CN110601282A - 用于锂电池管理系统的主动均衡控制方法及其装置 - Google Patents

用于锂电池管理系统的主动均衡控制方法及其装置 Download PDF

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CN110601282A CN201910714745.7A CN201910714745A CN110601282A CN 110601282 A CN110601282 A CN 110601282A CN 201910714745 A CN201910714745 A CN 201910714745A CN 110601282 A CN110601282 A CN 110601282A
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Abstract

本发明提供了一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，包括以下步骤：藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作。以便可最大程度的对电池进行均衡控制，使电池达到最佳的使用状态。

Description

用于锂电池管理系统的主动均衡控制方法及其装置
【技术领域】
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及自动均衡方法及其锂离子电池管理系统。
【背景技术】
锂离子动力电池在生活、生产的方方面面都得到了大规模的应用，无论是日常生活中常见的电动汽车、电动工具、电动自行车，或是新兴技术例如新能源发电、智能电网中，锂离子动力电池都是其重要组成部分，为系统提供能源或存储多余能量。
在大功率应用领域，相对于其他类型的储能电池，锂离子电池具有能量与功率密度高、循环寿命长、环保等的优点；与镍氢电池相比，其电芯电压约高3倍，功率密度约高2倍，自放电率约为1/2，且无记忆效应。但是，在大多数系统中，锂离子电池的可靠性是其性能瓶颈，由于锂离子电池的热稳定性和一致性较差，对应用环境要求更为苛刻，不可过充电和过放电，因此在锂电池应用场合一般配备电池管理系统，对电池进行合理有效的管理和控制，确保电池安全、延长电池寿命、提升系统性能。
目前锂电池管理系统中，除了带有电池电压监控和充放电管理功能外，部分还带有均衡功能。常见的电池均衡技术可分为被动均衡和主动均衡。被动均衡是通过消耗高电量单体电池的电量，使各节电池充放电趋势一致。而主动均衡则是通过将高电量单体电池的电量转移到低电量电池中，或者转移到整个电池包中，从而达到各单体电池能量均衡。由此可见，被动均衡是一种消极的均衡策略，会部分地消耗一部分电池能量。而主动均衡则是一种积极的均衡策略，在均衡过程中，能量只是发生了转移，并没有被消耗。虽然相对于被动均衡来说，主动均衡有显著的优点，但其设计却太过复杂，导致实际应用并不广泛。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够提高锂电池的可靠性和系统的安全性，延长电池的使用寿命的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法及其控制装置。
为了达到以上目的，本发明提供了一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，包括以下步骤：
藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；
藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；
判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并重复以上步骤。
在本发明的一实施例中，在藉由估计的单体荷电状态，进行锂离子电池建模计算得到电压数据步骤中，包括：
采集单体锂电池的数据信息；
对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到估计单体荷电状态。
在本发明的一实施例中，在对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到最优单体荷电状态步骤中，包括：
运用安时法修正以获得满足条件的最优单体荷电状态。
在本发明的一实施例中，数据信息包括单体电池端电压、充放电电流、温度中的至少一种。
在本发明的一实施例中，在藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态步骤中，包括步骤：
对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；
对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
在本发明的一实施例中，在步骤对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断；以判断当前锂电池组是否处于故障状态中，其判断条件为：当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统不处于故障状态。
为了达到以上目的，本发明提供了一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，包括相互电连接的荷电状态处理模块、均衡性判断模块以及均衡模块，其中荷电状态处理模块，用于藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；均衡性判断模块，用于藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；均衡模块，用于判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作。
在本发明的一实施例中，所述荷电状态处理模块包括采集单元和计算单元，其中所述采集单元用于采集单体锂电池的数据信息；所述计算单元用于对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到最优单体荷电状态。
在本发明的一实施例中，所述采集单元包括电压采集单元、电流采集单元以及温度采集单元中的至少一种。
在本发明的一实施例中，所述均衡性判断模块包括系统工况判断单元和均衡性判断单元，其中所述系统工况判断单元用于对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；所述均衡性判断单元，用于对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本控制方法是在电池管理系统控制策略内部添加均衡控制方法，无需外加的均衡装置及辅助设备，在空间及硬件上节省了成本，并且本控制方法系统在任何时刻出现单体电压过压等情况，则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡，可最大程度的对电池进行均衡控制，使电池达到最佳的使用状态。
【附图说明】
图1是本发明的一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法的流程示意图。
图2是根据本发明的上述实施例的荷电状态的估计方法流程示意图。
图3是根据本发明的上述实施例的均衡状态判断的方法流程示意图。
图4是根据本发明的上述实施例的一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置的方框示意图。
【具体实施方式】
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”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者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。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。
如图1所示，阐述了本发明的一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法。该控制方法包括以下步骤：
S100，藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；
S200，藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；
S300，判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并重复以上步骤。
如图2所示，在本发明的一实施例的步骤S100中，包括步骤：
S110，采集单体锂电池的数据信息；
S120，对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到估计单体荷电状态。
进一步地，在步骤S120中，包括步骤：
S130，运用安时法修正以获得满足条件的最优单体荷电状态。
在本发明的一实施例中，在步骤S110中，数据信息包括单体电池端电压、充放电电流、温度中的至少一种。
如图3所示，在本发明的一实施例的步骤S200中，包括步骤：
S210，对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；
S220，对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
进一步地，在步骤S210中，其判断条件为：当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统不处于故障状态。
如图4所示，阐述了本发明的一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，该装置包括相互电连接的荷电状态处理模块10、均衡性判断模块20以及均衡模块30，其中荷电状态处理模块10，用于藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；均衡性判断模块20，用于藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；均衡模块30，用于判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作。
进一步地，所述荷电状态处理模块10包括采集单元11和计算单元12，其中所述采集单元11用于采集单体锂电池的数据信息；所述计算单元12用于对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到最优单体荷电状态。值得一说的是，所述采集单元11包括电压采集单元、电流采集单元以及温度采集单元中的至少一种。
进一步地，所述均衡性判断模块20包括系统工况判断单元21和均衡性判断单元22，其中所述系统工况判断单元21用于对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；所述均衡性判断单元22，用于对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；
藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；
判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作，并重复以上步骤。
2.如权利要求1所述的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，其特征在于，在藉由估计的单体荷电状态，进行锂离子电池建模计算得到电压数据步骤中，包括：
采集单体锂电池的数据信息；
对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到估计单体荷电状态。
3.如权利要求2所述的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，其特征在于，在对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到最优单体荷电状态步骤中，包括：
运用安时法修正以获得满足条件的最优单体荷电状态。
4.如权利要求2所述的主动均衡控制方法，其特征在于，数据信息包括单体电池端电压、充放电电流、温度中的至少一种。
5.如权利要求1的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，其特征在于，在藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态步骤中，包括步骤：
对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；
对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
6.如权利要求5的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制方法，其特征在于，在步骤对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断；以判断当前锂电池组是否处于故障状态中，其判断条件为：当单体锂电池电压大于过压阈值、或单体锂电池电压低于低压阈值、或者单体锂电池电压压差大于压差阈值、或者单体锂电池温度高于电池温度阈值、或者所述锂电池管理系统芯片温度高于芯片温度阈值，则判断所述锂电池系统处于故障状态，否则判断所述锂电池系统不处于故障状态。
7.一种用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，其特征在于，包括相互电连接的荷电状态处理模块、均衡性判断模块以及均衡模块，其中荷电状态处理模块，用于藉由单体荷电状态，进行锂电池建模计算得到荷电状态数据；均衡性判断模块，用于藉由预设的参考条件以及荷电状态数据，判断是否存在单体电池处于均衡状态；处于均衡状态的单体锂电池，不进行均衡放电处理；对于处于非均衡状态的单体锂电池，进行均衡放电处理；均衡模块，用于判断均衡放电处理时间是否大于均衡预设时间，当均衡放电处理的时间大于均衡预设时间时，则所述单体锂电池退出均衡操作。
8.如权利要求7的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，其特征在于，所述荷电状态处理模块包括采集单元和计算单元，其中所述采集单元用于采集单体锂电池的数据信息；所述计算单元用于对上述数据信息通过计算建模和鲁棒估计，得到最优单体荷电状态。
9.如权利要求8的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，其特征在于，所述采集单元包括电压采集单元、电流采集单元以及温度采集单元中的至少一种。
10.如权利要求7的用于锂电池组管理系统的主动均衡控制装置，其特征在于，所述均衡性判断模块包括系统工况判断单元和均衡性判断单元，其中所述系统工况判断单元用于对当前锂电池管理系统的电池组的所处工况进行判断，以判断当前锂电池组是否处于故障状态；所述均衡性判断单元，用于对不处于故障状态的锂电池组或者故障状态消除后的电池组，判断所述锂电池组进行处于均衡。
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