CN106505663A - 串联电池组均衡系统及其方法 - Google Patents

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    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

Abstract

本发明提供了一种串联电池组均衡系统及其方法,系统由n个单体电池(BT1～BTn)串联组成一个电池组，每个电池组设置n‑1个功率单元(P1～Pn‑1)和一个均衡节点，多个电池组的均衡节点通过通信总线相连至均衡中心，第i个功率单元(Pi)的正、负输入端分别连接第i+1个单体电池(BTi+1)的正极和第i个单体电池(BTi)的负极，第i个功率单元(Pi)的正、负输出端分别连接第i个单体电池的正、负极，i为小于n的正整数，n为正整数；其效果是：提升了电池组管理水平，降低电池组内单体电池电压不均衡度，从而大大提高了电池组的使用寿命。

Description

串联电池组均衡系统及其方法
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种串联电池组均衡系统及其方法。
背景技术
蓄电池由多个单体电池串联组成，蓄电池组由多个蓄电池串联组成，已被广泛应用在交通、电力、通信等领域的电子设备中。实践表明，蓄电池组的寿命远远低于单体电池的寿命，最根本的原因是在充电设备对蓄电池组充电时，流过各个单体电池的电流大小相同，然而由于单体电池的容量存在差异，在以相同的充电电流充电时，会造成有的单体电池未充满，而有的单体电池过冲的现象，也就是造成单体电池充电不均衡，从而严重降低了蓄电池组的寿命。
考虑到各个单体电池的不一致性，需要采取均衡措施来确保蓄电池组的稳定性和安全性，均衡就是利用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。
发明内容
本申请通过提供一种串联电池组均衡系统及其方法，以解决因单体电池电压不均而导致蓄电池组使用寿命短的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
一种串联电池组均衡系统,由n个单体电池(BT1～BTn)串联组成一个电池组，每个电池组设置n-1个功率单元(P1～Pn-1)和一个均衡节点，多个电池组的均衡节点通过通信总线相连至均衡中心，第i个功率单元(Pi)的正、负输入端分别连接第i+1个单体电池(BTi+1)的正极和第i个单体电池(BTi)的负极，第i个功率单元(Pi)的正、负输出端分别连接第i个单体电池的正、负极，i为小于n的正整数，n为正整数。
进一步地，所述功率单元分为普通功率单元和尾功率单元，其中，所述普通功率单元为单向降压变换单元，所述尾功率单元为双向升降压变换单元，尾功率单元与电池组中的最后一个单体电池(BTn)连接。
进一步地，所述均衡节点包括第一微处理器、采集各个单体电池电压的数据采集单元、与所述均衡中心通信的通信处理单元、进行相邻互斥控制的隔离控制单元、容量计算显示单元、数据存储管理单元以及供电的电源模块。
进一步地，所述均衡中心包括第二微处理器、总线电流采集单元、总线通信处理单元、均衡节点控制单元、数据库管理单元、人机交互单元以及历史数据曲线绘制单元。
一种串联电池组均衡系统的均衡方法，其特征在于，该方法包括均衡中心控制流程和均衡节点处理流程，其中，所述均衡中心的控制流程包括如下步骤：
A1：进行数据采集和通信处理；
A2：判断串联电池组是否为静置态，如果是，则跳转至步骤A1，否则，进入步骤A3；
A3：判断电池组是否为放电态，如果是，则进入步骤A4，否则，进入步骤A5；
A4：设置均衡门限值L等于放电态门限Ld；
A5：设置均衡门限值L等于充电态门限Lc；
A6：计算电池组离散极值式中，Vi为单体电池i的电压，为所有单体电池电压的均值；
A7：判断电池组离散极值D是否大于均衡门限值L，如果是，则进入步骤A8，否则跳转至步骤A1；
A8：给定均衡节点目标电压值P；
A9：判断母线电压变化量是否大于均衡门限值，如果是，则跳转至步骤A8，否则，跳转至步骤A1；
所述均衡节点处理流程包括如下步骤：
B1：所述数据采集单元对各单体电池进行电压采样；
B2：与所述均衡中心进行通信处理；
B3：判断均衡中心是否下发控制参数，如果是，则进入步骤B4，否则，跳转至步骤B1；
B4：判断电池组是否为放电态？如果是，则进入步骤B5，否则，进入步骤B6；
B5：进行相邻互斥控制，即相邻的功率单元不同时工作；
B6：判断控制对象是否为尾电池，如果是，则进入步骤B7，否则，进入步骤B8；
B7：开启尾功率单元反向功率控制；
B8：控制功率单元给定输出目标电压值P。
为了保证电池组放电过程平衡且高效输出，在设定时，放电态门限Ld小于充电态门限Lc。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：提升了电池组管理水平，降低电池组内单体电池电压不均衡度，从而大大提高了电池组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为功率单元与串联电池组连接关系图；
图3为均衡节点功能示意图；
图4为均衡中心功能示意图；
图5为均衡中心控制流程图；
图6为均衡节点处理流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种串联电池组均衡系统及其方法，以解决因单体电池电压不均而导致蓄电池组使用寿命短的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。
实施例:
一种串联电池组均衡系统,如图1所示，包括均衡中心、若干个均衡节点、功率单元以及由单体电池串联组成的电池组，其中，所述均衡中心与所述均衡节点通过通信总线相连，所述均衡节点按照所述均衡中心下发的控制命令控制所述功率单元完成均衡工作，每个均衡节点控制n-1个功率单元，如图2所示，每个单体电池BTi对应一个功率单元Pi，最后一个单体电池无对应的功率单元，所述功率单元Pi的输入为相邻的单体电池BTi和单体电池BTi+1的正负极，或单体电池BTi和单体电池BTi+j的正负极，j为小于n的正整数，所述功率单元Pi的输出为单体电池BTi的正负极，i为小于n的正整数。
所述功率单元分为普通功率单元和尾功率单元，其中，所述普通功率单元为单向降压变换单元，所述尾功率单元为双向升降压变换单元。
如图3所示，所述均衡节点包括第一微处理器、采集各个单体电池电压的数据采集单元、与所述均衡中心通信的通信处理单元、进行相邻互斥控制的隔离控制单元、容量计算显示单元、数据存储管理单元以及供电的电源模块。
如图4所示，所述均衡中心包括第二微处理器、总线电流采集单元、总线通信处理单元、均衡节点控制单元、数据库管理单元、人机交互单元以及历史数据曲线绘制单元。
一种串联电池组均衡系统的均衡方法，该方法包括均衡中心控制流程和均衡节点处理流程，其中，如图5所示，所述均衡中心的控制流程包括如下步骤：
A1：进行数据采集和通信处理；
A2：判断串联电池组是否为静置态，如果是，则跳转至步骤A1，否则，进入步骤A3；
A3：判断电池组是否为放电态，如果是，则进入步骤A4，否则，进入步骤A5；
A4：设置均衡门限值L等于放电态门限Ld；
A5：设置均衡门限值L等于充电态门限Lc；
A6：计算电池组离散极值式中，Vi为单体电池i的电压，为所有单体电池电压的均值；
A7：判断电池组离散极值D是否大于均衡门限值L，如果是，则进入步骤A8，否则跳转至步骤A1；
A8：给定均衡节点目标电压值P；
A9：判断母线电压变化量是否大于均衡门限值，如果是，则跳转至步骤A8，否则，跳转至步骤A1；
所述均衡节点处理流程如图6所示包括如下步骤：
B1：所述数据采集单元对各单体电池进行电压采样；
B2：与所述均衡中心进行通信处理；
B3：判断均衡中心是否下发控制参数，如果是，则进入步骤B4，否则，跳转至步骤B1；
B4：判断电池组是否为放电态？如果是，则进入步骤B5，否则，进入步骤B6；
B5：进行相邻互斥控制，即相邻的功率单元不同时工作；
B6：判断控制对象是否为尾电池，如果是，则进入步骤B7，否则，进入步骤B8；
B7：开启尾功率单元反向功率控制；
B8：控制功率单元给定输出目标电压值P。
为了保证电池组放电过程平衡且高效输出，在设定时，放电态门限Ld小于充电态门限Lc。
本申请的上述实施例中，通过提供一种串联电池组均衡系统及其方法,包括均衡中心、若干个均衡节点、功率单元以及由单体电池串联组成的电池组，其中，所述均衡中心与所述均衡节点通过通信总线相连，所述均衡节点按照所述均衡中心下发的控制命令控制所述功率单元完成均衡工作，每个均衡节点控制n-1个功率单元，每个单体电池BTi对应一个功率单元Pi，最后一个单体电池无对应的功率单元，所述功率单元Pi的输入为相邻的单体电池BTi和单体电池BTi+1的正负极，所述功率单元Pi的输出为单体电池BTi的正负极，该方法提升了电池组管理水平，降低电池组内单体电池电压不均衡度，从而大大提高了电池组的使用寿命。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种串联电池组均衡系统，其特征在于，由n个单体电池(BT1～BTn)串联组成一个电池组，每个电池组设置n-1个功率单元(P1～Pn-1)和一个均衡节点，多个电池组的均衡节点通过通信总线相连至均衡中心，第i个功率单元(Pi)的正、负输入端分别连接第i+1个单体电池(BTi+1)的正极和第i个单体电池(BTi)的负极，第i个功率单元(Pi)的正、负输出端分别连接第i个单体电池的正、负极，i为小于n的正整数，n为正整数。
2.根据权利要求1所述的串联电池组均衡系统，其特征在于，所述功率单元分为普通功率单元和尾功率单元，其中，所述普通功率单元为单向降压变换单元，所述尾功率单元为双向升降压变换单元，尾功率单元与电池组中的最后一个单体电池(BTn)连接。
3.根据权利要求1所述的串联电池组均衡系统，其特征在于，所述均衡节点包括第一微处理器、采集各个单体电池电压的数据采集单元、与所述均衡中心通信的通信处理单元、进行相邻互斥控制的隔离控制单元、容量计算显示单元、数据存储管理单元以及供电的电源模块。
4.根据权利要求1所述的串联电池组均衡系统，其特征在于，所述均衡中心包括第二微处理器、总线电流采集单元、总线通信处理单元、均衡节点控制单元、数据库管理单元、人机交互单元以及历史数据曲线绘制单元。
5.根据权利要求1所述的串联电池组均衡系统的均衡方法，其特征在于，该方法包括均衡中心控制流程和均衡节点处理流程，其中，所述均衡中心的控制流程包括如下步骤：
A1：进行数据采集和通信处理；
A2：判断串联电池组是否为静置态，如果是，则跳转至步骤A1，否则，进入步骤A3；
A3：判断电池组是否为放电态，如果是，则进入步骤A4，否则，进入步骤A5；
A4：设置均衡门限值L等于放电态门限Ld；
A5：设置均衡门限值L等于充电态门限Lc；
A6：计算电池组离散极值式中，Vi为单体电池i的电压，为所有单体电池电压的均值；
A7：判断电池组离散极值D是否大于均衡门限值L，如果是，则进入步骤A8，否则跳转至步骤A1；
A8：给定均衡节点目标电压值P；
A9：判断母线电压变化量是否大于均衡门限值，如果是，则跳转至步骤A8，否则，跳转至步骤A1；
所述均衡节点处理流程包括如下步骤：
B1：所述数据采集单元对各单体电池进行电压采样；
B2：与所述均衡中心进行通信处理；
B3：判断均衡中心是否下发控制参数，如果是，则进入步骤B4，否则，跳转至步骤B1；
B4：判断电池组是否为放电态？如果是，则进入步骤B5，否则，进入步骤B6；
B5：进行相邻互斥控制，即相邻的功率单元不同时工作；
B6：判断控制对象是否为尾电池，如果是，则进入步骤B7，否则，进入步骤B8；
B7：开启尾功率单元反向功率控制；
B8：控制功率单元给定输出目标电压值P。
6.根据权利要求5所述的串联电池组均衡系统的均衡方法，其特征在于，放电态门限Ld小于充电态门限Lc。
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