CN111769336A - 一种用于电池组短板效应的规避系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电池组短板效应的规避系统及方法，电池组包括多个电连接的单体电池，该规避系统包括主控模块、信息采集模块、双向直流转换模块以及电源模块。电源模块提供直流电信号，信息采集模块采集单体电池的参数信息并反馈至主控模块，主控模块分析参数信息后判定出短板电池，当电池组处于充电状态且短板电池已充满电时输出第一控制信号，当电池组处于放电状态且短板电池已放电完全时输出第二控制信号；双向直流转换模块当接收到第一控制信号时对短板电池放电，当接收到第二控制信号时对短板电池充电。该规避系统通过主控模块控制双向直流转换模块相应对短板电池进行充放电，使之不影响电池组整体的充放电，提高了电池组的续航能力。

Description

一种用于电池组短板效应的规避系统及方法

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种用于电池组短板效应的规避系统及方法。

背景技术

当前电动汽车用动力电池组都是多节大容量电池串联使用。电池在串联使用的过程中，为了达到保护电池的目的，当电池组中某一节单体电池放电到截止电压时，电池组中的其他电池就必须停止放电，但此时电池组中的大部分电池还处于有电可放的状态，如此一来便导致了整组电池的能量不能得到充分利用的问题；同理，在充电时也存在上述问题。这便是电池组在充放电过程中存在的“短板效应”。

目前，传统的电池管理技术解决电池组的短板效应问题的方法是采用电池均衡器。然而，电池均衡器只能解决电池组在长期使用后出现的各个单体电池容量不一致的问题，即只能对存在短板电池的电池组进行独立均衡操作，使电池组中所有电池性能一致，以消除短板效应。

因此，传统的电池管理技术方案中存在着无法在实际使用时电池组中存在短板电池的情况下规避出现短板效应的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于电池组短板效应的规避系统及方法，旨在解决传统的电池管理技术方案中存在的无法在实际使用时电池组中存在短板电池的情况下，规避出现短板效应的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种用于电池组短板效应的规避系统，所述电池组包括多个电连接单体电池，所述规避系统包括：

主控模块、信息采集模块、双向直流转换模块以及电源模块；

所述电源模块与所述电池组连接，用于提供直流电信号；

所述信息采集模块与多个所述单体电池以及所述主控模块相连接，用于采集多个所述单体电池的参数信息并将所述参数信息反馈至所述主控模块；

所述主控模块与所述双向直流转换模块连接，用于根据所述参数信息判定多个所述单体电池中的短板电池，并当所述电池组处于充电状态且所述短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当所述电池组处于放电状态且所述短板电池已放电完全时，输出第二控制信号；

所述双向直流转换模块与所述电源模块及所述电池组相连接，用于当接收到所述第一控制信号时，控制所述短板电池单独进行放电，以使所述电池组整体维持充电状态，或者当接收到所述第二控制信号时，控制所述短板电池单独进行充电，以使所述电池组整体维持放电状态。

本发明实施例的第二方面提供了一种用于电池组短板效应的规避方法，所述电池组包括多个电连接的单体电池，所述规避方法包括：

采用电源模块提供直流电信号；

采用信息采集模块采集多个所述单体电池的参数信息并进行反馈；

采用主控模块接收并根据所述参数信息判定多个所述单体电池中的短板电池，并当所述电池组处于充电状态且所述短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当所述电池组处于放电状态且所述短板电池已放电完全时，输出第二控制信号；

采用双向直流转换模块当接收到所述第一控制信号时，控制所述短板电池单独进行放电，以使所述电池组整体维持充电状态，或者当接收到所述第二控制信号时，控制所述短板电池单独进行充电，以使所述电池组整体维持放电状态。

上述的一种用于电池组短板效应的规避系统及方法，通过信息采集模块采集单体电池的参数信息并反馈，由主控模块分析参数信息后判定出短板电池，并当电池组处于充电状态时且短板电池已充满电时，输出第一控制信号给双向直流转换模块，以控制双向直流转换模块对短板电池单独进行放电，从而电池组整体维持充电状态，避免了因短板电池充满电而导致整个电池组停止充电，当电池组处于放电状态且短板电池已放电完全时，主控模块输出第二控制信号给双向直流转换模块，以控制双向直流转换模块对短板电池单独进行充电，从而电池组整体维持放电状态，避免了因短板电池放电完全而导致整个电池组停止放电。因此，在充放电过程中，控制短板电池单独从电源模块取电或者对电源模块放电，使得在充放电过程中，电池组的充电和放电状态不受短板电池的影响，电池组整体可实现完全充电和完全放电，从而在充放电过程中避免出现短板效应，提高了电池组的续航能力，方便用户使用，并且避免了因为对短板电池过度充电或过度放电而导致电池组损坏或者导致安全事故，提高了电池组的可靠性、延长了电池组的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的第一方面提供的一种用于电池组短板效应的规避系统的模块结构示意图；

图2为图1所示的规避系统中双向直流转换单元与单体电池的电连接结构示意图；

图3为图2所示的规避系统中双向直流转换单元的电路示意图；

图4为本发明实施例的第二方面提供的一种用于电池组短板效应的规避方法的具体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例的第一方面提供的一种用于电池组短板效应规避系统的模块结构示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种用于电池组短板效应的规避系统，其中，电池组100包括多个单体电池，多个单体电池之间进行串联连接，用于电池组短板效应的规避系统包括主控模块10、信息采集模块20、双向直流转换模块30以及电源模块40。

其中，电源模块40与电池组100连接，用于提供直流电信号。

具体地，电源模块40为直流母线，电池组100与直流母线连接，当电池组100处于充电状态时，直流母线对电池组100提供直流电信号；当电池组100处于放电状态时，电池组100对直流母线放电。

信息采集模块20与多个单体电池以及主控模块10相连接，用于采集多个单体电池的参数信息并将参数信息反馈至主控模块10。

在一可选实施例中，上述的参数信息包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及电池容量中的任意一项或多项。

具体地，主控模块10定期对电池组100中的各个单体电池进行测试，即控制电池组100进行一次或多次充放电循环，并在该次或多次充放电循环内通过信息采集模块20获取每个单体电池的参数信息，从而主控模块10根据参数信息分析出多个单体电池中电池容量由大到小排序为靠后的三个单体电池为短板电池。

主控模块10对电池组100进行测试的周期可根据实际情况而定，例如可设定为每两个月、每两周或者每两天进行一次测试，以定期更新电池组100中的单体电池的参数信息，避免由于电池组100在长期使用后，短板电池或其它单体电池的参数信息发生变化却没被测试出而导致规避系统无法精确定位短板电池，保证了规避系统的可靠性和准确性。

可选的，在对参数信息进行分析后，主控模块10可判定多个单体电池中电池容量由大到小排序为靠后的一个或者多个单体电池为短板电池，具体所判定出的短板电池的数量根据实际需要而定。

主控模块10与双向直流转换模块30连接，用于根据参数信息判定多个单体电池中的短板电池，并当电池组100处于充电状态且短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当电池组100处于放电状态且短板电池已放电完全时，输出第二控制信号。

具体地，短板电池包括电池组100中电池容量由大到小排序为靠后的三个单体电池。第一控制信号和第二控制信号均为脉宽宽度调制信号。

双向直流转换模块30与电源模块40及电池组100相连接，用于当接收到第一控制信号时，控制短板电池单独进行放电，以使电池组100整体维持充电状态，或者当接收到第二控制信号时，控制短板电池单独进行充电，以使电池组100中整体维持放电状态。

具体地，主控模块10检测到电池组100处于充电状态并且短板电池中的一个或多个已经充满电时，输出第一控制信号给双向直流转换模块30，双向直流转换模块30接收到第一控制信号后，改变自身内部各个开关管的导通和关断状态，从而控制已充满电的一个或多个短板电池进行放电。如此，避免了因短板电池充满电而导致整个电池组100停止充电，并且避免了短板电池过度充电而导致缩短电池组100的使用寿命、毁坏电池组100，甚至引发安全事故。

主控模块10检测到电池组100处于充电状态并且短板电池中的一个或多个已经放电完全时，输出第二控制信号给双向直流转换模块30，双向直流转换模块30接收到第二控制信号后，改变自身内部各个开关的导通和关断状态，从而控制已经放电完全的一个或多个短板电池进行充电。如此，避免了因短板电池完全放电而导致整个电池组100停止放电，提高了电池组100的续航能力，并且避免了短板电池过度放电而导致缩短电池组100的使用寿命、毁坏电池组100，甚至引发安全事故。

在一可选实施例中，主控模块10采用中央控制器实现。

本实施例提供的一种用于电池组短板效应的规避系统，通过信息采集模块20采集单体电池的参数信息并反馈，由主控模块10分析参数信息后判定出短板电池，并当电池组100处于充电状态时且短板电池已充满电时，输出第一控制信号给双向直流转换模块30，以控制双向直流转换模块30对短板电池单独进行放电，从而电池组100整体维持充电状态，避免了因短板电池充满电而导致整个电池组100停止充电，当电池组100处于放电状态且短板电池已放电完全时，主控模块10输出第二控制信号给双向直流转换模块30，以控制双向直流转换模块30对短板电池单独进行充电，从而电池组100整体维持放电状态，避免了因短板电池放电完全而导致整个电池组100停止放电。因此，在充放电过程中，控制短板电池单独从电源模块40取电或者对电源模块40放电，使得电池组100的充电和放电状态不受短板电池的影响，电池组整体可实现完全充电和完全放电，从而提高了电池组100的续航能力，方便用户使用，并且避免了因为对短板电池过度充电或过度放电而导致电池组100损坏或者导致安全事故，提高了电池组100的可靠性、延长了电池组100的使用寿命。

图2为图1所示的规避系统中双向直流转换单元与单体电池的电连接结构示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的双向直流转换模块30包括多个双向直流转换单元。

其中，双向直流转换单元的数量与电池组100中的单体电池的数量相同，双向直流转换单元分别与单体电池一一对应相连接。

具体地，第一双向直流转换单元与单体电池1连接，第二双向直流转换单元与单体电池2连接，第三双向直流转换单元与单体电池3连接，依此类推。各个双向直流转换单元受控制对与之相对应的单体电池的进行充电或放电。

下面以单体电池1、单体电池2以及单体电池3为短板电池为例，对主控模块10和双向直流转换模块30的具体工作原理进行分析：

主控模块10检测到电池组100处于充电状态并且单体电池1和单体电池2已经充满电时，输出第一控制信号给第一双向直流转换单元和第二双向直流转换单元，第一双向直流转换单元和第二双向直流转换单元改变自身内部各个开关管的导通和关断状态，从而分别控制已充满电的单体电池1和单体电池2进行放电。如此，避免了因单体电池1和单体电池2充满电而导致整个电池组100停止充电，使电池组100没有充满电，并且避免了单体电池1和单体电池2过度充电而导致缩短电池组100的使用寿命、毁坏电池组100，甚至引发安全事故。

主控模块10检测到电池组100处于放电状态并且单体电池2已经完全放电时，输出第二控制信号给第二双向直流转换单元，第二双向直流转换单元改变自身内部各个开关管的导通和关断状态，从而控制已完全放电的单体电池2进行充电。如此，避免了因单体电池2完全放电而导致整个电池组100停止放电，延长了电池组100的放电时间，提高了电池组100的续航能力，并且避免了单体电池2过度放电而导致缩短电池组100的使用寿命、毁坏电池组100，甚至引发安全事故。

在实际应用中，电池组100进行充电时，当短板电池充满电后，其通过与之相连接的双向直流单元放电的同时，也与电池组100中的其它单体电池一同进行充电，从而避免电池组在充电过程中出现短板效应。短板电池所释放的电量由双向直流转换单元流入电源模块，电源模块将这部分电量重新充入至电池组100，从而避免造成浪费。

电池组100进行放电时，当短板电池完全放电后，其通过与之相连接的双向直流单元充电的同时，也与电池组100中的其它单体电池一同进行放电，从而避免电池组在放电过程中出现短板效应。短板电池充入的电量取自电池组100所释放的电量。

在本实施例中，通过采用各个双向直流转换单元分别对应连接和控制各个单体电池，每个双向直流转换单元及与之连接的单体电池组100构成一个相对独立的系统，可高效精确地控制短板电池的充放电状态。

图3为图2所示的的规避系统中双向直流转换单元的电路示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的双向直流转换单元包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电感L2以及变压器T1。

其中，第一开关管Q1的源极、第二开关管Q2的漏极以及电感L2的第一端共接，电感L2的第二端连接变压器T1的原边线圈的第一端；第一电容C1的第一端连接第一开关管Q1的漏极，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端以及原边线圈的第二端共接，第二电容C2的第二端连接第二开关管Q2的源极；变压器T1的第一副边线圈的第一端连接第三开关管Q3的漏极，第三开关管Q3的源极、第四开关管Q4的源极以及第三电容C3的第一端共接；第四开关管Q4的漏极连接变压器T1的第二副边线圈的第一端；第一副边线圈的第二端、第二副边线圈的第二端以及第三电容C3的第二端共接；

第一开关管Q1的漏极和第二开关管Q2的源极连接电源模块40，第三电容C3的第一端和第二端连接单体电池，第一开关管Q1的栅极、第二开关管Q2的栅极、第三开关管Q3的栅极以及第四开关管Q4的栅极连接主控模块10。

具体地，主控模块10输出第一控制信号或者第二控制信号至第一开关管Q1的栅极、第二开关管Q2的栅极、第三开关管Q3的栅极以及第四开关管Q4的栅极中的一个或多个极。

当任意一个双向直流转换单元接收到第一控制信号时，该双向直流转换单元关断第一开关管Q1和第四开关管Q4，导通第二开关管Q2和第三开关管Q3，与该双向直流转换单元相连接的单体电池通过第二开关管Q2和第三开关管Q3向电源模块40放电，避免了因该单体电池先于其它单体电池充满电而导致整个电池组停止充电，而使电池组未充满电，并且避免了该单体电池过度充电而导致缩短电池组的使用寿命、毁坏电池组，甚至引发安全事故。

当任意一个双向直流转换单元接收到第二控制信号时，该双向直流转换单元关断第二开关管Q2和第三开关管Q3，导通第一开关管Q1和第四开关管Q4，与该双向直流转换单元相连接的单体电池通过第一开关管Q1和第四开关管Q4进行充电，避免了因该单体电池先于其它单体电池完全放电而导致整个电池组停止放电，延长了电池组的放电时间，即提高了电池组的续航能力，并且避免了该单体电池过度放电而导致缩短电池组的使用寿命、毁坏电池组，甚至引发安全事故。

在一可选实施例中，上述的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4均采用NPN型场效应管实现。

图4为本发明实施例的第二方面提供的一种用于电池组短板效应的规避方法的具体流程图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例的第二方面提供了一种用于电池组短板效应的规避方法的具体流程图，包括：

S01：采用电源模块40提供直流电信号；

S02：采用信息采集模块20采集多个单体电池的参数信息并进行反馈；

S03：采用主控模块10接收并根据参数信息判定多个单体电池中的短板电池，并当电池组100处于充电状态且短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当电池组100处于放电状态且短板电池已放电完全时，输出第二控制信号；短板电池包括电池组100中电池容量由大到小排序为靠后的三个单体电池；

S04：采用双向直流转换模块30当接收到第一控制信号时，控制短板电池单独进行放电，以使电池组100整体维持充电状态，或者当接收到第二控制信号时，控制短板电池单独进行充电，以使电池组100整体维持放电状态。

综上所述，本发明实施例提供的用于电池组短板效应的规避系统及方法，通过信息采集模块采集单体电池的参数信息并反馈，由主控模块分析参数信息后判定出短板电池，并当电池组处于充电状态时且短板电池已充满电时，输出第一控制信号给双向直流转换模块，以控制双向直流转换模块对短板电池单独进行放电，从而电池组整体维持充电状态，避免了因短板电池充满电而导致整个电池组停止充电，当电池组处于放电状态且短板电池已放电完全时，主控模块输出第二控制信号给双向直流转换模块，以控制双向直流转换模块对短板电池单独进行充电，从而电池组整体维持放电状态，避免了因短板电池放电完全而导致整个电池组停止放电。因此，在单次充放电循环内，控制短板电池单独从电源模块取电或者对电源模块放电，使得电池组的充电和放电状态不受短板电池的影响，从而使存在短板电池的电池组在充放电过程中避免出现短板效应，提高了电池组的续航能力，方便用户使用，并且避免了因为对短板电池过度充电或过度放电而导致电池组损坏或者导致安全事故，提高了电池组的可靠性、延长了电池组的使用寿命。

在本文对各种电路和方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于电池组短板效应的规避系统，所述电池组包括多个电连接的单体电池，其特征在于，所述规避系统包括：

主控模块、信息采集模块、双向直流转换模块以及电源模块；

所述电源模块与所述电池组连接，用于提供直流电信号；

所述信息采集模块与多个所述单体电池以及所述主控模块相连接，用于采集多个所述单体电池的参数信息并将所述参数信息反馈至所述主控模块；

所述主控模块与所述双向直流转换模块连接，用于根据所述参数信息判定多个所述单体电池中的短板电池，并当所述电池组处于充电状态且所述短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当所述电池组处于放电状态且所述短板电池已放电完全时，输出第二控制信号；

所述双向直流转换模块与所述电源模块及所述电池组相连接，用于当接收到所述第一控制信号时，控制所述短板电池单独进行放电，以使所述电池组整体维持充电状态，或者当接收到所述第二控制信号时，控制所述短板电池单独进行充电，以使所述电池组整体维持放电状态。

2.如权利要求1所述的规避系统，其特征在于，所述双向直流转换模块包括多个双向直流转换单元；

所述双向直流转换单元的数量与所述电池组中的所述单体电池的数量相同，所述双向直流转换单元分别与所述单体电池一一对应相连接。

3.如权利要求2所述的规避系统，其特征在于，所述双向直流转换单元包括：

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第二电容、第三电容、电感以及变压器；

所述第一开关管的源极、所述第二开关管的漏极以及所述电感的第一端共接，所述电感的第二端连接所述变压器的原边线圈的第一端；所述第一电容的第一端连接所述第一开关管的漏极，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端以及所述原边线圈的第二端共接，所述第二电容的第二端连接所述第二开关管的源极；所述变压器的第一副边线圈的第一端连接所述第三开关管的漏极，所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极以及第三电容的第一端共接；所述第四开关管的漏极连接所述变压器的第二副边线圈的第一端；所述第一副边线圈的第二端、所述第二副边线圈的第二端以及所述第三电容的第二端共接；

所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的源极连接所述电源模块，所述第三电容的第一端和第二端连接所述单体电池，所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的栅极、所述第三开关管的栅极以及所述第四开关管的栅极连接所述主控模块。

4.如权利要求3所述的规避系统，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管均采用NPN型场效应管实现。

5.如权利要求1所述的规避系统，其特征在于，所述参数信息包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及电池容量中的任意一项或多项。

6.如权利要求1所述的规避系统，其特征在于，所述第一控制信号和所述第二控制信号均为脉宽宽度调制信号。

7.如权利要求1所述的规避系统，其特征在于，所述主控模块采用中央控制器实现。

8.一种用于电池组短板效应的规避方法，所述电池组包括多个单体电池，其特征在于，所述规避方法包括：

采用电源模块提供直流电信号；

采用信息采集模块采集多个所述单体电池的参数信息并进行反馈；

采用主控模块接收并根据所述参数信息判定多个所述单体电池中的短板电池，并当所述电池组处于充电状态且所述短板电池已充满电时，输出第一控制信号，或者当所述电池组处于放电状态且所述短板电池已放电完全时，输出第二控制信号；

采用双向直流转换模块当接收到所述第一控制信号时，控制所述短板电池单独进行放电，以使所述电池组整体维持充电状态，或者当接收到所述第二控制信号时，控制所述短板电池单独进行充电，以使所述电池组整体维持放电状态。

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