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CN102232261B - 一种锂电池均衡控制设备和方法 - Google Patents

一种锂电池均衡控制设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池均衡控制设备和方法，属于电能存储领域，为解决现有技术中，在锂电池组均衡的过程中，因分流单元过热而导致电子设备异常的问题而设计。一种锂电池均衡控制设备，包括电池组、调度单元、分流单元和电压采集单元，在电池组中的单体电池一侧设置有电压采集单元；所述单体电池和分流单元中的分流电路并联；该分流单元和所述电压采集单元分别与调度单元连接；在分流单元一侧设置有温度采集单元；该温度采集单元与调度单元连接。

Description

一种锂电池均衡控制设备和方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池充电设备和方法，尤其涉及一种锂电池均衡控制设备和方法。
背景技术
锂电池因其高能量，循环寿命长，能量密度高和工作电压稳定等优点，被广泛地应用于电子设备中。当多个锂电池串联组成电池组时，出于对锂电池安全和循环性能的考虑，需要防止单体电池的过放和过充。所以电池组的容量取决于每个单体电池容量，其中该锂电池容量与其电压值相关。在对电池组进行充电的过程中，为使电池组达到额定电压，则需要每个单体电池都到达额定电压。当出现一个单体电池因容量较低时，其电压也低于其他单体电池，此时，为达到电池组的额定电压，则可能出现其他单体电池过充的现象，易引发锂电池爆炸。
为避免上述情况发生，现有技术中，一种锂电池均衡控制设备，如图1所示，包括电池组、分流单元、电压检测单元和控制单元；电池组中每个单体电池与一分流电路并联，该分流电路中设置有耗能元件；该分流电路与控制单元连接；该控制单元与电压检测单元连接；该电压检测单元与电池组中的单体电池连接。
在对电子设备中的电池组进行充电时，通过电压采集单元对每一个单体电池的电压进行检测；当其中一个单体电池电压与其他单体电池电压的差值大于设定值时，接通分流电路。例如当单体电池1的电压和单体电池4电压相差20毫伏时，则控制单元接通单体电池4所对应的分流电路4，耗能元件对单体电池4的充电电流进行分流，该单体电池4的充电速度下降，而单体电池1保持原充电速度；当差值降到5毫伏时，分流电路4断开，单体电池4充电速度恢复，达到均衡的效果。
在上述过程中，在分流单元上消耗电能产生热量，当多个分流电路同时打开时，所产生的热量增多，不能及时散热，从而会导致电子设备功能异常。
发明内容
本发明的实施例提供了一种在锂电池均衡过程中防止电子设备过热的锂电池均衡控制设备和方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种锂电池均衡控制设备，包括电池组、调度单元、分流单元和电压采集单元，在电池组中的单体电池一侧设置有电压采集单元；所述单体电池和分流单元中的分流电路并联；该分流单元和所述电压采集单元分别与调度单元连接；在分流单元一侧设置有温度采集单元；该温度采集单元与调度单元连接；
所述电池组，由至少两个单体电池串联组成；
所述分流单元，用于对充电电流进行分流，降低单体电池的充电速度，该分流单元包括至少两个分流电路，该分流电路包括耗能元件；
所述电压采集单元，用于采集单体电池的电压值；
所述温度采集单元，用于采集分流单元的温度值；
所述调度单元，用于根据采集到的电压值和温度值对分流单元中分流电路的通断进行控制，以实现对于单体电池容量的均衡，并防止分流单元过热。
一种锂电池均衡控制方法，包括：
在调度单元中设置分流单元的过热温度值；
温度采集单元获取分流单元的当前温度值；
调度单元判断分流单元的当前温度值是否大于所设置的过热温度值；
如果调度单元判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度。
本发明实施例提供的一种锂电池均衡控制设备和方法，通过温度采集单元采集分流单元的温度，当温度超过预设的过热温度值时，断开单体电池对应的分流电路，减少分流单元所产生的热量，防止实现单体电池均衡时电子设备出现过热的现象，提高了电子设备的稳定性。
附图说明
图1为本发明背景技术中一种锂电池均衡控制设备的结构示意图；
图2为本发明实施例一种锂电池均衡控制设备的结构示意图；
图3为本发明实施例一种锂电池均衡控制方法的流程图；
图4为本发明实施例一种锂电池均衡控制方法控制分流电路的流程图；
图5为本发明实施例一种锂电池均衡控制方法温度过高时断开分流电路的流程图；
图6为本发明实施例一种锂电池均衡控制方法恢复分流的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种锂电池均衡控制设备和方法进行详细描述。
一种锂电池均衡控制设备，如图2所示，包括电池组、调度单元、分流单元和电压采集单元，在电池组中的单体电池一侧设置有电压采集单元；所述单体电池和分流单元中的分流电路并联；该分流单元和所述电压采集单元分别与调度单元连接；在分流单元一侧设置有温度采集单元；该温度采集单元与调度单元连接；
所述电池组，由至少两个单体电池串联组成；
所述分流单元，用于对充电电流进行分流，降低单体电池的充电速度，该分流单元包括至少两个分流电路，该分流电路包括耗能元件；
所述电压采集单元，用于采集单体电池的电压值；
所述温度采集单元，用于采集分流单元的温度值；
所述调度单元，用于根据采集到的电压值和温度值对分流单元中分流电路的通断进行控制，以实现对于单体电池容量的均衡，并防止分流单元过热。
电压采集单元采集电池组中各单体电池的电压值，并将该电压值发送给调度单元；温度采集单元采集分流单元的温度，并将该温度值发送给调度单元；调度单元根据接收到的电压值和温度值对分流单元进行控制，在充电过程中对电池组的进行均衡，防止均衡过程中分流单元产生热量过多造成电子设备过热的现象，提高了电子设备充电时的稳定性。
与上述一种锂电池均衡控制设备相对应，本发明还提供了一种锂电池均衡控制方法，如图3所示，包括：
步骤300、在调度单元中设置分流单元的过热温度值
在调度单元中设置分流单元的过热温度值，为防止电子设备因温度过高而造成损坏，该温度值一般设置为电子设备的安全温度范围内，例如可设置过热温度值为80度。
为实现单体电池容量的均衡，则需要根据各单体电池之间的电压差值，判断哪些单体电池需要进行分流，以减缓充电速度，如图4所示。
步骤400、在调度单元中设置对单体电池进行分流的电压差值，称为分流电压差值
为实现电子设备电池组容量的均衡，则需要根据电压采集单元所采集电池组中单体电池的电压值，判断是否打开分流电路进行分流，对电池组中的单体电池进行分流。
设置接通分流电路时单体电池的电压差值，该电压差值称为分流电压差值，例如设置分流电压差值为20毫伏。
步骤401、电压采集单元获取各单体电池的电压值，确定最小电压值所对应的单体电池，称为短板单体电池
调度单元获取由电压采集单元所采集的各单体电池的电压值，确定最小电压值所对应的单体电池，称为短板单体电池，根据该短板单体电池对其他单体电池进行分流，以实现单体电池容量的均衡，如图2所示，例如单体电池1为所述短板单体电池，其电压值为3000毫伏。
步骤402、调度单元判断单体电池和短板单体电池的电压差值是否大于分流电压差值
根据电压采集单元所采集到的电压值，判断是否存在与短板单体电池的电压差值大于分流电压差值的单体电池，例如单体电池2的电压值为3300毫伏，单体电池3的电压值为3027毫伏，单体电池4的电压值为3001毫伏，单体电池5的电压值为3203毫伏。
步骤403、如果单体电池和短板单体电池的电压差值大于分流电压差值，则接通该单体电池对应的分流电路，对单体电池进行分流，降低该单体电池的充电速度
根据单体电池的电压值，确定大于分流电压差值的单体电池，例如单体电池2、单体电池3和单体电池5与短板单体电池的电压差值大于20毫伏，故调度单元控制所述单体电池所对应的分流电路接通，即分流电路2、分流电路3和分流电路5接通，对单体电池进行分流，降低对应单体电池的充电速度。此时，在分流电路中，因耗能元件对充电电流进行分流，在耗能元件上产生热量，温度升高。
步骤301、温度采集单元获取分流单元的当前温度值
进行分流后，每隔一段时间温度采集单元对分流单元一侧的当前温度进值行采集，例如82度。
步骤302、调度单元判断分流单元的当前温度值是否大于所设置的过热温度值
调度单元对当前温度值与过热温度值进行比较，确定82度大于所设定的过热温度值80度。
步骤303、如果调度单元判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度
当所采集的当前温度值大于过热温度值时，为防止因温度过高而导致电子设备的损坏，则需要对分流电路进行控制，以减少分流电路所产生的热量，如图5所示。
步骤500、调度单元根据电压采集单元所采集到的单体电池电压值，比较短板单体电池和分流电路已连通的单体电池的电压差值
根据已获取的单体电池的电压值，对短板单体电池和多个分流电路已连通的单体电池的电压差值进行比较，例如单体电池2和短板单体电池的电压差值为300毫伏，单体电池3和短板单体电池的电压差值为27毫伏，单体电池5和短板单体电池的电压差值为203伏。
步骤501、确定与短板单体电池的电压差值最小的单体电池
根据所述电压差值确定电压差值最小的单体电池，即单体电池3。
步骤502、断开该单体电池的分流电路，减少分流单元所产生的热量
因为该单体电池3与短板单体电池的电压差值最小，可确定该单体电池3与短板单体电池的容量差距较小，则断开该单体电池3的分流电路3，以减少分流电路中所产生的热量，此时因产生热量的耗能元件减少，则分流单元一侧的温度会逐步下降。
经过一段时间后，例如两分钟，对分流单元的温度再次进行采集，如果温度仍然未达到一预设值，则根据上述步骤，再断开一单体电池的分流电路。
进一步的，为了提高各单体电池间的均衡效果，当温度下降到一预设值后，重新连通分流电路，对单体电池进行分流，如图6所示，包括：
步骤600、在调度单元中设置分流单元中分流电路重新接通的温度值，称为重启温度值
在步骤300之后，设置一可使分流电路中的分流电路重新接通的温度预设值，该预设值称为重启温度值，例如该重启温度值为60度。
在所述如果调度单元判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度之后，还包括：
步骤601、判断分流单元的当前温度值是否小于重启温度值
温度采集单元对分流单元的当前温度值进行采集，例如当前温度值为58度，并判断所采集到的温度值是否小于重启温度值。
步骤602、如果分流单元的当前温度值小于重启温度值，则比较短板单体电池和未接通分流电路的单体电池的电压差值
所采集到的温度58度小于所设置的最小温度值60度，则比较短板单体电池与未接通分流电路的单体电池的电压差值，例如单体电池3，在分流单元的温度值大于过热温度值时，已与该单体电池3所对应的分流单元3断开。
步骤603、确定与短板单体电池的电压差值大于分流电压差值的单体电池
根据对电压差值进行比较，该单体电池3的电压为3027毫伏，与短板单体电池的电压3000毫伏的电压差值为27毫伏，大于分流电压差值20毫伏。
步骤604、连通该单体电池所对应的分流电路，重新对电池组中的单体电池进行分流
重新连通该单体电池3所对应的分流电路3，对该单体电池3重新进行分流，使单体电池容量均衡。
当电池组中，存在多个单体电池需要进行分流时，分流单元的温度值小于重启温度值时，则与短板单体电池的电压差值大于分流电压差值的单体电池，与其相对应的分流电路全部开启，继续进行分流，使电池组中的单体电池与短板单体电池的容量均衡。
本发明实施例提供的一种锂电池均衡控制设备和方法，通过温度采集单元采集分流单元的温度，当温度超过预设的过热温度值时，断开单体电池对应的分流电路，减少分流单元所产生的热量，防止实现单体电池均衡时电子设备出现过热的现象，提高了电子设备的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种锂电池均衡控制设备，包括电池组、调度单元、分流单元和电压采集单元，在电池组中的单体电池一侧设置有电压采集单元；所述单体电池和分流单元中的分流电路并联；该分流单元和所述电压采集单元分别与调度单元连接，其特征在于，在分流单元一侧设置有温度采集单元；该温度采集单元与调度单元连接；
所述电池组，由至少两个单体电池串联组成；
所述分流单元，用于对充电电流进行分流，降低单体电池的充电速度，该分流单元包括至少两个分流电路，该分流电路包括耗能元件；
所述电压采集单元，用于采集各单体电池的电压值，确定最小电压值所对应的单体电池，称为短板单体电池；
所述温度采集单元，用于采集分流单元的当前温度值；
在所述调度单元中设置对单体电池进行分流的电压差值，称为分流电压差值；在所述调度单元中设置分流单元的过热温度值；
所述调度单元，用于判断分流单元的当前温度值是否大于所设置的过热温度值；如果判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度；
在调度单元中设置分流单元中分流电路重新接通的温度值，称为重启温度值；
所述调度单元，还用于判断分流单元的当前温度值是否小于重启温度值；如果分流单元的当前温度值小于重启温度值，则比较短板单体电池和未接通分流电路的单体电池的电压差值；确定与短板单体电池的电压差值大于分流电压差值的单体电池；连通该单体电池所对应的分流电路，重新对电池组中的单体电池进行分流。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池均衡控制设备，其特征在于，
所述调度单元，还用于判断单体电池和所述短板单体电池的电压差值是否大于所述分流电压差值；如果单体电池和所述短板单体电池的电压差值大于所述分流电压差值，则接通该单体电池对应的分流电路，对单体电池进行分流，降低该单体电池的充电速度。
3.一种锂电池均衡控制方法，其特征在于，包括：
在调度单元中设置分流单元的过热温度值；
在所述调度单元中设置对单体电池进行分流的电压差值，称为分流电压差值；
电压采集单元获取各单体电池的电压值，确定最小电压值所对应的单体电池，称为短板单体电池；
温度采集单元获取分流单元的当前温度值；
调度单元判断分流单元的当前温度值是否大于所设置的过热温度值；
如果调度单元判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度；
在调度单元中设置分流单元中分流电路重新接通的温度值，称为重启温度值；
判断分流单元的当前温度值是否小于重启温度值；
如果分流单元的当前温度值小于重启温度值，则比较短板单体电池和未接通分流电路的单体电池的电压差值；
确定与短板单体电池的电压差值大于分流电压差值的单体电池；
连通该单体电池所对应的分流电路，重新对电池组中的单体电池进行分流。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池均衡控制方法，其特征在于，所述如果调度单元判断分流单元的当前温度值大于所设置的过热温度值，则断开分流电路，减少分流单元中分流电路所产生的热量，降低分流单元温度，包括：
调度单元根据电压采集单元所采集到的单体电池电压值，比较短板单体电池和分流电路已连通的单体电池的电压差值；
确定与短板单体电池的电压差值最小的单体电池；
断开该单体电池的分流电路,减少分流单元所产生的热量。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池均衡控制方法，其特征在于，还包括：
所述调度单元判断单体电池和所述短板单体电池的电压差值是否大于所述分流电压差值；
如果单体电池和所述短板单体电池的电压差值大于所述分流电压差值，则接通该单体电池对应的分流电路，对单体电池进行分流，降低该单体电池的充电速度。
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