CN101872991A - 动力电池组均衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力电池组充电领域，具体涉及对动力电池组进行充电时的均衡控制方法。所述均衡控制方法是：充电过程中当某一单体达到充满条件即结束充电，采集各个电池单体电压，如有电池单体电压未处于设定的“充满区间”之内，则记录该电池单体；再次对电池组充电时，同时对记录的电池单体进行均衡操作，往复均衡、充电直至电池组内各电池单体同时达到充满条件。所述均衡操作采用电阻放电方式，每次放电均衡的时间为一个充电周期。本发明所述均衡控制方法适用于各种电池组，特别是磷酸亚铁锂电池组，通过该方法最终使整组电池同时充满，有效提高电池的整组能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池组充电领域，具体涉及对动力电池组进行充电时的均衡控制策略。
背景技术
为了达到一定的电压、功率和能量等级，电池需要串联成组使用，如电动自行车、储能***、直流***等。电池组一致性是电池串联成组应用技术的核心之一，直接影响到电池组使用的安全性和高效性。但实践证明，电池组一致性是相对的，不一致却是是绝对的。造成电池组不一致的原因主要有以下几点：(1)电池在出厂前由于制造和化成筛选工艺的原因，不能保证电池单体出厂时各项参数一致，特别是电池初始SOC的不一致会在电池组初始阶段就造成电池组的不一致；(2)电池单体在使用时位置不同，工作温度存在一定的差异，通风处电池单体温度低一些，而其它地方的电池单体温度会相对高一些，温度的差异导致电池的自放电率不一致，长时间的差异累积会引起电池SOC的不均衡；(3)库仑效率的不一致，串联电池组在充电和放电过程中单体流过的电流相等，但是由于每个单体所处环境的不一致导致其库仑效率的不一致，在这种情况下，电池不同单体实际充电容量和放电容量就会引起差异。
由于单体电池的不一致性，导致电池组在充电阶段，可能出现某节电池比其它电池提前过充现象，而在放电阶段，则出现某节电池比其它电池提前过放的现象。电池组内电池单体的不一致性，对电池组的效率和使用的安全性有很大的影响，因此有必要提供一种行之有效的均衡控制方法，以使电池组具有良好的一致性，提高电池组的使用效率和安全性。
发明内容
本发明需要解决的问题是提供一种电池组充电过程中的均衡控制方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：提供一种动力电池组均衡控制方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，如有电池单体电压未处于设定的“充满区间”之内，则记录需要均衡的电池单体；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电池单体进行均衡操作，对其它电池单体进行充电，重复上述步骤直至电池组内各电池单体同时达到充满条件。
所述步骤2中记录的需要均衡的电池单体为达到充满区间的电池。
具体的方案为：所述均衡操作采用电阻放电方式，即在电池组中各电池单体两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管，所述MOS管受控制器控制导通或截止进而控制放电回路的通断；每次放电均衡的时间为一个充电周期。
磷酸亚铁锂电池的SOC-OCV曲线比较平缓，SOC在10％-90％区间范围内开路电压基本是不变的，因此无法采用实时电压检测方式判断出电池单体之间的容量差异，因此很难对其进行均衡操作。
本发明所述均衡控制方法适用于各种电池组，特别是磷酸亚铁锂电池组，其利用磷酸亚铁锂电池在SOC高端电压变化较快的特点，采集电池开路电压变化拐点以识别电池是否充满，作为下一次充电过程当中均衡的依据，最终达到使整组电池同时充满的目的，有效提高电池的整组能量利用率。
附图说明
图1为所述电阻放电均衡电路示意图；
图2为磷酸亚铁锂电池组恒流-恒压(CC-CV)充电时的外电压变化曲线图。
具体实施方式
为了便于本领域的技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所述动力电池组均衡控制方法的步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，如有电池单体电压未处于设定的“充满区间”之内，则记录需要均衡的电池单体；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电池单体进行均衡操作，对其它电池单体进行充电，重复上述步骤直至电池组内各电池单体同时达到充满条件。
具体实施时，电池管理***可采用典型的主从控制模式。由主板发送“均衡判断”命令和“均衡执行”命令；由从板完成电池外电压采样，响应主板命令并控制任意一只电池单体的放电回路的通断。
所述电阻放电均衡电路如图1所示。在电池组中各电池单体(celll-celln)两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管(T1-Tn)，所述MOS管受从机控制器控制导通或截止进而控制各个电池单体放电回路的通断；每次放电均衡的时间为一个充电周期。
本发明方案中，仅且仅当全部电池单体在充电结束瞬间达到充满区间时，电池组不需要均衡，只要有一个电池没有进入充满区间，则需要对其它电池进行放电。
方案中利用电压采集线对电池进行放电均衡，从机控制器控制均衡回路的通断，均衡电流大小由电池外电压和放电电阻的阻值决定。放电电阻的阻值，一般根据管理***的体积和散热能力可以适当调整，以适应不同电池容量的需要，从30欧姆-100欧姆可以随意选取。
典型值为100欧姆，该电阻也就决定了均衡电流的大小。均衡电流：Ib＝Ucell/Rb，Ucell为单体电池外电压Rb为均衡放电电阻。
磷酸亚铁锂电池Ucell的工作区间为3.0V-3.65V，若Rb选用典型值100欧姆，则均衡电流最大不超过40mA，按照0.5C恒流恒压方式充电，则整个充电过程最多不超过三个小时，也就是说如果整个充电过程电池单体都进行放电均衡，最多放出电量也不会超过0.12Ah，而对于一只设计容量为20Ah的动力电池来说，单次充电过程最大放出容量仅仅为整组容量0.6％，所以本发明所述均衡方法以一次充电过程作为单位均衡时间周期，并不需要详细估算电池均衡的时间长度，通过多个均衡周期即可实现整组电池均衡。整组均衡时间与电池一致性相关，如果电池组一致性较好，那么均衡时间会较短，否则均衡时间会延长。经过多次的均衡，电池组内电池单体最终会达到高端对齐的效果，即保证充电结束时单体电池电压能够同时达到充满区间。
对于充满区间的设定，具体实施时，选择电池组内一致性较好的多数电池单体的充电拐点电压为充满区间下限，根据各种电池特性确定一电压值为充满电压，达到该电压视为充满，该电压作为充满区间上限。例如，对于磷酸亚铁锂电池，上线一般为3.65V。
实施例：
图2为一组八串磷酸亚铁锂电池组恒流-恒压(CC-CV)充电时的外电压变化曲线图。从图中可以看出，在充电过程的后半段，测量到电池1的电压明显高于其他单体电压，这样就导致在恒压充电阶段每次都是因为单体1达到上限电压而必须降低充电电流，而其他单体明显还未达到充电电压上限。本发明所述方法在电池充电结束瞬间T1时刻，检测电池单体开路电压，若单体电压已经达到设定充电拐点电压Vth，则认为电池已经充满，否则认为电池没有充满，此时记录充满电池的序号，下一次充电过程打开这些电池的均衡开关(MOS管)进行放电，充电结束时切断所有均衡回路，并进行下一次均衡判断。该方法是在电池的充电过程对电池进行放电均衡，虽然消耗了部分充电电源的能量，但电池充入容量还是当前电池组的最大可用容量，所以不会降低整组电池的可用能量，这也是本发明所述方法有别于其他放电均衡方法一点。
需要说明的是，上述仅为本发明的优选实施方式，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.动力电池组均衡控制方法，其步骤为：
(1)对电池组进行充电，当某一单体达到设定的充满条件时，结束充电，进行均衡判断；
(2)采集各个电池单体电压，如有电池单体电压未处于设定的“充满区间”之内，则记录需要均衡的电池单体；
(3)再次对电池组充电时，对记录的电池单体进行均衡操作，对其它电池单体进行充电，重复上述步骤直至电池组内各电池单体同时达到充满条件。
2.根据权利要求1所述的动力电池组均衡控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中记录的需要均衡的电池单体为达到充满区间的电池。
3.根据权利要求2所述的动力电池组均衡控制方法，其特征在于：所述均衡操作采用电阻放电方式，即在电池组中各电池单体两端分别并联放电电阻，每个电阻串联一MOS管，所述MOS管受控制器控制导通或截止进而控制放电回路的通断。
4.根据权利要求3所述的动力电池组均衡控制方法，其特征在于：每次放电均衡的时间为一个充电周期。
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