專利名稱：動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力電池組充電領(lǐng)域，具體涉及一種針對蓄電池組的均衡控制策略。
背景技術(shù)：
為了達(dá)到一定的電壓、功率和能量等級，電池需要串聯(lián)成組使用，如電動(dòng)自行車、 儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等。電池組一致性是電池串聯(lián)成組應(yīng)用技術(shù)的核心之一，直接影響到電 池組使用的安全性和高效性。但實(shí)踐證明，電池組一致性是相對的，不一致卻是是絕對的。 造成電池組不一致的原因主要有以下幾點(diǎn)(1)電池在出廠前由于制造和化成篩選工藝的 原因，不能保證電池單體出廠時(shí)各項(xiàng)參數(shù)一致，特別是電池初始SOC的不一致會(huì)在電池組 初始階段就造成電池組的不一致；(2)電池單體在使用時(shí)位置不同，工作溫度存在一定的 差異，通風(fēng)處電池單體溫度低一些，而其它地方的電池單體溫度會(huì)相對高一些，溫度的差異 導(dǎo)致電池的自放電率不一致，長時(shí)間的差異累積會(huì)引起電池SOC的不均衡；(3)庫侖效率的 不一致，串聯(lián)電池組在充電和放電過程中單體流過的電流相等，但是由于每個(gè)單體所處環(huán) 境的不一致導(dǎo)致其庫侖效率的不一致，在這種情況下，電池不同單體實(shí)際充電容量和放電 容量就會(huì)引起差異。由于單體電池的不一致性，導(dǎo)致電池組在充電階段，可能出現(xiàn)某節(jié)電池比其它電 池提前過充現(xiàn)象，而在放電階段，則出現(xiàn)某節(jié)電池比其它電池提前過放的現(xiàn)象。電池組內(nèi)電 池單體的不一致性，對電池組的效率和使用的安全性有很大的影響，因此有必要提供一種 行之有效的均衡控制方法，以使電池組具有良好的一致性，提高電池組的使用效率和安全 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的問題是提供一種動(dòng)力電池組特別是蓄電池組的均衡的控制方法。為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法， 其步驟為(1)對電池組進(jìn)行充電，當(dāng)某一電池單體達(dá)到設(shè)定的充滿條件時(shí)，結(jié)束充電，進(jìn)行 均衡判斷；(2)采集各個(gè)電池單體電壓，若有電池單體電壓處于“充滿區(qū)間”之外，則計(jì)算電池 組當(dāng)前的平均電壓，分別記錄電壓高于平均電壓的電池單體和低于平均電壓的電池單體作 為均衡對象；(3)再次對電池組充電時(shí)，對記錄的電壓高于平均電壓的電池單體采用放電均衡 方式執(zhí)行均衡，低于平均電壓的電池單體采用充電均衡方式執(zhí)行均衡。優(yōu)選的，所述步驟(2)中還包括根據(jù)估算的電池容量差異計(jì)算每個(gè)均衡對象所需 的均衡時(shí)間并記錄的步驟，則步驟(3)中按照步驟(2)記錄的時(shí)間對每個(gè)電池單體執(zhí)行均衡。
所述放電均衡方式，即在電池組中各電池單體兩端分別并聯(lián)放電電阻，每個(gè)電阻 串聯(lián)一 MOS管，所述MOS管受控制器控制導(dǎo)通或截止進(jìn)而控制放電回路的通斷。所述充電 均衡方式，即將各電池單體正極分別通過一可控開關(guān)接充電電源正極，將各電池單體負(fù)極 也分別通過一可控開關(guān)接充電電源負(fù)極，可控開關(guān)均受控制器控制實(shí)現(xiàn)單體電池充電。本發(fā)明所述均衡控制方法適用于各種電池組，特別是容量較大的蓄電池組，該控 制方法結(jié)合了充電均衡與放電均衡的優(yōu)勢，二者互相配合，大大縮短均衡時(shí)間，提高了均衡 效率，同時(shí)有效降低均衡電路的能量消耗。


圖1為所述均衡控制方法充電和放電均衡電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳 細(xì)說明。本發(fā)明所述動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法的步驟為(1)對電池組進(jìn)行充電，當(dāng)某一電池單體達(dá)到設(shè)定的充滿條件時(shí)，結(jié)束充電，進(jìn)行 均衡判斷；(2)采集各個(gè)電池單體電壓，若有電池單體電壓處于“充滿區(qū)間”之外，則計(jì)算電池 組當(dāng)前的平均電壓，分別記錄電壓高于平均電壓的電池單體和低于平均電壓的電池單體作 為均衡對象，并估算電池容量差異，計(jì)算每個(gè)均衡對象所需的均衡時(shí)間并記錄；(3)再次對電池組充電時(shí)，對記錄的電壓高于平均電壓的電池單體采用放電均衡 方式執(zhí)行均衡，低于平均電壓的電池單體采用充電均衡方式執(zhí)行均衡；執(zhí)行均衡時(shí)，實(shí)時(shí)將 均衡時(shí)間與計(jì)算所得均衡時(shí)間進(jìn)行比較，時(shí)間到則斷開均衡回路。具體實(shí)施時(shí)，電池管理系統(tǒng)可采用典型的主從控制模式。由主板發(fā)送“均衡判斷” 命令和“均衡執(zhí)行”命令；由從板完成電池外電壓采樣，響應(yīng)主板命令并控制完成任意一只 電池單體的放電均衡和充電均衡操作。所述充電、放電均衡電路如圖1所示。在電池組中各電池單體(celll-celln)兩 端分別并聯(lián)放電電阻，每個(gè)電阻串聯(lián)一 MOS管(Tl-Tn)，所有MOS管均受從機(jī)控制器控制導(dǎo) 通或截止進(jìn)而控制各個(gè)電池單體放電回路的通斷。充電均衡電路采用并聯(lián)電源充電的方式，由MOS管(Tl-Tn)來控制充電回路的切 入與斷開。充電回路同一時(shí)間只允許給一個(gè)電池單體充電，而對于放電均衡電路則可實(shí)現(xiàn) 多個(gè)電池在同一時(shí)刻放電，控制自由。本發(fā)明所述方法通過均衡電阻對先充滿的電池單體進(jìn)行放電，對最后充滿的電池 單體進(jìn)行充電，最終達(dá)到使電池組內(nèi)所有電池單體快速一致的目的。本發(fā)明方案中，僅且僅當(dāng)全部電池單體在充電結(jié)束瞬間達(dá)到充滿區(qū)間時(shí)，電池組 不需要均衡，只要有一個(gè)電池沒有進(jìn)入充滿區(qū)間，則需要對其它電池進(jìn)行均衡操作。一個(gè)充電周期結(jié)束時(shí)，電池管理系統(tǒng)中均衡標(biāo)記和均衡時(shí)間清零，重新進(jìn)行下一 次均衡判斷過程。放電電阻的阻值一般根據(jù)管理系統(tǒng)的體積和散熱能力可以適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)不同電池容量的需要。對于蓄電池組，每個(gè)放電均衡回路選取的放電電阻不應(yīng)小于100歐姆。該 電阻決定了均衡電流的大小，均衡電流Ib = Ucell/Rb, Ucell為單體電池外電壓，Rb為均衡放 電電阻。本發(fā)明中，估算電池容量差異是通過測量充電結(jié)束時(shí)電池單體的外電壓，并與電 池的soc-ocv(電池的開路電壓u。ell隨電池剩余電量soc。ell變化特性曲線)曲線進(jìn)行對比， 進(jìn)而估算出電池單體之間的容量差異的，再通過容量差異與均衡電流Ib，就可以計(jì)算得到 每個(gè)需要均衡的電池單體的均衡時(shí)間。均衡時(shí)間的計(jì)算公式為t= A S0C C/Ib，其中，S0C。ell = f (Ucell) A SOC = l-S0C。ell，c為電池單體的額定容量。本發(fā)明所述方法采用了充放電均衡相結(jié)合的方案，可以大大節(jié)省電池的均衡時(shí)間 和減少均衡電路的能量消耗，特別是當(dāng)電池組的一致性較差時(shí)，可以更明顯發(fā)揮充放電結(jié) 合均衡的優(yōu)勢。該方法適用于各種類型的電池組，對于容量較大的，一致性較差的蓄電池組 效果更好，效率更高。需要說明的是，上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下對 其所做的任何微小變化及等同替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法，其步驟為(1)對電池組進(jìn)行充電，當(dāng)某一電池單體達(dá)到設(shè)定的充滿條件時(shí)，結(jié)束充電，進(jìn)行均衡判斷；(2)采集各個(gè)電池單體電壓，若有電池單體電壓處于“充滿區(qū)間”之外，則計(jì)算電池組當(dāng)前的平均電壓，分別記錄電壓高于平均電壓的電池單體和低于平均電壓的電池單體作為均衡對象；(3)再次對電池組充電時(shí)，對記錄的電壓高于平均電壓的電池單體采用放電均衡方式執(zhí)行均衡，低于平均電壓的電池單體采用充電均衡方式執(zhí)行均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法，其特征在于所述步驟(2) 中還包括根據(jù)估算的電池容量差異計(jì)算每個(gè)均衡對象所需的均衡時(shí)間并記錄的步驟，則步 驟(3)中按照步驟(2)記錄的時(shí)間對每個(gè)電池單體執(zhí)行均衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法，其特征在于所述放電均 衡方式，即在電池組中各電池單體兩端分別并聯(lián)放電電阻，每個(gè)電阻串聯(lián)一 MOS管，所述 MOS管受控制器控制導(dǎo)通或截止進(jìn)而控制放電回路的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法，其特征在于所述充電均 衡方式，即將各電池單體正極分別通過一可控開關(guān)接充電電源正極，將各電池單體負(fù)極也 分別通過一可控開關(guān)接充電電源負(fù)極，可控開關(guān)均受控制器控制實(shí)現(xiàn)單體電池充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)力電池組充放電均衡控制方法，其特征在于所述放電電 阻取值至少為100歐姆。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)力電池組充電領(lǐng)域，具體涉及一種針對蓄電池組的均衡控制方法。所述方法步驟為對電池組充電，當(dāng)某一電池單體達(dá)到充滿條件時(shí)結(jié)束充電；采集各電池單體電壓，若有電池單體電壓處于“充滿區(qū)間”之外，則計(jì)算電池組當(dāng)前的平均電壓，并記錄電壓高于平均電壓的電池單體和低于平均電壓的電池單體作為均衡對象；再次對電池組充電時(shí)，對記錄的電壓高的電池單體采用放電均衡方式執(zhí)行均衡，電壓低的電池單體采用充電均衡方式執(zhí)行均衡。本發(fā)明所述均衡控制方法適用于各種電池組，特別是容量較大的蓄電池組，該控制方法結(jié)合了充電均衡與放電均衡的優(yōu)勢，二者互相配合，可大大縮短均衡時(shí)間，提高了均衡效率，同時(shí)有效降低均衡電路的能量消耗。
文檔編號H01M10/44GK101882699SQ20101021319
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者馮大明, 劉飛, 盛大雙, 阮旭松 申請人:惠州市億能電子有限公司