WO2013127099A1

WO2013127099A1 - 一种并联电池组中荷电平衡及负载控制的方法

Info

Publication number: WO2013127099A1
Application number: PCT/CN2012/072205
Authority: WO
Inventors: 蔡英
Original assignee: 智晖有限公司
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-06
Also published as: CN104106175A

Abstract

一种并联电池组中荷电平衡负载控制的方法，包括：判断电池组之间的电压差是否大于电压设定值（S101）；当电压差大于设定值时，从最低电压开始分别对电池组进行充电，或者从最高电压开始分别对电池组进行放电（S102）；监测当前进行充放电的每个电池组的电压与电流，并根据当前电压值和电流值的极限值执行电池组的上下线切换（S103）。通过防止单个电池组在充满电或放空电时冲击***荷电状态的上下限，使得在受控和优化条件下充放电的电池组可以有效地改进电池***的有效容量。

Description

一种并联电池组中荷电平衡及负载控制的方法本申请要求于 2012 年 2 月 28 日提交中国专利局，申请号为 201210048368.6, 发明名称为 "一种并联电池组中荷电平衡及负载控制的方法" 的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种并联电池组中荷电平衡及负载控制的方法。背景技术

电池管理技术就是通过实时检测和估算电池状态、温度、电流、直流内阻、极化电压、荷电状态 soc、最大可用容量、老化程度以及一致性等，并据此提供电池（组）的优化使用方法，既能防止电池 (组）出现滥用和不合理使用，保障其使用的安全性和长寿命；又能最大限度的发挥其性能，实现电池容量和能量利用的高效性。

为了满足应用于电网服务的大型电池组在电压、容量和功率方面的要求，现有技术采用了将电芯个体进行并联、串联、并联的配置。先将多个电芯并联成一个电芯模块，再将这些模块串联成较高电压的电池组。这些电池组可以多个并联以便分担电池组之间的电流和增加整个电池储能***的可用容量，如图 1 所示。由于删除任何单个电池组不会改变整个***的电压，这一设计理念可使得能量存储***在某一电池组发生局部故障时有冗余。同时该设计还为不同的用户提供了选择不同负载容量的灵活性。

由于电芯制造偏差、电芯和模块以及监测电路之间的温度差，电池组内各个模块间的失衡可以表现在多种方面，包括：实际 SOC

(荷电状态），漏电（自放电电流)，内阻和容量。

现有电池组的普通并联结构，往往会使各个电池組之间自动相互平衡。因为这些并联的电池组具有相同电压，因此使得电池组之间在无外部电压影响的情况下仍可相互充放电。另外这还使得发生在*** 中任何一个电池组内的电气短路都可能变成灾难性的，因为一个故障的电池组在与其它电池组并联的情况下会消耗其它电池组中的能量。这可以使整个***的能量在短短的时间内自行耗光。在故障和良好的电池组之间的高电流回路也可能导致整个***的安全问题。由于电网应用时所需电芯数量较大，它们的故障率要比少量电芯***的故障率高得多。电芯越多，故障的机会就越多， ***可靠性就越低。密切实时监控每个电池组的各项参数是至关重要的。发明内容

本发明实施例提供了一种并联电池组中荷电平衡负载控制的方法，防止单个电池组在充满电或放空电时冲击***荷电状态的上下限，使得在受控和优化条件下充放电的电池组可以有效地改进电池系统的有效容量。

为达到上述目的 ,本发明实施例一方面提供了一种并联电池组中荷电平衡负载控制的方法，包括：

判断电池组之间的电压差是否大于电压设定值；

当所述电池组之间的电压差大于电压设定值时，从最低电压开始分别对所述电池组进行充电 ,或从最高电压开始分别对所述电池组进行放电；

监测当前进行充放电的每个电池组的电压与电流，并根据当前电压值与电流值的极限值执行电池组的下线切换。

本发明提供的并联电池组荷电平衡负载控制的方法，提高了充电效率，在电池组平衡良好的前提下根据用电需求及***容量来优化放电速度；可以防止单个电池组在充满或放空时冲击***荷电状态的上 ***的有效容量。另外，尽量长时间地将电池组荷电状态维持在充满和放空区间的最优位置还可以有效地延长电池的储电寿命。附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为现有技术中并联电池组结构示意图；

图 2 为本发明实施例一并联电池组荷电平衡负载控制方法流程图；

图 3 为本发明实施例二中并联电池组充电过程中荷电平衡负载控制方法实现流程图；控制方法实现流程图。具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一方面提供了一种并联电池组中荷电平衡负载控制的方法，具体实现过程如图 2所示，包括：

步骤 S101: 判断电池组之间的电压差是否大于设定值。

步骤 S102: 当所述电池组之间的电压差大于设定值时，从最低电压开始分别对所述电池组进行充电，或从最高电压开始分别对所述电池组进行放电。

步骤 S103: 监测当前进行充放电的每个电池組的电压与电流，并根据当前电压值与电流值的极限值执行电池組的上下线切换。本发明实施例提供的并联电池组荷电平衡负载控制的方法，提高了充电效率，在电池组平衡良好的前提下根据用电需求及***容量来优化放电速度；可以防止单个电池组在充满或放空时冲击***荷电状态的上下限，使得在受控和优化条件下充放电的电池组可以有效地改进电池***的有效容量。另外，尽量长时间地将电池组荷电状态维持在充满和放空区间的最优位置还可以有效地延长电池的储电寿命。

本发明实施例二以电池组在充电期间荷电平衡负载控制的实现方法为例对实施例一所述的并联电池组荷电平衡负载控制的方法#支进一步详细的说明，本发明实施例中对并联的电池组之间的荷电平衡和动态负载配置是由每个电池组上的两个高压断路器（正极和负极）以及控制这些断路器的控制算法来实现的，具体实现过程如图 3 所示。

步骤 S201 : 判断任何两个待充的电池组的电压差 A V是否大于电压设定值。

具体的，该电压设定值是由用户设定的，保证电池组之间有足够的电压差即可，当 Δ ν大于所述电压设定值时转步骤 S2021 , 当 A V 不大于该电压设定值时转步骤 S2022在充电总功率许可的前提下，通过开通多个电池组来优化充电速度。

步骤 S2021 : 开通低电压的电池组，从最低电压的电池组开始，一组一组的充电。

步骤 S2023：监测当前充电电池组的电压是否接近任何待充电池组的电压，当接近所述待充电池组的电压时，则转步骤 S201 , 重新判断任意两个待充电池组的电压差是否大于电压设定值；当不接近时，则转步骤 S203。

步骤 S203: 判断任意两个充电电池組的电流差是否大于电流设定值，当所述电流差大于电流设定值时，转步骤 S204; 当所述电流差不大于电流设定值时则转步骤 S205。

步骤 S204: 判断步骤 S203中电流差大于电流设定值的两个充电电池组的电压值与电流值，完成电池组的下线切换。具体的，设 VI , II , V2和 12分别为第一电池组和第二电池组测出的电压和电流，则

如果 V1=V2, 且 11<12, 则，切换第一电池组下线；

如果 V1<V2, 且 11>12, 则，切换第一电池组下线；

如果 V1<V2, 且 11<12, 则，切换第二电池组下线；

优选的，在步骤 S204判断充电电池组的电压值与电流值完成电池组的下线切换后需要用容量算法检查电池组容量，当所述电池组容量比原始电池组容量减少了 x%时（ X为容量衰减百分比），标识当前电池组为疲弱电池组，采取维修补救操作。

步骤 S205: 重复执行步骤 S201与步骤 S2022, 直到所有待充电池组全部上线充电，并当任何一个电池组达到电压上限时，切换其下线，完成电池组的充电过程。

优选的，本发明实施例中如果电池组之间有足够的电压差，则从最低电压的电池组开始，一组一组地充电。当第一个组的电压越来越接近其余的电池组中的任何一个时，将那个电池组也切换上。由于并行电池组之间具有的自动平衡特性，组与组之间的 d、压差不会造成问题，而经过优化的充电速度则能延长电池组的寿命。密切监测每个电池组的电流和电压、并通过控制电池组上的断路器将其切换上下线，能够减少并联的各电池组间由于电压差引起的内部电流回流。限制内部的电流回路也可尽量减少电传导路径造成的功耗。一旦某个电池组到达最大电压上限，该电池组即可以切换下线。

本发明实施例提供的并联电池组荷电平衡负载控制的方法不但提高了充电过程中***的效率，还可以标识疲弱电池组，以便日后采耳又补 it行动。

本发明实施例三中以电池组在放电期间荷电平衡负载控制的实现方法为例进行说明，实现过程如图 4所示。

步骤 S301 : 判断单个电池组所需放电速度是否小于预先设定的允许放电速度 nC，其中， n为放电速度的倍数， C为电池放电速度单位。 1C表示电池用一'■!、时从满放空， 2C表示电池用半小时从满放空， 1/3C表示电池用三小时从满放空。

具体的，当所述单个电池组所需放电速度大于预先设定的允许放电速度 (nC)时则转步骤 S302, 否则转步骤 S303。

步骤 S302: 在电压相似的前提下通过一起开通多个电池组来优化放电速度，并监测在线电池组的电压是否跌近任何待充电电池组的电压。

步骤 S303: 判断任何两个待用的电池组的电压差是否大于设定值。

具体的，若是，则开通具有最高电压的电池组，并转步骤 S304 监测在线电池组的电压；若否，则开通多个电池組优化放电速度，并转步骤 S304监测在线电池组的电压。

步骤 S304: 监测在线电池组的电压，判断在线电池组电压是否跌近任何离线待充电电池组的电压，若是，则转步骤 S305; 若否，则表明这两个电池组存电量相同，可同时开通来优化放电速度，此时仍需监测在线电池组的电压是否跌近任何待充电电池组的电压，返回步骤 S303。

步骤 S305：判断步骤 S304中所述电压跌到待充电池组电压的在线电池组与其他任意一个在线电池组的电流差是否大于电流设定值，当大于电流设定值时转步骤 S306判断并执行有关电池组的切换；当不大于电流设定值时，判断是否有任何一个电池组达到电压下限，当达到电压下限时，切换该电池组下线，等待充电。

步骤 S306: 判断步骤 S305中大于电流设定值的两个在线电池组的电压值与电流值完成电池组的上下线切换。

具体的，设 VI， II， V2和 12分别为第一电池組和第二电池组测出的电压和电流，则

如果 V1=V2，且 11<12，则，切换第二电池组下线；

如果 V1<V2，且 11>12，则，切换第二电池组下线；

如果 V1<V2，且 11<12，则，切换第一电池组下线；

优选的，在步驟 S306判断判断在线电池组的电压值与电流值完成电池组的上下线切换后需要用容量算法检查电池组容量，当所述电池组容量比原始电池组容量减少了 X%时（ X为容量衰减百分比 ) , 标识当前电池组为疲弱电池组，采取维修补救操作。

本发明实施例中将并联电池组荷电平衡及负载控制的方法应用于电池组在放电期间的荷电平衡，如果充电后在各电池组间存在显著的电压差，便可在放电时首先从最高电压的电池组开始，一个接一个的放电。当任何一个电池組达到电压下限时，即可将该电池组切换离线。对锂电池来说，若充放电速度太快，电池的有效容量将会减少。在电池组平衡良好的前提下根据用电需求及***容量来优化放电速度，即可以提高整个储能***的有效容量。

优选的，本发明中对电池组充电和放电率的控制也可以用于以电压为基础的容量监测，并且对电池容量进行实时监控是计算电池荷电状态和功率估算的关键。

本发明提供的并联电池组荷电平衡负载控制的方法，提高了充电效率，在电池组平衡良好的前提下根据用电需求及***容量来优化放电速度；可以防止单个电池组在充满或放空时冲击***荷电状态的上 ***的有效容量。另外，尽量长时间地将电池组荷电状态维持在充满和放空区间的最优位置还可以有效地延长电池的储电寿命。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

权利要求

1、一种并联电池组中荷电平衡及负载控制的方法，其特征在于，该方法包括：

判断电池组之间的电压差是否大于电压设定值；

当所述电池组之间的电压差大于设定值时，从最低电压开始分别对所述电池組进行充电，或从最高电压开始分别对所述电池组进行放电；

监测当前进行充放电的每个电池組的电压与电流，并根据当前电压值与电流值的极限值执行电池组的上下线切换。

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，在所述判断电池组之间的电压差是否大于电压设定值之前包括：

每个电池组上设置两个高压断路器。

3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述根据当前电压值与电流值的极限值执行电池组的上下线切换具体为：

通过比较任意两个充放电的电池组的电压值与电流值确定当前需要切换的电池组，并通过所述高压断路器切换所述当前需要切换的电池组上下线。

4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述荷电平衡为充电过程的荷电平衡时，所述荷电平衡负载控制的方法具体包括：

判断任意两个待充电池组的电压差是否大于电压设定值；若是，则开通具有最低电压的电池组，并监测当前充电电池组的电压是否接近任何待充电池组的电压；具体的，当接近所述待充电池组的电压时，则重新判断任意两个待充电池组的电压差是否大于电压设定值；当不接近时，判断任意两个充电电池组的电流差是否大于电流设定值；

若否，则开通多个电池组优化充电速度并判断任意两个充电电池组的电流差是否大于电流设定值；

当所述电流差小于所述电流设定值时，重复执行荷电平衡负载控制的过程至全部待充电池组上线，并完成电池组上下线的切换；当所述电流差大于所述电流设定值时，通过判断充电电池组的电压值与电流值完成电池组的上下线切换。

5、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述通过判断充电电池组的电压值与电流值完成电池组的上下线切换具体包括：

当第一电池组的电压值与第二电池组的电压值相等并且第一电池组的电流值小于第二电池组的电流值时，切换第一电池组下线；当第一电池组的电压值 d、于第二电池组的电压值，并且第一电池组的电流值大于第二电池组的电流值时，切换第一电池组下线；当第一电池组的电压值 d、于第二电池组的电压值，并且第一电池组的电流值小于第二电池组的电流值时，切换第二电池组下线。

6、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述通过判断充电电池组的电压值与电流值完成电池组的下线切换后还包括：

用容量算法检查电池组容量，当所述电池组容量比原始电池组容量减少了固定的容量衰减百分比时，标识当前电池组为疲弱电池组。

7、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述荷电平衡为放电过程的荷电平衡时，所述荷电平衡负载控制的方法具体包括：判断单个电池组所需放电速度是否小于预先设定的允许放电速度，当所述单个电池组所需放电速度大于所述预先设定的允许放电速度时，开通多个并联的电池组来减少单个电池组所需的放电速度，并当所述单个电池组所需放电速度小于所述预先设定的允许放电速度时，判断任何两个待用的电池组的电压差是否大于电压设定值；若是，则开通具有最高电压的电池组，并监测在线电池组的电压是否跌近任何待充电电池组的电压；若否，则开通多个并联的电池组来减少单个电池组所需的放电速度，并监测在线电池組的电压是否跌近任何待充电电池组的电压；

当未跌到待充电电池组的电压时，则重新判断任意两个待用电池组的电压差是否大于电压设定值；当所述在线电池组的电压跌到待充电电池组的电压时，判断所述在线电池组与除其本身以外的任意一个在线电池组的电流差是否大于电流设定值；若所述电流差大于所述电流设定值，则通过判断在线电池组的电压值与电流值完成电池组的下线切换；若所述电流差不大于所述电流设定值，则将达到电压下限的电池组切换下线。

8、如权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述通过判断在线电池组的电压值与电流值完成电池组的下线切换具体包括：

当第一电池组的电压值与第二电池组的电压值相等并且第一电池组的电流值小于第二电池组的电流值时，切换第二电池组下线；当第一电池组的电压值 d、于第二电池组的电压值，并且第一电池组的电流值大于第二电池组的电流值时，切换第二电池组下线；当第一电池组的电压值小于第二电池组的电压值，并且第一电池组的电流值小于第二电池组的电流值时，切换第一电池组下线。

9、如权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述通过判断充电电池组的电压值与电流值完成电池组的下线切换后还包括：

用容量算法检查被切换下线的电池组容量，当所述电池组容量比原始电池组容量减少了固定的容量衰减百分比时，标识该电池组为疲弱电池组。