CN113178904B - 电池均衡系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池均衡系统，包括：选通模块、处理器、激励源模块、信号采集模块，选通模块连接电池组，处理器连接并控制选通模块选择电池组中的目标电池，激励源模块连接选通模块和处理器，激励源模块包括交流信号源和直流信号源，用于向目标电池发送交流信号和直流信号，处理器用于控制激励源模块输出的信号类型，信号采集模块连接选通模块和处理器，信号采集模块用于采集目标电池的参数信息，处理器用于根据参数信息得到目标电池的内阻并制定相应的充电策略向电池组充电。通过设置选通模块，选择电池组中的单个目标电池检测其内阻，并根据检测的内阻制定相应的充电策略，可以提高电池组的使用寿命。

Description

电池均衡系统

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池均衡系统。

背景技术

随着电子技术的发展和应用，对可充放电的电池储能产品及系统的需求不断扩大，而电池性能的一致性以及电池的安全性等因素都直接制约着新能源产业的发展，尽管目前电池已经大规模自动化生产，单体电池的容量、内阻等参数的一致性得到提高，但是将电池做成电池组之后，由于电池组的散热设计、电芯焊接、物理布局等因素的影响，电池组经过一段时间运行后仍会导致每个电芯的内阻、容量等参数不一致，这种短板效应最终使得电池组、电池簇、电池堆的储电性能下降。相关技术中的主动式能量转移电池均衡方案基于模组中多个单体电池的平均电压为参考，由设备的软件自动统计出电压过高和过低的单体电池进行电压式均衡，最终达到整个模组的电芯电压一致，不能评估到各个单体电芯的内阻变化趋势及相应的容量趋势。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种电池均衡系统，能够检测各个单体电芯的内阻，并以此确定充电策略，提高电池组的寿命。

根据本申请的第一方面实施例的电池均衡系统，包括：选通模块、处理器、激励源模块、信号采集模块，所述选通模块用于连接电池组，所述处理器连接所述选通模块，所述处理器用于控制所述选通模块选择所述电池组中的目标电池，所述激励源模块连接所述选通模块和所述处理器，所述激励源模块包括交流信号源和直流信号源，所述交流信号源用于通过所述选通模块向所述目标电池发送交流信号，所述直流信号源用于通过所述选通模块向所述目标电池发送直流信号，所述处理器用于控制所述激励源模块输出的信号类型，所述信号采集模块连接所述选通模块和所述处理器，所述信号采集模块用于通过所述选通模块采集所述目标电池的参数信息，所述处理器用于接收所述参数信息并用于根据所述参数信息得到所述目标电池的内阻，所述处理器用于根据所述目标电池的内阻制定相应的充电策略，所述处理器用于根据所述充电策略控制所述激励源模块向所述电池组充电。

根据本申请实施例的电池均衡系统，至少具有如下有益效果：通过设置选通模块，选择电池组中的单个目标电池检测其内阻，并根据检测的内阻制定相应的充电策略，可以提高电池组的使用寿命。

根据本申请的一些实施例，所述交流信号为交流正弦波信号或交流方波信号。

根据本申请的一些实施例，所述直流信号源包括：双向DCDC变换器，所述双向DCDC变换器用于将所述直流信号经过稳压后发送给所述目标电池。

根据本申请的一些实施例，所述信号采集模块包括：所述信号采集模块包括：电压检测组件，所述电压检测组件用于检测所述目标电池的电压信号，所述处理器用于接收所述电压信号并用于根据所述电压信号得到所述目标电池的内阻。

根据本申请的一些实施例，所述电压检测组件包括：第一放大器，所述第一放大器的同相输入端用于连接所述目标电池的正极，所述第一放大器的反相输入端用于连接所述目标电池的负极，所述第一放大器的输出端连接所述处理器，所述第一放大器用于放大所述电压信号。

根据本申请的一些实施例，所述电压检测组件还包括：第一滤波器，所述第一滤波器的输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第一滤波器的输出端连接所述处理器，所述第一滤波器用于过滤所述电压信号中的交流成分。

根据本申请的一些实施例，所述电压检测组件还包括：第一模数转换器，所述第一模数转换器的输入端连接所述第一滤波器的输出端，所述第一模数转换器的输出端连接所述处理器，所述第一模数转换器用于将所述电压信号转换为数字电压信号。

根据本申请的一些实施例，所述信号采集模块还包括：电流检测组件，所述电流检测组件用于检测流经所述目标电池的电流信号，所述处理器用于接收所述电流信号，并用于根据所述电压信号和所述电流信号得到所述目标电池的内阻。

根据本申请的一些实施例，所述电流检测组件包括：分流电阻和第二放大器，所述分流电阻与所述目标电池串联，所述第二放大器的同相输入端连接所述分流电阻的一端，所述第二放大器的反相输入端连接所述分流电阻的另一端，所述第二放大器的输出端连接所述处理器，所述第二放大器用于放大所述电流信号。

根据本申请的一些实施例，所述电流检测组件还包括：第二滤波器和第二模数转换器，所述第二滤波器的输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第二滤波器的输出端连接所述第二模数转换器的输入端，所述第二模数转换器的输出端连接所述处理器，所述第二滤波器用于过滤所述电流信号中的交流成分，所述第二模数转换器用于将所述电流信号转换为数字电流信号。

本申请的附加方面和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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请实施例电池均衡系统的模块图；

图2为本申请实施例电池均衡系统的局部电路图；

图3为本申请另一实施例电池均衡系统的局部电路图。

附图标记：

选通模块110、处理器120、激励源模块130、信号采集模块140。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

一些实施例，参照图1，本申请的电池均衡系统，包括：选通模块110、处理器120、激励源模块130、信号采集模块140，选通模块110用于连接电池组，处理器120连接选通模块110，处理器120用于控制选通模块110选择电池组中的目标电池，激励源模块130连接选通模块110和处理器120，激励源模块130包括交流信号源和直流信号源，交流信号源用于通过选通模块110向目标电池发送交流信号，直流信号源用于通过选通模块110向目标电池发送直流信号，处理器120用于控制激励源模块130输出的信号类型，信号采集模块140连接选通模块110和处理器120，信号采集模块140用于通过选通模块110采集目标电池的参数信息，处理器120用于接收参数信息并用于根据参数信息得到目标电池的内阻，处理器120用于根据目标电池的内阻制定相应的充电策略，处理器120用于根据充电策略控制激励源模块130向电池组充电。

电池组由多个电池串联或并联组成，选通模块110连接电池组中的每一个电池，通过处理器120发送的控制信号，选通模块110可以选择单独的一个电池或多个电池，使其与激励源模块130和信号采集模块140连接。具体示例，参照图2，为选通模块110的一个具体实施例的电路图，电池组中的所有电池串联，电池组中的每一个电池的正负极都同时连接两个开关，处理器120通过向选通模块110发送选通信号，控制不同开关的闭合状态，从而达到选定一个或多个电池的目的，其中开关S1至开关Sn可以为由处理器120控制的晶体管。

激励源模块130包括交流信号源和直流信号源，当系统需要检测电池组的交流内阻时，处理器120控制激励源模块130中的交流信号源工作，即图2中的开关K2闭合。同时处理器120会控制选通模块110依次连通电池组中的单个电池，向单个电池依次注入交流信号，同时信号采集模块140会采集单个电池在交流信号激励下的参数信息，处理器120通过预设的程序处理接收到的参数信息，即可计算出电池组中每个电池的交流内阻。其中，交流信号源向电池注入的交流电流信号为预先设置的已知参数，通过测量电池两端的电压响应信号，以及二者的相位差，即可由阻抗公式得到电池的交流内阻，其具体检测过程为本领域技术人员已知的，此处不再一一赘述。直流信号源用于发送直流信号给电池组，用于向电池组充电。

一般情况下，电池在经过长期使用后，由于其内部化学物质的活性降低，电池的内阻会增大，电池所能放出的电荷量即会减小，即电池的容量会减小，通过对同类型电池的实验检测，即可得到电池内阻与其最大容量之间的关系，处理器120根据内阻与最大容量之间的关系制定相应的充电策略向电池组充电。例如，先通过直流信号源向整个电池组输入恒流电流信号，当最小容量的电池被充满后，选通模块110依次选择未充满的电池继续进行充电过程，直至所有电池被充满，从而完成电池组的均衡充电。

一些实施例，交流信号为交流正弦波信号或交流方波信号。激励源模块130中的交流信号源可以输出正弦波信号和方波信号，用户可以根据电池检测的需要，任意选择输出交流信号的信号类型，以测量其对应的交流内阻。

一些实施例，直流信号源包括：双向DCDC变换器，双向DCDC变换器用于将直流信号经过稳压后发送给目标电池。参照图3，为直流信号源与选定的目标电池连接的等效电路图，双向DCDC变换器中设置有多个晶体管，处理器120通过控制晶体管的通断，使外部输入的直流电压经过降压或升压，使电压大小满足充电的要求，为目标电池充电。

一些实施例，信号采集模块140包括：电压检测组件，电压检测组件用于检测目标电池的电压信号，处理器120用于接收电压信号并用于根据电压信号得到目标电池的内阻。在只需检测电池交流内阻的情况下，只设置电压检测组件即可完成检测电池交流内阻的功能。

一些实施例，电压检测组件包括：第一放大器U1，第一放大器U1的同相输入端用于连接目标电池的正极，第一放大器U1的反相输入端用于连接目标电池的负极，第一放大器U1的输出端连接处理器120，第一放大器U1用于放大电压信号。本实施例中的第一放大器U1为差分放大器，第一放大器U1的输出端将检测的电压信号发送给处理器120，通过处理器120内置的ADC转换电路即可得到目标电池的数字电压信号，从而计算出电池的交流内阻。

一些实施例，电压检测组件还包括：第一滤波器，第一滤波器的输入端连接第一放大器U1的输出端，第一滤波器的输出端连接处理器120，第一滤波器用于过滤电压信号中的交流成分。为提高检测的电压信号的稳定性，在第一放大器U1的输出端设置第一滤波器，滤除电压信号中的杂波信号，提高计算得到的内阻大小的准确性。

一些实施例，电压检测组件还包括：第一模数转换器，第一模数转换器的输入端连接第一滤波器的输出端，第一模数转换器的输出端连接处理器120，第一模数转换器用于将电压信号转换为数字电压信号。在其它实施例中，也可以直接使用处理器120内置的ADC转换电路。

一些实施例，信号采集模块140还包括：电流检测组件，电流检测组件用于检测流经目标电池的电流信号，处理器120用于接收电流信号，并用于根据电压信号和电流信号得到目标电池的内阻。为了监测直流信号源向目标电池的充电过程，还设置有电流检测组件，用于检测流经目标电池的电流信号，通过结合电压检测组件检测的电压信号，即可得到对目标电池充电时的电荷量。且在电池放电过程中，也可以实时检测电池的放电电流是否异常。

一些实施例，电流检测组件包括：分流电阻RS和第二放大器U2，分流电阻RS与目标电池串联，第二放大器U2的同相输入端连接分流电阻RS的一端，第二放大器U2的反相输入端连接分流电阻RS的另一端，第二放大器U2的输出端连接处理器120，第二放大器U2用于放大电流信号。

一些实施例，电流检测组件还包括：第二滤波器和第二模数转换器，第二滤波器的输入端连接第二放大器U2的输出端，第二滤波器的输出端连接第二模数转换器的输入端，第二模数转换器的输出端连接处理器120，第二滤波器用于过滤电流信号中的交流成分，第二模数转换器用于将电流信号转换为数字电流信号。

本申请的描述中，参考术语“一些实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.电池均衡系统，其特征在于，包括：

选通模块，所述选通模块用于连接电池组；

处理器，所述处理器连接所述选通模块，所述处理器用于控制所述选通模块选择所述电池组中的目标电池；

激励源模块，所述激励源模块连接所述选通模块和所述处理器，所述激励源模块包括交流信号源和直流信号源，所述交流信号源用于通过所述选通模块向所述目标电池发送交流信号，所述直流信号源用于通过所述选通模块向所述目标电池发送直流信号，所述处理器用于控制所述激励源模块输出的信号类型；

信号采集模块，所述信号采集模块连接所述选通模块和所述处理器，所述信号采集模块用于通过所述选通模块采集所述目标电池的参数信息，所述处理器用于接收所述参数信息并用于根据所述参数信息得到所述目标电池的内阻，所述处理器用于根据所述目标电池的内阻以及最大容量，控制所述激励源模块向所述电池组充电。

2.根据权利要求1所述的电池均衡系统，其特征在于，所述交流信号为交流正弦波信号或交流方波信号。

3.根据权利要求1所述的电池均衡系统，其特征在于，所述直流信号源包括：双向DCDC变换器，所述双向DCDC变换器用于将所述直流信号经过稳压后发送给所述目标电池。

4.根据权利要求1所述的电池均衡系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：电压检测组件，所述电压检测组件用于检测所述目标电池的电压信号，所述处理器用于接收所述电压信号并用于根据所述电压信号得到所述目标电池的内阻。

5.根据权利要求4所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电压检测组件包括：第一放大器，所述第一放大器的同相输入端用于连接所述目标电池的正极，所述第一放大器的反相输入端用于连接所述目标电池的负极，所述第一放大器的输出端连接所述处理器，所述第一放大器用于放大所述电压信号。

6.根据权利要求5所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电压检测组件还包括：第一滤波器，所述第一滤波器的输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第一滤波器的输出端连接所述处理器，所述第一滤波器用于过滤所述电压信号中的交流成分。

7.根据权利要求6所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电压检测组件还包括：第一模数转换器，所述第一模数转换器的输入端连接所述第一滤波器的输出端，所述第一模数转换器的输出端连接所述处理器，所述第一模数转换器用于将所述电压信号转换为数字电压信号。

8.根据权利要求4所述的电池均衡系统，其特征在于，所述信号采集模块还包括：电流检测组件，所述电流检测组件用于检测流经所述目标电池的电流信号，所述处理器用于接收所述电流信号，并用于根据所述电压信号和所述电流信号得到所述目标电池的内阻。

9.根据权利要求8所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电流检测组件包括：分流电阻和第二放大器，所述分流电阻与所述目标电池串联，所述第二放大器的同相输入端连接所述分流电阻的一端，所述第二放大器的反相输入端连接所述分流电阻的另一端，所述第二放大器的输出端连接所述处理器，所述第二放大器用于放大所述电流信号。

10.根据权利要求9所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电流检测组件还包括：第二滤波器和第二模数转换器，所述第二滤波器的输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第二滤波器的输出端连接所述第二模数转换器的输入端，所述第二模数转换器的输出端连接所述处理器，所述第二滤波器用于过滤所述电流信号中的交流成分，所述第二模数转换器用于将所述电流信号转换为数字电流信号。