CN104901376A - 一种用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法，步骤如下：将若干个单体锂离子电池并联作为一个单串锂离子电池，再将多个单串锂离子电池串联并分成若干个单元，计算单串锂离子电池的剩余电量差，并计算单元间的平均剩余电量的差值，采用非耗散型均衡方法对单元内单串锂离子电池实施全程电量均衡管理，采用耗散型均衡方法对单元间的电量进行均衡。本发明与传统锂离子电池组电量均衡方法相比，将锂离子电池组按串联分为若干个单元，在单元内对单串锂离子电池采用非耗散型电量均衡方法，单元间采用耗散型电量均衡方法，克服了传统非耗散型均衡方法应用于高压锂离子电池组需独立电源或元器件必须耐高压的缺点，且可靠易行。

Description

一种用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池组的电量均衡方法，尤其涉及一种用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法。

背景技术

电量均衡是锂离子电池组管理***（BMS）的主要功能，尤其对大容量、高电压的应用，如电动大巴、大容量储能***等，更是要求锂离子电池组管理***结构简单、性能可靠。但是大容量、高电压的锂离子电池组的单体电池数量较多，除单体电池本身性能的差异，由于在空间上存在较大的分布区域，容易造成单体锂离子电池环境温度分布的不均匀，特别是在低温情况下，温度的不均匀会进一步加剧单体电池性能的差异，极易产生电池剩余电量的不均衡，使电池组储电能力和寿命下降。因受元器件耐压限制，难以从电池组总电压输出端取电，对电池作电量均衡。目前一般采用效果不理想的直接对电池耗散型电量均衡，或从独立低压电源取电，对电池作电量均衡，降低了电量均衡效果和电池组管理***的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠易行的用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法。

本发明的用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法，包括如下步骤：

1）将若干个单体锂离子电池并联作为一个单串锂离子电池，再将多个单串锂离子电池串联并分成若干个单元，在充放电过程中，当单元内单串锂离子电池的端电压特征曲线出现离散时，求出该单元内各个单串锂离子电池的剩余电量Qi，i=1，2，3，∙∙∙∙∙∙，n，其中n为相应单元内单串锂离子电池数；

2) 计算出各个单串锂离子电池的剩余电量Qi与相应单元内单串锂离子电池剩余电量的最大值Qmax 之差ΔQi ，ΔQi＝Qmax-Qi ，设定单串的剩余电量容许差值Qr；

3）计算各个单元的平均剩余电量Qpk＝(Q1+Q2+…+Qn)/n ，k=1,2,3∙∙∙∙∙∙,m，m为电池组中的单元数，并计算各单元的平均剩余电量与所有单元中平均剩余电量最小值Qpmin之差ΔQpk，ΔQpk ＝Qpk-Qpmin，设定单元的平均剩余电量容许差值Qpr；

4） 利用非耗散型电量均衡方法中的DC/DC转换电路，从单元两端取电，对各单元内除剩余电量最大的单串锂离子电池外的其它单串锂离子电池进行充电，直到各个单串锂离子电池的剩余电量Qi 与步骤2）中相应单元内单串锂离子电池的剩余电量最大值Qmax 之间的差值不超过剩余电量容许差值Qr，即│ΔQi│≤Qr；

5）利用耗散型电量均衡方法对除平均剩余电量最小的单元外的其它单元进行放电，直到各单元的平均剩余电量Qpk 与步骤3）中的平均剩余电量最小值Qpmin 之间的差值不超过平均剩余电量容许差值Qpr，即│ΔQpk│≤Qpr。

本发明的有益效果在于：

本发明与传统锂离子电池组电量均衡方法相比，将锂离子电池组按串联形式分为若干个单元，在单元内采用非耗散型电量均衡方法，在单元间采用耗散型电量均衡方法，大幅提高了BMS的可靠性。本发明解决了传统非耗散型均衡方法应用于高压锂离子电池组需独立电源或元器件必须耐高压的缺点，可靠易行。

附图说明

图1是实施例中电量均衡管理的示意图；

图2是均衡处理前串联单元1的8节磷酸铁锂电池充电U-t曲线；

图3是均衡处理前串联单元1和串联单元2的充电U-t曲线；

图4是均衡处理后串联单元1的8节磷酸铁锂电池充电U-t曲线；

图5是均衡处理后串联单元1和串联单元2的充电U-t曲线。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明的电量均衡方法。

在本实施例中，以8节20Ah磷酸铁锂电池串联组成一个串联单元（即n=8，且每个单串锂离子电池中的并联数为1），电池组由这样的两个串联单元串联构成(即m=2)，电池管理***（BMS）控制DC/DC转换电路和耗散元件R1、R2对单元内的电池之间及串联单元1和串联单元2之间进行电量均衡管理，如图1所示，电池组电池电量均衡的具体步骤如下：

1）将电池组与电池管理***（BMS）连接后进行5A（0.25C）恒流充电至电池组总电压为16×3.55V转恒压充电，当充电电流≤0.1A时结束。电池组单元内各个单串（本实施例中单串电池的并联数=1）电池路端电压出现离散，以串联单元1的8节磷酸铁锂电池为例，如图2所示为串联单元1的8节单串电池的端电压与时间的关系曲线。由管理***计算出各个单串电池的剩余电量Qi(i=1,2,3 ，∙∙∙∙∙∙,8)，并计算出Qi与单元内单串电池最大剩余电量Qmax 之差ΔQi＝Qmax-Qi，如表1所示。

表1：均衡处理前串联单元1的8节磷酸铁锂电池的电量差

单串电池	1	2	3	4	5	6	7	8
									电量差（ΔQi/As）	0	450	1700	380	690	590	210	390
端电压（V)	3.645	3.622	3.486	3.622	3.551	3.606	3.634	3.628

注：端电压是指恒流充电转恒压充电时刻的单串电池端电压

2） 未均衡前两个串联单元总电压与时间关系曲线如图3所示，由管理***计算串联单元的平均剩余电量Qpk（k=1,2）和两个串联单元的平均剩余电量与两单元中平均剩余电量最小值Qpmin的差值ΔQpk ＝Qpk-Qpmin，结果如表2 所示；

表2：均衡处理前串联单元1和串联单元2的平均电量差

串联单元	1	2
			平均电量差（ΔQpk/As）	105	0
端电压（V)	28.794	28.006

3） 利用非耗散型电量均衡方法中的DC/DC转换电路，对除单元内最大剩余电量的单串电池（本实施例串联单元1中为1号电池，见表1）外的其它单串锂离子电池由整个单元锂离子电池对其充电，即从单元的两端取电，直到单元内各个单串电池的剩余电量Qi 与单元内最大剩余电量的单串电池的剩余电量Qmax 之间的差值不超过容许差值Qr，即│ΔQi│≤Qr（本实施例中取Qr=72As）；

4）利用耗散型电量均衡方法，对串联单元1释放电量，直到两个串联单元的平均剩余电量差满足│ΔQpk│≤Qpr（本实施例中取Qpr=72As）；

5）电量均衡结束后，将电池组以10A(0.5C)放电18Ah，再以5A（0.25C）恒流充电至电池组总电压为16×3.55V转恒压充电，当充电电流≤0.1A时结束。均衡处理后的串联单元1的8节单串电池的端电压与时间的关系曲线如图4所示，两个串联单元的总电压与时间关系曲线如图5所示，并计算出均衡处理后串联单元1的8个单串电池的剩余电量Qi(i=1,2,3 ，∙∙∙∙∙∙,8) 与单元内最大单串电池剩余电量Qmax 之间的差值ΔQi ＝Qmax-Qi ，如表3 所示。两个串联单元的平均剩余电量差值如表4 所示。从图4、图5及表3、表4中均可以看出，均衡处理后，整个电池组已达到电量均衡。

表3：均衡处理后串联单元1的8节磷酸铁锂电池的电量差

单串电池	1	2	3	4	5	6	7	8
									电量差（ΔQi/As）	25	15	50	35	45	55	0	35
端电压（V)	3.579	3.584	3.541	3.564	3.545	3.530	3.591	3.563

表4：均衡处理后串联单元1和串联单元2的平均电量差

串联单元	1	2
			平均电量差（ΔQpk/As）	0	15
端电压（V)	28.497	28.503

Claims (1)

1.一种用于高电压锂离子电池组的电量均衡方法，其特征是包括如下步骤：

1）将若干个单体锂离子电池并联作为一个单串锂离子电池，再将多个单串锂离子电池串联并分成若干个单元，在充放电过程中，当单元内单串锂离子电池的端电压特征曲线出现离散时，求出该单元内各个单串锂离子电池的剩余电量Qi，i=1，2，3，∙∙∙∙∙∙，n，其中n为相应单元内单串锂离子电池的串联数；

2) 计算出各个单串锂离子电池的剩余电量Qi与相应单元内单串锂离子电池剩余电量的最大值Qmax之差ΔQi，ΔQi＝Qmax-Qi，设定单串的剩余电量容许差值Qr；

3）计算各个单元的平均剩余电量Qpk，Qpk＝(Q1+Q2+…+Qn)/n，k=1，2，3，∙∙∙∙∙∙，m，m为电池组中的单元数，并计算各单元的平均剩余电量与所有单元中平均剩余电量最小值Qpmin之差ΔQpk，ΔQpk＝Qpk-Qpmin，设定单元的平均剩余电量容许差值Qpr；

4）利用非耗散型电量均衡方法中的DC/DC转换电路，从单元两端取电，对单元内除剩余电量最大的单串锂离子电池外的其它单串锂离子电池进行充电，直到单元内各个单串锂离子电池的剩余电量Qi 与步骤2）中相应单元内单串锂离子电池的剩余电量最大值Qmax 之间的差值不超过剩余电量容许差值Qr，即│ΔQi│≤Qr；

5）利用耗散型电量均衡方法对除平均剩余电量最小的单元外的其它单元进行放电，直到各单元的平均剩余电量Qpk 与步骤3）中的平均剩余电量最小值Qpmin 之间的差值不超过平均剩余电量容许差值Qpr，即│ΔQpk│≤Qpr。