CN117154252B - 一种应用于储能装置的电池均衡系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池控制技术领域，具体涉及一种应用于储能装置的电池均衡系统与方法。所述的应用于储能装置的电池均衡系统包括：温度感应模块，其用于感应各个电池单元的温度；内阻分析模块，其用于根据当前电池单元的温度获得对应的调节电阻；内阻控制模块，其用于根据调节电阻调节对应电池单元的内阻，所述的内阻控制模块与电池单元一一对应。本发明通过电池的感应温度实施调节电池单元的内阻，可以针对电池单元调节内阻，从而改变电池单元的发热量，可以有效的、针对性的减少发热量，避免电池单元发热造成损坏，可以根据发热量对电池单元进行控制，达到电流的均衡分布的目的，以此实现电池的性能优化和电池寿命的延长。

Description

一种应用于储能装置的电池均衡系统与方法

技术领域

本发明涉及电池控制技术领域，具体涉及一种应用于储能装置的电池均衡系统与方法。

背景技术

电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时，电池非静电力(化学力)所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常用安培小时作单位。在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。

随着科技的发展电池的需求量大大增加，电池行业也迅猛发展。储能装置是指电池单元分串联和并联，并联的电池组要求每个电池电压相同，输出的电压等于一个电池的电压，并联电池组能提供更强的电流，串联电池组没有过多的要求。

现有技术中电池管理系统的电池组主动均衡方法通常在最高电池组的电压与最低电池组的电压之间的差值大于预设电压差值阈值时直接进行均衡，在进行充电的过程中，每个电池单元的使用情况并不相同，调节的过程也不能一概而论，现有的控制方法不能根据每个电池单元实际情况进行灵活调节，导致无法保证电池单元安全性和寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于储能装置的电池均衡系统，用于对组装电池单元的储能装置充电进行均衡控制和保护，所述的应用于储能装置的电池均衡系统包括：

温度感应模块，用于感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号，所述的温度感应模块可以是多个温度感应器组合而成，温度感应器的数量与电池单元数量相同且一一对应。

内阻分析模块，用于根据当前电池单元的温度T_i获得对应的调节电阻R_i。

内阻控制模块，用于根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i，所述的内阻控制模块与电池单元一一对应。

本发明还包括：充电控制模块，用于判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，所述的T’可以是电池最大工作温度与保护温度之差，可以根据电池单元性能确定，如果是，则不做调整，继续当前电压进行充电，如果否，则停止充电。

异常分析模块，用于缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则判定为控制不正常，可以停止充电。所述的缓冲时差是内部降温传导到电池外壳层外被温度感应模块感应到的时间段。

优选的：温度感应器可以与对应的电池单元一一对应集成安装，每个温度感应器检测对应的电池单元的温度，由于温度感应器无法安装在电池单元发热组件的内部，整个电池单元内部和表面的温度均不相同，所以温度感应器感应到的温度并不是需要评价的温度，所以需要进行处理修饰。所述温度感应器感应的温度为t_i，所述的电池单元的温度其中，p为编号i的电池单元在该工作情况下工作发热量即发热功率，b_j为电池外壳层层壁的厚度，j为电池外壳层编号，可以是由外向内进行编号，λ_j为编号j的电池外壳层的热传导系数，S为散热面积，可以是电池单元的表面积，ɑ为检测比例系数，由于各个温度感应器安装位置不同，电池单元各个面的情况不同，所以需要转换换算，此处的ɑ即为转换的比例因子。

优选的：发热量p根据t_i进行查找一个预先设置的温度-发热量信息表获得，此处的温度-发热量信息表可以通过实验获得，即在可以测量发热量的前提下，根据固定的发热量和温度检测构建。

优选的：电池单元的温度T_i还可以通过红外感应进行检测获得热图像，通过对热图像进行标准化处理获得热源分布块，对热源分布块进行定点取值，通过分析处理获得t_i，通过处理获得温度具体为现有技术，可以通过各个区域对应的电池单元，从而可以分析获得对应的t_i，T_i＝t_i+Δt'，其中，Δt'为传导温度差，和传导材料有关。

优选的：标准化处理的具体步骤包括：1、确认热图像原图，2、对热图像原图进行正规化投影，并进行摊平获得热量分布图，3、对热量分布图进行去噪，获得热源分布块。

优选的：所述的调节电阻R_i的具体获得方法通过温度T_i查找一个预先设置的温度-调节电阻信息表，从而获得调节电阻R_i，所述的温度-调节电阻信息表可以通过电池单元特性、额定电流等进行实验获得数据，然后通过一系列的数据制备获得温度-调节电阻信息表。

优选的：所述的调节电阻R_i通过计算获得，具体过程也可以是其中，p’为该型号电池单元正常工作的额定发热功率，I₀为该电池单元的额定电流，β为内阻保护系数。

优选的：发热功率p’可以通过实验或者计算获得p'＝I²R'，其中I为正常工作下的电流，R’为正常工作温度下电池单元的内阻。

优选的：内阻保护系数其中β_m为因子参数值，m为因子的编号。

优选的：影响内阻保护系数的因子包括但不限于电池容量、放电曲线、电池管理器参数、电池材料等。

优选的：内阻保护系数β计算方法包括：

其中，T_标为标准工作温度，与电池单元本身性能有关，ε为调整参数，

与电池单元本身性能有关。

本发明还提出了一种应用于储能装置的电池均衡方法，应用上述所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，所述的应用于储能装置的电池均衡方法包括如下步骤：

S1、感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号；

S2、根据当前电池单元的温度T_i获得对应的调节电阻R_i；

S3、根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i

S4、判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，如果是，则执行S5，如果否，则停止充电。

S5、不做调整，继续当前电压进行充电；

S6、缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则执行S7；

S7、判定为控制不正常，则停止充电。

本发明的技术效果和优点：本发明通过电池的感应温度实时调节电池单元的内阻，通过调节内阻可以减少发热的电池单元的电流，以此根据发热温度大小对电池单元调节内阻，从而改变电池单元的发热量，可以有效的、针对性的减少发热量，避免电池单元发热造成损坏。根据发热量对电池单元进行控制，达到电流的均衡分布目的，以此实现电池的性能优化和电池寿命的延长。通过判定温度是否在正常进行充电，可以对储能装置进行保护。通过温度对时间的二次倒数可以判定控制是否有效，判定更为准确，避免控制失效电池单元损坏影响储能装置使用寿命，增加了安全性。

附图说明

图1为本发明提出的一种应用于储能装置的电池均衡系统的层状结构示意图。

图2为本发明提出的一种应用于储能装置的电池均衡方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

参考图1，在本实施例中提出了一种应用于储能装置的电池均衡系统，用于对组装电池单元的储能装置充电进行均衡控制和保护，所述的应用于储能装置的电池均衡系统包括：

温度感应模块，用于感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号，所述的温度感应模块可以是多个温度感应器组合而成，温度感应器的数量与电池单元数量相同且一一对应，温度感应器可以与对应的电池单元一一对应集成安装，每个温度感应器检测对应的电池单元的温度，由于温度感应器无法安装在电池单元发热组件的内部，整个电池单元内部和表面的温度均不相同，所以温度感应器感应到的温度并不是需要评价的温度，所以需要进行处理修饰。所述温度感应器感应的温度为t_i，所述的电池单元的温度其中，p为编号i的电池单元在该工作情况下工作发热量即发热功率，具体的可以根据t_i进行查找一个预先设置的温度-发热量信息表获得，此处的温度-发热量信息表可以通过实验获得，即在可以测量发热量的前提下，根据固定的发热量和温度检测构建。例如，一个电池单元25℃发热量为6.8W，通过一系列的值可以构建一个信息表。当然还可以通过此时的电流、电阻情况获得，具体在此不做赘述。b_j为电池外壳层层壁的厚度，j为电池外壳层编号，可以是由外向内进行编号，λ_j为编号j的电池外壳层的热传导系数，具体根据材质而定，为现有技术，具体在此不做赘述。S为散热面积，可以是电池单元的表面积，由于电池外壳层一般较薄，各个电池外壳层面积差异较小，在此不做区别，ɑ为检测比例系数，由于各个温度感应器安装位置不同，电池单元各个面的情况不同，所以需要转换换算，此处的ɑ即为转换的比例因子，具体需要各个具体情况或者经验进行设定，ɑ一般取值0.8-1.2。当然还可以通过红外感应进行检测获得热图像，通过对热图像进行标准化处理获得热源分布块，标准化处理的具体步骤包括：1、确认热图像原图，2、对热图像原图进行正规化投影，并进行摊平获得热量分布图，3、对热量分布图进行去噪，获得热源分布块，对热源分布块进行定点取值，通过分析处理获得t_i，通过处理获得温度具体为现有技术，可以通过各个区域对应的电池单元，从而可以分析获得对应的t_i，T_i＝t_i+Δt'，其中，Δt'为传导温度差，和传导材料有关，可以通过经验进行设定，具体在此不做赘述。

内阻分析模块，用于根据当前电池单元的温度T_i获得对应的调节电阻R_i。所述的调节电阻R_i的具体获得方法可以通过温度T_i查找一个预先设置的温度-调节电阻信息表，从而获得调节电阻R_i，所述的温度-调节电阻信息表可以通过电池单元特性、额定电流等进行实验获得数据，然后通过一系列的数据制备获得温度-调节电阻信息表。例如，对某一储能装置的电池单元进行实验获得，在25℃时，电池单元的调节电阻为2.5mΩ，此处的电阻并不是电池单元此时的实际电阻，而是需要调节的正常电阻。当然还可以通过计算获得，具体过程也可以是其中，p’为该型号电池单元正常工作的额定发热功率可以通过实验或者计算获得p'＝I²R'，其中I为正常工作下的电流，R’为正常工作温度下电池单元的内阻。I₀为该电池单元的额定电流，β为内阻保护系数，可以通过电池单元本身性能进行确定，具体的可以是/>其中β_m为因子参数值，m为因子的编号，影响内阻保护系数的因子有很多，可以包括但是不限于电池容量、放电曲线、电池管理器参数、电池材料等。由于各项参数不是本发明保护主题，本发明仅以电池的电容量进行简单介绍，电池的电容量和发热关系是密切相关的。电容量是电池储存电能的能力，此处的发热则是电池在充电或放电过程中产生的热量。这两个过程都是电池内部化学反应的表现，电容和发热之间有着相互影响的关系。当电池进行充电时，电容会逐渐升高，此时电池内部的化学反应会导致电流通过电路产生热量，这个热量就是所谓的“内部发热”。随着充电的进行，电容达到最大值，内部发热也会达到一个峰值，这个温度就是所谓的“内部温度”。所以在不同的过程中电容是一个变化的过程，本申请可以通过实时电容量与一个预设标准量比值获得电池电容量的因子参数值，实时电容量又可以通过当前电池单元的温度T_i查找一个预先设置的温度-电容量信息表获得，温度-电容量信息表根据电池性能实验获得，在此不做详细叙述。放电曲线、电池管理器参数、电池材料等相关因子参数值也可以通过类似手段获得。当然还可以通过电池单元表现的感应温度去进行计算，这样的计算相比电池单元本身性能确定更为直观和快速。具体的可以包括：

其中，T_标为标准工作温度，与电池单元本身性能有关，可以通过经验获得，一般为25℃，当然并不排除其他温度，ε为调整参数，与电池单元本身性能有关，可以通过经验获得，取值范围是0.5-1.2，当然并不排除其他取值。

内阻控制模块，用于根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i，所述的内阻控制模块与电池单元一一对应。所述的内阻控制模块通过调节对应电池单元的内阻的方式有很多。例如通过使用一个电阻分压器，具体的将电阻分压器连接到电池单元的正极和负极，从而调节电池的电压，具体是现有技术，在此不做赘述。还可以使用一个电阻调节器，具体的将电阻调节器连接到电池的正极和负极之间，从而调节电池的内阻，具体是现有技术，在此不做赘述。还可以通过使用一个电容器和电阻组成一个谐振电路，具体的将电容器和电阻连接到电池的正极和负极上，形成一个谐振电路。通过调节电容和电阻的值，可以调节谐振电路的谐振频率，从而调节电池的内阻。这些电路调节方法都可以在不同的应用场景中使用。例如需要调节电池的内阻来控制电流和电压的应用。但是，这些电路调节方法也需要根据具体的电路元件和需求进行调整和优化。

本发明通过电池的感应温度实施调节电池单元的内阻，通过调节内阻可以减少电池单元的电流，以此可以针对电池单元调节内阻，从而改变电池单元的发热量，可以有效的、针对性的减少发热量，避免电池单元发热造成损坏，可以根据发热量对电池单元进行控制，达到电流的均衡分布，以此实现电池的性能优化和电池寿命的延长。

实施例2

参考图1，充电控制模块，用于判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，所述的T’可以是电池最大工作温度与保护温度之差，可以根据电池单元性能确定，电池最大工作温度一般为50-60℃，保护温度一般为5-10℃，如果是，则不做调整，继续当前电压进行充电，如果否，则停止充电。通过判定温度是否在正常进行充电，可以对储能装置进行保护。

异常分析模块，用于缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则判定为控制不正常，可以停止充电。所述的缓冲时差是内部降温传导到电池外壳层外被温度感应模块感应到的时间段，具体根据经验获得，一般为30S-100S，通过温度对时间的二次倒数可以判定控制是否有效，判定更为准确，避免控制失效电池单元损坏影响储能装置使用寿命，增加了安全性。

实施例3

参考图2，在本实施例中提出了一种应用于储能装置的电池均衡方法，应用上述所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，所述的应用于储能装置的电池均衡方法包括如下步骤：

S1、感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号；

S2、根据当前电池单元的温度T_i获得对应的调节电阻R_i；

S3、根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i；

S4、判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，如果是，则执行S5，如果否，则停止充电。

S5、不做调整，继续当前电压进行充电；

S6、缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则执行S7；

S7、判定为控制不正常，则停止充电。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

需要说明的是，除非另有规定和限定，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本文使用的术语“和\或”包括一个或多个相关的所列项目的任一的和所有的组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述的应用于储能装置的电池均衡系统包括：

温度感应模块，其用于感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号；

内阻分析模块，其用于根据当前电池单元的温度T_i处理获得对应的调节电阻R_i；

内阻控制模块，其用于根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i，所述的内阻控制模块与电池单元一一对应；

充电控制模块和异常分析模块，充电控制模块用于判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，所述的T’是电池最大工作温度与保护温度之差；如果是，则不做调整，继续当前电压进行充电，如果否，则停止充电；

异常分析模块用于缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则判定为控制不正常，停止充电；

所述温度感应器与对应的电池单元一一对应集成安装，每个温度感应器检测对应的电池单元的温度，所述温度感应器感应的温度为t_i，所述的电池单元的温度其中，p为编号i的电池单元在该工作情况下工作发热量即发热功率，b_j为电池外壳层层壁的厚度，j为电池外壳层编号，λ_j为编号j的电池外壳层的热传导系数，S为散热面积，ɑ为检测比例系数；

所述调节电阻其中，p’为该型号电池单元正常工作的额定发热功率，I₀为该电池单元的额定电流，β为内阻保护系数。

2.根据权利要求1所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述发热量p根据t_i进行查找一个预先设置的温度-发热量信息表获得。

3.根据权利要求1所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述电池单元的温度T_i通过红外感应进行检测获得热图像，通过对热图像进行标准化处理获得热源分布块，对热源分布块进行定点取值，通过分析处理获得t_i，T_i＝t_i+Δt'，其中，Δt'为传导温度差。

4.根据权利要求1所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述的调节电阻R_i的具体获得方法通过温度T_i查找一个预先设置的温度-调节电阻信息表，从而获得调节电阻R_i。

5.根据权利要求1所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述内阻保护系数其中β_m为因子参数值，m为因子的编号。

6.根据权利要求1所述的一种应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述内阻保护系数β计算方法包括：

其中，T_标为标准工作温度，与电池单元本身性能有关，ε为调整参数。

7.一种应用于储能装置的电池均衡方法，应用权利要求1-6任一项所述的应用于储能装置的电池均衡系统，其特征在于，所述的应用于储能装置的电池均衡方法包括如下步骤：

S1、感应各个电池单元的温度T_i，i为电池单元的编号；

S2、根据当前电池单元的温度T_i获得对应的调节电阻R_i；

S3、根据调节电阻R_i调节对应电池单元的内阻为R_i；

S4、判断电池单元的温度T_i是否小于一个预设的T’，如果是，则执行S5，如果否，则停止充电；

S5、不做调整，继续当前电压进行充电；

S6、缓冲时差后判定温度对时间的二次倒数是否小于一个预设的缩减值，如果是，则判定为控制正常，如果否，则执行S7；

S7、判定为控制不正常，停止充电。