CN107623343A - 一种锂离子电池的主动均衡方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池的主动均衡方法及装置,涉及电池技术领域,所述方法包括:采集锂离子电池的各个单体电芯的电压;根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡;若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。本发明是通过有源均衡,避免复杂的软件算法和控制电路,能够提高均衡效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,特别涉及一种锂离子电池的主动均衡方法及装置。
背景技术
在目前的动力电池市场中,锂离子电池已渐渐占据主导地位。无论在混合动力车、插电式电动车还是纯电动车中,都得到了广泛的应用。
由于锂离子电池的特性,当电压超过或低于允许范围时都会导致电池单元以及整个电池组的损坏或失效。所以,对使用锂离子电池组作为能量来源的车辆,每个电池单元的电压检测至关重要。
即使能够准确测量每个电池单元的电压,但由于每节电池单元的参数在出厂时的细微差别,以及使用过程中不同内阻、不同环境温度等因素,都可能会导致电池单元充电与放电速率的不同。当它们串联在一起组成电池组时,就有可能出现“在充电时有部分电池单元提前充满电,而放电时部分电池单元提前放完电”的情况。如果不进行均衡,将使电池的实际容量与标定容量有差别。日积月累,可能会明显地减低整个电池组的表现。同时,车用环境的严酷,以及锂离子电池的自然老化,还会导致电池单元容量发生变化,在使用一段时间后,将会有一小部分电池单元的有效容量接近于零,导致失效。
因此,为了提高整个电池组的寿命,通常在电池管理***(Battery ManagementSystem,BMS)中加入均衡技术,使得电池在使用过程中能够自动的判断电池的状态,通过主动或者被动的方式,将电池的电压平衡到同一个平台上,减缓电池的损伤,提高使用寿命。
但是,被动均衡一般存在均衡效率较低的问题,使得均衡效果微乎其微,而主动均衡策略又需要较复杂的软件控制算法,提高了软件的复杂度以及控制***失效的可能性。
发明内容
根据本发明实施例提供的技术方案解决的技术问题是简单高效地实现锂离子电池的主动均衡。
根据本发明实施例提供的一种锂离子电池的主动均衡方法,包括:
采集锂离子电池的各个单体电芯的电压;
根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡;
若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
优选地,所述的根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡的步骤包括:
通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
优选地,所述若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电的步骤包括:
根据采集的各个单体电芯的电压,确定待均衡的单体电芯;
通过控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
优选地,将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯。
优选地,所述待均衡的单体电芯的均衡电路由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成。
根据本发明实施例提供的存储介质,其存储用于实现上述锂离子电池的主动均衡方法的程序。
根据本发明实施例提供的一种锂离子电池的主动均衡装置,包括:
信息采集模块,用于采集锂离子电池的各个单体电芯的电压;
均衡判断模块,用于根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡;
均衡处理模块,若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
优选地,所述均衡判断模块通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
优选地,所述均衡处理模块根据采集的各个单体电芯的电压,确定待均衡的单体电芯,通过控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
优选地,所述均衡处理模块将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯。
优选地,所述待均衡的单体电芯的均衡电路由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成。
本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果:
本发明是一种有源均衡的方案,可以避免复杂的软件算法和控制电路,提高均衡效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的锂离子电池的主动均衡方法框图;
图2是本发明实施例提供的锂离子电池的主动均衡装置框图;
图3是本发明实施例提供的锂离子电池的主动均衡的电路结构图;
图4是本发明实施例提供的锂离子电池的均衡电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明,应当理解,以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的锂离子电池的主动均衡方法框图,如图1所示,步骤包括:
步骤S101:采集锂离子电池的各个单体电芯的电压。
步骤S102:根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
作为一种实施方式,通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。具体地说,若任意两个单体电芯的电压的差值均小于预设阈值,则判断所述锂离子电池的各个电芯的电压均衡,否则判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡。
作为另一种实施方式,通过计算所采集的各个单体电芯的电压中的最大电压与最小电压之间的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。具体地说,通过对所采集的各个单体电芯的电压按照电压大小进行排序,确定最大电压和最小电压,若最大电压与最小电压的差值小于预设阈值,则判断所述锂离子电池的各个电芯的电压均衡,否则判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡。
步骤S103:若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
作为一种实施方式,从采集的各个单体电芯的电压中选取较小电压对应的单体电芯作为待均衡的单体电芯,例如,比最大电压小预设阈值的电压对应的单体电芯作为待均衡的单体电芯,逐次控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
作为另一种实施方式,将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯,控制相应的均衡控制开关组闭合,使由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成的待均衡的单体电芯的均衡电路导通,从而利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电。在所述最小电压对应的单体电芯完成电压均衡后,控制所述均衡电路断开。重复步骤S101和步骤S102,并在判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡仍然时,按照本实施方式选取最小电压对应的单体电芯进行电压均衡处理。
本实施例通过外加能量源(即外接均衡电源)的方式,在需要的时候控制相应的开关(即待均衡的单体电芯的均衡电路的均衡控制开关组)给单体电池(即待均衡的单体电芯)充电,实现串联电池组的均衡。
需要说明的是,本实施例的外加能量源(即外接均衡电源)不参与电池组对外供电,只作为均衡使用。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,包括步骤S101至步骤S103。其中,所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
本发明实施例还提供了一种锂离子电池的主动均衡装置,所述装置包括锂离子电池和用于均衡所述锂离子电池的外接均衡电源,所述装置还包括如图2所示的信息采集模块11、均衡判断模块12、均衡处理模块13。
信息采集模块11,用于采集锂离子电池的各个单体电芯的电压。
均衡判断模块12,用于根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。均衡判断模块12可以通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。进一步地,均衡判断模块12还可以通过计算所采集的各个单体电芯的电压中的最大电压与最小电压之间的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
均衡处理模块13,若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。具体地说,均衡处理模块13根据采集的各个单体电芯的电压,确定待均衡的单体电芯,通过控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。例如,均衡处理模块13将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯,导通由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成的待均衡的单体电芯的均衡电路,从而使外接均衡电源对待均衡的单体电芯进行充电,最终实现均衡。
图3是本发明实施例提供的锂离子电池的主动均衡的电路结构图,如图3所示,包括:
电池组21(相当于图2实施例所述的锂离子电池),其包括多个串联的单体电芯。
单体电压测量电路22(即电池电压测量电路,实现图2的信息采集模块11的功能),其采集电池组21的每个单体电芯的电压。
主控MCU23(实现图2实施例所述的均衡判断模块12的功能和均衡处理模块13的控制功能),其根据单体电压测量电路22采集的每个单体电芯的电压,确定当前是否满足均衡条件,若满足均衡条件,则控制均衡开关阵列25中的相应均衡控制开关组闭合,并在实现均衡后,控制均衡开关阵列25中的相应均衡控制开关组断开。
外接电池包24(相当于图2实施例所述的外接均衡电源),用于均衡使用。
均衡开关阵列25(相当于图2实施例的每个单体电芯的均衡控制开关组),其包括多个均衡控制开关组,对于任意一个均衡控制开关组,其至少包括两个均衡控制开关,其中一个均衡控制开关连接单体电芯的正极和外接均衡电源的正极,另一个均衡控制开关连接单体电芯的负极和外接均衡电源的负极。
本实施例是适用于新能源汽车或者储能设备中的电池管理***(BMS)的电池均衡技术,主控MCU23可以由BMS控制。
图4是本发明实施例提供的锂离子电池的均衡电路图,如图4所示,B1、B2、B3、B4是理论上电压一致的单体电芯,它们串连在一起组成目标电池组,P为均衡的时候采用的外接的电池,可采用多节与目标电芯相同的电池并联得到,Sxx是均衡时接通某一路电芯的开关阵列。
在BMS上电工作以后,BMS实时采集各节单体电芯的电压,将得到的数据传递给主控MCU23,MCU23判断是否存在电芯电压不均衡的情况,假设达到阈值设定的条件,则取出最低电压的电芯的位置,闭合该通道的对应开关组合Sxx,给最低电压的电芯进行充电,同时采集部分(即单体电压测量电路22)继续监控电芯的电压,当均衡操作达到设定的条件以后,断开开关,停止均衡。例如,假设B1电池电压较低达到均衡条件,闭合S11和S22(S11和S22即为B1的均衡控制开关组),同时其他通道的开关处于断开的状态,此时P给B1充电,当充电使得B1的电压提高到与其他电池的电压缩小到设定的阈值以后,断开S11和S22,均衡结束。
由于P可以采用大容量的电池,并且相对来说均衡操作不是一个常态的过程,所以P内的电量可以使用很长时间,状态可以由BMS的监控电路进行监控,当P的电量较小的时候,可以在电池组充电或者维护时对P进行充电,使P恢复到初始状态。
由于锂离子电池可以以很大的倍率放电,所以均衡时的电流理论上可以达到很大,可以以很快的速度将不均衡的电池恢复到与其他电池电压一致的状态。
本发明实施例结构简单,主动式能量利用率高,是电池主动均衡方案,可以解决飞度电容法均衡效率有限的问题,理论上均衡电流可以做到所连接部件的最大承受范围。
综上所述,本发明的实施例具有以下技术效果:
本发明实施例通过外加一个能量源(即外接均衡电源),实现对串联电池组(即锂离子电池组)中的相应的电池(即电芯)进行充电,从而达到主动均衡锂离子电池组的目的,均衡效率高于被动均衡技术,软件控制的复杂度以及电路实现相比于其他主动均衡技术更简单。
尽管上文对本发明进行了详细说明,但是本发明不限于此,本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此,凡按照本发明原理所作的修改,都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池的主动均衡方法,其特征在于,包括:
采集锂离子电池的各个单体电芯的电压;
根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡;
若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡的步骤包括:
通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电的步骤包括:
根据采集的各个单体电芯的电压,确定待均衡的单体电芯;
通过控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述待均衡的单体电芯的均衡电路由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成。
6.一种锂离子电池的主动均衡装置,其特征在于,包括:
锂离子电池和用于均衡所述锂离子电池的外接均衡电源;
信息采集模块,用于采集锂离子电池的各个单体电芯的电压;
均衡判断模块,用于根据采集的各个单体电芯的电压,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡;
均衡处理模块,若判断所述锂离子电池的各个电芯的电压不均衡,则利用外接均衡电源,对待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述均衡判断模块通过计算所采集的各个单体电芯的电压中任意两个单体电芯的电压的差值,判断所述锂离子电池的各个电芯的电压是否均衡。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述均衡处理模块根据采集的各个单体电芯的电压,确定待均衡的单体电芯,通过控制所述待均衡的单体电芯的均衡电路导通,使所述外接均衡电源对所述待均衡的单体电芯进行充电,直至电压均衡。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述均衡处理模块将所采集的各个单体电芯的电压中的最小电压对应的单体电芯确定为待均衡的单体电芯。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述待均衡的单体电芯的均衡电路由所述待均衡的单体电芯、均衡控制开关组和所述外接均衡电源串联形成。
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