CN101867205A - 维护锂离子电池组的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种维护锂离子电池组的装置和方法，属于锂离子电池组的维护领域。该装置包括MCU、电压检测单元和均衡化单元；MCU用于发出控制信号控制电压检测单元在锂离子电池组充电前和充电中检测每一电池的电压，并计算出初始电压平均值和实时电压平均值，还用于发出控制信号控制均衡化单元进行充电和放电；电压检测单元用于在锂离子电池组充电前和充电中检测每一电池的电压；均衡化单元用于在锂离子电池组充电前对电压值与初始电压平均值的差值大于预定阀值的电池充电；还用于对锂离子电池组充电，并对电压值与实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池放电。本发明避免了个别电池充不满或过充，使整个锂离子电池组的寿命延长。

Description

维护锂离子电池组的装置及方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池组的维护领域，特别涉及一种维护锂离子电池组的装置及方法。

背景技术

锂离子电池组一般由多节较大容量锂离子电池串联而成，广泛的用于混合动力车、电动汽车的供电。由于电池在加工制造过程中所使用的材质不均，以及电池在使用过程中会存在温度、寿命等差异，导致电池的内阻、端电压、容量等参数存在不一致性。

由于电池单体存在不一致性，造成个别电池单体过放电或过充电。长此以往，对电池造成损害。现有技术中，在对锂离子电池组进行维护时，能够对电池单体的电压、温度进行实时的监测并通过上位机实时显示，但是，通常会由于其中一、两个电池出现过放电或过充电的问题，导致整个锂离子电池组出现问题，从而造成锂离子电池组的使用寿命缩短。

发明内容

为了避免锂离子电池组中个别电池单体过充电或过放电造成的锂离子电池组寿命缩短的问题，本发明提供了一种维护锂离子电池组的装置及方法。所述技术方案如下：

一种维护锂离子电池组的装置，所述装置包括微控制单元MCU、电压检测单元和均衡化单元；

所述MCU，用于发出控制信号控制所述电压检测单元在锂离子电池组充电前和充电过程中检测每一个电池的电压，并对所述电压检测单元在所述锂离子电池组充电前检测到的所有电压求平均值得到初始电压平均值，对所述电压检测单元在所述锂离子充电过程中检测到的所有电压求平均值得到实时电压平均值，还用于发出控制信号控制所述均衡化单元进行充电和放电；

所述电压检测单元，用于根据所述MCU的控制信号在所述锂离子电池组充电前和充电过程中检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压；

所述均衡化单元，用于根据所述MCU的控制信号在所述锂离子电池组充电前对电压值与所述初始电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于所述初始电压平均值；还用于根据所述MCU的控制信号对所述锂离子电池组进行充电，并在充电过程中对电压值与所述实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于所述实时电压平均值。

所述装置还包括：

上位机，用于显示所述锂离子电池组与所述装置的连接状态，以及每一个电池的电压；还用于接收用户的指令并转交给所述MCU进行处理。

所述电压检测单元包括：译码器和多个模拟开关；

所述译码器，用于在所述锂离子电池组充电前和充电过程中将所述MCU发来的控制信号转换为使能信号，所述使能信号用于在所述多个模拟开关中选通相应的模拟开关；

所述多个模拟开关中的每个模拟开关，连接有多个采样通道，用于在所述锂离子电池组充电前和充电过程中接收所述MCU发来的控制信号，根据该控制信号在所述多个采样通道中选通相应的采样通道，检测对应的电池的电压。

所述电压检测单元能检测的电池的数量大于或等于所述锂离子电池组中电池的数量。

所述均衡化单元包括多个均衡化子单元，其中每个均衡化子单元用于对指定数量的电池进行充电和放电，所有均衡化子单元对应的电池数量的总和等于所述锂离子电池组中电池的数量。

所述每个均衡化子单元均包括：

电阻，用于对所述均衡化单元对应的指定数量的电池放电；

隔离电源，用于对所述均衡化单元对应的指定数量的电池充电；

开关，用于进行充电和放电的切换。

所述每个均衡化子单元每次对其对应的指定数量的电池中的一个电池进行充电或放电。

所述每个均衡化子单元对其对应的指定数量的电池进行充电时，从电压值与所述初始电压平均值的差值最大的电池开始充电，对其对应的指定数量的电池进行放电时，从电压值与所述实时电压平均值的差值最大的电池开始放电。

一种利用上述装置维护锂离子电池组的方法，所述方法包括：

在所述锂离子电池组充电前，检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到初始电压平均值；

计算所述锂离子电池组中每一个电池的电压值与所述初始电压平均值的差值，对差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于所述初始电压平均值；

对所述锂离子电池组进行充电，在充电过程中，检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到实时电压平均值，对电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于所述实时电压平均值。

所述对差值大于预定阀值的电池进行充电，包括：

如果差值大于预定阈值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行充电。

对电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池进行放电，包括：

如果电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行放电。

本发明实例提供的技术方案带来的有益效果是：在对锂离子电池组充电前对锂离子电池组中的个别电压偏低的电池单体进行充电均衡维护，再在充电的过程中给锂离子电池组中个别电压升高较快的电池单体进行放电，改变电池的不一致性，避免个别电池充不满或过充的现象，减少对电池造成的损害，使整个锂离子电池组的寿命延长。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的维护锂离子电池组的装置一示意图；

图2是本发明实施例1提供的维护锂离子电池组的装置又一示意图；

图3是本发明实施例1提供的维护锂离子电池组的装置中MCU和电压检测单元的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的维护锂离子电池组的装置中均衡化单元结构示意图；

图5是本发明实施例2提供的维护锂离子电池组的方法一流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本实施例提供了一种维护锂离子电池组的装置，包括：微控制单元MCU101、电压检测单元102和均衡化单元103；

MCU101，用于发出控制信号控制电压检测单元102在锂离子电池组充电前和充电过程中检测每一个电池的电压，并对电压检测单元102在锂离子电池组充电前检测到的所有电压求平均值得到初始电压平均值，对电压检测单元102在锂离子充电过程中检测到的所有电压求平均值得到实时电压平均值，还用于发出控制信号控制均衡化单元103进行充电和放电；

电压检测单元102，用于根据MCU101的控制信号在锂离子电池组充电前和充电过程中检测锂离子电池组中每一个电池的电压；

均衡化单元103，用于根据MCU101的控制信号在锂离子电池组充电前对电压值与初始电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于初始电压平均值；还用于根据MCU101的控制信号对锂离子电池组进行充电，并在充电过程中对电压值与实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于实时电压平均值。

参见图2，本实施例还提供了一种维护锂离子电池组的装置，在图1所示的装置的基础上，还包括上位机104和控制器局域网CAN105，上位机104是人机交互单元，具有显示连接状态，每一个电池单体的电压，以及请示用户，接收用户的指令并转交给MCU101进行处理的功能；MCU101与上位机104通过CAN105连接，进行通信；CAN105具有完善的通信协议，且是具有通信速率高、容易实现、性价比高等优点的现场总线；具体的通信方式依据现有技术，本实施例中MCU101与上位机104的通信均采用CAN通信，由CAN105完成，本实施例不对具体的通信方式做限定。

本实施例中，参见图3，电压检测单元102可以具体包括：译码器1021和多个模拟开关1022，译码器1021用于在锂离子电池组维护过程中(包括充电前和充电过程中)将MCU101发来的控制信号转换为使能信号，该使能信号用于在该多个模拟开关中选通相应的模拟开关；该多个模拟开关1022包括模拟开关1022a、模拟开关1022b、模拟开关1022c和模拟开关1022d，图中以4个模拟开关为例说明。当然，本实施例中该多个模拟开关1022的个数可依据实际的电池组中的电池个数而定，目的是可以采集到每一个电池的电压，本实施例不对模拟开关1022的个数做具体限定。例如，在图3中控制信号1、2、3可以通过译码器转换成4个使能信号，可以选通4个模拟开关中的1个。上述多个模拟开关1022中的每一个模拟开关，都连接有多个采样通道，用于在锂离子电池组维护过程中(包括充电前和充电过程中)接收MCU101发来的控制信号，根据该控制信号在所连的多个采样通道中选通相应的采样通道，检测对应的电池的电压。例如，图3中每一个模拟开关连接有8个采样通道，控制信号4、5、6用来在每一个模拟开关上选通相应的采样通道，检测对应的电池单体的电压。

电压检测单元102接收到MCU101发出的控制信号后，其中一部分控制信号通过译码器1021转换为使能信号，用于选择模拟开关1022中的一个或多个，另一部分控制信号用来控制在每一个模拟开关上选通相连的一个或多个采样通道，以完成采样通道的切换，并通过MCU101发送电池电压数据由上位机104显示。其中，可以同时选通全部电池单体进行电压采样。

例如，图3中控制信号4，5，6分别控制每个模拟开关8个采样通道的选通，该3个控制信号能选通2³＝8个采样通道，控制信号1，2，3通过译码器产生4个使能信号选通4个模拟开关，所以能够产生32个信号，其中，每个信号控制4节电池，所以能够控制128节电池的选通。控制信号1，2，3，4，5，6均由MCU101发出。

本实施例中，电压检测单元102能检测的电池的数量大于或等于锂离子电池组中电池的数量。

本实施例中，均衡化单元103可以包括多个均衡化子单元，其中每个均衡化子单元用于对指定数量的电池单体进行充电和放电均衡维护，所有均衡化子单元对应的电池单体数量的总和等于所述锂离子电池组中电池单体的数量。参见图4，均衡化单元103包括：第一均衡化子单元103a，......，第N均衡化子单元103n，每个均衡化子单元中包括：一个电阻、一个隔离电源和一个开关，其中，该电阻用于对均衡化子单元对应的指定数量的电池放电，该隔离电源用于对均衡化子单元对应的指定数量的电池充电，该开关用于进行充电和放电的切换。图中，第一均衡化子单元103a包括第一电阻103a1，第一隔离电源103a2和第一开关103a3，以此类推，第N均衡化子单元103n包括第N电阻103n1，第N隔离电源103n2和第N开关103n3；本实施例不对具体的充放电的方式做限定。

进一步的，每个均衡化子单元每次只能对该单元对应的指定数量的电池中的一个电池单体进行充电或放电均衡维护，不同单元的充电或放电过程可以同时进行。并且，当同一均衡化子单元对其对应的指定数量的电池进行充电时，从单体电压与初始电压平均值的差值最大的一个单体电池开始进行充电，直到该电池的电压与初始电压平均值的差值小于或等于预设阈值时，停止对该单体电池进行充电均衡维护，再重新检测单体电压与初始电压平均值的差值大于预设阈值的电池，继续进行充电均衡维护。同理，当同一均衡化子单元对其对应的指定数量的电池进行放电时，从单体电压与实时电压平均值的差值最大的一个单体电池开始进行放电，直到该电池的电压与实时电压平均值的差值小于或等于预设阈值时，停止对该单体电池进行放电均衡维护，再重新检测单体电压与实时电压平均值的差值大于预设阈值的电池，继续进行放电均衡维护。在充电或放电均衡维护的过程中，电池单体的电压值由MCU实时发送给上位机显示。

例如，将均衡化单元分为11个均衡化子单元，每个子单元中有11个电池单体，每次均衡化的过程即在每个单元的11个电池单体中找出一个单体电压值与初始电压平均值的差值最大的电池单体进行充电均衡维护，或者找出一个单体电压值与实时电压平均值的差值最大的电池单体进行放电均衡维护，11个均衡化子单元可以同时进行工作，但是在同一个均衡化子单元中一次只能对一节电池单体进行充电或放电均衡维护。

本实施例提供的上述装置通过充电前对锂离子电池组中的个别电压偏低的电池单体进行充电均衡维护，再在充电的过程中给锂离子电池组中个别电压升高较快的电池单体进行放电均衡维护，改变电池的不一致性，避免个别电池充不满或过充的现象，减少对电池造成的损害，使整个锂离子电池组的寿命延长。

实施例2

参见图5，本实施例提供了一种利用上述装置维护锂离子电池组的方法，包括：

501：在锂离子电池组充电前，检测锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到初始电压平均值；

502：计算锂离子电池组中每一个电池的电压值与初始电压平均值的差值，对差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于初始电压平均值；

503：对锂离子电池组进行充电，在充电过程中，检测锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到实时电压平均值，对电压值与实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于实时电压平均值。

本实施例中，对差值大于预定阀值的电池进行充电，可以具体包括：

如果差值大于预定阈值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行充电。

本实施例中，对电压值与实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行放电，可以具体包括：

如果电压值与实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行放电。

本实施例提供的上述方法通过充电前对锂离子电池组中的个别电压偏低的电池单体进行充电均衡维护，再在充电的过程中给锂离子电池组中个别电压升高较快的电池单体进行放电均衡维护，改变电池的不一致性，避免个别电池充不满或过充的现象，减少对电池造成的损害，使整个锂离子电池组的寿命延长。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种维护锂离子电池组的装置，其特征在于，所述装置包括微控制单元MCU、电压检测单元和均衡化单元；

所述MCU，用于发出控制信号控制所述电压检测单元在锂离子电池组充电前和充电过程中检测每一个电池的电压，并对所述电压检测单元在所述锂离子电池组充电前检测到的所有电压求平均值得到初始电压平均值，对所述电压检测单元在所述锂离子充电过程中检测到的所有电压求平均值得到实时电压平均值，还用于发出控制信号控制所述均衡化单元进行充电和放电；

所述电压检测单元，用于根据所述MCU的控制信号在所述锂离子电池组充电前和充电过程中检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压；

所述均衡化单元，用于根据所述MCU的控制信号在所述锂离子电池组充电前对电压值与所述初始电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于所述初始电压平均值；还用于根据所述MCU的控制信号对所述锂离子电池组进行充电，并在充电过程中对电压值与所述实时电压平均值的差值大于预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于所述实时电压平均值。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

上位机，用于显示所述锂离子电池组与所述装置的连接状态，以及每一个电池的电压；还用于接收用户的指令并转交给所述MCU进行处理。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压检测单元包括：译码器和多个模拟开关；

所述译码器，用于在所述锂离子电池组充电前和充电过程中将所述MCU发来的控制信号转换为使能信号，所述使能信号用于在所述多个模拟开关中选通相应的模拟开关；

所述多个模拟开关中的每个模拟开关，连接有多个采样通道，用于在所述锂离子电池组充电前和充电过程中接收所述MCU发来的控制信号，根据该控制信号在所述多个采样通道中选通相应的采样通道，检测对应的电池的电压。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压检测单元能检测的电池的数量大于或等于所述锂离子电池组中电池的数量。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均衡化单元包括多个均衡化子单元，其中每个均衡化子单元用于对指定数量的电池进行充电和放电，所有均衡化子单元对应的电池数量的总和等于所述锂离子电池组中电池的数量。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述每个均衡化子单元均包括：

电阻，用于对所述均衡化子单元对应的指定数量的电池放电；

隔离电源，用于对所述均衡化子单元对应的指定数量的电池充电；

开关，用于进行充电和放电的切换。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述每个均衡化子单元每次对其对应的指定数量的电池中的一个电池进行充电或放电。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述每个均衡化子单元对其对应的指定数量的电池进行充电时，从电压值与所述初始电压平均值的差值最大的电池开始充电，对其对应的指定数量的电池进行放电时，从电压值与所述实时电压平均值的差值最大的电池开始放电。

9.利用权利要求1所述的装置维护锂离子电池组的方法，其特征在于，所述方法包括：

在所述锂离子电池组充电前，检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到初始电压平均值；

计算所述锂离子电池组中每一个电池的电压值与所述初始电压平均值的差值，对差值大于预定阀值的电池进行充电，直到该电池的电压值等于所述初始电压平均值；

对所述锂离子电池组进行充电，在充电过程中，检测所述锂离子电池组中每一个电池的电压，对所有电池的电压求平均值，得到实时电压平均值，对电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池进行放电，直到该电池的电压值等于所述实时电压平均值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对差值大于预定阀值的电池进行充电，包括：

如果差值大于预定阈值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行充电。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池进行放电，包括：

如果电压值与所述实时电压平均值的差值大于所述预定阀值的电池有多个，则从差值最大的电池开始，对其中的每个电池进行放电。

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