CN109061479A - 一种电池组失衡度分析方法及充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池组失衡度分析方法及充电装置，属于电池组充电领域。本申请电池组失衡度分析方法包括：构建直角坐标系下所述单体电池在恒流充电期间的电压‑时间曲线模型；所述电池组恒流充电时，在第一采样时刻和第二采样时刻分别对应获取各个所述单体电池的第一采样电压和第二采样电压；将第一采样电压和第二采样电压配置到电压‑时间曲线模型上获取曲线下面积；在电压‑时间曲线模型上配置预设基准起点，通过曲线下面积获得各个所述单体电池的基准终点，将基准时间差作为失衡度数据。本申请可在电池组充电前期提供失衡度数据，为在电池组充电前期失衡恢复控制提供依据，以有效缩短电池组的总充电时间。

Description

一种电池组失衡度分析方法及充电装置

技术领域

本申请属于电池组充电领域，具体涉及一种电池组失衡度分析方法及充电装置。

背景技术

电池组由若干个单体电池组成，一方面每个单体电池自身参数存在差异，另一方面电池组在使用过程中由于环境温度的影响也会导致单体电池参数发生差异，导致单体电池间电压不同，也即电池组的失衡。电池组在每次充电过程中都需要进行失衡恢复。

以锂电池组为例，目前锂电池组充电过程的失衡恢复是在充电末端进行均衡控制，也就是在充电过程快完成阶段对各个单体电池进行均衡控制。但是在充电末端容量高的单体电池电压很容易达到充满电压状态，致使充电器会被迫停止充电，否则会发生危险。等待电压高的单体电池电压下降后，如采取放电控制，才能继续对锂电池组进行充电，这个过程反反复复会持续时间较长，极大地增长了总充电时间。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种电池组失衡度分析方法及充电装置。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

一种电池组失衡度分析方法，所述电池组包括多个单体电池，包括：

构建直角坐标系下所述单体电池在恒流充电期间的电压-时间曲线模型；

所述电池组恒流充电时，

在第一采样时刻获取各个所述单体电池的第一采样电压，以及在第二采样时刻获取各个所述单体电池的第二采样电压；

将第i个所述单体电池的所述第一采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第一采样点；以及将第i个所述单体电池的所述第二采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第二采样点；获取第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i；其中，i为正整数；

在所述电压-时间曲线模型上配置一预设基准起点，并获取所述预设基准起点对应的基准起点时间；

在所述电压-时间曲线模型上配置第i个所述单体电池的基准终点，以使得第i个所述单体电池的所述预设基准起点与所述基准终点之间曲线的曲线下面积等于S_i；

获取各个所述单体电池的所述基准终点对应的基准终点时间；

获取各个所述单体电池的基准时间差，以作为失衡度数据，所述基准时间差通过所述基准终点时间减去所述基准起点时间获得。

进一步地，所述第一采样时刻为所述电池组初始恒流充电时刻。

进一步地，所述电池组初始恒流充电时刻作为所述第一采样时刻时，获取的各个所述单体电池的所述第一采样电压中，以电压值最小的所述第一采样电压作为预设基准起点电压，将所述预设基准起点电压配置到所述电压-时间曲线模型上，获得所述预设基准起点。

进一步地，所述电池组为锂电池组。

进一步地，所述电压-时间曲线模型通过以下公式获得：

U＝3.38–0.66×T+(1.04×T–1.08)/Lg(T)

其中，T为时间标幺值，U为所述单体电池电压。

进一步地，第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下公式获得：

S_i＝(U_i1+U_i2)*(T_i2-T_i1)/2

其中，U_i1为第i个所述单体电池的所述第一采样电压，U_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压，T_i1为第i个所述单体电池的所述第一采样电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间，T_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间。

进一步地，第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下方式获得：

对第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线积分。

一种充电装置，所述充电装置在充电时采用上述任一项所述的电池组失衡度分析方法。

进一步地，所述充电装置为电动汽车充电桩。

进一步地，所述充电装置为无人机充电器。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请通过建立电池组在恒流充电期间的电压-时间曲线模型，将在电池组恒流充电阶段采集各个单体电池电压配置到电压-时间曲线模型中，通过曲线下面积转换获得反映各个单体电池失衡程度的基准时间差，为电池组在充电前期进行失衡恢复提供时间方面的失衡度数据，本申请将基准时间差作为失衡度数据可为电池组充电前期进行失衡恢复控制提供时间方面依据，以有效缩短电池组的总充电时间。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为将第i个单体电池的第一采样电压和第二采样电压配置到电压-时间曲线模型上的分析图。

图2为电池组具有四个单体电池时，在电压-时间曲线模型上配置一预设基准起点Orign，通过各个单体电池对应的曲线下面积S_i获取各个单体电池在电压-时间曲线模型上对应的基准终点End_i。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

本申请实施例提供一种电池组失衡度分析方法及充电装置，以下结合附图对本申请进行详细说明。

在本申请的一个实施例中，本申请提供了一种电池组失衡度分析方法，所述电池组包括多个单体电池，包括：

构建直角坐标系下所述单体电池在恒流充电期间的电压-时间曲线模型；

所述电池组恒流充电时，

在第一采样时刻获取各个所述单体电池的第一采样电压，以及在第二采样时刻获取各个所述单体电池的第二采样电压；

将第i个所述单体电池的所述第一采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第一采样点；以及将第i个所述单体电池的所述第二采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第二采样点；获取第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i；其中，i为正整数；

在所述电压-时间曲线模型上配置一预设基准起点，并获取所述预设基准起点对应的基准起点时间；

在所述电压-时间曲线模型上配置第i个所述单体电池的基准终点，以使得第i个所述单体电池的所述预设基准起点与所述基准终点之间曲线的曲线下面积等于S_i；

获取各个所述单体电池的所述基准终点对应的基准终点时间；

获取各个所述单体电池的基准时间差，以作为失衡度数据，所述基准时间差通过所述基准终点时间减去所述基准起点时间获得。

下述结合电池组恒流恒压充电方式，对本申请上述方案进行进一步说明。

相关技术中，电池组恒流恒压充电初期为恒流充电方式，表现为充电电流一定，随着充电时间的进行，充电电压逐渐上升。电池组的各个单体电池虽然在电压方面存在差异，但各个单体电池在恒流充电期间具有相同的电压-时间变化曲线，见图1和图2展示的电压-时间变化曲线。电池组内各个单体电池的失衡表现在同一时刻，各个单体电池呈现出不同的电压。

本申请通过获取恒流充电过程中的第一采样时刻各个所述单体电池的第一采样电压，以及第二采样时刻各个所述单体电池的第二采样电压，如图1所示，图1展示的是将第i个单体电池的第一采样电压和第二采样电压配置到电压-时间曲线模型上，对应形成第一采样点和第二采样点，然后获取第一采样点和第二采样点之间曲线的曲线下面积，这样每个单体电池对应一个曲线下面积S_i。

如图2所示，图2中以电池组具有四个单体电池的实施例进行说明，图2中在所述电压-时间曲线模型上配置一预设基准起点Orign，通过各个单体电池对应的曲线下面积S_i获取各个单体电池在电压-时间曲线模型上对应的基准终点End_i，图中四个单体电池的基准终点分别依次对应为End₁、End₂、End₃、End₄。各个单体电池预设基准起点Orign对应的基准起点时间T_Orign相同，而各个单体电池基准终点对应的基准终点时间T_Endi不同，形成了各个单体电池的基准时间差(T_Endi-T_Orign)的不同，将各个单体电池的基准时间差作为失衡度数据，在时间上反应各个单体电池的失衡程度。

本申请通过建立电池组在恒流充电期间的电压-时间曲线模型，将在电池组恒流充电阶段采集各个单体电池电压配置到电压-时间曲线模型中，通过曲线下面积转换获得反映各个单体电池失衡程度的基准时间差，为电池组在充电前期进行失衡恢复提供时间方面的失衡度数据，本申请将基准时间差作为失衡度数据可为电池组充电前期进行失衡恢复控制提供依据，以有效缩短电池组的总充电时间。

通本申请可以避免相关技术中通过充电末端进行均衡控制时存在的以下不足：因在充电末端容量高的单体电池电压很容易达到充满电压状态，致使充电器会被迫停止充电，等待电压高的单体电池电压下降后，如采取放电控制，才能继续对锂电池组进行充电，这个过程反反复复会持续时间较长，极大地增长了总充电时间。

在本申请的一个实施例中，所述第一采样时刻为所述电池组初始恒流充电时刻。

该方案中，将电池组初始恒流充电时刻设定为第一采样时刻，在开始充电时刻就开始采样获取各个单体电池的电压差异，将电池组各个单体电池充电时的电压状态情况与本申请电池组失衡度分析方法进行结合，既能最快速地获得各个单体电池的第一采样电压，又可获得电池组各个单体电池在充电开始时刻的实际电压情况。

在本申请的一个实施例中，所述电池组初始恒流充电时刻作为所述第一采样时刻时，获取的各个所述单体电池的所述第一采样电压中，以电压值最小的所述第一采样电压作为预设基准起点电压，将所述预设基准起点电压配置到所述电压-时间曲线模型上，获得所述预设基准起点。

通过该方案，电池组初始恒流充电时刻采样获得各个单体电池的第一采样电压中，将电压值最小的所述第一采样电压作为预设基准起点电压，该方案下获得的作为失衡数据的基准时间差，以初始充电时电压值最小的单体电池作为失衡参考标准，能够更为直观反映各个单体电池的失衡情况。

对于所述电池组在恒流充电期间的电压-时间曲线模型的获得，电池组的各个单体电池虽然存在差异，但是在恒流充电期间具有相同的电压-时间变化曲线。基于此，在本申请的一个实施例中，以所述电池组采用锂电池组为例，本申请给出以下一种建模公式：

U＝3.38–0.66×T+(1.04×T–1.08)/Lg(T)

其中，T为时间标幺值，U为所述单体电池电压。

以上述建模公式形成的电压-时间曲线模型为例，当所述第一采样点与所述第二采样点之间的曲线较短时，曲线下图形可以看作为一个梯形形状，则

第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下公式获得：

S_i＝(U_i1+U_i2)*(T_i2-Y_i1)/2

其中，U_i1为第i个所述单体电池的所述第一采样电压，U_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压，T_i1为第i个所述单体电池的所述第一采样电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间(如图1所示)，T_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间(如图1所示)。

作为一种曲线下面积更为精确的获得方式，第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下方式获得：

对第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线积分。

通过对曲线的积分获得曲线下面积为相关技术中的应用，在本申请中应用时，可以使第二采样时间获得一个宽松的设定自由度，如第二采样时间与第一采样时间之间的间隔可以根据需要设定一个较长的采样间隔，这样可以克服上述曲线下面积方案——将曲线下图形可以看作为一个梯形形状，这样所述第二采样点的设定就会受到限制，要求所述第一采样点与所述第二采样点之间的曲线较短。在此种约束下，较小电流充电时，单体电池在第二采样时间与第一采样时间的电压变化可能较小，获得的各个单体电池的失衡度数据差异性不明显，而通过对曲线积分获得曲线下面积，获得的面积即为真实面积，这样第二采样点与第一采样点可以设置较长的时间间隔，以满足不同大小的充电电流的需求。

在本申请的一个实施例中，本申请中也提供了一种用以实现上述各方法实施例的充电装置。

一种充电装置，所述充电装置在充电时采用上述任一项所述的电池组失衡度分析方法。

上述方案充电装置的具体实施方法已经在本申请上述有关实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

在具体应用中，所述充电装置可以为电动汽车充电桩。

在具体应用中，所述充电装置也可以为无人机充电器。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池组失衡度分析方法，所述电池组包括多个单体电池，其特征在于，包括：

构建直角坐标系下所述单体电池在恒流充电期间的电压-时间曲线模型；

所述电池组恒流充电时，

在第一采样时刻获取各个所述单体电池的第一采样电压，以及在第二采样时刻获取各个所述单体电池的第二采样电压；

将第i个所述单体电池的所述第一采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第一采样点；以及将第i个所述单体电池的所述第二采样电压配置到所述电压-时间曲线模型上，以形成第二采样点；获取第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i；其中，i为正整数；

在所述电压-时间曲线模型上配置一预设基准起点，并获取所述预设基准起点对应的基准起点时间；

在所述电压-时间曲线模型上配置第i个所述单体电池的基准终点，以使得第i个所述单体电池的所述预设基准起点与所述基准终点之间曲线的曲线下面积等于S_i；

获取各个所述单体电池的所述基准终点对应的基准终点时间；

获取各个所述单体电池的基准时间差，以作为失衡度数据，所述基准时间差通过所述基准终点时间减去所述基准起点时间获得。

2.根据权利要求1所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，所述第一采样时刻为所述电池组初始恒流充电时刻。

3.根据权利要求2所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，所述电池组初始恒流充电时刻作为所述第一采样时刻时，获取的各个所述单体电池的所述第一采样电压中，以电压值最小的所述第一采样电压作为预设基准起点电压，将所述预设基准起点电压配置到所述电压-时间曲线模型上，获得所述预设基准起点。

4.根据权利要求1所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，所述电池组为锂电池组。

5.根据权利要求4所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，

所述电压-时间曲线模型通过以下公式获得：

U＝3.38–0.66×T+(1.04×T–1.08)/Lg(T)

其中，T为时间标幺值，U为所述单体电池电压。

6.根据权利要求1所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下公式获得：

S_i＝(U_i1+U_i2)*(T_i2-T_i1)/2

其中，U_i1为第i个所述单体电池的所述第一采样电压，U_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压，T_i1为第i个所述单体电池的所述第一采电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间，T_i2为第i个所述单体电池的所述第二采样电压在所述电压-时间曲线模型上对应的时间。

7.根据权利要求1所述的电池组失衡度分析方法，其特征在于，第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线的曲线下面积S_i通过以下方式获得：

对第i个所述单体电池的所述第一采样点与所述第二采样点之间曲线积分。

8.一种充电装置，其特征在于：所述充电装置在充电时采用如权利要求1至7任一项所述的电池组失衡度分析方法。

9.根据权利要求8所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置为电动汽车充电桩。

10.根据权利要求8所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置为无人机充电器。