衡模块包括两个多路选通器(4)、DC/DC转换器(5)、主控制模块MCU(6)和2个开关器件；锂电池组(2)由n节单体电池串联组成；主动-被动混合均衡模块作用于每节单体电池之间，不仅以单体电池电压为参考值进行均衡，还以单体电池和电池组平均电压之间的差值为依据，被动均衡开启条件：(1)单体电池电压大于充电截止电压，即V[i]＞Vch，其中V[i]表示单体电池电压，Vch表示充电截止电压；(2)单体电池电压在正常工作范围内，但不小于电池组平均电压且单体电池电压与电池组平均电压之差超过了设定的阈值，即Vdisch＜＝V[i]＜＝Vch，∑V[i]/n＜＝V[i]且ΔVi＝(V[i]-∑V[i]/n)＞Vth，其中Vdisch表示放电截止电压，∑V[i]/n表示电池组平均电压，ΔVi表示单体电池电压与电池组平均电压的差值，Vth表示设定的阈值电压；主动均衡开启条件：(1)单体电池电压小于放电截止电压，即V[i]＜Vdisch；(2)单体电池电压在正常的工作范围内Vdisch＜＝V[i]＜＝Vch，但单体电池电压小于电池组平均电压且单体电池电压与电池组平均电压的差值超过了设定的阈值，即V[i]＜∑V[i]/n，且∑V[i]/n-V[i]＞Vth；两者混合均衡使电池组中的任意一节单体都可以启动均衡，且保证充电时每节电池都能充满，放时每节电池都能放至最低极限。
2.按照权利要求1所述的一种电池组主动-被动混合均衡方法，其特征在于当某节电池电压高于所设定阈值时，MCU控制电池控制芯片发送控制指令CBi至被动均衡模块的第i个开关器件，对第i个电池开启被动均衡；具体实现为：MCU通过设置好的均衡策略，首先判断单体电池电压是否工作在正常电压范围内，如果不在且大于充电截止电压，直接开启被动均衡，如果在正常范围内，再判断各单体电池电压与电池组平均电压之间的差值，是否超过设定的阈值，如果单体电池电压不小于电池组平均电压且两者差值超过了设定的阈值，则开启被动均衡。
3.按照权利要求1所述的一种电池组主动-被动混合均衡方法，其特征在于当某节电池电压低于所设定的阈值时，MCU发送En0控制指令唤醒DC/DC转换器，电池组转移部分能量至DC/DC转换器；MCU发送地址指令至两个多路选通器MUX，选通需要均衡的某一节单体电池；MCU发送控制指令En1、En2至两个开关器件，DC/DC转换器对该单体电池开启主动均衡；具体实现为：MCU通过设置好的均衡策略，首先判断单体电池电压是否在正常的工作电压范围内，如果不在且小于放电截止电压，直接开启主动均衡；如果在正常范围内，再判断各单体电池电压与电池组平均电压之间的差值，是否超过设定的阈值，如果单体电池小于电池组平均电压且两者差值超过了设定的阈值，则开启主动均衡。
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