CN109494421A - 一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质，其方法包括：分别获取多个串联电芯中各个电芯的剩余电量；判断多个直流内阻串联电芯中的第一电芯的剩余电量是否大于多个直流内阻电芯中其他电芯的剩余电量；若是，则获取在对多个直流内阻串联电芯充/放电过程中，直流内阻第一电芯的实际直流内阻数据；判断直流内阻第一电芯的实际直流内阻数据与获取的直流内阻第一电芯的直流内阻峰值数据是否相同；若是，则对多个直流内阻串联电芯进行多次脉冲充/放电处理。利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，通过大功率脉冲对电芯进行充电或者放电，使得充电时荷电状态较低的电芯或者放电时荷电状态较高的电芯，能够将脉冲的能量转化为化学能。

Description

一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质。
背景技术
锂离子电池均衡目前方式均为利用bms(BATTERYMANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)进行，其中包括主动均衡和被动均衡两种方式。
在现有技术中，通过对电芯进行电压检测，给SOC(State ofCharge，荷电状态，也叫剩余电量)高的电芯短接一个均衡电阻，使其放电至与其他电芯的SOC相同。
主动均衡实际应用并不可靠，故障率较高，而被动均衡其原理决定了该方法电流小，时间长，均衡效率低的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种锂离子电池的均衡方法、装置及存储介质。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锂离子电池的均衡方法，其包括：
分别获取多个串联电芯中各个电芯的剩余电量；
判断多个所述串联电芯中的第一电芯的剩余电量是否大于多个所述电芯中其他电芯的剩余电量；
若是，则获取在对多个所述串联电芯充/放电过程中，所述第一电芯的实际直流内阻数据；
判断所述第一电芯的实际直流内阻数据与获取的所述第一电芯的直流内阻峰值数据是否相同；
若是，则对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理。
本发明的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理，包括：
获取多个所述串联电芯的标称容量；
匹配所述标称容量的3倍电流；
通过所述标称容量的3倍电流对多个所述串联电芯进行充/放电处理。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用不同荷电状态下直流内阻的不同，在充电或者放电末端进行大电流的脉冲充电或者放电，一次增加荷电状态存在差异的电芯之间的差别。
进一步地，对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理的方式为：在对多个所述串联电芯进行充/放电处理持续第一时间段后，对多个所述串联电芯静置持续第二时间段，如此循环往复处理。
采用上述进一步方案的有益效果是：多次脉冲，使得脉冲能够拉开荷电状态过高或者过低与正常荷电状态的区别，但是这个弥补过程会很小，因此通过多次脉冲能够填补荷电状态之间的差距，提高工作效率。
进一步地，所述第一时间段为5秒，所述第二时间段为30秒。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过预设时间间隔，实现脉冲处理。
进一步地，多个所述串联电芯为相同种类的电芯。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
进一步地，所述电芯为单体电芯。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种锂离子电池的均衡装置，其包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的锂离子电池的均衡方法的示意性流程图。
图2为本发明实施例提供的锂离子电池的均衡装置的示意性结构框图。
图3为本发明实施例提供的锂离子电池的特性曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，图1为本发明实施例提供的锂离子电池的均衡方法的示意性流程图。图2为本发明实施例提供的锂离子电池的均衡装置的示意性结构框图。图3为本发明实施例提供的锂离子电池的特性曲线示意图。
本发明提供了一种锂离子电池的均衡方法，其包括：
分别获取多个串联电芯中各个电芯的剩余电量；
判断多个所述串联电芯中的第一电芯的剩余电量是否大于多个所述电芯中其他电芯的剩余电量；
若是，则获取在对多个所述串联电芯充/放电过程中，所述第一电芯的实际直流内阻数据；
判断所述第一电芯的实际直流内阻数据与获取的所述第一电芯的直流内阻峰值数据是否相同；
若是，则对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理。
本发明的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
如图3所示，图3示出了不同SOC下的DCR，图中的横坐标为SOC，SOC的取值范围为0％-100％，图中的纵坐标为DCR，图中左边的长方形边框所标示的区域为：低SOC(放电末端)区域，图中右边的长方形边框所标示的区域为：高SOC(充电末端)区域。
利用化学性质自动均衡，电芯在不同SOC(State ofCharge，荷电状态，也叫剩余电量)下的DCR(直流内阻)不同，高SOC或者低SOC下DCR大于SOC处于中段的电芯，通过一个大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高SOC(充电末端)或者低SOC(放电末端)的电芯比充电末端其他SOC较低的电芯或者放电末端其他SOC较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，而剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。
在被动均衡的基础上，不用监测，算法以及外加的均衡电阻，仅仅通过电芯自身内部的化学性能，利用串联组中的单体电芯作为均衡电阻。
本专利在对bms(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)和化学原理双重理解的基础上，依靠均衡对象中的电芯作为均衡电阻，减少了均衡策略的复杂程度，提高了均衡的效率。在现有技术中，通过对于电芯的电压检测，给SOC高的电芯短接一个均衡电阻，使其放电至其他电芯的SOC。本发明技术方案取消了监测工作、外加电阻和平衡算法，利用化学性质即可实现均衡。不外加bms控制系统，仅仅通过电池的化学性质进行均衡。
利用不同SOC下DCR的不同，在充电或者放电末端进行大电流的脉冲充电或者放电，一次增加SOC存在差异的电芯之间的差别。本发明利用被动均衡的原理，通过对于化学原理的理解，将单体电池本身作为均衡电阻。化学原理部分，主要是不同SOC下DCR不同，反应到原理部分是反应需要克服的过电势不同。
过电位(overpotential)是电极的电位差值，又叫超电势。为一个电极反应偏离平衡时的电极电位与这个电极反应的平衡电位的差值，无电流通过(平衡状态下)和有电流通过之电位差值，而该状态下并未发生实质性的反应。简而言之，过电位即为了发生某个反应而进行的准备，仅仅超过了过电位，反应才能进行。这个准确的数值对于不同SOC下的电池是不同的。
本发明利用这个过电位的不同，仅利用多次大电流脉冲充电或者放电，将不同SOC下的电池拉平。
具体实验：测量某种电芯在不同SOC下的充电或者放电DCR与SOC的关系，测量某种电芯在不同SOC下的OCV与SOC的关系。选择同种电芯50％/50％/55％同SOC下的三颗电芯串联，串联充电，将55％SOC最高的电芯充电至DCR较大的位置，即90％，50％SOC的两颗电芯达到了85％SOC，多次利用大电流3C进行5s充电30s静置，经过13次脉冲充电后，55％SOC的电芯充电至90％SOC，90％SOC的电芯SOC达到92％，SOC差距由原来的5％变为2％，因此本发明的技术方案可以对锂离子电池进行均衡。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理，包括：
获取多个所述串联电芯的标称容量；
匹配所述标称容量的3倍电流；
通过所述标称容量的3倍电流对多个所述串联电芯进行充/放电处理。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用不同荷电状态下直流内阻的不同，在充电或者放电末端进行大电流的脉冲充电或者放电，一次增加荷电状态存在差异的电芯之间的差别。
对于DCR的理解，在原理层面是需要克服的过电势不同，均衡位置的选定，这主要是根据实测数据，选定DCR的突变点，并且利用这一突变来判断脉冲处理的时机。本发明采用大电流的多次脉冲对电芯进行处理，大电流能够拉开SOC过高或者过低与正常SOC的区别，但是这个弥补过程会很小，因此多次脉冲才能够填补SOC之间的差距。
进一步地，对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理的方式为：在对多个所述串联电芯进行充/放电处理持续第一时间段后，对多个所述串联电芯静置持续第二时间段，如此循环往复处理。
采用上述进一步方案的有益效果是：多次脉冲，使得脉冲能够拉开荷电状态过高或者过低与正常荷电状态的区别，但是这个弥补过程会很小，因此通过多次脉冲能够填补荷电状态之间的差距，提高工作效率。
进一步地，所述第一时间段为5秒，所述第二时间段为30秒。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过预设时间间隔，实现脉冲处理。
进一步地，多个所述串联电芯为相同种类的电芯。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
进一步地，所述电芯为单体电芯。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用串联组中的电芯作为均衡电阻，并利用电芯化学性质自动均衡，不同荷电状态下的电芯的直流内阻不同，高荷电状态或者低荷电状态下，电芯的直流内阻大于荷电状态处于中段的电芯，通过大功率的脉冲对电芯进行充电或者放电，高荷电状态(充电末端)或者低荷电状态(放电末端)的电芯比充电末端其他荷电状态较低的电芯或者放电末端其他荷电状态较高的电芯，更快达到截止电压从而停止充放电，剩下的电芯能够将脉冲的能量转化为化学能。降低均衡策略的复杂程度，提高均衡的效率。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种锂离子电池的均衡装置，其包括：
存储器1，用于存储计算机程序；
处理器2，用于执行所述计算机程序，实现如上任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，包括：
分别获取多个串联电芯中各个电芯的剩余电量；
判断多个所述串联电芯中的第一电芯的剩余电量是否大于多个所述电芯中其他电芯的剩余电量；
若是，则获取在对多个所述串联电芯充/放电过程中，所述第一电芯的实际直流内阻数据；
判断所述第一电芯的实际直流内阻数据与获取的所述第一电芯的直流内阻峰值数据是否相同；
若是，则对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，所述对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理，包括：
获取多个所述串联电芯的标称容量；
匹配所述标称容量的3倍电流；
通过所述标称容量的3倍电流对多个所述串联电芯进行充/放电处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，
对多个所述串联电芯进行多次脉冲充/放电处理的方式为：在对多个所述串联电芯进行充/放电处理持续第一时间段后，对多个所述串联电芯静置持续第二时间段，如此循环往复处理。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，所述第一时间段为5秒，所述第二时间段为30秒。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，多个所述串联电芯为相同种类的电芯。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的均衡方法，其特征在于，所述电芯为单体电芯。
7.一种锂离子电池的均衡装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至6中任一项所述的一种锂离子电池的均衡方法。
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