CN108767940B - 一种串联充电电池并联充电主动均衡装置及主动均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电电池领域，具体涉及一种串联充电电池并联充电主动均衡装置及主动均衡方法。解决现有技术存在结构复杂、能耗大，或者是控制逻辑复杂、均衡速度慢、效果差的问题。包括动力电池组、上位机、电池并充单元和电池管理系统；电池并充单元包括集中控制器和多个恒流源；多个恒流源输出端的正负极依次串联；每个充电电池包均与电池检测系统并联，充电电池包与恒流源的输出端并联；电池检测系统将各充电电池包的电压检测结果分别传入上位机和集中控制器；集中控制器还接收来自上位机的启动命令以及当前充电电池包的停止电压，控制各恒流源对相应的充电电池包充电。

Description

一种串联充电电池并联充电主动均衡装置及主动均衡方法

技术领域

本发明涉及充电电池领域，具体涉及一种串联充电电池并联充电主动均衡装置及主动均衡方法。

背景技术

由于充电离子电池具有能量高、使用寿命长、电压高等优点，因此在储能电源电性能、可靠性、安全性、要求较高的场合成为首选对象。充电电池包的正常电压在3V～4.2V，为满足高动力汽车的需求，动力电池组须将充电电池包串联，但由于充电电池包中的单体充电电池内部化学介质的损耗程度不同，因此电池的电压、内阻、容量、充电接收能力、循环寿命等参数存在差别，反复进行充放电循环也会使这种差异不断恶化，最终造成串联的各电池间容量和电压严重不一致，从而影响整个串联电池的性能和容量，导致电池寿命严重减损。串联电池组单体电池平衡问题成为制约动力电池发展的关键技术。

目前，通用的均衡方案有两种：能耗式均衡和非能耗式均衡，其中非能耗式均衡又包含能量转移式和能量传递式。能耗式均衡方法简单，但需要大功率的电阻、大电流功率开关，结构复杂、能耗大，需要有辅热处理装置。非能耗式均衡控制方法，不管是能量转移式的还是能量传递式的，控制开关数量多、电流和电压应力大、控制逻辑复杂、均衡速度慢、效果差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在结构复杂、能耗大，或者是控制逻辑复杂、均衡速度慢、效果差的问题，提供一种结构简单、能耗低、高精度和高效率的串联充电电池并联充电主动均衡装置及主动均衡方法。

为实现上述目的，本发明提供的解决方案是：

该串联充电电池并联充电主动均衡装置，包括：动力电池组、上位机、电池并充单元和电池管理系统；

所述动力电池组包括多个依次串联的充电电池包；

所述电池并充单元包括集中控制器和多个恒流源；

多个恒流源输出端的正负极依次串联；

每个充电电池包均与电池检测系统并联，并且每一个充电电池包分别对应一个恒流源，充电电池包与恒流源的输出端并联，充电电池包的正极与恒流源的正极连接，充电电池包的负极与恒流源的负极连接；

所述电池检测系统将各充电电池包的电压检测结果分别传入上位机和集中控制器；

所述集中控制器还接收来自上位机的启动命令以及当前充电电池包的停止电压，控制各恒流源对相应的充电电池包充电。

进一步地，为了使充电电池组能够储存的能量更高、使用寿命更长，所述充电电池包为锂电池包。

进一步地，为了防止因单体充电电池的规格不同，导致在充放电时出现过充或过放的状况，使得单体充电电池之间的容量或接受电能的差异增大，所述单体充电电池的容量规格一致。

进一步地，为了使得并联充电的均衡过程更加智能，所述电池检测装置为电池管理系统。

另外本发明还提供上述一种串联充电电池并联充电主动均衡装置的主动均衡方法，步骤如下：

S1，电池检测系统采集当前串联动力电池组中各个充电电池包的电压；

S2，判断各充电电池包电压是否均达到预设停止电压，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S3，对所有充电电池包的电压进行排序，得到最大电压值与最小电压值；

S4，判断最大电压值与最小电压值的差值是否小于预设值，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S5，通过上位机向集中控制器发送启动命令，集中控制器控制恒流源给未达到预设停止电压的充电电池包充电；

S6，电池检测系统采集当前串联动力电池组中各个充电电池包的电压，当某充电电池包达到预设停止电压时，集中控制器控制恒流源停止对该充电电池包充电；直到所有充电电池包均达到预设停止电压，执行步骤S7；

S7，集中控制器向上位机上报电池状态，上位机关闭电池并充单元。

进一步地，所述充电电池包的额定电压为4.2V。

进一步地，步骤S4中，最大电压值与最小电压值差值的预设值为50mV。

进一步地，所述预设停止电压为4.180V时。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用了上位机、电池检测系统以及电池并充单元中的集中控制器，电池检测系统实时监测充电电池包的电压状况，并将电压状况实时上传至上位机和集中控制器，以达到结构简单、能耗低、快速控制、精确均衡的目的，上位机及电池检测系统的使用也使得充电均衡过程更加智能。

(2)本发明的每一个充电电池包对应一个恒流源，使得集中控制器在充电电池包充电过程中可以随时关闭任一电压达到停止电压的充电电池包，达到精确均衡的目的。此外，采用恒流源充电，电缆阻抗影响小，因而能耗低；

(3)本发明采用了电池管理系统作为电池检测系统，电池管理系统实时监测各电池包的电压值，并上传至上位机和集中控制器，使得充电以及均衡过程更加精确。此外，他自身带有CAN通讯，可以快速将电压检测信息传送至上位机和集中控制器，使得系统响应快速；

(4)本发明的单体充电电池容量规格一致，可以防止因规格不同，过渡充放电，造成单体充电电池膨胀，进而造成的安全事故。

附图说明

图1为本发明实施例的电路示意图；

图2为动力锂电池组均衡前的电压数据图；

图3为动力锂电池组均衡后的电压数据图；

图4为本发明的方法流程图。

附图标号：1-上位机；2-电池检测系统；3-电池并充单元；31-集中控制器；32-恒流源；4-动力电池组；41-充电电池包。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

参见图1，本实施例提供的串联锂电池并联充电主动均衡装置，包括动力电池组4、上位机1、电池并充单元3和电池检测系统2。

电池检测系统采用电池管理系统；动力电池组4采用动力锂电池组，充电电池包41采用锂电池包；电池并充单元3包括集中控制器31和二十个恒流源32，二十个恒流源32输出端的正负极串联；锂电池包包括10个并联的单体锂电池；每个锂电池包均与与电池管理系统并联，并且每一个锂电池包分别对应一个恒流源32，锂电池包与恒流源32的输出端并联，锂电池包的正极与恒流源32的正极连接，锂电池包的负极与恒流源32的负极连接；电池管理系统将各锂电池包的电压检测结果传入上位机1和集中控制器31；集中控制器31接收来自上位机1的启动命令以及当前锂电池包的停止电压，控制各恒流源32向对应锂电池包充电。

此外，如图4所述，本发明还提供上述一种串联充电电池并联充电主动均衡装置的主动均衡方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，电池管理系统采集当前串联动力电池组中各个锂电池包的电压；

S2，判断各锂电池包电压是否均达到预设停止电压，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S3，对所有锂电池包的电压进行排序，得到最大电压值与最小电压值；

S4，判断最大电压值与最小电压值的差值是否小于预设值，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S5，通过上位机向集中控制器31发送启动命令，集中控制器31控制恒流源32给未达到预设停止电压的锂电池包充电；

S6，电池管理系统采集当前串联动力锂电池电池组中各个锂电池包的电压，当某锂电池包达到预设停止电压时，集中控制器31控制恒流源32停止对该锂电池包充电；直到所有锂电池包均达到预设停止电压，执行步骤S7；

即，S6的详细步骤如下：

S6.1电池管理系统采集当前串联动力电池组中各个锂电池包的电压；

S6.2判断锂电池包是否未达到预设停止电压，如果是，则执行步骤S5，如果否，则进行S6.3；

S6.3恒流源32停止对锂电池包充电；

S6.4电池管理系统采集当前串联动力电池组中各个锂电池包的电压；

S6.5判断各锂电池包的电压是否达到预设停止电压，如果是，则进行S7，如果否，则执行S6.4；

S7，集中控制器31向上位机上报电池状态，上位机关闭电池并充单元。

本发明的工作原理：

本实施例中，锂电池包有二十个，每个电池包由十个单体锂电池组成，组成锂电池包的单体锂电池的容量规格一致，其额定电压为4.2V；最大电压和最小电压的电压差预设值为50mV；停止电压设定为4.180V。当动力锂电池组内的电池包的最高电压与最低电压相差50mv以上时，上位机1向集中控制器31发送启动命令，集中控制器31控制恒流源32给锂电池包充电；当电池管理系统检测到有充电包的电压达到4.180V时，集中控制器31控制恒流源32停止对对应锂电池包充电；当所有锂电池包均达到停止电压4.180V时，集中控制器31向上位机1上报电池状态，并且上位机1关闭充电电池并充装置。

如图2所示为本发明实施例在均衡前的电压数据情况，可见20个锂电池包电压明显具有较大差异，最高电压值为4.14V，最低电压值为3.82V，差值大于50mV。

如图3所示为本发明实施例在均衡后的电压数据情况，可见20个锂电池包电压均已大于或等于停止电压4.180V。

Claims (6)

1.一种串联充电电池并联充电主动均衡装置的主动均衡方法，所述串联充电电池并联充电主动均衡装置包括动力电池组（4），所述动力电池组（4）包括多个依次串联的充电电池包（41），还包括上位机（1）、电池并充单元（3）和电池检测系统（2）；所述电池并充单元（3）包括集中控制器（31）和多个恒流源（32）；多个恒流源（32）输出端的正负极依次串联；每个充电电池包（41）均与电池检测系统（2）并联，并且每一个充电电池包（41）分别对应一个恒流源（32），充电电池包（41）与恒流源（32）的输出端并联，充电电池包（41）的正极与恒流源（32）的正极连接，充电电池包（41）的负极与恒流源（32）的负极连接；所述电池检测系统（2）将各充电电池包（41）的电压检测结果分别传入上位机（1）和集中控制器（31）；所述集中控制器（31）还接收来自上位机（1）的启动命令以及当前充电电池包（41）的停止电压，控制各恒流源（32）对相应的充电电池包充电；电池检测系统（2）对所有锂电池包的电压进行排序，得到最大电压值与最小电压值，所述充电电池包（41）为锂电池包，其特征在于，包括如下步骤：

S1，电池检测系统（2）采集当前串联动力电池组（4）中各个充电电池包（41）的电压；

S2，判断各充电电池包（41）电压是否均达到预设停止电压，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S3，对所有充电电池包（41）的电压进行排序，得到最大电压值与最小电压值；

S4，判断最大电压值与最小电压值的差值是否小于预设值，如果是，则执行步骤S7；如果否，则进行下一步；

S5，通过上位机（1）向集中控制器（31）发送启动命令，集中控制器（31）控制恒流源（32）给未达到预设停止电压的充电电池包（41）充电；

S6，电池检测系统（2）采集当前串联动力电池组（4）中各个充电电池包（41）的电压，当某充电电池包（41）达到预设停止电压时，集中控制器（31）控制恒流源（32）停止对该充电电池包（41）充电；直到所有充电电池包（41）均达到预设停止电压，执行步骤S7；

S7，集中控制器（31）向上位机（1）上报电池状态，上位机（1）关闭电池并充单元（3）。

2.根据权利要求1所述的主动均衡方法，其特征在于：所述充电电池包（41）的额定电压为4.2V。

3.根据权利要求2所述的主动均衡方法，其特征在于：步骤S4中，最大电压值与最小电压值差值的预设值为50mV。

4.根据权利要求3所述的主动均衡方法，其特征在于：所述预设停止电压为4.180V。

5.根据权利要求4所述的主动均衡方法，其特征在于：所述多个依次串联的充电电池包（41）的容量规格一致。

6.根据权利要求5所述的主动均衡方法，其特征在于：所述电池检测系统（2）为电池管理系统。