CN113098113A - 串联电池组的智能均衡方法及均衡装置 - Google Patents

Abstract

一种串联电池组的智能均衡方法及均衡装置，其中方法包括S1、对电池包进行充电；S2、边充电边检测电池包内的各个单体电池的电压；S3、当电池包中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，关闭电子开关；S4、打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组按预定电流放电；S5、达到预定放电时间后停止均衡；S6、再打开充电器的电子开关，对电池包继续充电；S7、重复S2‑S6步，直至所有单体电池的电压值均达到预定的电压值范围内；S8、停止充电。本发明具有可以在均衡过程中，具有稳定性强和能耗最小的优点。

Description

串联电池组的智能均衡方法及均衡装置

技术领域

本发明涉及一种电能存储领域，尤其是涉及一种多节串联电池组的智能均衡方法及均衡装置。

背景技术

目前，各种蓄电池作为电能存储元件，已被广泛应用于电动车辆、电力储能、后备式不间断电源等电能存储相关领域。在应用中，为了满足各储能电源系统的电压平台，需要将几节甚至上百或上千节只有几伏的单体电池经过串联构成所需的储能电源组。由于串联成组的单体电池在性能指标上不可能完全一致，因此在电池组充电过程中，会同时存在过充电和欠充电的问题，产生不均衡的现象。

究其原因，这是因为虽然充电电池组的端电压还没有达到终止充电的条件，但一部分充电电池已经充电终结，继续对其充电，该部分充电电池必然处于过充电状态；另一方面，当充电电池组的端电压达到终止充电的条件时，仍然可能有部分充电电池没有完全充电，处于欠充电状态。充电电池的欠充电或过充电都会严重影响充电电池的使用性能和寿命。此外，对于锂电池充电电池，过充电不仅会伤害电池，而且还存在严重的安全隐患。

现有技术中，充电电池的均衡主要依靠均衡电路，已知的均衡方式主要分为两类：主动的均衡方式和被动的均衡方式。其中，主动均衡方式是通过能量转移的方式来实现的就是将高能量的单体电池能量转移到低能量单体电池这种均衡方式电路结构比较复杂成本较高稳定性不强。被动均衡方式是通过放电电阻使电压高的电池电压降低而实现的。具体做法分为两种，一种是在充电的过程中，如果检测到电池组的某一单体电池达到了预定的电压值，则关闭充电电路，开启均衡电路对所有高于均衡电压阀值的单体电池进行放电，使其低于或者等于均衡电压阀值，均衡充电停止；这种方式存在耗能高，且所有的单体电池均处于未充饱状态。另一种是如果检测到电池组的某一单体电池达到了预定的电压值，则关闭充电电路，开启均衡电路对所有高于平均单体电压（平均单体电压等于电池组总电压除以单体电池的总数的值）的单体电池进行放电，使其达到接近平均单体电压值，然后，再次开启充电电路，充电机再给电池组继续充电，当有任一电池单体电压在充电过程中达到单体电池保护电压的保护点时，均衡充电停止；或者，当电池组总电压达到电池组保护电压的保护点时，均衡充电停止。

上述两种方法，无论哪种均衡充电方法都存在能耗太大的问题，这是因为，传统的均衡方法都要将所有高于平均单体电压的单体电池进行放电，所以放电能耗非常大；二是不能保证全部单体电池的容量达到饱和状态，影响电池组的总的输出容量；三是无法知道电池组中是否出现了坏电池。

发明内容

为了解决均衡过程能耗大和单体电池的容量始终达不到饱和状态的问题，本发明向社会提供一种均衡过程能耗小的串联电池组的智能均衡方法及均衡装置。

本发明的串联电池组的智能均衡方法还可以知道电池组中是否出现了坏电池。

本发明的技术方案是：提供一种串联电池组的智能均衡方法，适合于对至少由两个单体电池串联构成电池组，若干个电池组串联构成电池包的电压均衡，包括如下步骤：

S1、开启充电，对电池包进行充电；

S2、边充电边检测电池包内的各个单体电池的电压；

S3、当电池包中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，关闭充电器的电子开关，停止充电；

S4、打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组按预定电流放电；

S5、达到预定放电时间后，关闭均衡电路，停止均衡；

S6、再打开充电器的电子开关，对电池包继续充电；

S7、重复S2-S6步，直至所有单体电池的电压值均达到预定的电压值范围内；

S8、停止充电。

作为对本发明的改进，在S8步之后，还包括S9、锁定充电器的电子开关。

作为对本发明的改进，如果重复S2-S6步预定次数后，单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，发出报警信号。

作为对本发明的改进，所述的预定的电压阈值在4.15伏-4.35伏之间选择。

作为对本发明的改进，所述预定放电时间在10分钟-120分钟之间选择。

作为对本发明的改进，所述的预定的允许的电压值范围为4.15伏-4.35伏。

作为对本发明的改进，所述均衡电路包括放电电阻和一个三极管或者mos管，所述放电电阻与所述三极管或者mos管串联。

本发明还提供一种串联电池组的智能均衡装置，包括至少由两个单体电池串联构成电池组1、2……n，即第1电池组1、第2电池组2……,第n电池组；其中，第1电池组1由第一组第1单体电池11、第一组第2单体电池12……,第一组第m单体电池1m串联而成；第2电池组2由第二组第1单体电池21、第二组第2单体电池22……第二第m单体电池2m串联而成；……第n电池组n由第n组第1单体电池n1、第n组第2单体电池n2……第n第m单体电池nm串联而成；其中，m最好是3-5个单体电池串联（即每个电池组由3-5个单体电池串联而成），所有电池组1、2……n串联构成电池包,其中，n是大于等于2的整数，每个所述电池组配备一个控制芯片和一个均衡电路，令其中一个控制芯片为主控制芯片（本实施例中，控制芯片IC1为主控制芯片），其余的控制芯片为从控制芯片，所有控制芯片之间呈级联特征，所述主控制芯片与所述从控制芯片之间进行信号交流，每个所述控制芯片包括控制单元、电压检测单元、比较单元和延时单元，所述电压检测单元用于实时检测相应的电池组内的单体电池的电压，提供给比较单元与预定的电压阈值进行比较，当电池组中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，主控制芯片关闭充电器的电子开关，停止充电；控制单元打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组进行按预定电流放电；此时，延时单元开始计时，当达到预定放电时间后，相应的控制单元关闭均衡电路，停止均衡；所述主控制芯片再次打开充电器的电子开关，对所有电池组继续充电；如此反复动作，直至所有单体电池的电压值都达到预定的允许的电压值范围内，主控制芯片关闭电子开关，停止充电。

作为对本发明的改进，本发明还包括计数单元，当所述电池组被重复充电预定次数后，电池组中的单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，报警单元发出报警信号。

作为对本发明的改进，本发明还包括锁定单元，当电池组中的所有单体电池的电压值均达到预定的允许的电压值范围内后；锁定电子开关。

本发明由于采用了对达到预定电压阈值的单体电池放电预定时间后，再进行充电，如此反复，可以使所有的单体电池达到预定的电压要求，达到全部充满所有的单体电池，可以大大地提高整个电池包的输出容量，以及提高电池包的整体寿命；尤其是本发明方法可以在均衡过程中，具有能耗最小的优点。另外，本发明的串联电池组的智能均衡方法和装置还可以知道电池组中是否出现了坏电池，并且当出现坏电池还可以进行报警提示。

附图说明

图1是本发明方法的一种实施例的方框结构示意图。

图2是本发明装置的一种实施例的方框结构示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1揭示的是一种串联电池组的智能均衡方法，适合于对至少由两个单体电池串联构成电池组，若干个电池组串联构成电池包的电压均衡，包括如下步骤：

S1、开启充电器，对电池包进行充电；

S2、边充电边检测电池包内的各个单体电池的电压；

S3、当电池包中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，所述的预定的电压阈值在4.15伏-4.35伏之间选择，关闭充电器的电子开关，停止充电；

S4、打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组按预定电流放电，所述预定电流可以在5-1000mA之间选择；

S5、达到预定放电时间后，所述预定放电时间在10分钟-120分钟之间选择，关闭均衡电路，停止均衡；

S6、再打开充电器的电子开关，对电池包继续充电；

S7、重复S2-S6步，直至所有单体电池的电压值均达到预定的电压值范围内，所述的预定的允许的电压值范围为4.15伏-4.35伏；

S8、停止充电。

优选的，在S8步之后，还包括S9、锁定充电器的电子开关。

优选的，如果重复S2-S6步预定次数后，单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，发出报警信号。

优选的，所述均衡电路包括放电电阻和一个三极管或者MOS管，所述放电电阻与所述三极管或者MOS串联，当需要均衡电路放电时，控制芯片导通所述三极管或者MOS管，从而达到放电的目的，本发明中，所述均衡电路是现有技术，在这里不再赘述。

请参见图2，图2揭示的是一种串联电池组的智能均衡装置，包括至少由两个单体电池串联构成电池组1、2……n即第1电池组1、第2电池组2……,第n电池组；其中，第1电池组1由第一组第1单体电池11、第一组第2单体电池12……,第一组第m单体电池1m串联而成；第2电池组2由第二组第1单体电池21、第二组第2单体电池22……第二第m单体电池2m串联而成；……第n电池组n由第n组第1单体电池n1、第n组第2单体电池n2……第n第m单体电池nm串联而成；其中，m最好是3-5个单体电池串联（即每个电池组由3-5个单体电池串联而成），所有电池组1、2……n串联构成电池包,其中，n是大于等于2的整数，每个所述电池组配备一个控制芯片（分别是第一控制芯片IC1、第二控制芯片IC2……第N控制芯片ICN）和一个均衡电路（分别是第一均衡电路、第二均衡电路……第N均衡电路），其中一个控制芯片为主控制芯片（本实施例中，主控制芯片是第一控制芯片IC1，所述第一控制芯片IC1除了检测第1电池组1中的每个单体电池的电压、控制相应的第一均衡电路开关外，还控制电子开关的关或开），其余的控制芯片（包括第二控制芯片IC2……第N控制芯片ICN）为从控制芯片，所述从控制芯片用于检测相应电池组中的每个单体电池的电压，以及控制相应的均衡电路的开关，所述主控制芯片与所述从控制芯片之间进行信号交流，所有控制芯片之间呈级联特征，当电池组中任一单体电池的电压大于等于预定的电压阈值时，输出为高电平（关闭信号），主控制芯片关闭电子开关；每个所述控制芯片包括控制单元、电压检测单元、比较单元和延时单元，所述电压检测单元用于实时检测相应的电池组内的单体电池的电压，提供给比较单元与预定的电压阈值进行比较，当电池组中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时（本实施例中，对于三元锂电池而言，所述的预定的电压阈值在4.15伏-4.35伏之间选择，当然根据电池性能的不同，还可以选择其它的电压阈值，如对于铁锂电池而言，所述的预定的允许的电压值范围可以是3.60伏-3.90伏），主控制芯片IC1关闭充电器的电子开关，停止充电；控制单元打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组进行按预定电流放电（由于串联电池组中的某一个单体电池达到阈值后，对该电池组放电是相当于在对电池组中的那个达到阈值的单体电池在放电的，所以此时的均衡电路的耗能是非常小的）；此时，延时单元开始计时，当达到预定放电时间后（本实施例中，所述预定放电时间在10分钟-120分钟之间选择，最优的是30-60分钟），相应的控制单元关闭均衡电路，停止均衡；所述主控制芯片再次打开充电器的电子开关，对所有电池组继续充电；如此反复动作，直至所有单体电池的电压值都达到预定的电压值范围内（所述的预定的允许的电压值范围为4.15伏-4.35伏，其中，最优的为4.21伏），主控制芯片IC1关闭电子开关，停止充电。

根据所使用的电池性能不同，如对于铁锂电池而言，所述的预定的允许的电压值范围可以是3.60伏-3.90伏；同样的，所述的预定的电压阈值可以在3.60伏-3.90伏之间选择，其中最优的预定的电压阈值为3.65伏。

优选的，本发明还包括计数单元，当所述电池组被重复充电预定次数后，电池组中的单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，报警单元发出报警信号。

优选的，本发明还包括锁定单元，当电池组中的所有单体电池的电压值均达到预定的允许的电压值范围内后；锁定电子开关。

优选的，所述均衡电路包括放电电阻和一个三极管或者MOS管，所述放电电阻与所述三极管或者MOS管串联。

本发明中，所述电子开关包括但不限于是双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，缩略词为BJT)、金属氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemicoductor FieldEffect Transistor，缩略词为MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，缩略词为IGBT)、集成门极换流晶闸管(Integrated GateCommutatedThyristor，缩略词为IGCT)、门极可关断晶闸管(gate turn-offthyristor，缩略词为GTO) 中的一种。

在不脱离发明思想的情况下，凡应用发明说明书及附图内容所做的各种等效变化，均理同包含于发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：适合于对至少由两个单体电池串联构成电池组，若干个电池组串联构成电池包的电压均衡，包括如下步骤：

S1、开启充电，对电池包进行充电；

S2、边充电边检测电池包内的各个单体电池的电压；

S3、当电池包中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，关闭充电器的电子开关，停止充电；

S4、打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组按预定电流放电；

S5、达到预定放电时间后，关闭均衡电路，停止均衡；

S6、再打开充电器的电子开关，对电池包继续充电；

S7、重复S2-S6步，直至所有单体电池的电压值均达到预定的电压值范围内；

S8、停止充电。

2.根据权利要求1所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：在S8步之后，还包括S9、锁定充电器的电子开关。

3.根据权利要求1或2所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：如果重复S2-S6步预定次数后，单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，发出报警信号。

4.根据权利要求1或2所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：所述的预定的电压阈值在4.15伏-4.35伏之间选择，或者，所述的预定的电压阈值在3.60伏-3.90伏之间选择。

5.根据权利要求1或2所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：所述预定放电时间在10分钟-120分钟之间选择。

6.根据权利要求1或2所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：所述的预定的允许的电压值范围为4.15伏-4.35伏，或者，所述的预定的允许的电压值范围为3.60伏-3.90伏。

7.根据权利要求1或2或3所述的串联电池组的智能均衡方法，其特征在于：所述均衡电路包括放电电阻和一个三极管或者mos管，所述放电电阻与所述三极管或者mos管串联。

8.一种串联电池组的智能均衡装置，其特征在于：包括至少由两个单体电池串联构成电池组（1、2……n），所有电池组（1、2……n）串联构成电池包，每个所述电池组配备一个控制芯片和一个均衡电路，令其中一个控制芯片为主控制芯片，其余的控制芯片为从控制芯片，所述主控制芯片与所述从控制芯片之间进行信号交流，每个所述控制芯片包括控制单元、电压检测单元、比较单元和延时单元，所述电压检测单元用于实时检测相应的电池组内的单体电池的电压，提供给比较单元与预定的电压阈值进行比较，当电池组中的任一单体电池的电压达到预定的电压阈值时，主控制芯片关闭充电器的电子开关，停止充电；控制单元打开达到了电压阈值的单体电池的相应的电池组的均衡电路，对该电池组进行按预定电流放电；此时，延时单元开始计时，当达到预定放电时间后，相应的控制单元关闭均衡电路，停止均衡；所述主控制芯片再次打开充电器的电子开关，对所有电池组继续充电；如此反复动作，直至所有单体电池的电压值都达到预定的允许的电压值范围内，主控制芯片关闭电子开关，停止充电。

9.根据权利要求8所述的串联电池组的智能均衡装置，其特征在于：还包括计数单元，当所述电池组被重复充电预定次数后，电池组中的单体电池中的至少一个单体电池的电压基本没有变化，则认为该单体电池损坏，报警单元发出报警信号。

10.根据权利要求8或9所述的串联电池组的智能均衡装置，其特征在于：还包括锁定单元，当电池组中的所有单体电池的电压值均达到预定的允许的电压值范围内后；锁定电子开关。

Images