CN106711521B - 电池组均衡控制方法及控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池均衡技术领域，公开了一种电池组均衡控制方法及控制电路，该方法包括：首次充电时，检测电池组中若干个单体电池的电压，将所检测的单体电池的电压与设定值V1比较，对在大于或等于设定值V1范围内的单体电池进行电压均衡，并记录进行均衡的单体电池号；N(N>1)次充电时，根据记录的单体电池号对该单体电池进行均衡；在充电初始阶段就可开启均衡，将电池组的均衡时间延长数倍，大大提升了均衡效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池均衡技术领域，具体地，涉及一种电池组均衡控制方法。
背景技术
随着环境污染和能源短缺的加剧，电动汽车等新能源技术得到了全世界的关注并得到快速的发展，但其电池的储能仍为电动汽车发展的瓶颈。
受单体电压、容量的限制，锂电池在电动汽车、储能系统等领域使用时，必须经过相应的串并联，以提升电池组容量和电压。受生产工艺的限制，即使是同一批次生产的单体电池，其内阻、容量以及自放电率等性能参数也有差异，而且随着循环充放电次数的增加，单体电池之间的差异会越来越显著，严重影响电池寿命，并存在安全隐患，因此，对电池进行均衡是十分必要的。
电池组均衡方式包括主动均衡和被动均衡两种，均衡过程通常将端电压作为均衡的判断条件，目前多以被动均衡方式为主。被动均衡在实际使用过程中会存在一些缺陷，如：1)被动均衡的均衡电流较小，其主要原因是被动均衡通过利用内阻将电池电能转化为热能的方式进行均衡，期间热能耗散，导致功率电阻升温，因此若均衡电流过大，可能会导致均衡电路因温度过高而烧毁；2)被动均衡一般主要在充电末期开启，其主要原因是在电池放电过程中电池端电压变化剧烈，在充电过程中电池大部分时间处于平台电压，压差较小，并且电池管理系统BMS检测电压的精度以及滞后等原因，导致在放电过程以及在充电平台上开启均衡时，可能会导致对电量更低的电池进行均衡，从而加剧了电池组的不一致性，而在充电末期的时间较短。这两个原因导致了被动均衡的效率较低。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提出一种针对小电流被动均衡方案的控制方法及控制电路。本发明的目的是提供一种电池组均衡控制方法及控制电路，该控制方法可在电池的充放电过程中均开启均衡，以延长均衡时间，提高均衡效率，改善均衡的效果。
为了实现上述目的，本发明提供一种电池组均衡控制方法，包括：首次充电时，检测电池组中若干个单体电池的电压，将所检测的单体电池的电压与设定值V1比较，对在大于或等于设定值V1范围内的单体电池进行电压均衡，并记录进行均衡的单体电池号；N(N>1)次充电时，根据记录的单体电池号对该单体电池进行均衡。
优选地，还包括：设置充电状态标识Flag；首次充电截止时，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，将Flag设为0；当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，将Flag设为1；其中V2小于V1。
优选地，在N次充电时，当检测到Flag＝0时，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡。
优选地，还包括：根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡时，当检测到有单体电池的电压达到设定值V1时，停止根据记录的单体电池号对单体电池进行的均衡，对达到设定值V1的单体电池进行均衡，删除所述记录的电池号，记录所述达到设定值V1的单体电池的电池号。
优选地，还包括：在N次充电截止时，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，将Flag设为0；当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，将Flag设为1，删除所述记录的电池号。
优选地，还包括：在电池放电过程中，当Flag＝0且所检测的电池组中若干个单体电池的电压均大于或等于V3时，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡，其中，V3小于V2。
优选地，所述检测电池组中若干个单体电池的电压通过单片机MCU实现。
优选地，所述电池组为若干节磷酸铁锂电池串联。
优选地，所述V1＝3.6V，V2＝3.5V，V3＝3V。
本发明还提供一种电池组均衡控制电路，包括：若干个串联的单体电池；
与若干个所述单体电池对应设置的若干个均衡电路，单个所述均衡电路并联在单个所述单体电池的两端，单个所述均衡电路包括串联的电阻和开关；控制单元，用以检测所述单体电池两端的电压和控制所述均衡电路的开关的打开或闭合。
通过上述技术方案，假设电池组由n节单体电池串联而成，每节单体电池两端并联电阻Rn及开关Kn，单片机MCU来控制均衡开关Kn，并监测单体电池两端的电压，本发明提出的均衡控制方法如下：
1)将电池组中的左右单体电池依据电压进行分段，区间1中单体电池端电压V≥V1，区间2中的电池端电压V2＜V＜V1，区间3中的电池端电压V≤V2；对于磷酸铁锂电池，可设置V1＝3.6V，V2＝3.5V，V3＝3V。
2)首次充电时，电池组单体电池的电压逐渐从区间3上升到区间2和区间1，对区间1的电池开启均衡，此时电池电压继续上升直至到达充电截止条件。在充电截止时进入区间1的电池数目更多，此时，例如可以在EEPROM中记录m节进入区间1的锂电池的电池号(m值常≤0.5n)；若在充电截止时，区间3中仍有电池存在，此时将充电Flag设置为0，即认为电池组的不一致仍存在，同时，结束充电。
3)在第N(N＞1)次充电时，若此时充电Flag＝0，则从充电初始阶段就根据EEPROM中记录的电池号对电池进行均衡，直到有电池端电压进入区间1，此时关闭电池的均衡电路，而只开启进入区间1的电池的均衡电路，并且删除上次记录的电池号，记录进入区间1的锂电池的电池号。若在充电截止时，电池组中所有电池的端电压均进入区间1和区间2，则可以认为电池组的一致性良好，此时擦除EEPROM中记录的电池号，并且将充电Flag设置为1，同时，结束充电。
4)在电池放电时，若此时充电Flag＝0，并且所有单体电池的电压V≥V3，此时根据EEPROM中记录的电池号对电池进行均衡，直到有单体电池的电压V小于V3时，则结束均衡。
5)若电池充放电过程中充电Flag＝1，则不开启均衡，均衡策略执行步骤2的首次充电流程。
6)若前五次充电均未到达充电截止条件而提前结束，则不开启均衡，执行2)中的首次充电流程。
本发明的电池组均衡控制方法，在放电和充电初始阶段就可开启被动均衡，将电池组的均衡时间延长数倍，大大提升了均衡效率。
采用本发明的电池组均衡控制方法的均衡电流可以设计很小，同时能保证均衡效果，从而保证了被动均衡的安全性。
本发明的电池组均衡控制方法避免了在放电时电压变化剧烈以及电压平台上压差过小导致均衡开启错误的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图；
图2是本发明另一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图；
图3是本发明另一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图；
图4是本发明一种实施方式的电池组均衡控制电路连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图。如图1所示的本发明一种实施方式的电池组均衡控制方法，包括：首次充电时，在步骤110中，检测电池组中若干个单体电池的电压，在步骤120中，将所检测的单体电池的电压与设定值V1比较，在步骤130中，对在大于或等于设定值V1范围内的单体电池进行电压均衡，并在步骤140中，记录进行均衡的单体电池号；N(N>1)次充电时，在步骤230中，根据记录的单体电池号对该单体电池进行均衡。
上述方案中，在首次充电和N次充电中实现电池组的均衡，延长均衡时间，提高均衡效率。
图2是本发明另一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图。如图1所示的本发明一种实施方式的，还包括：设置充电状态标识Flag；首次充电截止时，在步骤150中，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，在步骤160中，将Flag设为0；当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，在步骤162中，将Flag设为1；其中V2小于V1；执行步骤160或162后，则结束充电。
根据本发明一种实施方式，在N次充电时，当在步骤220中，检测到Flag＝0时，在步骤230中，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡。
当在步骤220中，检测到Flag不为0时，则执行首次充电流程。
根据本发明一种实施方式，还包括在步骤220前，在步骤210中，判断是否前5次充电均提前结束，如是，则执行首次充电流程；如否，则执行步骤220。
根据本发明一种实施方式，还包括：在步骤230中，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡时，在步骤240中，当检测到有单体电池的电压达到设定值V1时，在步骤260中，停止根据记录的单体电池号对单体电池进行的均衡，对达到设定值V1的单体电池进行均衡，在步骤270中，删除所述记录的电池号，记录所述达到设定值V1的单体电池的电池号。
根据本发明一种实施方式，还包括：在N次充电截止时，在步骤280中，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，在步骤290中，将Flag设为0；当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，在步骤292中，将Flag设为1，删除所述记录的电池号。执行步骤290或292后，则结束充电。
图3是本发明另一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图。如图3所示的本发明一种实施方式的电池组均衡控制方法流程图，还包括：在电池放电过程中，在步骤320中，检测Flag的值，当Flag＝0且，在步骤330中检测若干个单体电池的电压，且当所检测的电池组中若干个单体电池的电压均大于或等于V3时，在步骤340中，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡，其中，V3小于V2。
当在步骤320中检测的Flag不为0，则执行首次充电流程。在步骤330中，检测的若干个单体电池的电压不全部大于或等于V3，则均衡结束。
根据本发明一种实施方式，还包括在步骤310中，判断是否前5次充电均提前结束，如是，则执行首次充电的流程。
根据本发明一种实施方式，所述检测电池组中若干个单体电池的电压通过单片机MCU实现。
上述方案中，例如可将单体电池号记录在单片机MCU的EEPROM中。
根据本发明一种实施方式，所述电池组为若干节磷酸铁锂电池串联。
根据本发明一种实施方式，所述V1＝3.6V，V2＝3.5V，V3＝3V。
该方法也适用于除磷酸铁锂电池之外的其他电池，相应地V1、V2、V3的数值设置将因电池类型而异。
本发明的电池组均衡控制方法，在放电和充电初始阶段就可开启被动均衡，将电池组的均衡时间延长数倍，大大提升了均衡效率。
图4是本发明一种实施方式的电池组均衡控制电路连接图。如图4所示的本发明一种实施方式的电池组均衡控制电路，包括：若干个串联的单体电池Bn，例如为B1、B2……Bn；与若干个所述单体电池对应设置的若干个均衡电路，单个所述均衡电路并联在单个所述单体电池的两端，单个所述均衡电路包括串联的电阻Rn，例如为R1、R2……Rn，和开关K，例如为K1、K2……Kn；和控制单元MCU，用以检测所述单体电池B1、B2……Bn两端的电压和控制所述均衡电路的开关K1、K2……Kn的打开或闭合。
充放电过程中，MCU检测单体电池B1、B2……Bn两端的电压及Flag值，根据内设的程序，控制均衡电路的开关K1、K2……Kn的打开或闭合，从而实现电池组的均衡。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种电池组均衡控制方法，其特征在于，包括：
首次充电时，检测电池组中若干个单体电池的电压，将所检测的单体电池的电压与设定值V1比较，对在大于或等于设定值V1范围内的单体电池进行电压均衡，并记录进行均衡的单体电池号；
设置充电状态标识Flag；首次充电截止时，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，将Flag设为0；其中V2小于V1；
N次充电时，当检测到Flag＝0时，根据记录的单体电池号对该单体电池进行均衡，其中，N>1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，将Flag设为1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡时，当检测到有单体电池的电压达到设定值V1时，停止根据记录的单体电池号对单体电池进行的均衡，对达到设定值V1的单体电池进行均衡，删除所述记录的电池号，记录所述达到设定值V1的单体电池的电池号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
在N次充电截止时，检测所述电池组中若干个单体电池的电压，当所检测的所述若干个单体电池的电压至少部分小于或等于设定值V2时，将Flag设为0；当所检测的所述若干个单体电池的电压均大于设定值V2时，将Flag设为1，删除所述记录的电池号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
在电池放电过程中，当Flag＝0且所检测的电池组中若干个单体电池的电压均大于或等于V3时，根据记录的单体电池号对单体电池进行均衡，其中，V3小于V2。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述检测电池组中若干个单体电池的电压通过单片机MCU实现。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电池组为若干节磷酸铁锂电池串联。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述V1＝3.6V，V2＝3.5V，V3＝3V。
9.一种电池组均衡控制电路，其特征在于，包括：
若干个串联的单体电池；
与若干个所述单体电池对应设置的若干个均衡电路，单个所述均衡电路并联在单个所述单体电池的两端，单个所述均衡电路包括串联的电阻和开关；
控制单元，用以与所述均衡电路执行权利要求1-8中任意一项权利要求所述的电池组均衡控制方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Balancing control method and circuit for battery pack Effective date of registration: 20191011 Granted publication date: 20190507 Pledgee: Hefei Xingtai financing guarantee Group Ltd. Pledgor: ANHUI RNTEC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2019340000112 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220112 Granted publication date: 20190507 Pledgee: Hefei Xingtai financing guarantee Group Ltd. Pledgor: ANHUI RNTEC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2019340000112 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Battery pack equalization control method and control circuit Effective date of registration: 20220506 Granted publication date: 20190507 Pledgee: China Construction Bank Corporation Hefei Shushan sub branch Pledgor: ANHUI RNTEC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980004761 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20190507 Pledgee: China Construction Bank Corporation Hefei Shushan sub branch Pledgor: ANHUI RNTEC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980004761 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |