CN115360791A - 一种锂电池组均流控制*** - Google Patents

一种锂电池组均流控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂电池组均流控制***，包括BMS电池管理模块和MOS管阵列；其中MOS管阵列设置在各锂电池组并联支路中，用于对各并联支路进行均衡和限流；BMS电池管理模块与MOS管阵列连接，用于根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态。本发明提供的锂电池组均流控制***，采用通过各并联支路串入MOS管阵列的方法实现，在充放电过程中，通过控制MOS管阵列的开通状态，抑制充放电较快的支路，从而实现无损均流，对锂电池的使用寿命无任何影响，减少电量损耗，减少热聚集，提高并联锂电池之间的容量、内阻和温度的一致性，从而提升锂电池组的使用寿命、充电速度、安全性和充放电效率。

Description

一种锂电池组均流控制***
技术领域
本发明涉及电池控制技术领域，特别是一种锂电池组均流控制***。
背景技术
近年来，锂电池在交通、储能及3C等行业大规模的应用，在大功率或大能量存储要求的应用场景中，一般会采用锂电池并联的方式，来提高锂电池包的储能能力或功率输出能力。
由于单体锂电池的电压通常在5V以内，容量一般在2～200Ah范围内，无法满足新能源汽车或储能的大功率或大能量存储的需要，在实际应用时，需要将大量的单体锂电池进行串联以满足电压要求，将单体锂电池并联以满足容量要求。
当前技术条件下，由于锂电池的原材料和制造工艺等问题，组成锂电池包的单体锂电池存在初始的容量、内阻等的差异，在加上应用条件的变化，会导致锂电池的容量和内阻的差异变大，支路偏流，从而会进一步加剧锂电池的容量和内阻的不一致性，加剧并联支路之间的无功充放电循环，电量损耗和热聚集，从而造成锂电池包的使用寿命降低、充放电效率降低和安全性降低等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种锂电池组均流控制***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提出一种锂电池组均流控制***，包括BMS电池管理模块和MOS管阵列；
其中MOS管阵列设置在各锂电池组并联支路中，用于对各并联支路进行均衡和限流；
BMS电池管理模块与MOS管阵列连接，用于根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态。
一种实施方式中，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为充电状态时，计算各并联支路的电流，获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的电流和电压均衡。
一种实施方式中，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为放电状态时，计算各并联支路的电流，根据获取的电流判断各并联支路是否为小电流放电；
若当前为小电流放电，则进一步获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的放电电流均衡.
一种实施方式中，MOS管阵列包含一个或者多个MOS管并联。
一种实施方式中，MOS管阵列和BMS电池管理模块一体化组成。
本发明的有益效果为：本发明提供的锂电池组均流控制***，采用通过各并联支路串入MOS管阵列的方法实现，在充放电过程中，通过控制MOS管阵列的开通状态，抑制充放电较快的支路，从而实现无损均流，对锂电池的使用寿命无任何影响，减少电量损耗，减少热聚集，提高并联锂电池之间的容量、内阻和温度的一致性，从而提升锂电池组(包)的使用寿命、充电速度、安全性和充放电效率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的锂电池准确等效电路模型示意图；
图2为本发明锂电池简化等效电路示意图；
图3为本发明锂电池并联等效电路示意图；
图4为本发明并联锂电池偏流现象示意图；
图5为本发明并锂电池组均流控制***原理示意图；
图6为本发明并锂电池组均流控制***控制流程示意图。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
本发明的设计思路包括：
1、锂电池等效电路模型
综合锂电池的端电压、工作电流、SoC、温度、内阻、电动势及SoH等因素，可以建立锂电池准确的模型如图1所示，建立锂电池模型属于外特性模型，等效模型具有较强的实用性，通过所建立的模型可以对锂电池在工作过程中的各种状态进行估计，从而能对各种锂电池管理控制提供模型依据。
综合考虑电势特性和阻抗特性，在分析并联锂电池的偏流和环流时，采用由电压源和内阻串联的等效模型，如图2所示。
根据以上分析，锂电池的并联等效电路图如图3所示。
2、并联支路偏流分析
根据戴维宁定理(Thevenin's theorem)，对于单体锂电池而言，可以等效为作为电压源和其内阻串联。从电压角度分析，内阻可以理解成与负载串联的额外负载，它与负载有分压作用。这就意味着，内阻越大，负载上的电压就越小。内阻增大了整个电路中的电阻值，减小了电源输出的电流。对外部负载来讲，实际上降低了电源的输出功率，也就是降低了电源的负载能力。由于内阻相当于串联在电路中的电阻,电源输出的电流也全部流经内阻，在内阻上形成电压降，内阻上消耗的功率对电源来说是无效的，通常还是有害的，产生热量使得电源内部的温度升高甚至导致电源损坏。
对于多个并联锂电池而言，并联锂电池内阻在应用过程中出现不一致时，对于并联在一起的锂电池，会出现内阻小的锂电池将会流过更大的电流的现象，如图4所示，锂电池V1～V6表示内阻偏小的电池，将会有更多的电流流过。
基于上述构思，本发明的锂电池组均流控制设计原理如下：
为消除或减小并联锂电池间的偏流，本发明设计从均衡各并联支路之间的工作电流方面着手，如图5所示。各并联支路串联接入MOS(可根据电流需要多只并联)管，在小放电过程中可以根据各支路放电电流值调整MOS管的开通状态，在充电过程中，根据各支路的充电电流，调整MOS管的开通状态，从而达到各并联支路的电流和电压均衡，避免出现异常的情况。***控制流程图如图6所示。
基于上述设计原理，本发明实施例提出一种锂电池组均流控制***，包括BMS电池管理模块和MOS管阵列；
其中MOS管阵列设置在各锂电池组并联支路中，用于对各并联支路进行均衡和限流；
BMS电池管理模块与MOS管阵列连接，用于根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态。
通过载并联各支路串入MOS管阵列，起到均衡和限流作用，可有效保障并联模组之间电池单体电压、电流和总压的一致性。
一种实施方式中，MOS管阵列采用单个或多个MOS管并联，组成模组内并联采用MOS管阵列。
其中，MOS管阵列由BMS控制，工作在开通状态。
一种场景中，参见图5，MOS管采用NPN型MOS管，在单个电源串联支路中，电源正极与MOS管发射级连接，MOS管的集电极与正极的并联总线连接；电源负极与另一MOS管的集电极连接，另一MOS管的发射极与负极的并联总线连接。
一种实施方式中，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为充电状态时，计算各并联支路的电流，获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的电流和电压均衡。
一种场景中，其中开通间隔指单次开通的时间间隔；具体可以通过控制BMS的PWM输出的方式，来控制MOS管的开通状态。
一种场景中，各支路电流可以直接读取；均值可以采用加权平均方法取得；Imax为各支路电流减去均值(即差值)后得到的差值的最大值。
一种实施方式中，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为放电状态时，计算各并联支路的电流，根据获取的电流判断各并联支路是否为小电流放电；
若当前为小电流放电，则进一步获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的放电电流均衡。
上述实施方式中，MOS管控制阵列的控制方法是BMS控制各并联支路串联接入的MOS管阵列，在小放电过程中可以根据各支路放电电流值调整MOS管的开通状态，调整Imax支路的MOS管开通间隔，确保各支路的放电电流均衡；在充电过程中，根据各支路的充电电流，调整Imax支路的MOS管开通间隔，实现快充无损均衡，从而达到各并联支路的电流和电压均衡，避免出现异常的情况。
一种实施方式中，MOS管阵列在结构上可以和BMS电路一体化组成。
其中，MOS管阵列在结构上可以独立构成。
本发明具有以下有益效果和优点：
1)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，可以实现快充无损均流功能，要优于现有普通的均流控制技术。
2)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，可有效的降低并联支路之间的偏流，将偏流控制在对锂电池的使用寿命无影响的程度，在锂电池包的整体使用寿命方面，要优于现有普通的均流控制技术。
3)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，可有效的降低并联支路间的偏流，减少热聚集，提高并联锂电池之间的容量、内阻和温度的一致性，在锂电池包的安全性面，要优于现有普通的均流控制技术。
4)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，可有效的降低并联支路间的偏流，减少电量损耗，减少热损耗，提高并联锂电池之间的容量、内阻和温度的一致性，在锂电池包的充放电效率方面，要优于现有普通的均流控制技术。
5)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，有效的提高锂电池包的整体使用寿命，在综合使用成本方面和环境效益方面，要优于现有普通的均流控制技术。
6)本发明提出的用于锂电池包各并联支路均流控制***，在锂电池包(PACK)的制造和使用成本方面，有明显的经济效益；在提升锂电池应用安全方面和环境保护方面，有较大的社会效益。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种锂电池组均流控制***，其特征在于，包括BMS电池管理模块和MOS管阵列；
其中MOS管阵列设置在各锂电池组并联支路中，用于对各并联支路进行均衡和限流；
BMS电池管理模块与MOS管阵列连接，用于根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池组均流控制***，其特征在于，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为充电状态时，计算各并联支路的电流，获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的电流和电压均衡。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池组均流控制***，其特征在于，BMS电池管理模块根据在锂电池组充放电的过程中根据各并联支路的电流调整MOS管阵列的开通状态，包括：
当检测到当前锂电池组为放电状态时，计算各并联支路的电流，根据获取的电流判断各并联支路是否为小电流放电；
若当前为小电流放电，则进一步获取当前各并联支路的电流最大值Imax；
根据获取的最大电流值Imax判断是否超过设定的阈值；
当检测到最大电流值Imax超过设定的阈值时，则调整最大电流所在的并联支路对应的MOS管的开通间隔，以确保各并联支路的放电电流均衡。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池组均流控制***，其特征在于，MOS管阵列包含一个或者多个MOS管并联。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池组均流控制***，其特征在于，MOS管阵列和BMS电池管理模块一体化组成。
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