CN106671813A - 一种电池的均衡方法和电池管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池的均衡方法和电池管理力***。所述均衡方法包括:在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压;根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。本发明能够精准的计算出电池达到均衡需要迁移的电量,能够有效防止电池之间出现的阶梯效应,并且对电池是否需要均衡进行校验,避免误均衡,能够提高均衡的效率,进而提高电池组的整体性能,延长电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的电池管理技术,尤其涉及一种电池的均衡方法和电池管理***。
背景技术
近年来,越来越多的产品采用锂离子电池做为主要电源,主要是由于锂离子电池具有体积小,能量密度高,无记忆效应,循环寿命高,自放电率低等优点;但同时锂离子电池对充放电要求很高,当过充、过放、过电流及短路等情况发生时,锂离子电池压力与热量大量增加,容易产生火花、燃烧甚至***,因此,锂离子电池无一例外地都加有过充放电保护电路。以目前电池的制造水平和工艺,无法保证电池的一致性。如果将这些电池组装成一个模组,由于电池在使用过程中产生的容量个体差异及自放电率产生的电压差异,会导致模组中各电池的参数大相径庭。针对这一问题就必须要求电池管理***(BMS)配备均衡功能来保证安全性和稳定性。
电池均衡的意义就是利用电子技术,使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内,从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。目前使用较为广泛的均衡方案为非能耗型的主动均衡方式,该均衡方式通过把电压较高的电池的能量转移给较低的电池,减少电池电压的不一致性,从而提高整组电池的使用寿命。这种均衡方案的缺点在于:只能在相邻的两节电池单体之间进行主动均衡,只能相邻两个能量进行转换,整组电池使用时间久了以后,电池的电压会出现阶梯效应,从而影响主动均衡的最终效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电池的均衡方法和电池管理***,以使电池的均衡更准确、效率更高。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一方面,本发明提供一种电池的均衡方法,包括:
在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压;
根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;
如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
其中,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量,包括:
根据所述电压计算出N块电池的平均电压;
基于如下公式计算第n块电池的迁移电量,1≤n≤N;
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压。
进一步的,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量之后,还包括:
根据所述迁移电量判断均衡方式;
相应的,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:
根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡;
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;
所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电。
进一步的,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量之后,还包括:
根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间;
相应的,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:
根据所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
其中,根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,包括:
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。
另一方面,本发明提供一种电池管理***,包括:
电压采集模块,用于在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压;
处理模块,用于根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;
控制模块,用于若根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
其中,所述处理模块具体用于:
根据所述电压计算出N块电池的平均电压;
基于如下公式计算第n块电池的迁移电量,1≤n≤N;
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压。
进一步的,所述处理模块还用于:
根据所述迁移电量判断均衡方式;
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电;
相应的,所述控制模块具体用于:
根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡。
进一步的,所述处理模块还用于:
根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间;
相应的,所述控制模块具体用于:
根据和所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
其中,所述控制模块具体用于:
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。
本发明的有益效果为:
在电池充电或放电状态下,根据串联的各电池的电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。本发明能够精准的计算出电池达到均衡需要迁移的电量,并且对电池是否需要均衡进行校验,避免误均衡,能够提高均衡的效率,进而提高电池组的整体性能,延长电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的电池的均衡方法的流程图。
图2是本发明实施例二提供的电池的均衡方法的流程图。
图3是本发明实施例三提供的电池管理***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例一
本实施例提供一种电池的均衡方法,用于实现动力汽车的动力电池的主动均衡,一般由一种电池管理***执行,该电池管理***由软件和/或硬件实现。
所述均衡方法包括如下步骤:
S11,在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压。
在电池充电或放电状态下才需要进行电量均衡,通过电压采集芯片,采集串联的各电池的电压。
S12,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量。
根据所述电压计算出N块电池的平均电压,结合平均电压计算出电池达到均衡需要迁移的迁移电量,即,需要放电的电池总共需要输出的能量,或者需要充电的电池总共需要获得的能量。
迁移电量为正数的电池将相应的电量输出到相邻的电池中;迁移电量为负数的电池,从相邻的电池获取相应的电量。
进一步的,在其他实施例中,步骤S12之后,还包括:
S121,根据所述迁移电量判断均衡方式。
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电。
进一步的,在其他实施例中,步骤S12之后,还包括:
S122,根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间。
S13,如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。均衡开启阈值根据电池管理***的均衡要求来设置,需要综合考虑电池的具体参数和电池组的整体性能。
相应的,对于执行了步骤S121的实施例,步骤S13中,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡。
相应的,对于执行了步骤S122的实施例,步骤S13中,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:根据所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
在电池充电或放电状态下,根据串联的各电池的电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。本实施例能够精准的计算出电池达到均衡需要迁移的电量,并且对电池是否需要均衡进行校验,避免误均衡,能够提高均衡的效率,进而提高电池组的整体性能,延长电池的使用寿命。
实施例二
本实施例提供一种电池的均衡方法,在上述实施例的基础上,对迁移电量的计算方法进行举例说明。
下面,以8块电池组成一个电池组进行举例说明。所述均衡方法包括如下步骤:
S21,在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压。
假设通过采集芯片或者采集电路采集到8块电池的电压分别是:Vb1=3.07、Vb2=3.06、Vb3=3.09、Vb4=3.06、Vb5=3.05、Vb6=3.07、Vb7=3.09、Vb8=3.08(单位伏特)。
S22,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量。
根据所述电压计算出N块电池的平均电压,Vf=(Vb1+…+VbN)/N;如上8块电池的平均电压Vf=3.07125。
基于如下公式计算第n块电池的迁移电量:
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压,1≤n≤N。
公式的推导过程如下:
1、将8块电池的电压用矩阵表示为:
2、若均衡发生于第1、第2块电池之间,理想状态下迁移的结果是使得第1块电池电压减少v1,而第2块电池电量增加v1,也就是迁移后电压变为:
3、以此类推,在各电池间做了不同迁移电量的迁移后,各电池达到均衡,即:
对上式进行整理可得:
其中,v1为第1块电池向第2块电池迁移的迁移电量,v2为第2块电池向第3块电池迁移的迁移电量,以此类推,v7为第7块电池向第8块电池迁移的迁移电量。
4、对步骤3中8*8的矩阵进行求逆计算:
5、利用4中求得的逆矩阵,可计算得出:
因此,可得到公式:vn=vn-1+Vbn-Vf。
S23,根据所述迁移电量判断均衡方式。
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电。如上所示,v1=-0.00125,即第1块电池需要从第2块电池获取电量0.00125伏特;v3=0.00625,即第3块电池需要向第4块电池放电0.00625伏特。
S24,根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间。
BMS的单位时间迁移量是根据抵压供电母线的负载能力等各方面因素决定的,单位时间迁移量恒定的情况下,只要按所述迁移时间执行相应时长的电量均衡,即可完成所述迁移电量的转移。
S25,根据各电池的所述迁移电量判断所述电池是否需要均衡,是则执行步骤S26;否则执行步骤S27。
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。均衡开启阈值根据实际需要设定,充电过程和放电过程中的均衡开启阈值有可能会不相同,设置均衡开启阈值的目的是为了防止误均衡,在减少均衡次数和提高电池一致性上取得平衡。
S26,根据所述均衡方式和所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
对需要放电的电池,将相应的电量输出到相邻的下一块电池;对需要充电的电池,从相邻的下一块电池获取相应的电量。
S27,不开启电量均衡。
为防止误均衡和减少均衡次数,对于迁移电量未达到均衡开启阈值的电池,不开启电量均衡。
本实施例通过多维矩阵能够精准的计算出电池达到均衡需要迁移的电量,能够有效防止电池之间出现的阶梯效应,并且对电池是否需要均衡进行校验,避免误均衡,能够提高均衡的效率,进而提高电池组的整体性能,延长电池的使用寿命。
实施例三
本实施例提供一种电池管理***,用于执行上述实施例所述的均衡方法,解决相同的技术问题,达到相同的技术效果。
所述电池管理***包括:电压采集模块31,处理模块32和控制模块33。
电压采集模块31,用于在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压。
处理模块32,用于根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量。
控制模块33,用于若根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
其中,所述控制模块33具体用于:判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。
其中,所述处理模块32具体用于:
根据所述电压计算出N块电池的平均电压;基于如下公式计算第n块电池的迁移电量:
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压,1≤n≤N。
进一步的,在其他实施例中,所述处理模块32还用于:
根据所述迁移电量判断均衡方式;其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电。
相应的,所述控制模块33具体用于:
根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡。
进一步的,在其他实施例中,所述处理模块32还用于:
根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间。
相应的,所述控制模块33具体用于:
根据和所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
在电池充电或放电状态下,根据串联的各电池的电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。本实施例能够精准的计算出电池达到均衡需要迁移的电量,能够有效防止电池之间出现的阶梯效应,并且对电池是否需要均衡进行校验,避免误均衡,能够提高均衡的效率,进而提高电池组的整体性能,延长电池的使用寿命。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理,而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池的均衡方法,其特征在于,包括:
在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压;
根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;
如果根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
2.根据权利要求1所述的均衡方法,其特征在于,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量,包括:
根据所述电压计算出N块电池的平均电压;
基于如下公式计算第n块电池的迁移电量,1≤n≤N;
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压。
3.根据权利要求2所述的均衡方法,其特征在于,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量之后,还包括:
根据所述迁移电量判断均衡方式;
相应的,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:
根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡;
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;
所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电。
4.根据权利要求2所述的均衡方法,其特征在于,根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量之后,还包括:
根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间;
相应的,对需要均衡的电池开启电量均衡,包括:
根据所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
5.根据权利要求1所述的均衡方法,其特征在于,根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,包括:
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。
6.一种电池管理***,其特征在于,包括:
电压采集模块,用于在充电或放电状态下,采集串联的各电池的电压;
处理模块,用于根据所述电压计算各电池达到均衡需要迁移的迁移电量;
控制模块,用于若根据各电池的所述迁移电量判断所述电池需要均衡,则对需要均衡的电池开启电量均衡。
7.根据权利要求6所述的电池管理***,其特征在于,所述处理模块具体用于:
根据所述电压计算出N块电池的平均电压;
基于如下公式计算第n块电池的迁移电量,1≤n≤N;
第n块电池的迁移电量=第n-1块电池的迁移电量+第n块电池的电压-平均电压。
8.根据权利要求7所述的电池管理***,其特征在于,所述处理模块还用于:
根据所述迁移电量判断均衡方式;
其中,若所述迁移电量为正数,则所述均衡方式为放电;所述迁移电量为负数,则所述均衡方式为充电;
相应的,所述控制模块具体用于:
根据所述均衡方式,对需要均衡的电池开启电量均衡。
9.根据权利要求7所述的电池管理***,其特征在于,所述处理模块还用于:
根据所述迁移电量和单位时间迁移量,计算迁移时间;
相应的,所述控制模块具体用于:
根据和所述迁移时间,对需要均衡的电池开启电量均衡。
10.根据权利要求6所述的电池管理***,其特征在于,所述控制模块具体用于:
判断各电池的所述迁移电量的绝对值是否大于均衡开启阈值,若是,则所述电池需要均衡。
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