CN114268150A - 锂电池均衡控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池均衡控制的系统和方法，包括：一级控制器和二级控制器；所述一级控制器载有判断均衡开启算法，所述二级控制器进行均衡控制和诊断；所述一级控制器实时判断当前是否符合均衡开启条件，并实时向所述二级控制器发送控制命令；所述二级控制器接收来自所述一级控制器的控制命令，执行均衡控制、进行均衡回路诊断、发送均衡反馈，并执行采样不均衡、均衡不采样。本发明通过两层控制策略，精确实现均衡控制目标的判断与执行，实现目标均衡功能，保证电芯的一致性以及电芯的使用寿命。

Description

锂电池均衡控制的系统和方法

技术领域

本发明涉及均衡控制技术领域，具体地，涉及一种锂电池均衡控制的系统和方法。

背景技术

目前基于制造误差，由于剩余容量大的锂电池端电压并不一定高，在满充状态下记录下电压较高的电芯，然后持续进行均衡，会出现均衡不到容量高但电压不高的电芯的情况。

基于电芯电压的不一致性，影响电芯使用寿命的背景下，本发明提出了一种锂电池均衡控制的方法。

专利文献CN108134425A(申请号：CN201810029655.X)公开了一种锂电池均衡控制系统及其控制方法，通过将均衡电源外置于电池包外侧；当电池管理系统采集到的电池间的电量差超过预设值时，连接所述电源及所述电池包；所述电池管理系统通过其控制电路根据采集到的电池电压判断找出电量较低的电池；所述控制电路控制所述均衡电路的选通开关及电源极性翻转开关动作，并向所述电源发送充电指令；待所述电量较低的电池均衡完成后，所述控制电路控制所述均衡电路断开相应的选通开关及电源极性翻转开关。然而该专利存在均衡开启时间较短导致均衡效果差，以及现有均衡诊断功能单一等问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种锂电池均衡控制的系统和方法。

根据本发明提供的锂电池均衡控制的系统，包括：一级控制器和二级控制器；

所述一级控制器载有判断均衡开启算法，所述二级控制器进行均衡控制和诊断；

所述一级控制器实时判断当前是否符合均衡开启条件，并实时向所述二级控制器发送控制命令；

所述二级控制器接收来自所述一级控制器的控制命令，执行均衡控制、进行均衡回路诊断、发送均衡反馈，并执行采样不均衡、均衡不采样。

优选的，所述一级控制器和所述二级控制器均配置有控制单元MCU，具有计算与数据处理能力。

优选的，所述一级控制器的逻辑由所述一级控制器自行判断，或通过人机接口HMI强行进入均衡控制算法，计算当前锂电池是否开启均衡或关闭。

优选的，所述二级控制器的逻辑具有开启与关闭均衡的能力，在采样前关闭均衡，采样完成后执行均衡；

关闭均衡开启采样与开启均衡关闭采样的占空比根据实际需求进行修改。

优选的，所述均衡包括主动均衡与被动均衡；

所述主动均衡是指，通过能量转移的方式将能量多的转移至能量低的电芯，从而实现均衡；

被动均衡是指，通过消耗的方式将能量高的能量消耗，从而实现均衡。

根据本发明提供的锂电池均衡控制的方法，执行如下步骤：

步骤1：在满充状态下，通过所述一级控制器自检进行均衡控制或者通过HMI人为强制进行均衡控制；

步骤2：判断当前支路是否大于开启均衡的阈值，若判断为否则不开启均衡，判断下一支路；若判断为是，则接着判断依次遍历此支路的电芯电压是否高于当前支路平均电压并在预设范围内，若判断为是，则设置对应均衡开启标志位，同时设置均衡开启时间保证被均衡的电芯不会过放；

步骤3：遍历完该支路电芯后，对其余支路依次遍历，得到所有电芯的均衡开启判断结果，并通过通信线向所述二级控制器发送均衡命令；

步骤4：所述二级控制器实时接收来自所述一级控制器的均衡命令，设置对应的均衡开启标志位；

步骤5：根据均衡开启标志位执行对应位置均衡；

步骤6：进行周期性均衡故障检测、周期性过温故障检测；

步骤7：周期性检测均衡控制报文，若均衡改变或报文丢失，则立即关闭均衡。

优选的，根据压差和均衡电流决定均衡时间，在二级控制器收到均衡控制指令后，根据均衡时间进行均衡，在超时后关闭均衡。

优选的，在执行完来自所述一级控制器的均衡命令后，获得均衡开启状态，并通过通信线向所述一级控制器进行反馈，若均衡命令丢失，则判定为异常，立刻关闭所有电芯的均衡。

优选的，所述周期性均衡故障检测包括：均衡电阻开路检测、均衡电阻短路检测以及均衡MOS开关管短路故障检测，当检测到均衡故障后，停止执行均衡命令，并向所述一级控制器反馈。

优选的，所述周期性均衡过温检测包括：当控制器温度高于预设阈值时暂停开启均衡，待温度下降至预设阈值后开启均衡，实现均衡滞回功能。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提出的一种均衡控制的方法，可以有效的对需要均衡的电芯进行判断，此方法为两级均衡控制策略，第一层均衡策略负责均衡标志位判断的功能，二级均衡策略负责控制均衡电路的开启与关闭、均衡回路的诊断以及均衡反馈等功能，通过两级均衡策略将均衡逻辑按照控制与执行两层，进行层次分明可以更加灵活的实现分层均衡控制；

(2)本发明通过控制器自检或人为强制的开启或关闭均衡，周期性均衡故障检测，避免已经产生均衡故障的电芯开启均衡，同时进行报警处理；通过两层控制策略，精确实现均衡控制目标的判断与执行，实现目标均衡功能，保证电芯的一致性以及电芯的使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的均衡控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

如图1，本发明提供了一种锂电池均衡控制的方法，流程为：

在满充状态下，可以通过控制器自检进行均衡控制或者通过HMI人为强制进行均衡控制。进入均衡控制后，首先判断当前支路是否大于开启均衡的阈值，若判断为是，则判断依次遍历此支路的电芯电压是否高于当前支路平均电压并在预设范围内，若判断为是，则设置对应均衡开启标志位，同时设置均衡开启时间。遍历完成此支路电芯后，对其余支路依次遍历，得到所有电芯的均衡开启判断结果，并通过通信线向二级控制器发送均衡命令。

二级控制不仅执行一级控制单元的命令，同时具有自我诊断逻辑，当异常时，将执行异常处理策略，不再严格执行一级控制策略，并向一级控制单元反馈。二级控制单元实时接收来自一级控制器的均衡命令，当命令丢失时，认为异常，立刻关闭所有电芯的均衡。当命令周期性接收时，首先判断均衡命令是否有效，若有效则判断均衡命令是否改变，若改变则立刻执行均衡命令，否则周期性执行均衡命令。在执行均衡命令后，进行周期性均衡回路故障检测，包括均衡电阻开路、均衡电阻短路以及均衡MOS开关管短路故障检测，当某均衡回路检测出任何均衡故障后，即使命令为开启均衡，也将不会执行，并向一级控制单元反馈。均衡过温检测，当控制器温度高于阈值后，暂停开启均衡，待温度下降至设定阈值后开启，实现均衡滞回功能。由于均衡的开启会影响采样结果，故周期性采样前执行暂停所有均衡的操作，待采样完成后重新开启均衡，且禁止均衡与允许均衡的占空比是可变的，具有灵活性。在执行完来自控制单元的均衡命令后，获得均衡开启状态，并通过通信线向一级控制器进行反馈。

通过两级控制更加灵活有效的实现均衡控制策略，保证均衡策略实施的准确性与有效性，提高电芯一致性，提高电芯使用寿命的目的。

本发明提出一种锂电池均衡控制系统，均衡控制策略分为两级控制，通过两级控制策略，可以灵活有效的实现全电芯范围内的均衡功能，保持锂电池的一致性。

一级控制具有支路电池压差判断，全电芯范围内压差判断以及发送均衡开启标志位功能。触发均衡方式分为满充状态下触发以及人机交互界面(HMI)强制控制触发。进入判断条件，得到全电芯范围内的均衡开启标志位数据，每个电芯的均衡命令包含禁止与开启两种状态。将均衡命令发送至二级控制单元。

二级控制单元具有接收均衡开启标志位，均衡故障诊断，均衡开启与关闭以及均衡反馈的功能。

根据本发明提供的锂电池均衡控制的方法，执行如下步骤：步骤1：在满充状态下，通过所述一级控制器自检进行均衡控制或者通过HMI人为强制进行均衡控制；步骤2：判断当前支路是否大于开启均衡的阈值，若判断为否则不开启均衡，判断下一支路；若判断为是，则接着判断依次遍历此支路的电芯电压是否高于当前支路平均电压并在预设范围内，若判断为是，则设置对应均衡开启标志位，同时设置均衡开启时间保证被均衡的电芯不会过放；步骤3：遍历完该支路电芯后，对其余支路依次遍历，得到所有电芯的均衡开启判断结果，并通过通信线向所述二级控制器发送均衡命令；步骤4：所述二级控制器实时接收来自所述一级控制器的均衡命令，设置对应的均衡开启标志位；步骤5：根据均衡开启标志位执行对应位置均衡；步骤6：进行周期性均衡故障检测、周期性过温故障检测；步骤7：周期性检测均衡控制报文，若均衡改变或报文丢失，则立即关闭均衡。

根据压差和均衡电流决定均衡时间，在二级控制器收到均衡控制指令后，根据均衡时间进行均衡，在超时后关闭均衡。在执行完来自所述一级控制器的均衡命令后，获得均衡开启状态，并通过通信线向所述一级控制器进行反馈，若均衡命令丢失，则判定为异常，立刻关闭所有电芯的均衡。所述周期性均衡故障检测包括：均衡电阻开路检测、均衡电阻短路检测以及均衡MOS开关管短路故障检测，当检测到均衡故障后，停止执行均衡命令，并向所述一级控制器反馈。所述周期性均衡过温检测包括：当控制器温度高于预设阈值时暂停开启均衡，待温度下降至预设阈值后开启均衡，实现均衡滞回功能。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种锂电池均衡控制的系统，其特征在于，包括：一级控制器和二级控制器；

所述一级控制器载有判断均衡开启算法，所述二级控制器进行均衡控制和诊断；

所述一级控制器实时判断当前是否符合均衡开启条件，并实时向所述二级控制器发送控制命令；

所述二级控制器接收来自所述一级控制器的控制命令，执行均衡控制、进行均衡回路诊断、发送均衡反馈，并执行采样不均衡、均衡不采样。

2.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制的系统，其特征在于，所述一级控制器和所述二级控制器均配置有控制单元MCU，具有计算与数据处理能力。

3.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制的系统，其特征在于，所述一级控制器的逻辑由所述一级控制器自行判断，或通过人机接口HMI强行进入均衡控制算法，计算当前锂电池是否开启均衡或关闭。

4.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制的系统，其特征在于，所述二级控制器的逻辑具有开启与关闭均衡的能力，在采样前关闭均衡，采样完成后执行均衡；

关闭均衡开启采样与开启均衡关闭采样的占空比根据实际需求进行修改。

5.根据权利要求1所述的锂电池均衡控制的系统，其特征在于，所述均衡包括主动均衡与被动均衡；

所述主动均衡是指，通过能量转移的方式将能量多的转移至能量低的电芯，从而实现均衡；

被动均衡是指，通过消耗的方式将能量高的能量消耗，从而实现均衡。

6.一种锂电池均衡控制的方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的锂电池均衡控制的系统，执行如下步骤：

步骤1：在满充状态下，通过所述一级控制器自检进行均衡控制或者通过HMI人为强制进行均衡控制；

步骤2：判断当前支路是否大于开启均衡的阈值，若判断为否则不开启均衡，判断下一支路；若判断为是，则接着判断依次遍历此支路的电芯电压是否高于当前支路平均电压并在预设范围内，若判断为是，则设置对应均衡开启标志位，同时设置均衡开启时间保证被均衡的电芯不会过放；

步骤3：遍历完该支路电芯后，对其余支路依次遍历，得到所有电芯的均衡开启判断结果，并通过通信线向所述二级控制器发送均衡命令；

步骤4：所述二级控制器实时接收来自所述一级控制器的均衡命令，设置对应的均衡开启标志位；

步骤5：根据均衡开启标志位执行对应位置均衡；

步骤6：进行周期性均衡故障检测、周期性过温故障检测；

步骤7：周期性检测均衡控制报文，若均衡改变或报文丢失，则立即关闭均衡。

7.根据权利要求6所述的锂电池均衡控制的方法，其特征在于，根据压差和均衡电流决定均衡时间，在二级控制器收到均衡控制指令后，根据均衡时间进行均衡，在超时后关闭均衡。

8.根据权利要求6所述的锂电池均衡控制的方法，其特征在于，在执行完来自所述一级控制器的均衡命令后，获得均衡开启状态，并通过通信线向所述一级控制器进行反馈，若均衡命令丢失，则判定为异常，立刻关闭所有电芯的均衡。

9.根据权利要求6所述的锂电池均衡控制的方法，其特征在于，所述周期性均衡故障检测包括：均衡电阻开路检测、均衡电阻短路检测以及均衡MOS开关管短路故障检测，当检测到均衡故障后，停止执行均衡命令，并向所述一级控制器反馈。

10.根据权利要求6所述的锂电池均衡控制的方法，其特征在于，所述周期性均衡过温检测包括：当控制器温度高于预设阈值时暂停开启均衡，待温度下降至预设阈值后开启均衡，实现均衡滞回功能。

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