CN105356533A - 一种电池组的主动均衡方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组的主动均衡方法和装置，其中电池组主动均衡装置由智能控制单元、BMS通讯单元、差分放大压差检测单元和电能转移单元组成；BMS通讯单元从BMS获得电流值和安时数；差分放大压差检测单元将电池电压经过差分放大器逐一检测，然后将检测值发送给智能控制单元；电能转移单元用于进行电池单体到电池单体、电池单体到电池模块、电池单体到整组电池之间的能量转移；智能控制单元接收BMS通讯单元获得的电流值和安时数信息以及差分放大压差检测单元的测试值，并根据其接收的BMS通讯单元获得的电流值和安时数以及差分放大压差检测单元的测试值进行运算分析，以控制电能转移单元对电池单体进行能量转移。本发明具有均衡效率高、均衡电流流向精准、性价比高的特点。

Description

一种电池组的主动均衡方法和装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是一种电池组的主动均衡方法和装置。
背景技术
目前，电动汽车所用的电池组，局限于单体锂电池的电压和容量，必须将大量的电池单体通过并联和串联的方式形成电池组，来满足电动汽车的续航里程和动力功率要求。但是单体电池在原材料、制造过程以及在电池组的循环充放电过程中会产生差异，各个单体电池在额定容量、电压、内阻等方面不完全一致。那么在串联的电池组中，容量小的电池单体会在放电中先放完电，充电过程中会先充满电。现有技术试图通过均衡技术来解决或者缓和这个问题。均衡技术包括均衡方法和实现均衡的装置。通常均衡的目标是在某一点电池状态达到一致，比如充电过程中同时充满电，放电过程中同时放光电，或者同时通过循环中心点，这样最小容量和最大容量的电池都能充分的利用容量。均衡的方法通常有以某个电压为目标的电压目标均衡法和以某个剩余可用电量为目标的SOC目标均衡法。不过简单地以电压差或者SOC差异作为均衡的启动条件，由于测试误差，单体容量不清楚等原因，常有过量的均衡动作，效率和性价比都不理想。
发明内容
本发明目的是：针对现有技术的不足，提出一种电池组的主动均衡方法和装置，其具有均衡效率高、均衡电流流向精准、性价比高的特点。
本发明的技术方案是：一种电池组的主动均衡方法，包括以下步骤：
步骤一、统计分析电池组的工况，找出最大概率工况电流Im；
步骤二、设置一个均衡基准电压Vb；
步骤三、设置一个均衡专用的差分放大器，该差分放大器用来放大电池电压与所述均衡基准电压Vb的差值，根据均衡的精度需要选择放大倍数，得到放大后的压差Va；
步骤四、标定电压平台内放电安时数与Va的关系，确定等差安时数间隔的放大压差Van；
步骤五、每过一个测试电流采集一次电池单体的电压，每过一个安时间隔计算一次每个电池单体的电压变化率；
步骤六、以安时为横轴，以每一个电池单体的电压变化率为纵轴，对于包含n个电池单体的电池组得到有n条曲线的一张图，所述n为自然数；
步骤七、计算出所述n个电池单体的平均放大压差Va0，计算出每个电池单体放大压差对平均放大压差的偏移dVan；
步骤八、以安时数为横轴，dVan为纵轴，得到有n条曲线的另一张图；
步骤九、根据电压变化率，计算出每个电池单体的相对容量；
步骤十、根据电压和电压变化率，计算每个电池单体达到基准电压的时间；
步骤十一、将达到基准电压时间最长的电池单体向达到基准电压时间最短的电池单体转移能量，将达到基准电压时间第二长长的电池单体向达到基准电压时间第二短的电池单体转移能量，依次类推，向全部单体电池同时达到基准电压的目标进行均衡；
步骤十二、根据每个电池单体相对容量，计算每个电池单体同时达到基准电压充满电需要进行的电量转移，或每个电池单体同时离开基准电压放空电需要进行的电量转移；
步骤十三、在充放电过程中进行电量转移，对于单体电池容量，转移电量根据实际转移过程中对于理想目标的偏离来进行修正。
作为优选，在所述步骤二中，所述均衡基准电压Vb在电池的放电平台之内，而且该均衡基准电压Vb的测试电流为所述最大概率工况电流Im。
作为优选，在所述步骤二中，所述均衡基准电压Vb在充放电平台的位置根据电池最常用区间来设定。
作为优选，所述均衡基准电压Vb在充放电平台的位置设置在电池最常用区间的末端，其初始值以设计运行情况来定，以实际运行情况作修正。
本发明所提供的这种电池组的主动均衡装置，由智能控制单元、BMS通讯单元、差分放大压差检测单元和电能转移单元组成；
所述BMS通讯单元从BMS获得电流值和安时数；
所述差分放大压差检测单元将电池电压经过差分放大器逐一检测，然后将检测值发送给智能控制单元；
所述电能转移单元用于进行电池单体到电池单体、电池单体到电池模块、电池单体到整组电池之间的能量转移；
所述智能控制单元接收BMS通讯单元获得的电流值和安时数信息以及差分放大压差检测单元的测试值，并根据其接收的BMS通讯单元获得的电流值和安时数以及差分放大压差检测单元的测试值进行运算分析，以控制电能转移单元对电池单体进行能量转移。
本发明的优点是：
1、使用差分放大，大大提高了电压测试的精度，降低了测试误差。
2、计算了电池单体的相对容量，使均衡需求有个原始的依据。
3、以电压变化率来估算终点距离差异，进一步使均衡电量的转移精准。
4、有图示容量和电量转移对象，容易理解和检查。
附图说明
图1是不同电池单体电压变化率随放电电量的示意图。
图2是不同电池单体压差放大值与平均的差异随放电电量的示意图。
图3是电池组的主动均衡装置的系统组成图。
其中：1-智能控制单元，2-BMS通讯单元，3-差分放大压差检测单元，4-电能转移单元。
具体实施方式
实施例一：
本实施例公开的这种电池组的主动均衡方法，包括以下步骤：
步骤一、统计分析电池组的工况，找出最大概率工况电流Im。
所述统计分析由人工进行，对于新情况，采用最典型数值作为原始数值，在运行过程中进行修正。
步骤二、设置一个均衡基准电压Vb。
该均衡基准电压Vb应该在电池的放电平台之内，而且该均衡基准电压Vb的测试电流为所述最大概率工况电流Im。
一般来说，所述均衡基准电压Vb在充放电平台的位置(电压平台有个电压区间，Vb在这个区间内取值，具体的取值，说成是Vb在平台的位置)应该根据电池最常用区间来设定，最好设置在最常用区间的末端。其初始值以设计运行情况来定，以实际运行情况作修正。
步骤三、设置一个均衡专用的差分放大器，该差分放大器用来放大电池电压与所述均衡基准电压Vb的差值，根据均衡的精度需要选择放大倍数，得到放大后的压差Va。
步骤四、标定电压平台内放电安时数与Va的关系，确定等差安时数间隔的放大压差Van。
步骤五、每过一个测试电流采集一次电池单体的电压，每过一个安时间隔计算一次每个电池单体的电压变化率。
步骤六、以安时为横轴，以每一个电池单体的电压变化率为纵轴，对于包含n个电池单体的电池组得到有n条曲线的一张图，如图1，所述n为自然数，本例中n＝5。
步骤七、计算出所述n个电池单体的平均放大压差Va0，计算出每个电池单体放大压差对平均放大压差的偏移dVan。
步骤八、以安时数为横轴，dVan为纵轴，得到有n条曲线的另一张图，如图2。
步骤九、根据电压变化率，计算出每个电池单体的相对容量。
步骤十、根据电压和电压变化率，计算每个电池单体达到基准电压的时间。
步骤十一、将达到基准电压时间最长的电池单体向达到基准电压时间最短的电池单体转移能量，将达到基准电压时间第二长长的电池单体向达到基准电压时间第二短的电池单体转移能量，依次类推，向全部单体电池同时达到基准电压的目标进行均衡。
所述全部单体电池同时达到的基准电压，指同时处于基准电压正负测试误差Ve的范围内：Vb±Ve的电压测试误差。
步骤十二、根据每个电池单体相对容量，计算每个电池单体同时达到基准电压充满电需要进行的电量转移，或每个电池单体同时离开基准电压放空电需要进行的电量转移。
步骤十三、在充放电过程中进行电量转移，对于单体电池容量，转移电量根据实际转移过程中对于理想目标的偏离来进行修正。
本实施例所涉及的电池组具体为磷酸铁锂576伏280Ah电池组，设定最大概率工况电流为100A，均衡基准电压为3.0伏，n＝5。
为了更好地实施上述均衡方法，本实施例还提供了一种电池组的主动均衡装置，参照图3所示，该装置由智能控制单元1、BMS通讯单元2、差分放大压差检测单元3和电能转移单元4组成。所述BMS通讯单元2从BMS(即电池管理系统)获得电流值和安时数。所述差分放大压差检测单元3将电池电压经过差分放大器逐一检测，然后将检测值发送给智能控制单元1。所述电能转移单元4用于进行电池单体到电池单体之间的能量转移，而且该电能转移单元4还能够进行电池单体到电池模块、电池单体到整组电池之间的能量转移。所述智能控制单元1接收BMS通讯单元2获得的电流值和安时数信息以及差分放大压差检测单元3的测试值，并根据其接收的BMS通讯单元2获得的电流值和安时数以及差分放大压差检测单元3的测试值进行运算分析，以控制电能转移单元1对电池单体进行能量转移。
实施例二：
本实施例二所公开的这种电池组主动均衡方法和装置与上述实施例一基本相同，区别在于：电池组为三元380伏200安时电池组，设定的最大概率工况电流80A，均衡基准电压为3.1伏。
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电池组的主动均衡方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、统计分析电池组的工况，找出最大概率工况电流Im；
步骤二、设置一个均衡基准电压Vb；
步骤三、设置一个均衡专用的差分放大器，该差分放大器用来放大电池电压与所述均衡基准电压Vb的差值，根据均衡的精度需要选择放大倍数，得到放大后的压差Va；
步骤四、标定电压平台内放电安时数与Va的关系，确定等差安时数间隔的放大压差Van；
步骤五、每过一个测试电流采集一次电池单体的电压，每过一个安时间隔计算一次每个电池单体的电压变化率；
步骤六、以安时为横轴，以每一个电池单体的电压变化率为纵轴，对于包含n个电池单体的电池组得到有n条曲线的一张图，所述n为自然数；
步骤七、计算出所述n个电池单体的平均放大压差Va0，计算出每个电池单体放大压差对平均放大压差的偏移dVan；
步骤八、以安时数为横轴，dVan为纵轴，得到有n条曲线的另一张图；
步骤九、根据电压变化率，计算出每个电池单体的相对容量；
步骤十、根据电压和电压变化率，计算每个电池单体达到基准电压的时间；
步骤十一、将达到基准电压时间最长的电池单体向达到基准电压时间最短的电池单体转移能量，将达到基准电压时间第二长长的电池单体向达到基准电压时间第二短的电池单体转移能量，依次类推，向全部单体电池同时达到基准电压的目标进行均衡；
步骤十二、根据每个电池单体相对容量，计算每个电池单体同时达到基准电压充满电需要进行的电量转移，或每个电池单体同时离开基准电压放空电需要进行的电量转移；
步骤十三、在充放电过程中进行电量转移，对于单体电池容量，转移电量根据实际转移过程中对于理想目标的偏离来进行修正。
2.根据权利要求1所述的电池组的主动均衡方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述均衡基准电压Vb在电池的放电平台之内，而且该均衡基准电压Vb的测试电流为所述最大概率工况电流Im。
3.根据权利要求2所述的电池组的主动均衡方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述均衡基准电压Vb在充放电平台的位置根据电池最常用区间来设定。
4.根据权利要求3所述的电池组的主动均衡方法，其特征在于：所述均衡基准电压Vb在充放电平台的位置设置在电池最常用区间的末端，其初始值以设计运行情况来定，以实际运行情况作修正。
5.一种电池组的主动均衡装置，其特征在于：该装置由智能控制单元(1)、BMS通讯单元(2)、差分放大压差检测单元(3)和电能转移单元(4)组成；
所述BMS通讯单元(2)从BMS获得电流值和安时数；
所述差分放大压差检测单元(3)将电池电压经过差分放大器逐一检测，然后将检测值发送给智能控制单元(1)；
所述电能转移单元(4)用于进行电池单体到电池单体、电池单体到电池模块、电池单体到整组电池之间的能量转移；
所述智能控制单元(1)接收BMS通讯单元(2)获得的电流值和安时数信息以及差分放大压差检测单元(3)的测试值，并根据其接收的BMS通讯单元(2)获得的电流值和安时数以及差分放大压差检测单元(3)的测试值进行运算分析，以控制电能转移单元(1)对电池单体进行能量转移。
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