CN109450022A - 一种电池组的均衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组的均衡方法，包括如下步骤：步骤一、电池管理系统实时获取电池组的可用容量值，并发给电池寿命估算模块；步骤二、电池寿命估算模块对接收到的可用容量值进行处理，得到实时电池寿命值，并存储到电池管理系统；步骤三、均衡处理模块对电池组中每个电池进行筛选，并对不符合要求的单个电池进行均衡处理；步骤四、均衡处理模块在均衡时间内，根据预设的均衡量对单个电池进行均衡，均衡结束后，关闭均衡模块；步骤五、得到均衡后的电池寿命值，并与均衡前的电池寿命值进行比较，然后判断电池组是否需要进行下一次均衡。本发明能够实时检测电池寿命，并通过对电池均衡处理，提高电池寿命。
Description
技术领域
本发明属于电池管理的技术领域，具体涉及一种电池组的均衡方法。
背景技术
如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。但在电池使用过程中，由于工业化生产过程造成的电池输出电压的差异，导致电池输出功率不均，并且在使用过程中，随着充放电次数的增加，这种不均衡将越来越明显，最终使电池的寿命和容量快速下降。
其中，中国专利文献公开了并联电池组电压均衡装置及并联电池组(公开号：CN207053219 U)，包括：电池电压检测装置及多个供电开关，所述供电开关不与单一电池连接的一端与供电端连接，每一所述单一电池连接有一个电池电压检测装置，所述检测装置输出信号为数字信号，检测装置信号输出端与一个数字信号处理装置连接；还包括一个充电开关网络，所述充电开关网络能够连接任意两个单一电池的正极，同时与其他单一电池正极隔离。此外，中国专利文献公开了一种考虑电池寿命的电池组均衡系统及控制方法(公开号：CN 108418272 A)，包括采样模块、均衡模块、电池寿命预测模块和控制模块，电池寿命预测模块接收采样模块采集的电池信息预测电池寿命；控制模块用于电池组进入充放电状态时，接收采样模块采集的电池组电池信息及电池寿命预测模块得到的电池寿命信息，计算相邻单体电池的电压差并判断是否达到预设值，确定需均衡的相邻单体电池及均衡所需时间，控制均衡模块执行。上述的方案在一定程度上实现了电池间的电压均衡，但是这些方案至少还存在以下缺陷：第一，没有考虑均衡前后的电池寿命变化，导致均衡效果不佳；第二，需要实时监测电池组的电压和电流，大大的占用电池管理模块的内存，降低均衡处理的速度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种电池组的均衡方法，能够实现实时检测电池寿命，并结合电池寿命对电池进行均衡处理，提高了电池寿命，有利于保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电池组的均衡方法，包括如下步骤：
步骤一：电池管理系统实时获取电池组的可用容量值，并发给电池寿命估算模块；
步骤二：所述电池寿命估算模块对接收到的所述可用容量值进行处理，得到实时电池寿命值，并存储到所述电池管理系统；
步骤三：均衡处理模块对电池组中每个电池进行筛选，并对不符合要求的单个电池进行均衡处理；
步骤四：所述均衡处理模块在均衡时间内，根据预设的均衡量对所述单个电池进行均衡，均衡结束后，关闭所述均衡处理模块；
步骤五：执行步骤一和步骤二，得到均衡后的所述电池寿命值，并与均衡前的所述电池寿命值进行比较，然后判断所述电池组是否需要进行下一次均衡。
还需要说明的是：本发明的均衡方法中，步骤一中，可预先设定电池的容量矩阵表，在实际评估电池组的可用容量时，通过检测实际电池组在某区段的充电容量，并参照容量矩阵表，可快速得到电池组的实时的可用容量；步骤二中，电池寿命估算模块是基于这些实时数据进行估算的，由于实时数据受电池组中的噪声和干扰的影响，通过系统输入实时数据对系统状态进行最优估计，所以最优估计也可看作是滤波过程，同时，实时电池寿命值发送到电池管理系统后，也被发送至电动汽车其余设备，如整车控制器，电机控制器等，实现数据的外部传递；步骤三中，对电池组中每个电池进行筛选，缩短均衡电池的时间，同时也能降低均衡处理模块的运算量，提高了电池均衡系统的效率；步骤四中，用户可以按实际需求预设均衡量，由于均衡过程中会产生大量热量，合适的均衡量能够降低电池持续均衡带来的负面影响，而均衡结束后关闭均衡模块，有助于热量的散发；步骤五中，对电池进行均衡处理后，同时考虑电池寿命值是否提高，判断电池组是否需要进行下一次均衡，使本发明的均衡处理模块能够在无人值守的情况下，自动判断并进行循环均衡处理，有助于实现自动化电池均衡。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤五中，判断所述电池组是否需要进行下一次均衡的方法，包括：
若均衡后的所述电池寿命值大于均衡前的所述电池寿命值，则停止均衡；
若均衡后的所述电池寿命值小于或等于均衡前的所述电池寿命值，则对不符合要求的所述单个电池进行下一次均衡。
需要说明的是，对电池进行均衡处理后，同时考虑电池寿命值是否提高，判断电池组是否需要进行下一次均衡，使本发明的均衡处理模块能够在无人值守的情况下，自动判断并进行循环均衡处理，有助于实现自动化电池均衡，在实际应用中，电池管理系统通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制器，整车控制器根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时了解电池的信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤二中，所述电池寿命值的计算方法，包括如下步骤：
1)建立电池模型，代入所述电池组的实时的所述可用容量值，并对推导出来的参数进行分析；
2)将分析结果进行估算，得到可用容量估算值，所述可用容量估算值与电池额定容量的比值，即所述电池寿命值。
上述计算方法中，步骤1)中，由于电池管理系统设计一般需要构建电池模型，分别是控制算法模型和被控对象模型，被控对象包括单体电池、接触器、热管理装置、充电桩，一方面构建准确的电池模型有助于高效、便捷地进行控制算法验证，另一方面电池模型的应用可以预估电池特性实时状态，是对实时数据进行滤波处理的基础；步骤2)中，估算就是一个信号处理与变换，去除无效的实时数据，然后放大有效的实时数据，这个过程既可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现；在电池使用过程中，由于工业化生产过程造成的电池可用容量的差异，导致电池输出功率不均，同时，这种差异在电池的使用过程也会被持续放大，因此，可用容量估算值与电池额定容量的也会存在差异，所以需要了解系统中电池的实时可用容量，并在电池出现可用容量偏低前进行均衡处理，保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤1)中，所述电池模型为一阶RC电池模型。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤2)中，所述估算方法为安时计量法或卡尔曼滤波法。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤三中，所述单个电池的筛选方法，包括如下步骤：
S1、在所述电池组的剩余电量值处于满充时，采集所述单个电池的电压值；
S2、若所述单个电池的电压值大于基准电压值，则所述均衡处理模块记录下所述单个电池的编号，并进行均衡处理。
上述筛选方法中，步骤S2中，若单个电池的电压值大于基准电压值，则单个电池通过放电的形式达到基准电压值，即均衡处理，有助于降低电池间的不一致性，避免电池容量的快速衰减，甚至会导致个别电池因过充电和过放电而损坏。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，步骤四中，所述均衡时间的计算公式为 ：
T=C*Q/I，其中T为均衡时间；C为电池容量；Q为均衡量；I为均衡电流。依据单个电池的容量设定均衡时间，避免均衡模块均按照相同均衡时间对单个电池进行均衡，导致部分电池未均衡完毕就停止均衡的情况，有助于保证电池组均衡系统工作的可靠性。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，所述电池管理系统、所述电池寿命估算模块和所述均衡处理模块均采用CAN通讯或串行通讯进行连接。
作为本发明所述的一种电池组的均衡方法的一种改进，所述电池管理系统还能获取所述电池组的剩余电量值、额定容量及所述单个电池的电压值。
本发明的有益效果在于，本发明包括如下步骤：步骤一、电池管理系统实时获取电池组的可用容量值，并发给电池寿命估算模块；步骤二、所述电池寿命估算模块对接收到的所述可用容量值进行处理，得到实时电池寿命值，并存储到所述电池管理系统；步骤三、均衡处理模块对电池组中每个电池进行筛选，并对不符合要求的单个电池进行均衡处理；步骤四、所述均衡处理模块在均衡时间内，根据预设的均衡量对所述单个电池进行均衡，均衡结束后，关闭均衡模块；步骤五、执行步骤一和步骤二，得到均衡后的所述电池寿命值，并与均衡前的所述电池寿命值进行比较，然后判断所述电池组是否需要进行下一次均衡。步骤一中，可预先设定电池的容量矩阵表，在实际评估电池组的可用容量时，通过检测实际电池组在某区段的充电容量，并参照容量矩阵表，可快速得到电池组的实时的可用容量；步骤二中，电池寿命估算模块是基于这些实时数据进行估算的，由于实时数据受电池组中的噪声和干扰的影响，通过系统输入实时数据对系统状态进行最优估计，所以最优估计也可看作是滤波过程，同时，实时电池寿命值发送到电池管理系统后，也被发送至电动汽车其余设备，如整车控制器，电机控制器等，实现数据的外部传递；步骤三中，对电池组中每个电池进行筛选，缩短均衡电池的时间，同时也能降低均衡处理模块的运算量，提高了电池均衡系统的效率；步骤四中，用户可以按实际需求预设均衡量，由于均衡过程中会产生大量热量，合适的均衡量能够降低电池持续均衡带来的负面影响，而均衡结束后关闭均衡模块，有助于热量的散发；步骤五中，对电池进行均衡处理后，同时考虑电池寿命值是否提高，判断电池组是否需要进行下一次均衡，使本发明的均衡处理模块能够在无人值守的情况下，自动判断并进行循环均衡处理，有助于实现自动化电池均衡。本发明能够实现实时检测电池寿命，并通过对电池均衡处理，提高电池寿命，有利于保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种电池组的均衡方法，包括如下步骤：
步骤一：电池管理系统实时获取电池组的可用容量值，并发给电池寿命估算模块；
步骤二：电池寿命估算模块对接收到的可用容量值进行处理，得到实时电池寿命值，并存储到电池管理系统；
步骤三：均衡处理模块对电池组中每个电池进行筛选，并对不符合要求的单个电池进行均衡处理；
步骤四：均衡处理模块在均衡时间内，根据预设的均衡量对单个电池进行均衡，均衡结束后，关闭均衡处理模块；
步骤五：执行步骤一和步骤二，得到均衡后的电池寿命值，并与均衡前的电池寿命值进行比较，然后判断电池组是否需要进行下一次均衡。
还需要说明的是：本发明的均衡方法中，步骤一中，可预先设定电池的容量矩阵表，在实际评估电池组的可用容量时，通过检测实际电池组在某区段的充电容量，并参照容量矩阵表，可快速得到电池组的实时的可用容量；步骤二中，电池寿命估算模块是基于这些实时数据进行估算的，由于实时数据受电池组中的噪声和干扰的影响，通过系统输入实时数据对系统状态进行最优估计，所以最优估计也可看作是滤波过程，同时，实时电池寿命值发送到电池管理系统后，也被发送至电动汽车其余设备，如整车控制器，电机控制器等，实现数据的外部传递；步骤三中，对电池组中每个电池进行筛选，缩短均衡电池的时间，同时也能降低均衡处理模块的运算量，提高了电池均衡系统的效率；步骤四中，用户可以按实际需求预设均衡量，由于均衡过程中会产生大量热量，合适的均衡量能够降低电池持续均衡带来的负面影响，而均衡结束后关闭均衡模块，有助于热量的散发；步骤五中，对电池进行均衡处理后，同时考虑电池寿命值是否提高，判断电池组是否需要进行下一次均衡，使本发明的均衡处理模块能够在无人值守的情况下，自动判断并进行循环均衡处理，有助于实现自动化电池均衡。
优选的，步骤二中，电池寿命值的计算方法，包括如下步骤：
1)建立电池模型，代入电池组的实时的可用容量值，并对推导出来的参数进行分析；
2)将分析结果进行估算，得到可用容量估算值，可用容量估算值与电池额定容量的比值，即为电池寿命值。
上述计算方法中，步骤1)中，由于电池管理系统设计一般需要构建电池模型，分别是控制算法模型和被控对象模型，被控对象包括单体电池、接触器、热管理装置、充电桩，一方面构建准确的电池模型有助于高效、便捷地进行控制算法验证，另一方面电池模型的应用可以预估电池特性实时状态，是对实时数据进行滤波处理的基础；步骤2)中，估算就是一个信号处理与变换，去除无效的实时数据，然后放大有效的实时数据，这个过程既可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现；在电池使用过程中，由于工业化生产过程造成的电池可用容量的差异，导致电池输出功率不均，同时，这种差异在电池的使用过程也会被持续放大，因此，可用容量估算值与电池额定容量的也会存在差异，所以需要了解系统中电池的实时可用容量，并在电池出现可用容量偏低前进行均衡处理，保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。
优选的，步骤1)中，电池模型为一阶RC电池模型；步骤2)中，估算方法为安时计量法或卡尔曼滤波法。根据实际的需求进行选择，不同的电池模型对电池建模精度和准确度的影响很大，而含有RC的等效电池模型的精度较高；安时计量法简单易实现，对测量设备精度要求高；卡尔曼滤波属于一种精度较高的滤波方法，以最小均方误差为最佳估计准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和当前时刻的观测值来更新对状态变量的估计，求出当前时刻的估计值。
优选的，步骤三中，单个电池的筛选方法，包括如下步骤：
S1、在电池组的剩余电量值处于满充时，采集单个电池的电压值；
S2、若单个电池的电压值大于基准电压值，则均衡处理模块记录下单个电池的编号，并进行均衡处理。
上述筛选方法中，步骤S2中，若单个电池的电压值大于基准电压值，则单个电池通过放电的形式达到基准电压值，即均衡处理，有助于降低电池间的不一致性，避免电池容量的快速衰减，甚至会导致个别电池因过充电和过放电而损坏。
优选的，步骤四中，均衡时间的计算公式为 ：
T=C*Q/I，其中T为均衡时间；C为电池容量；Q为均衡量；I为均衡电流。依据单个电池的容量设定均衡时间，避免均衡模块均按照相同均衡时间对单个电池进行均衡，导致部分电池未均衡完毕就停止均衡的情况，有助于保证电池组均衡系统工作的可靠性。
优选的，步骤五中，判断电池组是否需要进行下一次均衡的方法，包括：
若均衡后的电池寿命值大于均衡前的电池寿命值，则停止均衡；
若均衡后的电池寿命值小于或等于均衡前的电池寿命值，则对不符合要求的单个电池进行下一次均衡。
需要说明的是，对电池进行均衡处理后，同时考虑电池寿命值是否提高，判断电池组是否需要进行下一次均衡，使本发明的均衡处理模块能够在无人值守的情况下，自动判断并进行循环均衡处理，有助于实现自动化电池均衡，在实际应用中，电池管理系统通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制器，整车控制器根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时了解电池的信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性。
优选的，电池管理系统、电池寿命估算模块和均衡处理模块均采用CAN通讯或串行通讯进行连接。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。
优选的，电池管理系统还能获取电池组的剩余电量值、额定容量及单个电池的电压值。额定容量可以用来得出电池寿命值；其中，剩余电量值无法直接测定，可间接使用电流积分法、电压测定法、放电功率换算法、阻抗测定法等演算方法进行演算，一般综合使用演算方法中的至少两个方法。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种电池组的均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：电池管理系统实时获取电池组的可用容量值，并发给电池寿命估算模块；
步骤二：所述电池寿命估算模块对接收到的所述可用容量值进行处理，得到实时电池寿命值，并存储到所述电池管理系统；
步骤三：均衡处理模块对电池组中每个电池进行筛选，并对不符合要求的单个电池进行均衡处理；
步骤四：所述均衡处理模块在均衡时间内，根据预设的均衡量对所述单个电池进行均衡，均衡结束后，关闭所述均衡处理模块；
步骤五：执行步骤一和步骤二，得到均衡后的所述电池寿命值，并与均衡前的所述电池寿命值进行比较，然后判断所述电池组是否需要进行下一次均衡。
2.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤五中，判断所述电池组是否需要进行下一次均衡的方法，包括：
若均衡后的所述电池寿命值大于均衡前的所述电池寿命值，则停止均衡；
若均衡后的所述电池寿命值小于或等于均衡前的所述电池寿命值，则对不符合要求的所述单个电池进行下一次均衡。
3.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤二中，所述电池寿命值的计算方法，包括如下步骤：
1)建立电池模型，代入所述电池组的实时的所述可用容量值，并对推导出来的参数进行分析；
2)将分析结果进行估算，得到可用容量估算值，所述可用容量估算值与电池额定容量的比值，即所述电池寿命值。
4.如权利要求3所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤1)中，所述电池模型为一阶RC电池模型。
5.如权利要求3所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤2)中，所述估算方法为安时计量法或卡尔曼滤波法。
6.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤三中，所述单个电池的筛选方法，包括如下步骤：
S1、在所述电池组的剩余电量值处于满充时，采集所述单个电池的电压值；
S2、若所述单个电池的电压值大于基准电压值，则所述均衡处理模块记录下所述单个电池的编号，并进行均衡处理。
7.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：步骤四中，所述均衡时间的计算公式为 ：
T=C*Q/I，其中T为均衡时间；C为电池容量；Q为均衡量；I为均衡电流。
8.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：所述电池管理系统、所述电池寿命估算模块和所述均衡处理模块均采用CAN通讯或串行通讯进行连接。
9.如权利要求1所述的一种电池组的均衡方法，其特征在于：所述电池管理系统还能获取所述电池组的剩余电量值、额定容量及所述单个电池的电压值。
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