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CN103647332B - 用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法 - Google Patents

用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法 Download PDF

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CN103647332B CN201310729959.4A CN201310729959A CN103647332B CN 103647332 B CN103647332 B CN 103647332B CN 201310729959 A CN201310729959 A CN 201310729959A CN 103647332 B CN103647332 B CN 103647332B
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Abstract

本发明公开一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统，该系统包含：电池管理系统，其电路连接电池组实时监测电池组中各电池单体的容量，并判断是否有明显容量差异；若干均衡电阻，其分别与所述电池组中每个电池单体并联连接；每个均衡电阻串联有常开的均衡开关；电池管理系统分别连接各个均衡开关，控制均衡开关的开闭，当某一电池单体容量与其他电池单体容量差别过大，则闭合其所连接的均衡开关，消耗该电池单体电量。本发明通过检测电池组中电池单体电压，判断是否有电池单体的容量与其他电池单体容量差别过大，以对该容量过大的电池单体的电量进行消耗，实现被动均衡控制，维护电池组系统一致性。

Description

用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及车载及储能领域的锂电池及系统制造技术，具体涉及一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法。
背景技术
动力锂电池组系统正逐步在电动汽车、大型储能系统等领域中得到应用。但是电池在成组以后的寿命却远远低于单体电池的寿命，主要是由于单体电池制造工艺的差异、自放电差异、电解液密度及成组后电池的温度和通风条件等差异，使锂电池组充放电不平衡。这进一步导致了部分单体电池受损，进入恶性循环。因此均衡技术在锂电池组实际应用中为提高电池组容量、延长电池组寿命起到了关键作用。
发明内容
本发明提供一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法，在锂电池组充电过程中对单体电池电压进行检测从而评估电池组内各单体电池容量差异，采用电阻耗能的被动均衡方式有效地消耗容量较高的单体电池电量，维护电池组系统一致性。
为实现上述目的，本发明提供一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统，其特点是，该系统包含：
电池管理系统，其电路连接电池组实时监测电池组中各电池单体的容量，并判断是否有明显容量差异；
若干均衡电阻，其分别与所述电池组中每个电池单体并联连接；每个均衡电阻串联有常开的均衡开关；
所述电池管理系统分别连接各个均衡开关，控制均衡开关的开闭，当某一电池单体容量与其他电池单体容量差别过大，则闭合其所连接的均衡开关，消耗该电池单体电量。
上述电池管理系统还电路连接有温度探测器，分别探测各个均衡电池的温度，当均衡电阻进行均衡控制时温度过高，则断开该均衡电阻。
上述电池组中各电池单体串联连接。
一种上述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特点是，该方法包含以下步骤：
步骤1、 电池组进行充电时，电池管理系统实时检测电池组中所有电池单体的电压值；
步骤2、电池管理系统判断电池组中是否有电池单体的容量与其他电池单体容量相比过高，若是，则跳转到步骤3，若否，则跳转到步骤1；
步骤3、电池管理系统控制该容量过高的电池单体对应的均衡开关闭合；
步骤4、均衡电阻消耗容量过高的电池单体的电量，使该电池单体的容量与其他电池单体趋于一致；
步骤5、电池管理系统判断电池组中电池单体的容量是否持平，若是则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4；
步骤6、电池管理系统断开均衡开关。
上述步骤1中，电池管理系统根据检测电池组中所有电池单体的电压，计算获得电池组的平均单体电压、最高单体电压和最低单体电压。
上述步骤2中，通过判断电池组的最高单体电压与最低单体电压的差是否大于预设的电压差阈值，来判定是否有电池单体的容量与其他电池单体容量相比过高。
上述步骤4中，电池管理系统实时探测接入电池组中的均衡电阻的温度，并判断该温度是否高于预设的第一温度阈值，若是，则断开该均衡电阻，直至均衡电阻的温度低于第二阈值温度再将均衡电阻连接电池单体，若否，则继续进行均衡操作。
上述的第一阈值温度为70摄氏度，第二阈值温度为65摄氏度。
上述步骤5中，通过判断电池组的最高单体电压与最低单体电压的差是否小于预设的电压差阈值，来决定电池组中电池单体的容量是否持平。
上述电压差阈值为10毫伏。
本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统及控制方法和现有技术的电池充电技术相比，其优点在于，本发明通过检测电池组中电池单体电压，判断是否有电池单体的容量与其他电池单体容量差别过大，以对该容量过大的电池单体的电量进行消耗，实现被动均衡控制，维护电池组系统一致性；
本发明检测均衡电阻的温度值，在温度过高时停止电量消耗，确保系统的工作安全。
附图说明
图1为本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的电路图；
图2为本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法的流程图
图3为本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法的示意图；
图4为本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法的电池单体电压变化表；
图5为本发明用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法中均衡电阻的温度变化表。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
本发明公开一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统，该系统包含：电池管理系统、若干与电池单体一一对应的均衡电阻、以及与各个均衡电阻一一对应的均衡开关。
电池管理系统（BMS）电路连接电池组，实时监测电池组中各电池单体的容量，并判断电池组中各个电池单体之间是否有明显容量差异。
若干均衡电阻分别与电池组中每个电池单体并联连接，用于在进行被动均衡控制时消耗对应电池单体的电量。
每个均衡电阻都串联有一个常开的均衡开关；该均衡开关分别电路连接电池管理系统，电池管理系统控制均衡开关的开闭，当某一电池单体容量与其他电池单体容量差别过大，则闭合其所连接的均衡开关，由均衡电阻消耗该电池单体电量。
如图1所示，为被动均衡控制系统与电池组的连接图，电池组中串联有n个电池单体（B1、B2…Bn）。电池单体B1上并联连接有均衡电阻R1，该均衡电阻R1串联连接有均衡开关S1；同样电池单体B2上并联连接有均衡电阻R2，该均衡电阻R2串联连接有均衡开关S2；电池单体Bn上并联连接有均衡电阻Rn，该均衡电阻Rn串联连接有均衡开关Sn。
在对电池组进行充电时，通过电池管理系统（BMS）对模块内单体电池容量进行评估，当评估出第n号单体电池Bn的容量偏高时，则电池管理系统闭合相应的均衡开关Sn。当均衡开关Sn闭合后，Rn开始消耗电池单体Bn的电量，使电池单体Bn容量逐渐与其他单体趋于一致，达到维护电池组系统一致性的目的。
电池管理系统还电路连接有温度探测器，分别探测各个均衡电池的温度，当均衡电阻进行均衡控制时温度过高，则通过均衡开关断开该均衡电阻，停止均衡控制，当均衡电阻的温度降低后再重新连接电池单体，消耗电池单体的电量。
如图2所述，本发明还公开一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，该方法包含以下步骤：
步骤1、 电池组进行慢充时，电池管理系统检测电池组中所有电池单体的电压值。电池管理系统并根据检测电池组中所有电池单体的电压，计算获得电池组的平均单体电压Vmean、最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin。
步骤2、电池管理系统判断电池组中是否有电池单体的容量与其他电池单体容量相比过高，本发明中判断方式为：计算最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin之间的电压差Vmax-Vmin，并判断是否大于一个电压差阈值，本实施例中该电压差阈值取值10毫伏，该值需根据使用的电池电性能特性配置。如果电压差Vmax-Vmin大于10毫伏，则跳转到步骤3，若否，电压差Vmax -Vmin小于等于10毫伏，则跳转到步骤1，继续检测电池单体电压。
步骤3、电池管理系统控制该容量过高的电池单体（即单体电压最高的电池单体）对应的均衡开关闭合。
步骤4、单体电压最高的电池单体所并联的均衡电阻消耗该电池单体的电量，使该电池单体的容量降低，并逐渐与其他电池单体趋于一致。
如图3所示，在充电初始阶段，一号、二号、四号、五号电池单体的电量较高，三号电池单体的电量较少。第二阶段一号、二号、四号、五号电池单体连接均衡电阻开始消耗一号、二号、四号、五号电池单体的电量，三号电池单体继续充电。第三阶段，二号、五号电池单体的电量与三号电池单体的电量持平并停止均衡操作，一号、四号电池单体继续在充电的同时由均衡电阻消耗电量。最后阶段各电池单体的电量充满且基本都持平。
如图4所示，当均衡操作未启动时，电池单体的电压上升速率较快，当均衡启动电池单体电压上升的速率降低放缓。
步骤5、电池管理系统判断电池组中电池单体的容量是否持平，电池管理系统实时检测电池组中电池单体的电量，并判断最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin之间的电压差Vmax-Vmin是否小于等于电压差阈值，阈值可以是10毫伏，若是则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4继续进行均衡操作。
步骤6、电池管理系统断开均衡开关，停止均衡操作。
如图5所示，上述步骤4中，电池管理系统实时通过温度探测器探测接入电池组中的各个均衡电阻的温度，并判断是否有正进行均衡操作的均衡电阻的温度高于预设的第一温度阈值，若是，则断开该均衡电阻，并持续检测其问题，直至该均衡电阻的温度低于第二阈值温度再将均衡电阻连接电池单体，若否，则继续进行均衡操作。
其中，第一阈值温度高于第二阈值温度。优选的，第一阈值温度取为70摄氏度，第二阈值温度取为65摄氏度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于维护电池组一致性的被动均衡控制方法，其特征在于，该方法通过被动均衡控制系统实现；所述的被动均衡控制系统包含：
电池管理系统，其电路连接电池组实时监测电池组中各电池单体的容量，并判断是否有明显容量差异；该电池管理系统还电路连接有温度探测器，分别探测各个均衡电池的温度，当均衡电阻进行均衡控制时温度过高，则断开该均衡电阻；
若干均衡电阻，其分别与所述电池组中每个电池单体并联连接；每个均衡电阻串联有常开的均衡开关；
所述电池管理系统分别连接各个均衡开关，控制均衡开关的开闭，当某一电池单体容量与其他电池单体容量差别过大，则闭合其所连接的均衡开关，消耗该电池单体电量；
所述的被动均衡控制包含以下步骤：
步骤1、   电池组进行充电时，电池管理系统实时检测电池组中所有电池单体的电压值；
步骤2、电池管理系统判断电池组中是否有电池单体的容量与其他电池单体容量相比过高，若是，则跳转到步骤3，若否，则跳转到步骤1；
步骤3、电池管理系统控制该容量过高的电池单体对应的均衡开关闭合；
步骤4、均衡电阻消耗容量过高的电池单体的电量，使该电池单体的容量与其他电池单体趋于一致；
步骤5、电池管理系统判断电池组中电池单体的容量是否持平，若是则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4；
步骤6、电池管理系统断开均衡开关。
2.如权利要求1所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1中，电池管理系统根据检测电池组中所有电池单体的电压，计算获得电池组的平均单体电压、最高单体电压和最低单体电压。
3.如权利要求2所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，通过判断电池组的最高单体电压与最低单体电压的差是否大于预设的电压差阈值，来判定是否有电池单体的容量与其他电池单体容量相比过高。
4.如权利要求2所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤4中，电池管理系统实时探测接入电池组中的均衡电阻的温度，并判断该温度是否高于预设的第一温度阈值，若是，则断开该均衡电阻，直至均衡电阻的温度低于第二阈值温度再将均衡电阻连接电池单体，若否，则继续进行均衡操作。
5.如权利要求4所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述的第一阈值温度为70摄氏度，第二阈值温度为65摄氏度。
6.如权利要求2所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤5中，通过判断电池组的最高单体电压与最低单体电压的差是否小于预设的电压差阈值，来决定电池组中电池单体的容量是否持平。
7.如权利要求3或6所述的用于维护电池组一致性的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于，所述电压差阈值为10毫伏。
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