一種帶有備用單元的電池組及其動態(tài)管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池組及其動態(tài)管理方法，特別是一種一種帶有備用單元的電池組及其動態(tài)管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池(如超級電容、鋰電池等)作為動力源，一般串聯(lián)成電池組模塊使用，但是由于原材料、設(shè)備、制造工藝的原因，即使同一批次的電池，其容量、內(nèi)阻等參數(shù)也會不一樣，在使用過程中會出現(xiàn)電池過充或過放的現(xiàn)象。當(dāng)電池組處于這樣一種不一致性的狀態(tài)中時，會導(dǎo)致有些單體電池的容量低于電池組的平均容量，在其放電過程中，其電量首先放完。雖然此時其他電池還有很多電量，但是為了保護該單體電池，不得不終止整個電池組的放電，因此并沒有充分利用電池組中的能量。更嚴重時，會出現(xiàn)某一單體電池完全報廢、其他電池完好無損的情況，這樣會導(dǎo)致整個電池組報廢停止工作。
[0003]目前的電池組通常由若干單體電池、均衡電路組成，并沒有在內(nèi)部設(shè)置備用電池。當(dāng)單體電池一致性不好、均衡效果不佳時，會導(dǎo)致某一單體電池容量、壽命縮減，根據(jù)木桶原理，電池組的實際容量往往受問題單體電池的束縛，所述的問題單體電池為容量縮小、荷電狀態(tài)偏離平均荷電狀態(tài)。長此以往，會出現(xiàn)當(dāng)整個電池組報廢時，實際電池組內(nèi)部大部分單體電池還能夠繼續(xù)使用的現(xiàn)象，由此形成了資源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種帶有備用單元的電池組及其動態(tài)管理方法，解決現(xiàn)有電池組內(nèi)部問題單體電池影響電池組使用效率的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:該電池組包括:主電池模塊、多路選擇器、控制器、備用電池模塊；主電池模塊和多路選擇器相連；多路選擇器和備用電池模塊相連；控制器依次和主電池模塊、多路選擇器、備用電池模塊相連。
[0006]所述的主電池模塊包括采集電路、單體電池和多路開關(guān)；采集電路和單體電池并聯(lián)相連，單體電池和多路開關(guān)依次交叉串聯(lián)連接。
[0007]所述的備用電池模塊包括備用采集電路、備用單體電池、雙向升壓電路、電子開關(guān)；備用電池模塊由多個支路組成，每個支路中，備用單體電池和雙向升壓電路串聯(lián)連接；備用單體電池和采集電路并聯(lián)連接；電子開關(guān)和雙向升壓電路并聯(lián)連接。
[0008]所述的控制器控制主電池模塊，并估算單體電池的荷電狀態(tài)SOCi和容量Q卩當(dāng)某單體電池的容量Qi與額定容量Q比值小于80%時，選用備單體電池替換掉問題電池；當(dāng)某一單體電池的30(；與其他單體電池的平均SOC相差超過10%，進行計數(shù)，累計超過一定次數(shù)，替換單體電池；如果未達到設(shè)定次數(shù)，根據(jù)單體電池電壓高低，選擇備用單體電池給問題電池充電或者問題電池給單體電池充電。
[0009]優(yōu)選的，所述多路開關(guān)有三個接口，多路開關(guān)靠近左側(cè)電池正極的是接口 1，多路開關(guān)靠近右側(cè)電池負極的是接口 2，靠近多路選擇器的是接口 3 ;同一時刻只接通任意2個接口，斷開其他接口 ；一般情況下，多路開關(guān)接通1、3接口，斷開其他接口。
[0010]優(yōu)選的，若要實現(xiàn)備用單體電池替換問題電池，需要控制器控制多路開關(guān)；當(dāng)出現(xiàn)問題電池即電池老化時，控制問題電池左側(cè)的多路開關(guān)接通1、2接口，斷開2與3，I與3之間的連接；控制問題電池右側(cè)的多路開關(guān)接通2、3接口 ；其他多路開關(guān)保持不變；同時控制多路選擇器，使得問題電池相鄰兩側(cè)的多路開關(guān)的2號接口處的導(dǎo)線分別接通多路選擇器的備用電池支路接口 H，G ;還需保持雙向升壓電路的并聯(lián)開關(guān)閉合，短路雙向升壓電路。
[0011]優(yōu)選的，若要實現(xiàn)備用單體電池給問題電池充電，需要控制器控制多路開關(guān)；當(dāng)出現(xiàn)問題電池即電壓過低時，控制問題電池左側(cè)的多路開關(guān)接通1、2接口 ；控制問題電池右側(cè)的多路開關(guān)接通2、3接口 ；其他多路開關(guān)動作保持不變；同時控制多路選擇器，使得問題電池相鄰兩側(cè)的多路開關(guān)的2號接口處的導(dǎo)線分別接通多路選擇器的備用電池支路接口H、G;還需保持雙向升壓電路的并聯(lián)開關(guān)斷開，控制雙向升壓電路給問題電池充電。
[0012]優(yōu)選的，若要實現(xiàn)問題電池給單體備用電池充電，需要控制器控制多路開關(guān)；當(dāng)出現(xiàn)問題電池即電壓過高時，控制問題電池左側(cè)的多路開關(guān)接通1、2接口 ；控制問題電池右側(cè)的多路開關(guān)接通2、3接口 ；其他多路開關(guān)動作保持不變；同時控制多路選擇器，使得問題電池相鄰兩側(cè)的多路開關(guān)的2號接口處的導(dǎo)線分別接通多路選擇器的備用電池支路接口H、G ;還需保持雙向升壓電路的并聯(lián)開關(guān)斷開，控制雙向升壓電路給備用電池充電。
[0013]該動態(tài)管理方法如下:
[0014]Al:采集電路采集各主單體電池、備用單體電池的電壓、電流、溫度信息；
[0015]A2:計算各單體電池的荷電狀態(tài)SOCp容量仏和SOCj^所述的容量Q沖的下標i表示第i個單體電池；所述的SOCjs表示為去掉最大值和最小值之后的均值；
[0016]A3:判斷各個單體電池的容量Qi與額定容量Q的比值與0.8的大??；小于0.8跳轉(zhuǎn)至步驟A4 ;大于0.8跳轉(zhuǎn)至步驟A5 ;
[0017]A4:控制各個開關(guān)，用備用電池替換問題電池；
[0018]A5 -SOCjs，跳轉(zhuǎn)至步驟 m ；
[0019]A5:計算I SOC均-SOCi |與0.1 X SOC均的大小。小于0.1 X SOC均，跳轉(zhuǎn)至步驟A3 ;大于0.1 A6:判斷SOCjs _30(；與O的大小，大于0，跳轉(zhuǎn)至步驟A7 ;小于0，跳轉(zhuǎn)至步驟AlO ；
[0020]A7:計數(shù)單體電池SOCi低于平均值SOC均的次數(shù)Ndi;
[0021]A8:判斷Ndi和5的大??；大于5，用備用電池替換掉問題電池，并跳轉(zhuǎn)至步驟A3 ；小于5，跳轉(zhuǎn)至步驟A9;
[0022]A9:備用電池給問題電池充電；當(dāng)問題電池的SOCjP SOC肖誤差小于5 %時，跳轉(zhuǎn)至步驟A3 ；
[0023]AlO:計數(shù)單體電池SOCi高于平均值SOC均的次數(shù)Nui;
[0024]All:判斷NujP 5的大小；大于5，用備用電池替換掉問題電池，并跳轉(zhuǎn)至步驟A3 ；小于5，跳轉(zhuǎn)至步驟A12;
[0025]A12:主單體電池給備用單體電池充電；當(dāng)問題電池的SOCjP SOC _誤差小于5%時，跳轉(zhuǎn)至步驟A3。
[0026]有益效果，由于采用了上述方案，備用電池替換問題電池時，控制器控制多路開關(guān)，斷開問題電池與相鄰單體電池的通路；同時控制多路選擇器，使得問題電池相鄰兩側(cè)的多路開關(guān)的導(dǎo)線分別接通多路選擇器的備用電池支路，連通備用電池與問題電池兩側(cè)的單體電池；保持雙向升壓電路的并聯(lián)開關(guān)接通，從而替換問題電池。備用電池給問題電池充電時，相比備用電池替換問題電池的動作，其他動作相同，僅需保持雙向升壓電路的并聯(lián)開關(guān)斷開，控制雙向升壓電路給問題電池或單體電池充電。如此，備用單體電池可以實現(xiàn)替換問題電池和二次均衡，解決了現(xiàn)有電池組內(nèi)部問題單體電池影響電池組使用效率的問題，達到了本發(fā)明的目的。
[0027]優(yōu)點:當(dāng)電池組內(nèi)部出現(xiàn)問題電池時，使用備用單體電池給其充電或者直接替換掉，提高了電池組使用效率。
【附圖說明】
:
[0028]圖1為本發(fā)明的一種帶有備用單元的電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2為本發(fā)明帶有備用單元的電池組動態(tài)管理方法圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]實施例1:帶有備用單元的電池組系統(tǒng)包括:主電池模塊、多路選擇器、控制器、備用電池模塊。主電池模塊和多路選擇器相連；多路選擇器和備用電池模塊相連?？刂破饕来魏椭麟姵啬K、多路選擇器、備用電池模塊相連。
[0032]圖1為一種帶有備用單元的電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主電池模塊中設(shè)置9個單體電池串聯(lián)，備用電池模塊中設(shè)置2個備用電池支路以便更容易理解描述，但是單體電池、備用電池的數(shù)量可以是更多。
[0033]所述的主電池模塊包括采集電路、單體電池和多路開關(guān)。采集電路和單體電池并聯(lián)相連；單體電池1-9和多路開關(guān)1-10依次交叉串聯(lián)連接。