CN108539813A - 一种锂离子动力电池主动均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子动力电池主动均衡方法，电压采集模块采集N个串联的单体电池中每个单体电池电压或采集并联电池组中每组电压送电池管理系统，电池管理系统经过均衡判定控制选通电路，使低或高电压单体电池、低或高电压电池组进入主动均衡电路，经过转换开关切换，将低或高电压单体电池接入单体充电机和大功率电阻进行充电或放电，将低或高电压电池组接入模块充电机和大功率电阻进行充电或放电。结构简单，成本低，易于控制；电路利用外接单体充电机和大功率电阻以及模块充电机和大功率电阻，对电池组内的单体电池以及电池组间进行均衡管理，实现对单体电池间和电池组间平衡的高效管理；能实现电池组的快速均衡，可作维护时使用。

Description

一种锂离子动力电池主动均衡方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池管理技术，特别涉及一种锂离子动力电池主动均衡方法。
背景技术
近年来，锂电池在电动汽车上大量使用，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点。但目前阻碍电动汽车大范围普及的瓶颈仍然是其电池续航问题，可见，锂离子电池的高效利用以及寿命的提高对电动汽车的继续发展至关重要。
影响锂离子电池组寿命重要的一个因素就是单体电池的一致性。由于单体间的工作环境温度，电池容量，内阻，SOC以及自放电的差异，导致单体电池成组后，随着充放电循环次数增加，单体电池间的差异逐渐分化，进而导致电池组性能恶化。
为了解决单体电池的一致性问题，通常利用电力电子技术，在电池组内部设计均衡电路。均衡电路一般分为两种，一种是非人为干预的系统自均衡的被动均衡 ，另一种是人为干涉的以人为设定的目标为目的的主动均衡，具体包括能量耗散式均衡和能量转移式均衡。其主要功能是无论电池组在充电、放电还是放置过程中，都可利用在电池组内部对于电池单体之间的差异性进行主动均衡，以消除电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性。但由于均衡过程当中的能量转移会因均衡电源自身的功效特性而产生热损耗，以及电池的电化学特性中极化内阻的变化，并不能用简单的能量均衡方式而真正解决问题。
发明内容
本发明是针对电动汽车中单体电池间的差异影响电动汽车电池寿命的问题，提出了一种锂离子动力电池主动均衡方法，对现有的均衡构型进行改进，配合合理的均衡算法，能有效地对电池状态进行均衡管理，且电路构造简单，安全可靠，并且可以有效提升电池组的容量，有效延长电池组的使用寿命。
本发明的技术方案为：一种锂离子动力电池主动均衡方法，包括N个串联的单体电池或数组并联的电池组、电压采集模块、电池管理系统、选通电路、转换开关、单体充电机和大功率电阻以及模块充电机和大功率电阻，电压采集模块采集N个串联的单体电池中每个单体电池电压或采集并联电池组中每组电压送电池管理系统，电池管理系统经过均衡判定控制选通电路，使低或高电压单体电池、低或高电压电池组进入主动均衡电路，经过转换开关切换，将低或高电压单体电池接入单体充电机和大功率电阻进行充电或放电，将低或高电压电池组接入模块充电机和大功率电阻进行充电或放电。
所述选通电路为控制开关管，控制开关管数量与单体电池数量等同，N个串联的单体电池中的每个电池两端依次交错通过对应的控制开关管分别接于两根母线上，双刀双掷DPDT开关为转换开关，双刀双掷DPDT开关一边接充电机或大功率电阻两端，另一边分别接与两根母线。
本发明的有益效果在于：本发明锂离子动力电池主动均衡方法，结构简单，成本低，易于控制；电路利用外接单体充电机和大功率电阻对电池组内的单体电池进行均衡管理，既能实现对单体电池的充电，又能实现对单体电池的放电，进而实现对单体电池间平衡的高效管理；电路利用外接模块充电机和大功率电阻对电池组之间进行均衡管理，有较大的均衡电流，能实现电池组的快速均衡，可作维护时使用。
附图说明
图1为本发明基于外接充电机/大功率电阻的单体电池间主动均衡电路原理简图；
图2 为本发明基于外接充电机/大功率电阻的电池组模块间主动均衡电路原理简图。
具体实施方式
如图1所示单体电池间主动均衡电路原理简图，包括N个串联的单体电池、电压采集模块、电池管理系统、控制开关管、转换开关、单体充电机或大功率电阻，图中S1～S7为控制开关管，数量与单体电池数量等同，双刀双掷DPDT开关为转换开关，N个串联的单体电池中的每个电池两端依次交错通过控制开关管S1～S7分别接于两根母线上，双刀双掷DPDT开关一边接单体充电机和大功率电阻两端，另一边分别接与两根母线。
电压采集模块实时采集电池组B1-B6中每个单体电池的电压信号，采集到的电压信号均发送给电池管理系统的控制单元。单体电池选通电路（控制开关管）用于选择需要进行均衡的单体电池，控制单元控制闭合对应的控制开关管可使需要均衡单体电池进入的单体电池间主动均衡电路，并通过双刀双掷DPDT开关使选中的单体电池与外接充电机或大功率电阻相连通，进行充电或放电，以此实现该单体电池的均衡管理。
本发明电路中的所有开关管的导通与截止（或者继电器触点的切换）均由电池管理系统的控制单元根据相关信号和算法做出控制。
电池管理系统的控制单元通过对电池组中所有单体电池的电压、荷电状态和容量的比较判断，其均衡方法为：选择电压较低的电池与外接充电机并联，选择电压较高的电池与外接大功率电阻并联，实现需要均衡电池单体的充电与放电，使电池组具有更好的一致性。
如图1所示，本实施例以6块单体电池构成的电池组为例，当然，本实施例并不限定单体电池的数目，其他实施例中，可以串联7块甚至更多的单体电池。本实施例的均衡充放电过程如下：
单体电池B1为某一时刻电压较低的单体电池，外接充电机对单体电池B1进行充电。其被电池管理系统选择需要进行均衡管理，单体电池B1连接单体电池选通电路的两条支路。电池管理系统的控制单元控制开关管S1、S2导通，外接充电机通过双刀双掷DPDT开关与电池B1连接，控制开关管S3-S7截止，使外接充电机仅对低电压的单体电池B1进行充电。
单体电池B1为某一时刻电压较高的单体电池，单体电池B1与外接大功率电阻并联进行放电。电池管理系统的控制单元控制开关管S1、S2导通，控制开关管S3-S7截止，仅仅单体电池B1被电池管理系统选择需要进行均衡管理，单体电池B1通过双刀双掷DPDT开关与外接大功率电阻并联进行放电。
本发明精神核心为利用外接充电机/大功率电阻对电池组单体电池进行均衡管理的主动均衡电路，本发明中作为选通电路的控制开关管、作为换向电路的双刀双掷DPDT开关可以用同等电路或其他电器设备代替。
图2中B1～B6可作为一组电池组模块，作为整体与其他电池组串联，通过检测电池组间的电压差，选择控制开关管S8的导通与截至进行电池组的充放电达到电池组之间的均衡。
单体电池间主动均衡电路为一种外置的均衡装置，适用于对电动汽车在维护时使用，这样能更好的解决充电问题和功率电阻散热的问题。

Claims (2)

1.一种锂离子动力电池主动均衡方法，其特征在于，包括N个串联的单体电池或数组并联的电池组、电压采集模块、电池管理系统、选通电路、转换开关、单体充电机和大功率电阻以及模块充电机和大功率电阻，电压采集模块采集N个串联的单体电池中每个单体电池电压或采集并联电池组中每组电压送电池管理系统，电池管理系统经过均衡判定控制选通电路，使低或高电压单体电池、低或高电压电池组进入主动均衡电路，经过转换开关切换，将低或高电压单体电池接入单体充电机和大功率电阻进行充电或放电，将低或高电压电池组接入模块充电机和大功率电阻进行充电或放电。
2.根据权利要求1所述锂离子动力电池主动均衡方法，其特征在于，所述选通电路为控制开关管，控制开关管数量与单体电池数量等同，N个串联的单体电池中的每个电池两端依次交错通过对应的控制开关管分别接于两根母线上，双刀双掷DPDT开关为转换开关，双刀双掷DPDT开关一边接单体充电机和大功率电阻两端，另一边分别接与两根母线。
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