一種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，先后包括恒流充電階段和恒壓充電階段，具體步驟為：在上次充電完成時(shí)，根據(jù)所有單體電池的電壓與最高單體電池電壓的差值，估算所有單體電池在本次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存；在本次充電的恒流充電階段，對(duì)所述的需要進(jìn)行充電均衡的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的單體電池進(jìn)行充電均衡；在本次充電的恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的單體電池進(jìn)行充電均衡；本發(fā)明充分利用上次電池組充滿時(shí)的電壓差異情況估算本次充電均衡持續(xù)時(shí)間，并在本次充電過(guò)程中恒流階段根據(jù)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行均衡，在恒壓降流階段根據(jù)最低電壓進(jìn)行均衡，保證了純電動(dòng)汽車電池組充滿電時(shí)的能量最大化。
【專利說(shuō)明】ー種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池充電領(lǐng)域，特別涉及ー種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純電動(dòng)汽車使用時(shí)ー個(gè)重要參數(shù)就是其當(dāng)前的續(xù)駛里程，直接限制用戶對(duì)汽車的使用時(shí)間和影響用戶的使用感受。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)ー個(gè)重要努力方向就是提高純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，而影響續(xù)駛里程的直接因素就是動(dòng)カ電池組的剰余能量。純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組由多節(jié)電池串聯(lián)組成，由于電池間不一致性的存在，動(dòng)カ電池組充滿電時(shí)，必然存在電壓最高電池和電壓最低電池。車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中為保護(hù)動(dòng)カ電池，充電時(shí)以電壓最高電池達(dá)到最大允許充電電壓后停止充電并認(rèn)為動(dòng)力電池組已充滿，放電時(shí)以電壓最低電池達(dá)到最小允許放電電壓后停止放電并認(rèn)為動(dòng)カ電池組已放空。為保證動(dòng)カ電池組的剩余能量最大，必須在其充滿電時(shí)即擁有能量達(dá)到最大。隨著動(dòng)力電池組使用過(guò)程中的不斷老化，其充滿電時(shí)擁有的最大能量也不斷減小，電池之間在內(nèi)阻、容量和老化軌跡等方面的不一致性是導(dǎo)致整組電池性能下降的重要因素。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外在提高動(dòng)力電池組最大能量方面除了増加設(shè)計(jì)時(shí)的額定能量外，主要是減小電池間不一致性的影響。為了提高串聯(lián)電池組使用過(guò)程中的一致性，行業(yè)內(nèi)提出了多種均衡器及均衡方法，但這些均衡方法均有不足。例如市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的電阻分流均衡法，該方法通過(guò)并聯(lián)在電池上的分流電阻，充電過(guò)程中分流部分充電電流或放電過(guò)程中增加部分放電電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能耗散，該方法不利于能源節(jié)約，缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。又如能量搬遷式均衡法，其通過(guò)電感或者電容等儲(chǔ)能元件將電壓高的電池的能量搬遷到電壓低的電池上，其控制電路相對(duì)復(fù)雜，而且目前不清楚此方法對(duì)電池壽命的影響情況。
[0004]上述方法都是通過(guò)提高電池間的一致性，間接提高動(dòng)カ電池組充滿電時(shí)的最大能量。每種方法都有其自身的局限性，例如電阻分流均衡法由于散熱條件所限，分流電流不超過(guò)IOOmA ;能量搬遷均衡法隨著串聯(lián)電池?cái)?shù)的増加，能量搬遷電路及其控制難度成倍增長(zhǎng)，特別是動(dòng)カ電池組分多箱安裝吋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供ー種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，先后包括恒流充電階段和恒壓充電階段，具體步驟包括:
(I)在上次充電完成時(shí)，檢測(cè)出電池包中所有單體電池的電壓，并找出電壓最高的単體電池，根據(jù)所有單體電池的電壓與最高單體電池電壓的差值，估算所有單體電池在本次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存； (2)在本次充電的恒流充電階段，對(duì)步驟(I)所述的需要進(jìn)行充電均衡的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的単體電池進(jìn)行充電均衡；
(3)在本次充電的恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的単體電池進(jìn)行充電均衡；
(4)在本次充電完成時(shí)，同步驟(I)估算所有電池在下次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存。
[0007]優(yōu)選的，步驟(I)和步驟(4)中所述根據(jù)電壓差值估算充電均衡持續(xù)時(shí)間的方法為:當(dāng)電壓差值大于設(shè)定的閥值A(chǔ)Vmax吋，電池對(duì)應(yīng)的充電均衡持續(xù)時(shí)間為最大值Tmax，當(dāng)電壓差值小于AVmax吋，則根據(jù)電壓差值參考該單體電池的電壓隨恒流充電時(shí)間變化的充電曲線分段計(jì)算充電均衡持續(xù)時(shí)間。
[0008]優(yōu)選的，步驟(2)和步驟(3)中所述的充電均衡，是將電池包中的單體電池分為多組串聯(lián)電池,每組串聯(lián)電池由ー個(gè)充電均衡電源進(jìn)行充電均衡。
[0009]進(jìn)ー步優(yōu)選的，一組串聯(lián)電池在恒流充電階段，對(duì)均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找該組串聯(lián)電池內(nèi)均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到該組串聯(lián)電池內(nèi)所有單體電池的電壓達(dá)到設(shè)定范圍為止。
[0010]進(jìn)ー步優(yōu)選的，ー組串聯(lián)電池在恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的單體電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找該組串聯(lián)電池內(nèi)電壓最低的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到該組串聯(lián)電池內(nèi)所有單體電池的電壓達(dá)到最高電池電壓為止。
[0011]進(jìn)ー步優(yōu)選的，每組串聯(lián)電池由8-12個(gè)電池組成。
[0012]本發(fā)明在充電均衡電源電路的基礎(chǔ)上，充分利用上次電池組充滿時(shí)的電壓差異情況估算本次充電均衡持續(xù)時(shí)間，并在本次充電過(guò)程中恒流階段根據(jù)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行均衡，在恒壓降流階段根據(jù)最低電壓進(jìn)行均衡，保證了純電動(dòng)汽車電池組充滿電時(shí)的能量最大化。本發(fā)明提供的方法僅依據(jù)電池電壓數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單易行，容易推廣和使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述的充電均衡電源的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述:
本發(fā)明所掲示的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，所述充電包括恒流充電階段和恒壓充電階段，具體的，將電池包中的單體電池分為多組串聯(lián)電池,每組串聯(lián)電池由8-12個(gè)電池組成，由一個(gè)如圖1所示的充電均衡電源進(jìn)行充電均衡，該充電均衡電源電路包括變壓器，該變壓器設(shè)置有多個(gè)用于產(chǎn)生適合向各個(gè)串聯(lián)電池組進(jìn)行充電的充電副邊，充電副邊產(chǎn)生的電壓通過(guò)限幅濾波電路連接充電輸出端，該變壓器的原邊一端連接外電源，另一端依次連接有施密特觸發(fā)器、三極管放大電路以及MOS管開(kāi)關(guān)電路，施密特觸發(fā)器向三極管放大電路輸出方波信號(hào)，三極管放大電路根據(jù)該方波信號(hào)的波形作周期的導(dǎo)通和截止，從而控制MOS管開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制變壓器的占空比，改變變壓器輸出電壓的大小。
[0015]本發(fā)明所述方法的具體步驟包括: (I)在上次充電完成時(shí),檢測(cè)出電池每組串聯(lián)電池中所有單體電池的電壓Vi，并找出電壓最高的單體電池，根據(jù)所有單體電池的電壓與最高單體電池電壓Vmax的差值A(chǔ)V，估算所有單體電池在下次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間Ti并保存在非易失性存儲(chǔ)器中，供下次充電時(shí)步驟(2)使用。當(dāng)電壓差值A(chǔ)V大于設(shè)定的閥值A(chǔ)Vmax時(shí)，電池對(duì)應(yīng)的充電均衡持續(xù)時(shí)間為最大值Tmax，當(dāng)電壓差值A(chǔ) V小于A Vmax吋，則根據(jù)電壓差值參考該單體電池的充電曲線分段計(jì)算充電均衡持續(xù)時(shí)間Ti。
[0016]由于動(dòng)カ電池組放電時(shí)的最大能量取決于擁有最小能量的電池，所以充電均衡時(shí)需不斷對(duì)最小能量的電池進(jìn)行充電。一組電池共用一個(gè)充電均衡電路，當(dāng)每個(gè)電池的持續(xù)時(shí)間接近時(shí)，需在不同的電池間切換。而動(dòng)カ電池組整個(gè)充電過(guò)程持續(xù)時(shí)間有限，單個(gè)電池充電均衡的持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)無(wú)實(shí)際意義。
[0017]充電完成時(shí)最高電池電壓Vmax通常等于電池的最大允許充電電壓。為保證充電完成時(shí)動(dòng)カ電池組的能量最大，需對(duì)電壓較低的電池進(jìn)行充電使其達(dá)到最大允許充電電壓。而電池在充電過(guò)程中電壓的高低表現(xiàn)并不一致，可能充電前期電壓較低的電池在充電后期反而電壓較高，這是因?yàn)殡姵貙?shí)際容量、內(nèi)阻、極化和老化軌跡等不一致引起的。為了排除上述不一致性，在充電前期即步驟(2)中根據(jù)最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行充電均衡，在充電后期即步驟(3)中根據(jù)最低電池電壓進(jìn)行充電均衡。
[0018](2)在本次充電的恒流充電階段，對(duì)步驟(I)所述的需要進(jìn)行充電均衡的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的単體電池進(jìn)行充電均衡；均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到所有單體電池的電壓達(dá)到設(shè)定范圍為止。
[0019]在恒流充電階段，由于充電電流和電池內(nèi)阻、容量、極化差異的存在，電池電壓的高低表現(xiàn)與恒壓降流階段可能不同。因?yàn)樾璞ＷC一直對(duì)充電均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池進(jìn)行充電，即所有電池電壓同時(shí)接近最大允許充電電壓。
[0020](3)在本次充電的恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的單體電池進(jìn)行充電均衡。
[0021]在恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的單體電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找電壓最低的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到所有單體電池的電壓達(dá)到最高電池電壓為止。
[0022]在恒壓降流階段，由于充電電流不斷減小，特別是充電末期充電電流接近為零，電池內(nèi)阻對(duì)電壓的影響消失，充電末期電池接近充滿狀態(tài)，容量差異對(duì)電壓的影響較小，極化電壓的影響也在不斷減小，此時(shí)電池電壓的高低表現(xiàn)真實(shí)，可以利用電池電壓進(jìn)行充電均衡。
[0023]由于恒壓降流階段時(shí)間相對(duì)恒流階段較短，可適當(dāng)提高重新查找電池的頻率，以保證整個(gè)電池組在充滿時(shí)所有電池電壓接近和達(dá)到最大允許充電電壓Vmax。
[0024](4)在本次充電完成吋，同步驟(I)估算所有電池在下次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存到非易失性存儲(chǔ)器中，為下次充電做準(zhǔn)備，供下次充電時(shí)步驟(2)使用。
[0025]整個(gè)動(dòng)カ電池組通過(guò)多次充電過(guò)程，不斷使充滿時(shí)所有電池電壓接近和達(dá)到最大允許充電電壓，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)カ電池組能量最大化的目標(biāo)。
[0026]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.ー種依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，所述充電包括恒流充電階段和恒壓充電階段，其特征在于，包括步驟: (1)在上次充電完成時(shí)，檢測(cè)出電池包中所有單體電池的電壓，并找出電壓最高的単體電池，根據(jù)所有單體電池的電壓與最高單體電池電壓的差值，估算所有單體電池在本次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存； (2)在本次充電的恒流充電階段，對(duì)步驟(I)所述的需要進(jìn)行充電均衡的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的単體電池進(jìn)行充電均衡； (3)在本次充電的恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的単體電池進(jìn)行充電均衡； (4)在本次充電完成時(shí)，同步驟(I)估算所有電池在下次充電時(shí)進(jìn)行充電均衡所需要的持續(xù)時(shí)間并保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(4)中所述根據(jù)電壓差值估算充電均衡持續(xù)時(shí)間的方法為:當(dāng)電壓差值大于設(shè)定的閥值A(chǔ) Vmax時(shí)，電池對(duì)應(yīng)的充電均衡持續(xù)時(shí)間為最大值Tmax，當(dāng)電壓差值小于AVmax時(shí)，則根據(jù)電壓差值參考該單體電池的電壓隨恒流充電時(shí)間變化的充電曲線分段估算充電均衡持續(xù)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)中所述的充電均衡，是將電池包中的單體電池分為多組串聯(lián)電池，每組串聯(lián)電池由ー個(gè)充電均衡電源進(jìn)行充電均衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，其特征在于，ー組串聯(lián)電池在恒流充電階段，對(duì)均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找該組串聯(lián)電池內(nèi)均衡持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到該組串聯(lián)電池內(nèi)所有單體電池的電壓達(dá)到設(shè)定范圍為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，其特征在于，ー組串聯(lián)電池在恒壓充電階段，對(duì)電壓最低的單體電池充電均衡持續(xù)一段時(shí)間后，重新查找該組串聯(lián)電池內(nèi)電壓最低的電池繼續(xù)進(jìn)行充電均衡，循環(huán)往復(fù)直到該組串聯(lián)電池內(nèi)所有単體電池的電壓達(dá)到最高電池電壓為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的依據(jù)電池電壓進(jìn)行充電均衡的控制方法，其特征在干，每組串聯(lián)電池由8-12個(gè)電池組成。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103532183SQ201310442309
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】劉飛, 文鋒, 阮旭松, 徐志深 申請(qǐng)人:惠州市億能電子有限公司