專利名稱：一種鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源汽車的鋰電池系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池均衡方法。
背景技術(shù)：
隨著全球氣候逐步惡化、城市大氣污染加劇和石油資源過度消耗，發(fā)展節(jié)能、環(huán)保汽車已成為世界汽車工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重要方向和汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。新能源汽車的發(fā)展逐步擴(kuò)大，目前應(yīng)用在新能源汽車上的動(dòng)力電池類型有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰電池。鋰電池因?yàn)榫哂畜w積小、能量密度高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、高電壓和自放電率低等優(yōu)良性能，將取代鉛酸電池、鎳氫電池，成為動(dòng)力電池的贏家。影響動(dòng)力電池性能和壽命的主要因素包括電池溫度、電池內(nèi)阻、單體電池一致性等，電池單體由于制造和使用環(huán)境的差異性，在電池的使用過程中，電池單體的差異性將逐步惡化，鋰電池單體的不一致性不僅影響電池的性能和壽命，而且影響電池的安全，鋰電池系統(tǒng)總有單體電壓高的電池，相對(duì)組內(nèi)其它電池較早地進(jìn)入過充電狀態(tài)，發(fā)生過充的的電池單體隨著充電的不斷進(jìn)行，極化作用加強(qiáng)，升溫加劇、電池容量降低，并有可能在充電結(jié)束后的短時(shí)間內(nèi)使電池內(nèi)部物質(zhì)燃燒，導(dǎo)致電池報(bào)廢。為了提高鋰電池的可靠性和系統(tǒng)的安全性，延長(zhǎng)電池的使用壽命，管理系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)電池單體均衡的功能，本專利就提出了一種鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法。在已有的專利中，也曾有對(duì)電池均衡的相關(guān)描述，如實(shí)用新型名稱為車載動(dòng)力電池組的均衡裝置的專利，該專利均衡裝置中動(dòng)力電池組由η個(gè)串聯(lián)的單體電池組成，包括極性單元、DC/DC功率變換器、連接單元和用于控制極性單元極性切換的控制單元，所述極性單元包括充電端極性單元和放電端極性單元，所述充電端極性單元的輸入端與所述DC/ DC功率變換器的輸出端連接，所述DC/DC功率變換器的輸入端與充電端極性單元的輸出端連接，所述連接單元包括n+1組可控開關(guān)，所述每一組可控開關(guān)包括與充電端極性單元輸出端連接的可控開關(guān)(SW)和與放電端極性單元輸入端連接的可控開關(guān)(S)，所述可控開關(guān) (Sff)和所述可控開關(guān)(S)并聯(lián)在每個(gè)單體電池的負(fù)極，第n+1組可控開關(guān)連接在第η個(gè)單體的正極。又如發(fā)明專利名稱為鋰離子動(dòng)力蓄電池均衡電路的專利，該專利中發(fā)明了一種鋰離子動(dòng)力蓄電池均衡電路，每一個(gè)蓄電池模塊有一套均衡電路，至少二個(gè)單元蓄電池模塊串聯(lián)，蓄電池模塊V正負(fù)端各接繼電器J、串接自復(fù)保險(xiǎn)絲S，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)Kl、Κ2分別接放電電阻R、恒流控制DCDC變換器，在整體電池組中，根據(jù)電池模塊設(shè)定的目標(biāo)均衡電壓及平衡的最大容量差或最大電壓差充低放高，由繼電器網(wǎng)絡(luò)切換恒流控制DCDC變換器充電或定電阻放電。與已有的專利相比較，上述專利一般是采用能量轉(zhuǎn)移法，其實(shí)現(xiàn)原理是管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各電池單體的電壓，如果電池單體間電壓差超過允許的范圍，管理系統(tǒng)控制繼電器，控制放電電阻或電容與需要均衡的電池單體連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池單體的能量消耗或轉(zhuǎn)移， 達(dá)到電池單體均衡化的目的，但這種電池單體均衡化方法成本高，需要消耗一定的能量，增加了機(jī)械設(shè)計(jì)和電池系統(tǒng)熱管理的難度。而本發(fā)明不需要改變電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或增加其它額外的電路，即可方便地實(shí)現(xiàn)電池的均衡化管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供了一種不需要改變電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或增加其它額外的電路，即可方便地實(shí)現(xiàn)電池均衡的控制策略方法。本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是提供一種對(duì)電池單體進(jìn)行放電的方法達(dá)到電池單體一致性的均衡控制方法。本發(fā)明方法使用的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)通過信號(hào)采集模塊采集鋰電池的總電壓、單體電壓等數(shù)據(jù)，首先判斷鋰電池所處的實(shí)時(shí)工況，再判斷鋰電池是否處于均衡狀態(tài)，并對(duì)鋰電池進(jìn)行相應(yīng)的操作。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。一種鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法，其特征在于該控制方法是通過采集鋰電池單體電壓，并比較采集得到的單體電壓數(shù)據(jù)，將過充或壓差偏高的鋰電池單體進(jìn)行放電處理，保證鋰電池的一致性，所述方法的步驟如下
(1)先由信號(hào)采集模塊采集電池系統(tǒng)中鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中；
(2)由系統(tǒng)工況判斷模塊對(duì)當(dāng)前所述鋰電池管理系統(tǒng)所處工況進(jìn)行判斷，當(dāng)單體鋰電池電壓大于過壓閾值、或單體鋰電池電壓低于低壓閾值、或者單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值、或者單體鋰電池溫度高于電池溫度閾值、或者所述鋰電池管理系統(tǒng)芯片溫度高于芯片溫度閾值，則判斷所述鋰電池系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則判斷所述鋰電池系統(tǒng)處于非故障狀態(tài)；
(3)當(dāng)所述鋰電池系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)或故障狀態(tài)消除后，通過均衡性判斷模塊對(duì)所述鋰電池進(jìn)行均衡性判斷統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓大于過壓閾值的次數(shù)Tl，統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值的次數(shù)T2 ；如果Tl或T2中任意一個(gè)值大于設(shè)定的次數(shù)閥值，則判斷所述鋰電池處于非均衡狀態(tài)，并進(jìn)入下一步的均衡操作，否則判斷所述鋰電池處于均衡狀態(tài)，不進(jìn)行均衡操作；
(4)通過均衡模塊對(duì)處于非均衡狀態(tài)的單體鋰電池進(jìn)行均衡放電處理；
(5)同時(shí)判斷進(jìn)行均衡放電處理的單體鋰電池進(jìn)行均衡的時(shí)間T3是否大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間，當(dāng)均衡的時(shí)間T3大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，則所述單體鋰電池退出均衡操作，并返回步驟(3)，將T1、T2、T3置零，重新對(duì)鋰電池進(jìn)行均衡性判斷，否則繼續(xù)進(jìn)行均衡操作。在均衡模塊中，均衡操作是通過均衡性判斷的輸出控制MOS管接通單體電池兩端的電阻，對(duì)單體電池放電，從而實(shí)現(xiàn)最終的電池均衡。與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明的目的是提供一種鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法， 包括信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)工況判斷模塊、均衡性判斷模塊、均衡模塊，該控制方法是通過采集鋰電池單體電壓，通過對(duì)電壓的比較，將過充或電壓偏高的電池單體進(jìn)行放電處理，以保證電池的一致性，此方法將有效延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命，并對(duì)鋰電池的安全性提供了保障。 本控制方法是在電池管理系統(tǒng)控制策略內(nèi)部添加均衡控制方法，無需外加的均衡裝置及輔助設(shè)備，在空間及硬件上節(jié)省了成本，并且本控制方法系統(tǒng)在任何時(shí)刻出現(xiàn)單體電壓過壓等情況，則停止均衡操作，待故障消除后重啟均衡，可最大程度的對(duì)電池進(jìn)行均衡控制，使電池達(dá)到最佳的使用狀態(tài)。


圖1為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法總體設(shè)計(jì)框圖； 圖2為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法流程圖3為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法系統(tǒng)工況判斷模塊流程圖； 圖4為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法均衡性判斷模塊流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)包括信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)工況判斷模塊、均衡性判斷模塊、均衡模塊。圖1為鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖，信號(hào)采集模塊采集電池系統(tǒng)中電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，判斷是否出現(xiàn)單體過壓、電池單體之間電壓壓差過大，并根據(jù)出現(xiàn)的不同工況，進(jìn)入不同的處理模塊。圖2為鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法流程圖，該控制方法是通過采集鋰電池單體電壓，并比較采集得到的單體電壓數(shù)據(jù)，將過充或壓差偏高的鋰電池單體進(jìn)行放電處理，保證鋰電池的一致性，所述方法的步驟如下
(1)先由信號(hào)采集模塊采集電池系統(tǒng)中鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中；
(2)由系統(tǒng)工況判斷模塊對(duì)當(dāng)前所述鋰電池管理系統(tǒng)所處工況進(jìn)行判斷，當(dāng)單體鋰電池電壓大于過壓閾值、或單體鋰電池電壓低于低壓閾值、或者單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值、或者單體鋰電池溫度高于電池溫度閾值、或者所述鋰電池管理系統(tǒng)芯片溫度高于芯片溫度閾值，則判斷所述鋰電池系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則判斷所述鋰電池系統(tǒng)處于非故障狀態(tài)；
(3)當(dāng)所述鋰電池系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)或故障狀態(tài)消除后，通過均衡性判斷模塊對(duì)所述鋰電池進(jìn)行均衡性判斷統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓大于過壓閾值的次數(shù)Tl，統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值的次數(shù)T2 ；如果Tl或T2中任意一個(gè)值大于設(shè)定的次數(shù)閥值，則判斷所述鋰電池處于非均衡狀態(tài)，并進(jìn)入下一步的均衡操作，否則判斷所述鋰電池處于均衡狀態(tài)，不進(jìn)行均衡操作；
(4)通過均衡模塊對(duì)處于非均衡狀態(tài)的單體鋰電池進(jìn)行均衡放電處理；
(5)同時(shí)判斷進(jìn)行均衡放電處理的單體鋰電池進(jìn)行均衡的時(shí)間T3是否大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間，當(dāng)均衡的時(shí)間T3大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，則所述單體鋰電池退出均衡操作，并返回步驟(3)，將T1、T2、T3置零，重新對(duì)鋰電池進(jìn)行均衡性判斷，否則繼續(xù)進(jìn)行均衡操作。圖3為鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法系統(tǒng)的工況判斷模塊流程圖，系統(tǒng)在任何時(shí)刻出現(xiàn)單體最大電壓超過單體電壓過高二級(jí)故障閥值、單體最大電壓超過單體電壓過低二級(jí)故障閥值、單體電壓差值是否超過二級(jí)故障閥值、電池溫度過溫和電池管理系統(tǒng)芯片溫度過溫等故障，則立即停止均衡操作，并將各種均衡計(jì)數(shù)器置0。 圖4鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法的均衡性判斷模塊流程圖，當(dāng)電池單體之間壓差大于某一設(shè)定的數(shù)值，以及單體電壓大于某一設(shè)定值，達(dá)到需要均衡條件的時(shí)候，對(duì)單體電池進(jìn)行均衡操作。同時(shí)檢查均衡計(jì)時(shí)器是否大于1S，如果沒有，則記錄電壓高的電池單體的序號(hào)K，繼續(xù)進(jìn)行均衡操作，否則結(jié)束操作并將各種計(jì)數(shù)器置0。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)先由信號(hào)采集模塊采集電池系統(tǒng)中鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將采集到的鋰電池單體電壓以及總電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中；(2)由系統(tǒng)工況判斷模塊對(duì)當(dāng)前所述鋰電池管理系統(tǒng)所處工況進(jìn)行判斷，當(dāng)單體鋰電池電壓大于過壓閾值、或單體鋰電池電壓低于低壓閾值、或者單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值、或者單體鋰電池溫度高于電池溫度閾值、或者所述鋰電池管理系統(tǒng)芯片溫度高于芯片溫度閾值，則判斷所述鋰電池系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，否則判斷所述鋰電池系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)；(3)當(dāng)所述鋰電池系統(tǒng)不處于故障狀態(tài)或故障狀態(tài)消除后，通過均衡性判斷模塊對(duì)所述鋰電池進(jìn)行均衡性判斷統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓大于過壓閾值的次數(shù)Tl，統(tǒng)計(jì)單體鋰電池電壓壓差大于壓差閾值的次數(shù)T2 ；如果Tl或T2中任意一個(gè)值大于設(shè)定的次數(shù)閥值，則判斷所述鋰電池處于非均衡狀態(tài)，并進(jìn)入下一步的均衡操作，否則判斷所述鋰電池處于均衡狀態(tài)，不進(jìn)行均衡操作；(4)通過均衡模塊對(duì)處于非均衡狀態(tài)的單體鋰電池進(jìn)行均衡放電處理；(5)判斷進(jìn)行均衡放電處理的單體鋰電池進(jìn)行均衡放電處理的時(shí)間T3是否大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間，當(dāng)均衡放電處理的時(shí)間T3大于均衡預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，則所述單體鋰電池退出均衡操作，并返回步驟(3)，將Tl、T2、T3置零，重新對(duì)鋰電池進(jìn)行均衡性判斷，否則繼續(xù)進(jìn)行均衡操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法，其特征在于在所述步驟(4)中，均衡模塊包括并聯(lián)在單體鋰電池兩端的MOS管和電阻，控制MOS管接通對(duì)單體鋰電池放電，進(jìn)行電池的均衡放電處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法，其特征在于在所述步驟(5)中，所述均衡預(yù)設(shè)時(shí)間為1S。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種鋰電池均衡控制方法，該方法通過對(duì)鋰電池單體電壓的采集，將過充(電壓偏高)或單體壓差過大的電池進(jìn)行識(shí)別并放電的方法來達(dá)到電池的一致性。本發(fā)明由以下模塊組成信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)工況判斷模塊、均衡性判斷模塊、均衡模塊。本發(fā)明通過對(duì)鋰電池狀態(tài)的精確監(jiān)測(cè)及控制，有效控制鋰電池容量保持一致，從而達(dá)到鋰電池系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102437603SQ20111032664
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者付文利, 姚振輝, 樸昌浩, 楊輝前 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué), 重慶長(zhǎng)安新能源汽車有限公司, 重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司