CN113162168A - 一种电池电量管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池均衡技术领域，特别涉及一种电池电量管理方法及系统，其中方法包括：检测电池组状态及电池组中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；当电池组处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；当电池组处于放电状态且存在Umi n时，则令Umi n并接备用电池，备用电池协助Umi n进行供电；电池组充电或放电一段时间，断开Umax或Umi n与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行步骤2，直至电池组充放电结束。通过设置备用电池对电池组中电池容量小的电池进行电量储存或补充的方式，解决了现有技术中由于备用电池和它进行均衡的电池相联而改变电压，需要反复均衡、效率低的问题，从而实现均衡效率高。

Description

一种电池电量管理方法及系统

技术领域

本发明涉及电池均衡技术领域，特别涉及一种电池电量管理方法及系统。

背景技术

多节电池组因电池本身个体及电池封装位置的工作环境等差异，使得电池组的性能会取决于最弱的电池(容量，内阻等)，BMS(电池管理系统)主要用来解决因电池差异影响性能，主要作用是对电池的电量进行均衡。

目前BMS电量均衡技术分为被动均衡和主动均衡两种。被动均衡技术是通过把能量多的电池能量直接消耗掉来达到电量均衡的目的，被动均衡存在均衡电流小，时间长，能量利用率低的问题。主动均衡是把电池电压或电量高的能量转移到电压或电量低的电池上面，主动均衡的均衡电流大，能量利用率高。

CN112072734A的对比文件《一种针对液态金属电池组的均衡系统及方法》，公布日为2020.12.11，提供一种针对液态金属电池组的均衡系统包括液态金属电池、被动均衡电路和主动均衡电路；所述被动均衡电路包括两个串联的二极管，串联的所述二极管与液态金属电池单体并联，所述被动均衡电路用于在单体电池电压达到充电截止电压时对流过液态金属电池的充电电流分流；所述主动均衡电路包括LTC3305芯片、MOSFET和辅助电池，所述LTC3305芯片用于判断被均衡电池与辅助电池之间的电压差，并通过控制外部MOSFET的通断控制电荷在辅助电池与被均衡电池之间进行转移，实现电池组的均衡操作。该发明结合针对单体电池的二极管均流的被动均衡与基于电池组外辅助电池的成组主动均衡，能够实现快速的对液态金属电池组在充放电时的均衡操作。

然而，上述系统中均衡方式是以备用电池作电压基准的，当某一电池与备用电池电压不一致时进行均衡，备用电池由于和它进行均衡的电池相联而改变电压，会造成均衡要反复的进行才能使电池组电压趋于均衡，效率低。

发明内容

为解决现有技术中备用电池由于和它进行均衡的电池相联而改变电压，会造成均衡要反复的进行才能使电池组电压趋于均衡，效率低的问题，

本发明提供的一种电池电量管理方法，包括以下步骤：

S100:检测电池组状态及所述电池组中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；

S200：当所述电池组处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；

当所述电池组处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；

其中，Umax为所述电池组中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组中电压最低且低于电压阈值的电池；

S300：所述电池组充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行步骤S200，直至所述电池组充放电结束。

进一步的，通过电池组电状态检测模块与所述电池组连接以检测所述电池组处于充电状态或放电状态。

进一步的，所述电池组电状态检测模块对所述电池组的电流方向进行检测：

若检测到电流方向为正，则所述电池组处于充电状态，若检测到电流方向为负，则所述电池组处于放电状态。

进一步的，充电电路中的电压阈值＝平均电压+a，放电电路中的电压阈值＝平均电压-a，a根据均衡精度要求设定。

进一步的，所述电池组包括若干个串联的电池和若干个开关Kbt，每个电池与每个开关Kbt一一对应，每个电池通过对应的开关Kbt与备用电池模块和电压检测模块连接。

进一步的，所述电压检测模块通过开关Kvt和开关Kbt与所述电池组中的电池连接，所述电压检测模块通过闭合开关Kvt并分时轮流闭合开关Kbt以检测每个电池的电压。

进一步的，所述备用电池模块包括所述备用电池、备用电池充电管理单元和备用电池放电管理单元，

所述备用电池与所述备用电池充电管理单元、开关Kch、开关Kbt和电池相连接用于令Umax停止充电或充电电流减小；

所述备用电池与所述备用电池放电管理单元、开关Kdc、开关Kbt和电池相连接用于令备用电池协助Umin进行供电。

进一步的，若所述电池组处于充电状态且存在Umax时，停止电压检测，闭合与Umax对应的开关Kbt和开关Kch，Umax并接所述备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；

若所述电池组处于放电状态且存在Umin时，停止电压检测，闭合与Umin对应的开关Kbt和开关Kdc，Umin并接所述备用电池，所述备用电池协助Umin进行供电，防止Umin产生过放。

进一步的，S300中，所述电池组充电或放电一段时间与充电电流或放电电流大小呈负相关设定：

若所述电池组处于充电状态，充电电流大时，则时间短，充电电流小时，则时间长；

若所述电池组处于放电状态，放电电流大时，则时间短，放电电流小时，则时间长。

本发明还提供一种电池电量管理系统，包括

检测模块：检测电池组状态及所述电池组中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；

电量均衡模块：用于当所述电池组处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；当所述电池组处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；其中，Umax为所述电池组中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组中电压最低且低于电压阈值的电池；

循环模块：用于所述电池组充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行电量均衡模块的动作，直直至所述电池组充放电结束。

与现有技术相比，本发明提供的一种电池电量管理方法及系统，通过设置备用电池对电池组中电池容量小的电池进行电量储存或补充的方式，使电池组电压趋于均衡，解决了现有技术中由于备用电池和它进行均衡的电池相联而改变电压，需要反复均衡才能使电池组电压趋于均衡，效率低的问题，本发明的方法均衡效率高，并可以充分发挥电池组的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明提供的一种电池电量管理方法步骤流程图；

图2为本发明提供的一种电池电量管理方法的实施架构图；

图3为本发明提供的一种电池电量管理系统的架构图。

附图标记：

10、电池组 20、电池组电状态检测模 30、电压检测模块

块

40、备用电池模块 50、控制模块

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面给出具体实施例：

应当了解的是，多节电池组因电池本身个体及电池封装位置的工作环境等差异，会造成容量不同的现象，电池组10中容量差的电池能从充电或放电时的电压中反映，容量差的电池在充电时电压上升快，在放电时，电压下降快。

参考图1，一种电池电量管理方法，包括以下步骤：

S100:检测电池组状态及所述电池组中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；

S200：当所述电池组处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；

当所述电池组处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；

其中，Umax为所述电池组中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组中电压最低且低于电压阈值的电池；

S300：所述电池组充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行步骤S200，直至所述电池组充放电结束。

检测电池组状态，指的是检测电池组处于充电状态或放电状态，充电结束可以指充电停止或充满，放电结束可以指放电停止或耗光；S300中重新获取新的电压阈值指的是重新检测每个电池电压后获得的新的电压阈值。

与现有技术相比，本发明提供的一种电池电量管理方法及系统，通过设置备用电池对电池组中电池容量小的电池进行电量储存或补充的方式，使电池组电压趋于均衡，解决了现有技术中由于备用电池和它进行均衡的电池相联而改变电压，需要反复均衡才能使电池组电压趋于均衡，效率低的问题，本发明的方法均衡效率高，并可以充分发挥电池组的整体性能。

参考图2，具体的，通过电池组电状态检测模块20与电池组10连接以检测电池组10处于充电状态或放电状态。较好的，电池组电状态检测模块20对电池组10的电流方向进行检测：若检测到电流方向为正，则电池组10处于充电状态，若检测到电流方向为负，则电池组10处于放电状态。

应当了解的是，电池组10可能同时处于充电和放电，若充电电流大于放电电流，为充电状态，反之为放电状态。

具体的，电池组10包括若干个串联的电池和若干个开关Kbt，每个电池与每个开关Kbt一一对应，每个电池通过对应的开关Kbt与备用电池模块40和电压检测模块30连接：通过每个电池均设有一开关Kbt，单独控制，从而实现每个电池的电压检测和某个容量差的电池的电量储存或补充。

电压检测模块30用于检测所述电池组10中电池的电压，实施时，每个电池分时轮流闭合开关Kbt以检测每个电池的电压，根据每个电池的电压得到电池组10的平均电压和电压阈值；

备用电池模块40用于给所述电池组10中电池容量小的电池进行电量储存或补充；具体实施时，Umax或Umin通过闭合相应的开关Kbt，与备用电池模块40连接，从而令Umax并接备用电池充电或令备用电池协助Umin进行供电。

具体的，充电电路中的电压阈值＝平均电压+a，放电电路中的电压阈值＝平均电压-a，a根据均衡精度要求设定，如电压阈值等于平均电压±0.05v，若均衡精度要求高，则可设定比0.05v更小的值，应当了解的是,a根据电池组10容量和每个电池的电池容量可相应调节。

较佳的，电压检测模块30通过开关Kvt和开关Kbt与电池组10中的电池连接，电压检测模块30通过闭合开关Kvt并分时轮流闭合开关Kbt以检测每个电池的电压，方便无需进行电压检测时，断开开关Kvt即实现。

具体的，备用电池模块40包括备用电池、备用电池充电管理单元和备用电池放电管理单元；备用电池充电管理单元用于电池组10充电时对其保护，防止其过充，并可调节充电电流大小，备用电池放电管理单元用于电池组10放电时对其保护，防止其过放，并可调节放电电流大小。

备用电池与备用电池充电管理单元、开关Kch、开关Kbt和电池相连接用于令Umax停止充电或充电电流减小；备用电池与备用电池放电管理单元、开关Kdc、开关Kbt和电池相连接用于令备用电池协助Umin进行供电。

通过备用电池模块40包括备用电池、备用电池充电管理单元和备用电池放电管理单元，使备用电池对容量差的电池的电量储存和对容量差的电池的电量补充分开控制，不互相影响。

实施步骤为：若电池组10处于充电状态且存在Umax时，停止电压检测，闭合与Umax对应的开关Kbt和开关Kch，Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；若电池组10处于放电状态且存在Umin时，停止电压检测，闭合与Umin对应的开关Kbt和开关Kdc，Umax并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电，防止Umin产生过放。

具体的，S300中，电池组10充电或放电一段时间与充电电流或放电电流大小呈负相关设定：若电池组10处于充电状态，充电电流大时，则时间短，充电电流小时，则时间长；若电池组10处于放电状态，放电电流大时，则时间短，放电电流小时，则时间长，通过电流大小相应调节时间，及时调整，增加均衡精度。应当了解的是，电池组10充电或放电一段时间还与电池组10中各电池的电池容量一致性有关，电池容量一致性好，时间长，电池容量一致性差，时间短。

作为本发明的一种实施方式，通过电流检测检测电池组10是充电状态还是放电状态，然后通过开关切换单元控制开关Kvt闭合，开关Kch和开关Kdc断开，Kbt1、Kbt2……Kbtn依序轮流闭合，检测每个电池的电压，在电池组10电压检测完成后，开关Kvt断开，并计算出电池的平均电压从而得到电压阈值；

当充电时，电流检测到电流为正，开关Kch闭合、Umax的开关Kbt闭合，其余电池的开关Kbt断开，Umax对备用电池进行充电，Umax停止充电或充电电流减小；充电一段时间后断开开关Kch，重复上述获得电压阈值、均衡动作直到整个电池充电停止或结束；

当放电时，电流检测到电流为负，开关Kdc闭合、Umin的开关Kbt闭合，其余电池的开关Kbt断开，备用电池模块40对Umin进行供电，防止Umin产生过放；放电一段时间后断开开关Kdc，重复上述获得电压阈值、均衡动作直到整个电池放电停止或结束。

本发明还提供一种电池电量管理系统，包括检测模块：用于检测电池组10状态及电池组10中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；电量均衡模块：用于当所述电池组10处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；当所述电池组10处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；其中，Umax为所述电池组10中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组10中电压最低且低于电压阈值的电池；循环模块：用于电池组10充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行电量均衡模块的动作，直至所述电池组10充放电结束。

具体的，参考图3，设有若干子模块用以执行上述检测模块、电量均衡模块、循环模块中的动作，子模块包括：电池组电状态检测模块20，用于检测电池组10的电状态；电压检测模块30，用于检测电池组10中电池的电压；备用电池模块40，用于给电池组10中电池容量小的电池进行电量储存或补充；控制模块50，控制模块50用于控制电池组10与备用电池模块40和电压检测模块30的连接；

电池组10分别与电池组电状态检测模块20、电压检测模块30、备用电池模块40和控制模块50相连接，控制模块50还与电池组电状态检测模块20和电压检测模块30相连接。

具体实施时，电池组电状态检测模块20对电池组10的电状态进行检测，检测电池组10处于充电状态或放电状态，并将信息反馈给控制模块50；

通过控制模块50控制，电压检测模块30分时轮流接通电池组10中电池检测每个电池的电压，然后断开与电池组10的连接，并将信息反馈给控制模块50，控制模块50计算出电池组10的平均电压，根据平均电压得到电压阈值；

当电池组10处于充电状态且存在Umax时，通过控制模块50控制令Umax与备用电池模块40连接，Umax停止充电或充电电流减小；当电池组10处于放电状态且存在Umin时，通过控制模块50控制令备用电池模块40与Umin连接，备用电池协助Umin进行供电；

电池组10充电或放电一段时间，通过控制模块50控制，将电池组10和备用电池模块40断开，重新进行电压检测和均衡，直至电池充电停止或充电结束、停止放电或放电结束。

具体的，参考图2，电池组10包括若干个串联的电池和若干个开关Kbt，每个电池与每个开关Kbt一一对应，每个电池通过对应的开关Kbt与备用电池模块40和电压检测模块30连接；

备用电池模块40包括备用电池、备用电池充电管理单元和备用电池放电管理单元，备用电池与备用电池充电管理单元、开关Kch、开关Kbt和电池相连接用于令Umax停止充电或充电电流减小；备用电池与备用电池放电管理单元、开关Kdc、开关Kbt和电池相连接用于令备用电池协助Umin进行供电；

电压检测模块30通过开关Kvt和开关Kbt与电池组10中的电池连接。

通过各开关，从而控制各子模块的连接关系。

作为本发明的一种实施方式，电压检测模块30和备用电池模块40并联，电压检测模块30检测完成后断开开关Kvt，使开关Kch或开关Kdc闭合令Umax对备用电池进行放电或备用电池对Umin进行供电，开关Kvt、开关Kch和开关Kdc中的一个在使用时，其余断开，防止影响，由于电压检测模块30和备用电池模块40并联，与电池组10的连接共用一条线路，该电路简单。

较佳的，控制模块50还设有开关切换单元，开关切换单元用于控制各开关，通过开关切换单元进行控制，使各开关的闭合或断开迅速高效，助于电池电量管理。

与现有技术相比，本发明提供的一种电池电量管理方法及系统，通过设置备用电池对电池组中电池容量小的电池进行电量储存或补充的方式，使电池组电压趋于均衡，解决了现有技术中由于备用电池和它进行均衡的电池相联而改变电压，需要反复均衡才能使电池组电压趋于均衡，效率低的问题，本发明的方法均衡效率高，并可以充分发挥电池组的整体性能。

尽管本文中较多的使用了诸如电池组、电池组电状态检测模块、电压检测模块、备用电池模块、控制模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

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 (10)

1.一种电池电量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100:检测电池组状态及所述电池组中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；

S200：当所述电池组处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；

当所述电池组处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；

其中，Umax为所述电池组中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组中电压最低且低于电压阈值的电池；

S300：所述电池组充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行步骤S200，直至所述电池组充放电结束。

2.根据权利要求1所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：通过电池组电状态检测模块(20)与所述电池组(10)连接以检测所述电池组(10)处于充电状态或放电状态。

3.根据权利要求2所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：所述电池组电状态检测模块(20)对所述电池组(10)的电流方向进行检测：

若检测到电流方向为正，则所述电池组(10)处于充电状态，若检测到电流方向为负，则所述电池组(10)处于放电状态。

4.根据权利要求1所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：充电电路中的电压阈值＝平均电压+a，放电电路中的电压阈值＝平均电压-a，a根据均衡精度要求设定。

5.根据权利要求1所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：所述电池组(10)包括若干个串联的电池和若干个开关Kbt，每个电池与每个开关Kbt一一对应，每个电池通过对应的开关Kbt与备用电池模块(40)和电压检测模块(30)连接。

6.根据权利要求5所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：所述电压检测模块(30)通过开关Kvt和开关Kbt与所述电池组(10)中的电池连接，所述电压检测模块(30)通过闭合开关Kvt并分时轮流闭合开关Kbt以检测每个电池的电压。

7.根据权利要求5所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：所述备用电池模块(40)包括所述备用电池、备用电池充电管理单元和备用电池放电管理单元，

所述备用电池与所述备用电池充电管理单元、开关Kch、开关Kbt和电池相连接用于令Umax停止充电或充电电流减小；

所述备用电池与所述备用电池放电管理单元、开关Kdc、开关Kbt和电池相连接用于令备用电池协助Umin进行供电。

8.根据权利要求7所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：若所述电池组(10)处于充电状态且存在Umax时，停止电压检测，闭合与Umax对应的开关Kbt和开关Kch，Umax并接所述备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；

若所述电池组(10)处于放电状态且存在Umin时，停止电压检测，闭合与Umin对应的开关Kbt和开关Kdc，Umin并接所述备用电池，所述备用电池协助Umin进行供电，防止Umin产生过放。

9.根据权利要求1所述的一种电池电量管理方法，其特征在于：S300中，所述电池组充电或放电一段时间与充电电流或放电电流大小呈负相关设定：

若所述电池组处于充电状态，充电电流大时，则时间短，充电电流小时，则时间长；

若所述电池组处于放电状态，放电电流大时，则时间短，放电电流小时，则时间长。

10.一种电池电量管理系统，其特征在于：包括

检测模块：检测电池组(10)状态及所述电池组(10)中每个电池的电压，并根据平均电压得到电压阈值；

电量均衡模块：用于当所述电池组(10)处于充电状态且存在Umax时，则令Umax并接备用电池，Umax停止充电或充电电流减小；当所述电池组(10)处于放电状态且存在Umin时，则令Umin并接备用电池，备用电池协助Umin进行供电；其中，Umax为所述电池组(10)中电压最高且高于电压阈值的电池，Umin为所述电池组(10)中电压最低且低于电压阈值的电池；

循环模块：用于所述电池组(10)充电或放电一段时间，断开Umax或Umin与备用电池的连接，重新获取新的电压阈值并再次执行电量均衡模块的动作，直直至所述电池组(10)充放电结束。

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