一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開蓄電池領域中的一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，對串聯(lián)電池組中的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，充電機對串聯(lián)電池組進行充電，實時采樣電池組總輸出電壓，檢測電池組的每個單體電壓，并計算出參考基準電壓；當電池單體電壓高于參考基準電壓時，對應的均衡模塊停止工作，當電池單體電壓低于參考基準電壓時，均衡模塊給對應電池單體充電，最終使所有電池單體電壓均衡；當某個電池單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，均衡單元繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點或各個單體電壓均衡；各個均衡單元的輸出電壓完全相等，確保最終電池電壓的一致性，均衡效果較好。
【專利說明】一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池領域，具體涉及蓄電池中各個單體電池的均壓控制方法。
【背景技術】
[0002]蓄電池由多個單體電池串聯(lián)組成，蓄電池組由多個蓄電池串聯(lián)組成，已廣泛地應用在交通、電力、通信等領域的電子設備中。實踐表明，蓄電池組的壽命遠遠低于單體電池的壽命，最根本的原因就是在充電設備對蓄電池組充電式時，流過各個單體電池的電流大小相同，由于單體電池的容量存在差異，在以相同的充電電流充電時，會造成電池的放電深度不同，容量大的會淺充淺放，而容量小的總會過充過放，這就造成容量大的電池衰減緩慢，壽命延長，容量小的電池衰減加快，壽命縮短，兩者之間的差異會越來越大。
[0003]由于電池組中電池單體不一致，為了延長電池組壽命，除了提高蓄電池的生產(chǎn)技術，減小蓄電池生產(chǎn)時因材料、工藝等帶來的差異，盡量選擇性能指標接近的電池之外，必須通過輔助的電池均衡系統(tǒng)來改善電池組在使用過程中產(chǎn)生的不一致性。而均衡器是電池管理系統(tǒng)的核心部件，現(xiàn)有的均衡器方法主要有以下幾種:
1.串聯(lián)型與并聯(lián)型。串聯(lián)型是指在監(jiān)控單體電壓變化的基礎上，通過串聯(lián)在電池組中的開關，在滿足一定條件時把單體電池的充電或負載回路斷開，改變電池組內單體之間的連接結構。并聯(lián)型并不斷開電池的工作回路，而是給每只電池各增加一個并聯(lián)旁路裝置。
[0004]2.能耗型與轉移型。能耗型指給各單體電池提供并聯(lián)電流支路，將電壓過高的單體電池通過分流消耗電能達到均衡目的。與能耗不同，轉移型是依據(jù)高頻開關電源的原理和技術，通過電壓變換器將單體之間的偏差，將能量饋送回電池組或單體。
[0005]3.靜態(tài)型與動態(tài)型。靜態(tài)型均衡包括兩種，一種是充電均衡，充電過程中后期，單體電壓達到或超過截止電壓時，減小單體電流，限制單體電壓不高于充電截止電壓；另一種是放電均衡，電池組輸出功率時，通過補充電能限制單體電壓不低于預設的放電終止電壓。動態(tài)均衡不論在充電狀態(tài)，還是在放電狀態(tài)，都可以通過能量轉換的方法實現(xiàn)組中單體電壓的平衡。動態(tài)均衡集中了兩種均衡的優(yōu)點，盡管單體之間初始容量有差異，工作中卻能保證相對的充放電強度和深度的一致性。
[0006]4.單向型和雙向型。根據(jù)均衡器處理能量的流向，可分為單向型和雙向型均衡，雙向型使用雙向變換器，輸入輸出方向動態(tài)調整。比較而言，單向型均衡性能有限，雙向型均衡性能理想，成本高，結構復雜，適合于大型動力電池和儲能站電池。
[0007]5.集中型與分散型。當把上述單向和雙向變換器集中一起來向蓄電池整組充電或放電，就是集中型均衡，優(yōu)點是變換器成本和技術復雜度大幅降低，主要缺點有:均衡電路到各單體之間的導線長度和形狀不同，變比有差異，均衡誤差大，均衡電路與電池組之間的功率導線布線復雜。分散式主要可分為飛度電容法和儲能電感法。飛度電容法結構簡單，成本低，能量利用率高，但是均衡效率有限。儲能電感法均衡效果好于電容法，但其只能在相鄰兩節(jié)電池傳遞能量，成本偏高。
[0008]6.級聯(lián)型與并行型。級聯(lián)型是每兩只鄰近的單體實現(xiàn)均衡，進而達到各單體之間的均衡，問題是如果組中高壓單體與低壓單體之間間隔數(shù)只單體，從高壓單體導出能量給低壓單體，需要多只級聯(lián)的變換器同時工作，到達目的單體的能量轉換效率極低。并行型是從高壓單體直接把能量變換到低壓單體，任何一個高壓單體都可以傳遞能量到任何一個低壓單體，具有最佳的均衡效率，實現(xiàn)難度也較大。
[0009]以上可以看出，理想的均衡方法是:均衡電路分散并聯(lián)在每個單體電池上，動態(tài)雙向并行將高電壓電池的能量轉移到低電壓電池，但實現(xiàn)起來也相對比較困難。成本，復雜度，變換效率，可靠性都是均衡器設計要考慮的重要因素。
[0010]這些均衡方法或設備均存在著部分電池單體多充后再被放出損耗掉或轉移到欠充的部分單體中，存在二次轉移時的能量損耗，同時每次充電時或充電后多充的電池單體先被充入再放出也會影響電池充電循環(huán)壽命。另外，這些均衡充電器都是以一個均衡范圍作為單體電池電壓偏高或偏低的依據(jù)，但在電池充電過程中單體電壓變化范圍是較大的，這種固定均衡范圍作為均衡依據(jù)的方法只能在充電后期或充電完成后進行，會增加整體充電均衡的時間，或導致均衡時間較短，影響均衡效果。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有均衡方法或均衡設備存在的問題，提出一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，能減小能量損耗，提高電池充電循環(huán)壽命和電壓均衡效果。
[0012]本發(fā)明采用的技術方案是包括以下步驟:(I)對串聯(lián)電池組中的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，充電機對串聯(lián)電池組進行充電，實時采樣電池組總輸出電壓，檢測電池組的每個單體電壓，并計算出參考基準電壓；(2)當電池單體電壓高于參考基準電壓時，對應的均衡模塊停止工作，當電池單體電壓低于參考基準電壓時，均衡模塊給對應電池單體充電，最終使所有電池單體電壓均衡。
[0013]當某個電池單體電壓達到單體保護電壓點時,充電機停止給電池組充電,均衡單元繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點或各個單體電壓均衡。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點是:
1、在整個充電過程中任何單體都不會存在過充現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生過充或多充后再放出來消耗掉或轉移到其它單體的問題。
[0015]2、由于采用動態(tài)的基準電壓給各個均衡單元，如采用動態(tài)的電池平均單體電壓給各個均衡單元，各個均衡單元的輸出電壓是完全相等的，確保最終電池電壓的一致性，因此均衡效果較好。
[0016]3、由于采用動態(tài)的基準電壓給各個均衡單元，因此可以在整個充電過程中就可以精確進行均衡補充充電，均衡時間長，因此均衡單元模塊的功率可以比較小。
[0017]4、均衡單元只要提供較小的功率就能實現(xiàn)電池的均壓，模塊結構簡單。
[0018]5、每個模塊相互獨立，易于擴展，安裝、使用和維護非常方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是實現(xiàn)本發(fā)明的原理框圖；
圖2是實現(xiàn)本發(fā)明所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法的一個實施例的電路框圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，充電機為大功率的主充電機，并接串聯(lián)電池組，對串聯(lián)電池組充電。串聯(lián)電池組中的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，相對于充電機，均衡模塊的功率較小。充電機對電池組進行充電，在電池充電過程中，實時采樣電池組總的輸出電壓，檢測電池組每個單體的電壓，計算出每個電池的理想電壓，即平均電壓，由平均電壓計算出均衡單元電壓環(huán)的參考基準電壓，從而控制各均衡單元的輸出電壓保持相等。當電池單體電壓高于平均電壓時，對應的均衡模塊的輸出電壓便高于它的基準電壓，均衡模塊便會自動停止工作。而當電池電壓低于平均電壓時，均衡模塊的輸出電壓就會低于它的基準電壓，均衡模塊會自動給對應電池單體充電，給各電池單體容量差異部分進行補充充電。
[0021]隨著充電的進行，電池總電壓也在不停的變化,基準電壓也會動態(tài)的隨之變化,基準電壓是動態(tài)的，這樣可以實時的調整均衡模塊的輸出電壓，最終達到所有電池電壓的均衡。
[0022]動態(tài)的基準電壓可以是充電過程中電池組的平均單體電壓，也可以是充電過程中最高單體電壓，也可以是充電過程中最低單體電壓，也可以是充電過程中各個電池單體電壓偏差范圍內的某個特定電壓，如通過一定算法得出的一種與各電池單體電壓相關的電壓作為基準電壓，這種算法如加權平均，部分平均,平均等。其中,平均單體電壓是電池組的總電壓除以單體總數(shù)得到。
[0023]由于各個均衡單元都是以動態(tài)基準電壓為環(huán)路控制基準的，因此各均衡單元的輸出電壓是相等的，這樣，各均衡單元給相應的電池單體充電，最終的電壓必然會與均衡單元的輸出電壓一致，最終各單體實際電壓達到與基準電壓一致，這時給本單體進行的補充充電停止。
[0024]在補充充電過程中，動態(tài)的基準電壓會隨著充電機給電池組充電整體電壓變化而變化。當充電過程中出現(xiàn)某單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，但均衡單元則可以繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點或各個單體電壓達到均衡要求。
[0025]各個均衡模塊相當于給電池組中的每個電池單體分別配備一個充電電源，最終達到電池電壓的一致。由于單獨使用均衡模塊充電對電池充電需要很長時間，這里采用充電機和均衡模塊充電共同充電的方式，這樣均衡模塊只需要較小的功率就能滿足要求。以充電機給電池組進行充電，各電池單體配以一種小型補充充電的，而各小型補充充電的各均衡單元是采用統(tǒng)一的輸出電壓控制基準，保證各均衡單元的輸出電壓在同一時間是相同的。將單體電池電壓與電池組在充電過程中相同時間內的動態(tài)基準電壓進行比較，對于單體實際電壓比動態(tài)基準電壓低的單體進行補充充電，使各均衡單元在補充充電時電壓保持高度相等，從而使各電池組單體電池在充電過程中自動達到均衡。
[0026]均衡模塊是含有DC-DC電路的轉移型均衡電路，可以適用于各種正激式、反激式、BUCK-B00ST(升降壓轉換器)等不同拓撲形式的電路，但又不僅限于這幾種拓撲形式。
[0027]以下提供本發(fā)明的一個實施例:
實施例1參見圖2，BH, BT2……，BTn是串聯(lián)電池組中的電池單體，充電機并接串聯(lián)電池組，對串聯(lián)電池組充電。每個電池單體BT1，BT2……，BTn正負極間均并聯(lián)一個DC/DC模塊和一個分壓取樣電阻，與電池單體BT1，BT2……，BTn對應的分壓取樣電阻分別是取樣電阻SI，S2……，Sn。每個分壓取樣電阻的阻值均等于電池單體數(shù)。分壓取樣電阻用于實時采樣電池組的輸出總電壓，這個輸出總電壓就是平均單體電壓。
[0028]DC/DC模塊可以是各種正激式、反激式、BUCK-B00ST (升降壓轉換器)等不同拓撲形式的電源轉換模塊。在充電機對電池組進行充電的同時，各個分壓取樣電阻將實時米樣的平均單體電壓，并送給相應的各電池單體的DC/DC模塊，作為該DC/DC模塊的輸出電壓基準，隨著充電過程電池組電壓的變化而變化，DC/DC模塊作為它們的電壓環(huán)基準參考電壓，從而控制各均衡單元的輸出電壓保持相等。當電池電壓高于平均單體電壓時，對應的DC/DC模塊的輸出電壓便高于它的基準電壓，DC/DC模塊便會自動停止工作。而當電池電壓低于平均單體電壓時，DC/DC模塊的輸出電壓就會低于它的基準電壓，DC/DC模塊會自動給對應電池充電。隨著充電的進 行，電池總電壓也在不停的變化,基準電壓也會動態(tài)的隨之變化，這樣可以實時地調整DC/DC模塊的輸出電壓，最終達到所有電池電壓的均衡。
【權利要求】
1.一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，充電機并接串聯(lián)電池組，其特征是包括以下步驟: (1)對串聯(lián)電池組中的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，充電機對串聯(lián)電池組進行充電，實時采樣電池組總輸出電壓，檢測電池組的每個單體電壓，并計算出參考基準電壓； (2)當電池單體電壓高于參考基準電壓時，對應的均衡模塊停止工作，當電池單體電壓低于參考基準電壓時，均衡模塊給對應電池單體充電，最終使所有電池單體電壓均衡。
2.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:步驟(2)中，當某個電池單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，均衡單元繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點或各個單體電壓均衡。
3.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:主充電機的功率大于均衡模塊的功率。
4.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:電池組總輸出電壓在不停變化，參考基準電壓也動態(tài)的隨之變化，調整均衡模塊的輸出電壓，使所有單體電池電壓均衡。
5.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:參考基準電壓是充電過程中電池組的平均單體電壓或最高單體電壓或最低單體電壓，也可以是各個電池單體電壓偏差范圍內的一個電壓。
6.根據(jù)權利要求5所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:所述偏差范圍內的一個電壓是對各個電池單體電壓進行加權平均、部分平均或平均算法得出與各電池單體電壓相關的電壓。
7.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:平均單體電壓是由電池組總輸出電壓除以單體總數(shù)得到。
8.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:在補充充電過程中，當某單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，均衡單元則繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點或各個單體電壓均衡。
9.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:在每個電池單體正負極間均并聯(lián)一個分壓取樣電阻，每個分壓取樣電阻的阻值均等于電池單體數(shù)，分壓取樣電阻實時采樣電池組的輸出總電壓，這個輸出總電壓就是平均單體電壓。
10.根據(jù)權利要求1所述一種采用動態(tài)基準的電池均壓控制方法，其特征是:均衡模塊是含有DC-DC電路的轉移型均衡電路。
【文檔編號】H02J7/00GK103606998SQ201310532752
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】吳連日 申請人:江蘇嘉鈺新能源技術有限公司