CN114142565A - 一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组 - Google Patents

一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组。该均衡控制系统包括电压采集模块，与电池组电连接，用于采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；电压控制模块，与电压采集模块电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；均衡速度采集模块，与电压采集模块电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；均衡速度控制模块，一端与电压控制模块电连接，另一端与均衡速度采集模块电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；均衡模块，与均衡速度控制模块电连接，根据电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。由此可实现对电池组的电压进行均衡调节。

Description

一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组
技术领域
本发明实施例涉及电池系统管理技术领域，尤其涉及一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组。
背景技术
由于锂离子电池特性，电池组不得不面对温度控制问题。若控制管理不当，易引发热失控，给电池组带来安全隐患。因此，为了提高电池组能量利用率和安全性，研究电池组的一致性均衡技术很有必要。
发明内容
本发明提供一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组，以实现对电池组的均衡调节。
第一方面，本发明实施例提供了一种电池组的均衡控制系统，该电池组的均衡控制系统包括：
电压采集模块，与电池组电连接，用于采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；
电压控制模块，与所述电压采集模块电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；
均衡速度采集模块，与所述电压采集模块电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；
均衡速度控制模块，一端与所述电压控制模块电连接，另一端与所述均衡速度采集模块电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；
均衡模块，与所述均衡速度控制模块电连接，根据所述电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。
可选的，所述均衡速度控制模块、所述均衡模块、所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块形成均衡速度闭环控制电路；
以及，所述电压采集模块、所述电压控制模块、所述均衡速度采集模块和均衡速度控制模块形成电压闭环控制电路；
所述电压闭环控制电路和所述均衡速度闭环控制电路用于均衡调节所述电池组的电压。
可选的，所述电压控制模块为第一PID控制器，所述均衡速度控制模块为第二PID控制器。
可选地，所述均衡模块集成于一均衡芯片中。
可选的，所述均衡模块包括主动均衡单元和被动均衡单元，所述主动均衡单元分别与所述均衡速度控制模块和所述电池组电连接；所述被动均衡单元分别与所述均衡速度控制模块和所述电池组电连接。
可选的，所述主动均衡单元为感性元件或容性元件，所述被动均衡单元为电阻性元件。
可选的，所述系统还包括通信模块，所述通信模块分别与所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块电连接，用于将所述电池组的电压信息和均衡速度信号上传到后台。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电池组的均衡控制方法，该电池组的均衡控制方法由第一方面所述的电池组的均衡控制系统执行，
所述控制方法包括：
电压采集模块采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；
电压控制模块接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；
均衡速度采集模块根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；
均衡速度控制模块对所述电池组的均衡速度进行调节控制；
均衡模块根据所述电池组的均衡速度以及一占空比对所述电池组的电压进行均衡调节。
可选地，所述均衡速度控制模块、所述均衡模块、所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块形成均衡速度闭环控制电路；
以及，所述电压采集模块、所述电压控制模块、所述均衡速度采集模块和所述均衡速度控制模块形成电压闭环控制电路；
所述电压闭环控制电路和所述均衡速度闭环控制电路用于均衡调节所述电池组的电压。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电池组，该电池组包括如第一方面所述的电池组的均衡控制系统。
本发明通过提供一种电池组的均衡控制系统、控制方法和电池组，该电池组的均衡控制系统包括电压采集模块，与电池组电连接，用于采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；电压控制模块，与电压采集模块电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；均衡速度采集模块，与电压采集模块电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；均衡速度控制模块，一端与电压控制模块电连接，另一端与均衡速度采集模块电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；均衡模块，与均衡速度控制模块电连接，根据电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。由此可知，通过设置电压采集模块、电压控制模块、均衡速度采集模块、均衡速度控制模块和均衡模块，可以实现对电池组的电压和均衡速度进行调节，从而实现对电池组的电压进行均衡调节。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种电池组的均衡控制系统的结构框图；
图2是本发明实施例二中的一种电池组的均衡控制系统的结构框图；
图3是本发明实施例三中的一种电池组的均衡控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一中提供的一种电池组的均衡控制系统的结构框图。参考图1，该电池组的均衡控制系统包括：电压采集模块20，与电池组10电连接，用于采集电池组10的电压并将采集到的电压进行反馈；电压控制模块30，与电压采集模块20电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；均衡速度采集模块40，与电压采集模块20电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；均衡速度控制模块50，一端与电压控制模块30电连接，另一端与均衡速度采集模块40电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；均衡模块60，与均衡速度控制模块50电连接，根据电池组10的均衡速度以及一占空比对电池组10的电压进行均衡调节。
其中，电压采集模块20用于采集电池组10的实际电压并反馈给电压控制模块30。均衡速度采集模块40与电压采集模块20电连接，用于获取电压采集模块20采集的电压，然后根据连续两次采集的电压和采样时间计算电池组10的实际均衡速度，并将计算所得的电池组的实际均衡速度反馈给均衡速度控制模块50。其中，采样时间为电压采样周期，其具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。电压采集模块20可以为电压互感器，均衡速度采集模块40可以是处理器或计算单元。
其中，电压控制模块30根据采集的电池组10的实际电压与给定电压对电池组的电压进行调节，并将电压调节结果输出到均衡速度控制模块50，作为均衡速度控制模块50的目标均衡速度；均衡速度控制模块50根据目标均衡速度和电池组10的实际均衡速度对电池组10的均衡速度进行调节并将均衡速度调节结果输出到均衡模块60，均衡模块60根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。其中，给定电压为电压控制模块30的目标电压，与电池组10的额定电压、应用环境等有关，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
在本实施例的技术方案中，该电池组的均衡控制系统的实现过程为：参考图1，电压采集模块20用于实时采集获得电池组10的实际电压并反馈给电压控制模块30，均衡速度采集模块40用于根据电池组10的实际电压和电压采样时间计算电池组10的实际均衡速度并反馈给均衡速度控制模块50；电压控制模块30根据电池组10的实际电压和给定电压对电池组10的电压进行调节，并将电压调节结果输出到均衡速度控制模块50，作为均衡速度控制模块50的目标均衡速度；均衡速度控制模块50根据目标均衡速度和电池组10的实际均衡速度对电池组10的均衡速度进行调节并将均衡速度调节结果输出到均衡模块60，均衡模块60根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。由此，通过设置电压采集模块20、电压控制模块30、均衡速度采集模块40、均衡速度控制模块50和均衡模块60，可以实现对电池组10的电压和均衡速度进行调节，从而实现对电池组的电压进行均衡调节。
本实施例的技术方案，通过提供一种电池组的均衡控制系统，该电池组的均衡控制系统包括电压采集模块，与电池组电连接，用于采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；电压控制模块，与电压采集模块电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；均衡速度采集模块，与电压采集模块电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；均衡速度控制模块，一端与电压控制模块电连接，另一端与均衡速度采集模块电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；均衡模块，与均衡速度控制模块电连接，根据电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。由此，通过设置电压采集模块、电压控制模块、均衡速度采集模块、均衡速度控制模块和均衡模块，可以实现对电池组的电压和均衡速度进行调节，从而实现对电池组的电压进行均衡调节。
在上述技术方案的基础上，可选地，均衡速度控制模块50、均衡模块60、电压采集模块20和均衡速度采集模块40形成均衡速度闭环控制电路；
以及，电压采集模块20、电压控制模块30、均衡速度采集模块40和均衡速度控制模块50形成电压闭环控制电路；
电压闭环控制电路和均衡速度闭环控制电路用于均衡调节电池组10的电压。
其中，电压闭环控制电路用于调节电池组10的电压并将调节结果输出到均衡速度闭环控制电路，均衡速度闭环控制电路根据电压调节结果和电池组10的实际均衡速度调节电池组10的均衡速度，以实现对电池组10的电压进行调节。且由于采用电压闭环控制电路和均衡速度闭环控制电路双闭环的控制电路，可以提高电压均衡调节的精度。
具体的，电压采集模块20用于实时采集获得电池组10的实际电压并反馈给电压控制模块30，均衡速度采集模块40用于根据电池组10的实际电压和电压采样时间计算电池组10的实际均衡速度并反馈给均衡速度控制模块50；电压控制模块30将电池组10的实际电压与给定电压进行做差比较并调节后输出到均衡速度控制模块50，电压控制模块30调节输出的结果作为均衡速度控制模块50的目标均衡速度；均衡速度控制模块50将均衡速度采集模块40反馈的电池组10的实际均衡速度与目标均衡速度进行做差比较并调节后输出至均衡模块60，均衡模块60根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。由此，均衡速度控制模块50、均衡模块60、电压采集模块20和均衡速度采集模块40形成均衡速度闭环控制电路，以及，电压采集模块20、电压控制模块30、均衡速度采集模块40和均衡速度控制模块50形成电压闭环控制电路，通过电压闭环控制电路和均衡速度闭环控制电路形成双闭环的控制电路，可以提高电压均衡调节的精度。
可选地，均衡模块60集成于一均衡芯片中。
本发明实施例对电池组的均衡控制，可以理解为是对电池组内的各个电池单体或者是需要均衡控制的电池单体进行均衡控制。相应的，电压采集模块20、均衡速度采集模块40采集的是各个电池单体或需要均衡的电池单体的电压和均衡速度。
此外，本发明提供的电池组的均衡控制系统算法可以有效改善在不同环境温度下的电池均衡效率以及精确度。由于在不同的环境温度下，电池组的充放电效率不同，进而会影响电池组的均衡速度，通过本发明实施例提供的电压速度双闭环控制电路可以对电池组的均衡速度进行调节，从而提高在不同环境温度下的均衡效率和精确度。
实施例二
图2是本发明实施例二中提供的一种电池组的均衡控制系统的结构框图。在上述实施例一的基础上，可选地，参考图2，电压控制模块为第一PID控制器31。
其中，第一PID控制器31分别与均衡速度控制模块和电压采集模块20电连接，第一PID控制器31用于将电压采集模块20反馈的电池组10的实际电压与给定电压进行做差比较并进行PID调节后输出到均衡速度控制模块，第一PID控制器31的PID调节输出结果作为均衡速度控制模块的目标速度。其中，PID调节的具体参数设置可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
可选地，继续参考图2，均衡速度控制模块为第二PID控制器51。
其中，第二PID控制器51与第一PID控制器31、均衡模块60和均衡速度采集模块40电连接，第二PID控制器51用于将均衡速度采集模块40反馈的电池组10的均衡速度与目标速度进行做差比较并进行PID调节后输出至均衡模块60，均衡模块60根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节调节。其中，PID调节的具体参数设置可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
可选地，继续参考图2，均衡模块60包括主动均衡单元61和被动均衡单元62，主动均衡单元61分别与均衡速度控制模块和电池组10电连接；被动均衡单元62分别与均衡速度控制模块和电池组10电连接。
其中，主动均衡单元61用于在均衡速度采集模块40反馈的均衡速度大于目标速度时，或者在均衡速度采集模块40反馈的均衡速度小于目标速度时，根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。被动均衡单元62用于在均衡速度采集模块40反馈的速度大于目标速度时，根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。
可选地，主动均衡单元61为感性元件或容性元件。
其中，主动均衡单元61为感性元件或容性元件，可以用于在均衡速度采集模块40反馈的速度大于目标速度时将多余的能量进行储存；在均衡速度采集模块40反馈的速度小于目标速度时释放储存的能量以补偿电池组能量，以使电池组10电压均衡。其中，感性元件可以为电感，容性元件可以为电容。
可选地，被动均衡单元62为电阻性元件。
其中，电阻性元件用于在均衡速度采集模块40反馈的速度大于目标速度时将多余的能量进行消耗。
可选地，参考图2，该电池组的均衡控制系统还包括通信模块70，通信模块70分别与电压采集模块20和均衡速度采集模块40电连接，用于将电池组10的电压信息和均衡速度信号上传到后台80。
其中，通信模块70还用于将电池组或其单体的温度信息、高压信息、低压信息、电池组的平均温度、电池管理系统控制板温度等信息通过CAN总线的通信方式上传到后台80。其中，后台80可以是监控室中的上位机，可以是汽车的整车控制器等。
在本实施例的技术方案中，该电池组的均衡控制系统的实现过程为：参考图2，电压采集模块20用于实时采集获得电池组10的实际电压并反馈给第一PID控制器31，均衡速度采集模块40用于根据电池组10的实际电压和电压采样时间计算电池组10的实际均衡速度并反馈给第二PID控制器51；第一PID控制器31将电压采集模块20反馈的实际电压与给定电压进行做差比较并经过PID调节后输出到第二PID控制器51，第一PID控制器31经过PID调节输出的结果作为第二PID控制器51的目标速度；第二PID控制器51将均衡速度采集模块40反馈的均衡速度与目标均衡速度进行做差比较并经过PID调节后输出至均衡模块60，均衡模块60根据均衡速度控制模块50输出的均衡速度结合一占空比调节信号对电池组10的电压进行均衡调节。由此，第二PID控制器51、均衡模块60、电压采集模块20和均衡速度采集模块40形成均衡速度闭环控制电路，以及，电压采集模块20、第一PID控制器31、均衡速度采集模块40和均衡速度控制模块50形成电压闭环控制电路，通过电压闭环控制电路和均衡速度闭环控制电路形成双闭环的控制电路，可以提高电压均衡调节的精度。
实施例三
图3是本发明实施例三中提供的一种电池组的均衡控制方法的流程图。本发明实施例提供了一种电池组的均衡控制方法，该均衡控制方法由本发明实施例所提供的电池组的均衡控制系统执行，参考图3，具体包括如下步骤：
步骤110、电压采集模块采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；
其中，电压采集模块用于采集电池组的实际电压并反馈给电压控制模块。其中，电压采集模块可以为电压互感器。
步骤120、电压控制模块接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出。
其中，电压控制模块根据采集的电池组的实际电压与给定电压对电池组的电压进行调节，并将电压调节结果输出到均衡速度控制模块，作为均衡速度控制模块的目标均衡速度。其中，给定电压为电压控制模块的目标电压，与电池组的额定电压、应用环境等有关，具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。
步骤130、均衡速度采集模块根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；
其中，均衡速度采集模块与电压采集模块电连接，用于获取电压采集模块采集的电压，然后根据连续两次采集的电压和采样时间计算电池组的实际均衡速度，并将计算所得的电池组的实际均衡速度反馈给均衡速度控制模块。其中，采样时间为电压采样周期，其具体数值可根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。均衡速度采集模块可以是处理器或计算单元。
步骤140、均衡速度控制模块对电池组的均衡速度进行调节控制；
其中，均衡速度控制模块根据目标均衡速度和电池组的实际均衡速度对电池组的均衡速度进行调节并将均衡速度调节结果输出到均衡模块。
步骤150、均衡模块根据电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。
在本实施例的技术方案中，通过提供一种电池组的均衡控制方法，该电池组的均衡控制方法由电池组的均衡控制系统执行，该控制方法包括：电压采集模块采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；电压控制模块接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；均衡速度采集模块根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；均衡速度控制模块对所述电池组的均衡速度进行调节控制；均衡模块，根据电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。由此可知，通过设置电压采集模块、电压控制模块、均衡速度采集模块、均衡速度控制模块和均衡模块，可以实现对电池组的电压和均衡速度进行调节，从而实现对电池组的电压进行均衡调节。
可选地，均衡速度控制模块、均衡模块、电压采集模块和均衡速度采集模块形成均衡速度闭环控制电路；
以及，电压采集模块、电压控制模块、均衡速度采集模块和均衡速度控制模块形成电压闭环控制电路；
电压闭环控制电路和均衡速度闭环控制电路用于均衡调节电池组的电压。
实施例四
本发明实施例四提供了一种电池组，该电池组包括本发明任意实施例所述的电池组的均衡控制系统。
其中，电池组可以为可充电的锂电池组。电池组可以用于汽车、工程机械车、动车组等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电池组的均衡控制系统，其特征在于，包括：
电压采集模块，与电池组电连接，用于采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；
电压控制模块，与所述电压采集模块电连接，用于接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；
均衡速度采集模块，与所述电压采集模块电连接，用于根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；
均衡速度控制模块，一端与所述电压控制模块电连接，另一端与所述均衡速度采集模块电连接，用于对电池组的均衡速度进行调节控制；
均衡模块，与所述均衡速度控制模块电连接，根据所述电池组的均衡速度以及一占空比对电池组的电压进行均衡调节。
2.根据权利要求1所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述均衡速度控制模块、所述均衡模块、所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块形成均衡速度闭环控制电路；
以及，所述电压采集模块、所述电压控制模块、所述均衡速度采集模块和均衡速度控制模块形成电压闭环控制电路；
所述电压闭环控制电路和所述均衡速度闭环控制电路用于均衡调节所述电池组的电压。
3.根据权利要求1所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述电压控制模块为第一PID控制器，所述均衡速度控制模块为第二PID控制器。
4.根据权利要求1所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述均衡模块集成于一均衡芯片中。
5.根据权利要求1所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述均衡模块包括主动均衡单元和被动均衡单元，所述主动均衡单元分别与所述均衡速度控制模块和所述电池组电连接；所述被动均衡单元分别与所述均衡速度控制模块和所述电池组电连接。
6.根据权利要求5所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述主动均衡单元为感性元件或容性元件，所述被动均衡单元为电阻性元件。
7.根据权利要求1所述的电池组的均衡控制系统，其特征在于，所述系统还包括通信模块，所述通信模块分别与所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块电连接，用于将所述电池组的电压信息和均衡速度信号上传到后台。
8.一种电池组的均衡控制方法，其特征在于，由权利要求1-7任一所述的电池组的均衡控制系统执行，所述控制方法包括：
电压采集模块采集电池组的电压并将采集到的电压进行反馈；
电压控制模块接收采集的电压，并结合一给定电压，对电压进行控制输出；
均衡速度采集模块根据采集到的电压进行均衡速度计算，并将均衡速度进行反馈；
均衡速度控制模块对所述电池组的均衡速度进行调节控制；
均衡模块，根据所述电池组的均衡速度以及一占空比对所述电池组的电压进行均衡调节。
9.根据权利要求8所述的电池组的均衡控制方法，其特征在于，所述均衡速度控制模块、所述均衡模块、所述电压采集模块和所述均衡速度采集模块形成均衡速度闭环控制电路；
以及，所述电压采集模块、所述电压控制模块、所述均衡速度采集模块和所述均衡速度控制模块形成电压闭环控制电路；
所述电压闭环控制电路和所述均衡速度闭环控制电路用于均衡调节所述电池组的电压。
10.一种电池组，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的电池组的均衡控制系统。
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