CN102148408B - 电池组串联补偿均衡方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组串联补偿均衡方法及电路，所述均衡方法包括电池组信息的采集、采集信息的处理、电池组均衡实现，电池组均衡实现为控制器控制相应执行器的通断，使需要均衡的一个或多个连续的电池单元与恒流源串联成回路；所述均衡电路由控制器、恒流源、若干个干路开关和支路开关组成，恒流源、干路开关和支路开关分别与控制器相连，若干干路开关串联后与恒流源相连，每个干路开关两端分别通过支路开关与电池单元并联。本发明可以对电池组中电压偏低或容量偏小的任意一个或连续的多个电池单元进行串联补偿式均衡，是一种成本低廉的、无损的、主动的电池组均衡方法，同时均衡电路简单，易于扩展。

Description

电池组串联补偿均衡方法及电路
技术领域
本发明涉及一种电池组串联补偿均衡方法及电路，尤其涉及一种应用于电池组中各电池电压或电池容量的补偿式均衡方法及电路。
背景技术
在储能电站、电动汽车等应用场合都需要使用串联电池组，以满足高电压、高容量的需求。单体电池由于生产工艺等原因导致各电池容量与性能的差异，在对电池组进行充放电的过程中，必然会扩大这种差异；充电时，容量小、性能差的电池会产生过充现象，而放电时，容量小、性能差的电池会有过放现象，长此以往，将加速电池的损坏。因此，动力电池组需要采用均衡电路以延长电池组寿命是国内外学者和业界的共识。
常用的均衡方法有并联分流电阻均衡法：如图1所示，每个单体电池上并联一个可控通断的电阻，它可以起到分流的作用，***采集各单体电池的电压，若发现其中有单体电池电压超过平均电压的一定阈值后，导通该单体电池并接的电阻而进行分流，能量消耗在并联电阻上，这样充电较快的单体电池会放缓充电速度，最终使得所有电池都能同时充满电。此均衡电路优点是成本低、简单、容易实现，缺点是过大的能量损耗，显然不适合高容量、高电压的动力电池应用场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电池组串联补偿均衡方法及电路，该方法可以对电压偏低或容量偏小的电池单元进行串联补偿式均衡，是一种成本低廉的、无损的、主动的电池组均衡方法，同时均衡电路简单，易于扩展。此方法根据不同均衡规则的制定实现电池单元电压、容量的均衡，可对电池组中任意一个或连续的多个电池单元同时进行均衡，可以有效抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，在最短的时间内改善电池单元的一致性。
为解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种电池组串联补偿均衡方法，包括电池组信息的采集、采集信息的处理、电池组均衡实现，所述采集信息的处理为通过对电池组信息处理获得需要均衡的电池单元信息，所述电池组均衡实现为控制器控制相应执行器的通断，使需要均衡的一个或多个连续的电池单元与恒流源串联成回路，并由恒流源对需要均衡的电池单元进行能量补偿，所述电池单元由一个或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致。
所述电池组信息的采集是通过采集装置实时采集串联电池组中各电池单元信息或通过通讯方式获取，并将电池单元信息反馈给信息处理单元；所述采集信息的处理是将获取的电池单元信息通过均衡规则运算获得需要均衡的电池单元。
优选地，所述电池单元属性包括电池基本属性和电池串并联结构。电池基本属性包括电池类型、电池标称容量、电池标称电压；电池串并联结构包括电池并联数量及电池串联级数。
优选地，所述执行器为电子开关或是继电器。
一种电池组串联补偿均衡电路，所述均衡电路由控制器、恒流源、若干个干路开关和支路开关组成，恒流源、干路开关和支路开关分别与控制器相连，若干干路开关串联后与恒流源相连，每个干路开关两端分别通过支路开关与电池单元并联。
优选地，所述干路开关和支路开关为电子开关或是继电器。
本发明提供的电池组串联补偿均衡方法及电路可以应用于各种类型电池组成的电池组，该方法可以对电压偏低或容量偏小的电池单元进行串联补偿式均衡，是一种成本低廉的、无损的、主动的电池组均衡方法，同时均衡电路简单，易于扩展。此方法根据不同均衡规则的制定实现电池单元电压、容量的均衡，可对电池组中任意一个或连续的多个电池单元同时进行均衡，可以有效抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，在最短的时间内改善电池单元的一致性，延长了电池组的使用寿命。该方法具有效率高、应用广、灵活性大、成本低廉等特点，同时满足了电动汽车等对可靠性要求高的高电压大容量***的需要，克服了现有均衡方法的不足。
附图说明
图1是现有技术中并联分流电阻均衡法的电路连接图。
图2是本发明的电路连接图。
图3是本发明实施例的电路连接图。
图4是本发明实施例的工作状态图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例
参照图2-4，本实施例采用6节磷酸铁锂电池组成的电池组，电池单元以一个单体电池为例。本发明的电路用于实现电池组的串联补偿式均衡，本实施例的电路包括控制器、恒流源、若干个干路开关和支路开关组成，恒流源、干路开关和支路开关分别与控制器相连，若干干路开关串联后与恒流源相连，每个干路开关两端分别通过支路开关与电池单元并联。所述支路开关为K11、K21、K31、K41、K51、K61和K7，干路开关为K12、K22、K32、K42、K52和K62，干路开关K12、K22、K32、K42、K52和K62串联后分别与恒流源的两端相连，其中干路开关K12的一端与恒流源的第一接线端相连，干路开关K62的一端与恒流源的第二接线端相连；干路开关K12的两端分别通过支路开关K11和K21与电池Cell1并联；干路开关K22的两端分别通过支路开关K21和K31与电池Cell2并联；干路开关K32的两端分别通过支路开关K31和K41与电池Cell3并联；干路开关K42的两端分别通过支路开关K41和K51与电池Cell4并联；干路开关K52的两端分别通过支路开关K51和K61与电池Cell5并联；干路开关K62的两端分别通过支路开关K61和K7与电池Cell6并联。
所述控制器包括电池状态采集功能单元、均衡规则运算功能单元和控制信号输出功能单元。所述控制信号输出功能单元包括开关控制信号输出单元和恒流源控制信号输出单元。
本发明应用于电池组串联补偿式均衡方法，采用单节电池当前的电压值或单节电池当前的容量值作为电池状态信息，以电池组各单节电池当前电压的平均值为电压标准值，电池组各单节电池当前容量的平均值为容量标准值。当采取容量值均衡时，阈值为10％；当采取电压值均衡时，平均电压值在[0V，3V)范围内的阈值为0.2V，平均电压值在[3.0V，3.2V)范围内的阈值为0.05V，平均电压值在[3.2V，3.3V)范围内的阈值为0.01V，平均电压值在[3.3V，3.7V]范围内的阈值为0.03V。当电池当前电压小于各自标准值且差值大于阈值时，同时从其中查找最小电压电池或最小电压电池和与之相连的若干个电池作为需要进行均衡的电池，此时判断为需要均衡，反之不需要均衡。
本实施例以单节电池当前的电压值作为电池信息，以电池组的平均电压值作为标准值，以电池组充电过程中的某一时刻为基准，该均衡方法包括电池组信息的采集、采集信息的处理、电池组均衡实现三个步骤，具体如下：
电池组信息的采集是通过采集装置以一定的频率实时采集串联电池组中单节电池电压值，各电压值见表1，并将该数据反馈给信息处理装置。
  电池号   电压值(V)   电池号   电压值(V)   电池号   电压值(V)
  1   3.235   2   3.241   3   3.228
  4   3.210   5   3.213   6   3.237
表1
采集信息的处理是将上述数据进行均衡规则运算，本实施例采用的均衡规则为：电压标准值取电池组的平均电压，即平均电压值为3.227V，在[3.2V，3.3V)范围内的阈值为0.01V，即单体电池电压值小于3.217V需要进行均衡，从而得到第4节电池与第5节电池需要进行均衡，并且第4节电池为最小电压电池，第5节电池与第4节电池顺序相连，因此判断为对第4节电池与第5节电池同时均衡。
控制器获取均衡运算输出结果后，输出相应的开关控制信号控制干路开关和支路开关的通断，使得需要均衡的电池与恒流源形成串联回路，由控制器控制恒流源对电池进行补偿均衡。由上述数据可知第4，5节单体电池需要进行均衡，此时控制器控制恒流源关闭，控制器输出各开关的通断控制信号，如表2所示，各开关根据控制器发出的控制信号执行相应动作，开关动作执行完毕后，控制器控制恒流源开启，进行充电均衡。另外当前均衡运算输出结果与前次一致时，控制器将不做任何处理；当均衡运算输出结果与前次不一致且需要均衡的电池数不为零时，控制器先控制恒流源关闭，然关闭其它所有开关，再控制器输出各开关的通断控制信号，各开关根据控制器发出的控制信号执行相应动作，开关动作执行完毕后，控制器控制恒流源开启，再次进行充电均衡；当均衡运算输出结果为所有电池都不需要均衡时所有开关断开。
Figure BDA0000048905570000061
表2
综上所述，本发明采用了一种全新的均衡方式，通过控制执行器的通断实现电池组中任意一个或连续的多个电池单元同时进行均衡，快速而有效的改善电池组中各电池单元的一致性。

Claims (1)

1.一种电池组串联补偿均衡方法，所述均衡方法包括电池组信息的采集、采集信息的处理、电池组均衡实现，所述采集信息的处理为通过对电池组信息处理获得需要均衡的电池单元信息，其特征在于：所述电池组均衡实现为控制器控制相应执行器的通断，使需要均衡的一个或多个连续的电池单元与恒流源串联成回路，并由恒流源对需要均衡的电池单元进行能量补偿，所述电池单元由一个单体电池构成、或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致，所述电池单元属性包括电池基本属性和电池串并联结构；该需要均衡的电池单元通过以下方式判断，采用单节电池当前的电压值或单节电池当前的容量值作为电池状态信息，以电池组各单节电池当前电压的平均值为电压标准值，电池组各单节电池当前容量的平均值为容量标准值，当采取容量值均衡时，阈值为10％ ；当采取电压值均衡时，平均电压值在[0V，3V) 范围内的阈值为0.2V，平均电压值在[3.0V，3.2V) 范围内的阈值为0.05V，平均电压值在[3.2V，3.3V) 范围内的阈值为0.01V，平均电压值在[3.3V，3.7V] 范围内的阈值为0.03V，当电池当前电压小于各自标准值且差值大于阈值时，同时从其中查找最小电压电池或最小电压电池和与之相连的若干个电池作为需要进行均衡的电池，此时判断为需要均衡，反之不需要均衡；
用于上述均衡方法的均衡电路由控制器、恒流源、若干个执行器组成，恒流源、执行器分别与控制器相连，所述执行器由干路开关和支路开关组成，若干干路开关串联后与恒流源相连，每个干路开关两端分别通过支路开关与电池单元并联，所述干路开关和支路开关为电子开关或是继电器。
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