CN106549454A - 一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***和管理方法 - Google Patents

一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***和管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***和管理方法，所述方法包括以下步骤：步骤1.实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；步骤2.主控模块根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令；步骤3.从控模块根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；步骤4.根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；步骤5.停止电压扫描采样，计算并记录电池组电量均衡位置；步骤6.根据记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡。本发明通过一个分时复用线束同时实现电压采样与电量均衡，保障了电压采样的精度同时简化了布线节省了成本。

Description

一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***和管理方法
技术领域
本发明涉及电池管理***，尤其涉及一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***及管理方法。
背景技术
单体电压采样是电池管理***最基本的功能，电池管理***通过采样电池电压，对数据进行分析处理，进而实现电池的保护功能。可以说，单体电压采样功能是管理***的基础，管理***的大部分功能都是建立在这个基础之上。当电池使用一段时间后，由于电池制造过程产生的不一致，导致电池产生剩余电量的不一致，需要通过充电/放电两种均衡方式，把电量多的电池放出一定的电量，把电量少的电池充进一定的电量，从而使整组电池保持一致性，提高电池的使用率。
现有技术中，对电池进行电量均衡需采用充/放电的均衡回路，均衡回路中存在均衡电流及回路内阻，若电压采样与电量均衡采用同一线束，则均衡电流及回路内阻将影响采样电压。
目前，市场现有产品对电压采样与电量均衡的处理有两种方式：1、电压采样与电量均衡共线，均衡电流设计较小，内阻引起的电压变化可忽略不计，导致采样电压精度达不到要求；2、均衡电流设计较大，采样电压精度达标，但需使用两套线束，分别用于电压采样和电量均衡，导致成本提高布线复杂。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***和管理方法。
本发明提供的电压采样与电量均衡共线的电池管理***包括：
采样模块，用于实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；
控制模块，用于根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令数据；
从控模块，用于根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
判断模块，用于根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；
记录模块，用于当电池组电量不均衡时，计算并记录电池组电量均衡位置；
均衡模块，用于根据记录模块记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡。
所述判断模块中预设一个电压差值常量，当单体电池电压与电池组平均电压的差值绝对值大于预设电压差值常量时，判断为电池组电量不均衡；所述记录模块将电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，将电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置。
所述均衡模块包括放电均衡和充电均衡，所述放电均衡和充电均衡分别设有第一、第二时间阈值，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
本发明提供的电压采样与电量均衡共线的电池管理方法，包括以下步骤：
步骤1.实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；
步骤2.主控模块根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令；
步骤3.从控模块根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
步骤4.根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；
步骤5.停止电压扫描采样，计算并记录电池组电量均衡位置；
步骤6.根据记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡；
步骤7.电量均衡完成后，返回步骤1继续循环扫描采样电池组各单体电池的电压。
所述步骤4中判断电池组的电量均衡状态包括：预设一个电压差值常量，当单体电池电压与电池组平均电压的差值绝对值大于预设电压差值常量时，判断为电池组电量不均衡。
所述步骤5中记录电池组电量不均衡的位置包括：将电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，将电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置。
所述步骤6中，所述电量均衡包括放电均衡和充电均衡，所述放电均衡和所述充电均衡分别设有第一、第二时间阈值，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：电压采样和电量均衡共用一套分时复用线束，用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，既能进行电量均衡又不影响单体电压采样的精度，同时简化了车辆的布线，降低了成本，节省了资源。
附图说明
图1是单体电池充电均衡原理图；
图2是单体电池放电均衡原理图；
图3是同时对单体电池进行充电和放电均衡原理图；
图4是充放电均衡相邻两节电池的原理图；
图5是本发明管理***的功能模块图；
图6是本发明管理方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
电池管理***中，当采样到电池组电量不均衡，即电池组中各单体电池剩余电量不一致，且达到一定的偏差值时，需要对电池组进行电量均衡。在电压采样与电量均衡共用同一组导线的方法中，对电池组进行电量均衡一般包括以下四种情况：
情况1：为单体电池进行充电均衡。
图1是单体电池充电均衡回路原理图。对于该单体电池，在进行充电均衡时，该电池的采样电压=该电池的实际电压+Ir+IR1+IR2，其中，I是均衡回路的均衡电流，r是该单体电池的内阻，R1和R2分别是与该单体电池连接的均衡回路的两根导线的内阻。
情况2：为单体电池进行放电均衡。
图2是单体电池放电均衡回路原理图。对于该单体电池，在进行放电均衡时，该电池的采样电压=该电池的实际电压-Ir-IR1-IR2，其中，I是均衡回路的均衡电流，r是该单体电池的内阻，R1和R2分别是与该单体电池连接的均衡回路的两根导线的内阻。
情况3：同时为单体电池进行充电和放电均衡。
图3是对单体电池同时充电和放电的均衡回路原理图。对于该单体电池，在同时进行充电和放电均衡时，该电池的采样电压=该电池的实际电压-Ir-IR1-IR2，其中，I是放电均衡回路的均衡电流，r是该单体电池的内阻，R1和R2分别是与该单体电池连接的均衡回路的两根导线的内阻，充电均衡模块输出电流=I+I1,I1是被分流到充电均衡回路的电流。
情况4：为相邻的两节单体电池分别进行充电和放电均衡。
图4是充放电均衡相邻两节电池的原理图。其中，对电池BAT1进行充电均衡，对电池BAT2进行放电均衡。电池BAT1的采样电压=电池BAT1的实际电压+Ir+IR1+IR2+I1R2，电池BAT2的采样电压=电池BAT2的实际电压-I1r1-I1R2-I1R3-IR2，其中，I是BAT1充电均衡回路的均衡电流，I1是BAT2放电均衡回路的均衡电流，r是电池BAT1的内阻，r1是电池BAT2的内阻，R2是同时连接电池BAT1和BAT2的导线内阻，R1和R3分别是连接电池BAT1和BAT2的另外两根导线的内阻。
根据以上几种电量均衡情况，可以看出，电压采样和电量均衡共用同一组导线时，在对电池进行电量均衡时，导线内的均衡电流及导线内阻等会影响采样电压大小，使其无法精确采样到电池的实际电压。
基于上述几种电压采样和电量均衡共线时对电池组进行电量均衡的情况，为了解决均衡回路影响电压采样精度的问题，本发明提出了一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***。
如图5所示，本发明提供的电压采样与电量均衡共线的电池管理***电压采样和电量均衡采样同一线束，分时控制不同信号的传输，具体包括：采样模块、主控模块、从控模块、判断模块、记录模块、均衡模块。
采样模块，用于实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压。
控制模块，用于根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令数据；
从控模块，用于根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
判断模块，根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态，其中，判断电池组的电量均衡状态具体为：预设一个电压差值常量，当采样到的单体电压与电池组平均电压的差值大于预设的电压差值常量时，则判断该电池组电压电量不均衡。
记录模块，用于计算并记录电池组电量均衡的位置。具体为：将各单体电池的电压与电池组平均电压差值进行比较，并对大于或小于预设电压差值常量的单体电池进行电量均衡位置记录，其中，电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置。
均衡模块，根据记录模块记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡。
采样模块接收主控模块的停止电压扫描采样的指令后立即停止循环扫描采样电池组电压。此后，主控模块向均衡模块发送电量均衡的指令，均衡模块根据记录模块记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡。具体为：对放电均衡和充电均衡分别设置第一、第二时间阈值，对记录模块记录的放电均衡位置进行放电均衡，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡；对记录模块记录的充电均衡位置进行充电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
当所有记录的电量均衡位置的电池完成了电量均衡后，主控模块向采样模块发送指令，重启电池组电压的循环扫描采样。
在一实施例中，第一时间阈值为200ms，即均衡200ms后停止电量均衡，均衡完成后，等待20ms使线损回复稳定后重启电池组电压的循环扫描采样。
如图6所示，本发明提出的电压采样与电量均衡共线的电池管理***工作时包括以下步骤：
步骤1.实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；
步骤2.主控模块根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令；
步骤3.从控模块根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
步骤4.根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；
步骤5.停止电压扫描采样，计算并记录电池组电量均衡位置；
步骤6.根据记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡；
步骤7.电量均衡完成后，返回步骤1继续循环扫描采样电池组各单体电池的电压。
其中，所述步骤4中判断电池组的电量均衡状态包括：预设一个电压差值常量，当单体电池电压与电池组平均电压的差值绝对值大于预设电压差值常量时，判断为电池组电量不均衡；所述步骤5中计算并记录电池组电量均衡的位置包括：将电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，将电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置；所述步骤6中，所述电量均衡包括放电均衡和充电均衡，所述放电均衡和所述充电均衡分别设有第一、第二时间阈值，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
在一实施例中，第一时间阈值为200ms，即均衡200ms后停止电量均衡，步骤7中，均衡完成后，等待20ms使线损回复稳定后，返回步骤1继续循环扫描采样电池组各单体电池的电压。
本发明电压采样与电量均衡采用分时复用线束，用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，达到多路传输的目的，保障单体电压采样高精度的同时降低了布线成本，简化了车辆的布线，节省了资源。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电压采样与电量均衡共线的电池管理***，其特征在于，包括：
采样模块，用于实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；
主控模块，用于根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令数据；
从控模块，用于根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
判断模块，用于根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；
记录模块，用于当电池组电量不均衡时，计算并记录电池组电量均衡位置；
均衡模块，用于根据记录模块记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述判断模块中预设一个电压差值常量，当单体电池电压与电池组平均电压的差值绝对值大于预设电压差值常量时，判断为电池组电量不均衡；所述记录模块将电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，将电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述均衡模块包括放电均衡和充电均衡，所述放电均衡和充电均衡分别设有第一、第二时间阈值，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
4.一种电压采样与电量均衡共线的电池管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.实时循环扫描采样电池组各单体电池的电压；
步骤2.主控模块根据电池组的特定工况发起数据同步并下发计算均衡指令；
步骤3.从控模块根据所述主控模块下发的指令数据及实时采样到的电压进行均衡量的计算并记录；
步骤4.根据从控模块的计算结果判断电池组的电量均衡状态；
步骤5.停止电压扫描采样，计算并记录电池组电量均衡位置；
步骤6.根据记录的电量均衡位置对电池组进行电量均衡；
步骤7.电量均衡完成后，返回步骤1继续循环扫描采样电池组各单体电池的电压。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中判断电池组的电量均衡状态包括：预设一个电压差值常量，当单体电池电压与电池组平均电压的差值绝对值大于预设电压差值常量时，判断为电池组电量不均衡。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5中计算并记录电池组电量均衡的位置包括：将电压大于电池组平均电压的单体电池记录为放电均衡位置，将电压小于电池组平均电压的单体电池记录为充电均衡位置。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，所述电量均衡包括放电均衡和充电均衡，所述放电均衡和所述充电均衡分别设有第一、第二时间阈值，当放电均衡时间达到第一时间阈值时，停止放电均衡，当充电均衡时间达到第二时间阈值时，停止充电均衡。
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