CN109347170A - 新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法 - Google Patents

新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法。均衡方法包括：读取由各所述均衡单元获取的各锂电池单体的电压；从获得的各电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体；令与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并令与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。本发明能够有效均衡锂电池包中各锂电池单体的电流大小，提升锂电池包的售后维修效率。

Description

新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法
技术领域
本发明涉及新能源电动汽车锂电池技术领域，特别是涉及新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法。
背景技术
随着新能源电动汽车的快速发展，如何解决新能源电动汽车的安全问题，成为汽车行业新的话题和难点。新能源电动汽车的动力能源主要是以锂电池为主，提高锂电池的安全性对于提高新能源电动汽车的安全性来说意义重大。
新能源电动汽车的锂电池包通常由几十串锂电池单体构成。为了改善锂电池包的性能、延长锂电池包的使用寿命，当各个电池单体彼此间的电压压差比较大时，就需要对各个电池单体进行均衡，以便把各个电池单体间的电压压差降低。然而，现阶段的锂电池均衡设备结构复杂、功能有限，不利于提高锂电池的均衡效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法，用于解决现有技术中的以上问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锂电池包的均衡设备，包括：处理单元及各均衡单元；其中，各所述均衡单元的一端用以与所述锂电池包的各锂电池单体一一对应连接，以读取各所述锂电池单体的电压；另一端分别与所述处理单元连接，以将读取的电压值发送至所述处理单元；所述处理单元，用以从各所述电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体，且控制与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；以及，用以检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并控制与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。
于本发明一实施例中，所述均衡单元包括：连接器、可变电阻、及控制开关；其中，所述连接器的输出端连接所述处理单元，输入端用以连接一锂电池单体的连接器；所述可变电阻及所述控制开关构成串联支路，并联于所述连接器的输出端；所述控制开关的输入端与所述处理单元相连；所述控制开关导通时开启所述电流均衡模式，所述控制开关断开时关闭所述电流均衡模式。
于本发明一实施例中，所述可变电阻包括：电位器、滑动变阻器或可更换的水泥电阻。
于本发明一实施例中，所述控制开关采用MOSFET元件。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锂电池包的均衡方法，包括：读取由各所述均衡单元获取的各锂电池单体的电压；从获得的各电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体；令与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并令与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。
于本发明一实施例中，所述方法还包括：通过改变各所述均衡单元中的可变电阻的阻值来改变对应的锂电池单体的电流大小。
于本发明一实施例中，所述可变电阻包括：电位器、滑动变阻器或可更换的水泥电阻。
于本发明一实施例中，所述控制开关采用MOSFET元件。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述的锂电池包的均衡方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种新能源车辆，包括：锂电池包及所述的锂电池包的均衡设备；其中，所述均衡设备的各所述均衡单元与所述锂电池包的各锂电池单体一一对应连接。
如上所述，本发明的新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法，读取由各均衡单元分别获取的所述锂电池包的各锂电池单体的电压；从各所述电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体；控制与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并控制与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。本发明结构简单，能够有效均衡锂电池包中各锂电池单体的电流大小，提升锂电池包的售后维修效率。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的锂电池包均衡设备的结构示意图。
图2显示为本发明另一实施例中的锂电池包均衡设备的结构示意图。
图3显示为本发明一实施例中的锂电池包均衡方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，展示了本实施例提出的锂电池包均衡设备1，其包括处理单元10以及均衡单元11～均衡单元1n。均衡单元11～均衡单元1n与锂电池包的锂电池单体1～锂电池单体n一一对应连接，从而读取对应的锂电池单体的电压。除此之外，均衡单元11～均衡单元1n还分别与处理单元10连接，从而将读取的锂电池单体电压值发送至处理单元10。
处理单元10接收到均衡单元11～均衡单元1n发送的电压值后，从中选择一最小的电压值作为基准电压值。当一锂电池单体的电压值超出该基准电压值达到一定程度时，就需要降低该锂电池单体的电压；当一锂电池单体在降低电压的过程中，若其电压值不再超出该基准电压值一定程度，则需停止降低该锂电池单体的电压，从而达到锂电池包均衡的技术效果。
详细而言，处理单元10判断均衡单元11～均衡单元1n的检测数据中，是否有电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的锂电池单体，若有，则控制与该锂电池单体x对应的均衡单元1x开启电流均衡模式。均衡单元1x开启电流均衡模式后，与其对应的锂电池单体x的电压便能得到有效降低。
除此之外，在降低各锂电池单体x电压的过程中，均衡单元11～均衡单元1n依然会获取锂电池单体1～锂电池单体n的电压，并发送至处理单元10。处理单元10判断均衡单元11～均衡单元1n的检测数据中，是否有电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的锂电池单体，若是，则控制与该锂电池单体x对应的均衡单元1x关闭所述电流均衡模式。均衡单元1x关闭所述电流均衡模式后，与其对应的锂电池单体x的电压便会停止降低。
如图2所示，在一具体的应用中，每一均衡单元皆由连接器Lx、可变电阻Rx、控制开关Mx构成。具体的，锂电池包均衡设备的连接器L1的输入端用以与锂电池包中的锂电池单体1的连接器l1连接，锂电池包均衡设备的连接器L2的输入端用以与锂电池包中的锂电池单体2的连接器l2连接，以此类推；连接器L1的输出端分别连接处理单元的1-a引脚与1-c引脚以形成回路，连接器L2的输出端分别连接处理单元的2-a引脚与2-c引脚以形成回路，以此类推；可变电阻R1及控制开关M1构成串联支路，并联于连接器L1的输出端，也即串联支路的一端接入1-a引脚，另一端接入1-c引脚，并且，控制开关M1的输入端接入处理单元的1-b引脚；可变电阻R2及控制开关M2构成串联支路，并联于连接器L2的输出端，也即串联支路的一端接入2-a引脚，另一端接入2-c引脚，并且，控制开关M2的输入端接入处理单元的2-b引脚；以此类推。
所述可变电阻可采用电位器或滑动变阻器，当然，还可以采用人工更换阻值不同的水泥电阻来达到可变电阻的效果。水泥电阻价格低廉，能降低整个均衡设备的成本。
所述控制开关优选地采用MOSFET元件，当然，还可以采用BJT、SCR、GTO、P-MOSFET、IGBT、MCT、SIT等等。
所述处理单元可采用通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在图2所示的实施例中，当锂电池包工作状态正常时，锂电池包均衡设备的各控制开关皆处于关闭状态，处理单元通过各连接器读取锂电池包所有单体的电压。随后，处理单元以最小的单体电压为基准，从x-b引脚向所有与最小电压压差超过10mv的电池单体对应的控制开关分别发送信号，以令这些控制开关导通，也即开启了这些均衡模块的电流均衡模式。此时，这些待均衡的锂电池单体通过连接线与这些开启电流均衡模式的均衡模块的可变电阻之间分别形成放电回路，锂电池单体通过对应的可变电阻进行放电，从而达到降低自身电压的效果。当放电的锂电池单体的实时电压与最小电压的压差小于10mv时，处理单元再控制对应的控制开关断开，也即关闭了电流均衡模式，从而停止这些锂电池单体的放电。当所有锂电池单体的电压压差小于10mv时，所有的控制开关断开，均衡完成。
需要说明的是，图2所示实施例采用“10mv”作为预设阈值，仅仅作为示例，并不能构成对本发明的限制。
值得说明的是，为了解决用户无法根据锂电池包的容量功率去改变锂电池包均衡设备的电流的问题，前述实施例通过设置可变电阻来解决这一问题。可变电阻可以采用电位器、滑动变阻器等，用户可以通过向处理单元输入指令的方式令处理单元控制电位器、滑动变阻器的实际接入阻值。另外，可变电阻还可以采用人工更换阻值不同的水泥电阻来实现。改变锂电池单体的电流的原理如下：
某锂电池单体的电流＝该锂电池单体的电压/与之对应的可变电阻的阻值
可见，当可变电阻的阻值变大，该锂电池单体的电流就会减小；当可变电阻的阻值变小，该锂电池单体的电流就会增大。本领域技术人员可根据实际需求选择改变其中一个或者所有可变电阻的阻值，从而改变单个或者所有锂电池单体的电流。
图3显示为前述锂电池包均衡设备的处理单元的工作逻辑，包括如下步骤：
S31：读取由各所述均衡单元获取的各锂电池单体的电压；
S32：从获得的各电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体；
S33：令与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；
S34：检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并令与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。
进一步地，所述方法还包括：通过改变各所述均衡单元中的可变电阻的实际接入阻值来改变对应的锂电池单体的电流大小。
由于本方法实施例的技术原理与前述设备实施例的一致，因而不再重复赘述。
实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。基于这样的理解，本发明还提供一种计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：DVD)、或者半导体介质(如：固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
本发明还提供一种新能源车辆，例如：电动汽车、电动车等等。特别的，该新能源车辆除了包含锂电池包之外，还包括前述任一实施例所介绍的锂电池包的均衡设备。所述均衡设备的各所述均衡单元与所述锂电池包的各锂电池单体一一对应连接，具体可参见图2，于此不再重复赘述。
综上所述，本发明的新能源车辆及其应用的锂电池包均衡设备与均衡方法，能够有效均衡锂电池包中各锂电池单体的电流大小，提升锂电池包的售后维修效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种锂电池包的均衡设备，其特征在于，包括：处理单元及各均衡单元；其中，
各所述均衡单元的一端用以与所述锂电池包的各锂电池单体一一对应连接，以读取各所述锂电池单体的电压；另一端分别与所述处理单元连接，以将读取的电压值发送至所述处理单元；
所述处理单元，用以从各所述电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体，且控制与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；以及，用以检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并控制与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。
2.根据权利要求1所述的均衡设备，其特征在于，所述均衡单元包括：连接器、可变电阻、及控制开关；其中，
所述连接器的输出端连接所述处理单元，输入端用以连接一锂电池单体的连接器；
所述可变电阻及所述控制开关构成串联支路，并联于所述连接器的输出端；所述控制开关的输入端与所述处理单元相连；所述控制开关导通时开启所述电流均衡模式，所述控制开关断开时关闭所述电流均衡模式。
3.根据权利要求1所述的均衡设备，其特征在于，所述可变电阻包括：电位器、滑动变阻器或可更换的水泥电阻。
4.根据权利要求1所述的均衡设备，其特征在于，所述控制开关采用MOSFET元件。
5.一种锂电池包的均衡方法，其特征在于，应用于如权利要求1～4中任一所述均衡设备的处理单元；所述方法包括：
读取由各所述均衡单元获取的各锂电池单体的电压；
从获得的各电压值中选出最小电压值，并检测出电压值超过所述最小电压值达到预设阈值的目标锂电池单体；
令与各所述目标锂电池单体对应的均衡单元开启电流均衡模式，以降低各所述目标锂电池单体的电压；
检测出实时电压值与所述最小电压值的压差不大于所述预设阈值的目标锂电池单体，并令与之对应的均衡单元关闭所述电流均衡模式，以停止降低对应的目标锂电池单体的电压。
6.根据权利要求5所述的均衡方法，其特征在于，还包括：通过改变各所述均衡单元中的可变电阻的阻值来改变对应的锂电池单体的电流大小。
7.根据权利要求5所述的均衡方法，其特征在于，所述可变电阻包括：电位器、滑动变阻器或可更换的水泥电阻。
8.根据权利要求5所述的均衡方法，其特征在于，所述控制开关采用MOSFET元件。
9.一种存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现如权利要求5至8中任一所述的锂电池包的均衡方法。
10.一种新能源车辆，其特征在于，包括：
锂电池包；
如权利要求1～4中任一所述的锂电池包的均衡设备；其中，所述均衡设备的各所述均衡单元与所述锂电池包的各锂电池单体一一对应连接。
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