平衡包含架單元的電池組的架單元電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平衡包含架單元(rack)的電池組的架單元電壓的方法，更特別地涉及平衡構(gòu)造為具有如下結(jié)構(gòu)的電池組的架單元電壓的方法:其中多個(gè)架單元相互串聯(lián)或并聯(lián)連接，且在每個(gè)架單元中多個(gè)單位模塊相互串聯(lián)連接。架單元電壓平衡方法包括測(cè)量架單元的電壓的電壓測(cè)量步驟、基于架單元的電壓值以升序?qū)軉卧M(jìn)行排序的排序步驟、將最大電壓值與最小電壓值之間的差與設(shè)定電壓進(jìn)行比較的比較步驟、將架單元的電壓值與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較以增加充電或放電計(jì)數(shù)的充/放電計(jì)數(shù)步驟和根據(jù)充電或放電計(jì)數(shù)對(duì)架單元進(jìn)行充電或放電的充/放電步驟，其中，在比較步驟中的最大電壓值與最小電壓值之間的差小于設(shè)定電壓的情況下，以最大電壓值對(duì)架單元進(jìn)行充電而不進(jìn)行充/放電計(jì)數(shù)步驟和充/放電步驟，并且在比較步驟中的最大電壓值與最小電壓值之間的差大于設(shè)定電壓的情況下，進(jìn)行充/放電計(jì)數(shù)步驟和充/放電步驟。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，能夠進(jìn)行充電和放電的二次電池已經(jīng)被廣泛用作無(wú)線移動(dòng)設(shè)備的能源或輔助電力裝置。另外，作為用來(lái)解決諸如因使用化石燃料的現(xiàn)有汽油和柴油車輛引起的空氣污染的問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的電動(dòng)車輛(EV)、混合動(dòng)力車輛(HEV)和插電式混合動(dòng)力車輛(Plug-1n HEV)的電源的二次電池已經(jīng)受到了相當(dāng)大的關(guān)注。
[0003]二次電池用于需要高輸出的各種移動(dòng)設(shè)備。為此，在電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛中可以使用包含相互串聯(lián)連接的多個(gè)電池胞的電池組作為電源。
[0004]在包含多個(gè)電池胞(單位電池胞，unit cell)的中大型二次電池模塊中，全部或至少部分構(gòu)成電池模塊的電池胞相互串聯(lián)連接以提供高輸出，且電池胞具有相同的容量和電壓標(biāo)準(zhǔn)(voltage standard)。
[0005]另外，基于電動(dòng)車輛的規(guī)格將各自包含多個(gè)電池胞的多個(gè)電池組安裝在電動(dòng)車輛中。此外，在對(duì)電池胞進(jìn)行充電或放電時(shí)提供充電裝置和電池管理系統(tǒng)以將電池組的電池胞的電壓維持在適宜水平。
[0006]然而，盡管電池胞具有相同的容量和電壓標(biāo)準(zhǔn)，但由于在電池胞的制造過(guò)程中的各種因素而導(dǎo)致電池胞通常具有不同的電壓。如果構(gòu)成電池模塊的電池胞具有不同的電壓，則電池模塊的性能降低。
[0007]另外，充電裝置和電池管理系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為向電池胞一齊供應(yīng)電流，使得以所述供應(yīng)電流對(duì)電池胞進(jìn)行充電而不考慮電池胞之間特性的不同。由于不考慮電池胞之間容量的差異或電池胞之間內(nèi)阻的差異而以這種一齊充電的方法對(duì)電池胞一齊進(jìn)行充電，有些電池胞可能會(huì)過(guò)充電，或者有些電池胞可能會(huì)沒(méi)有被完全充電。
[0008]此外，在其中包含相互串聯(lián)連接的多個(gè)電池胞的電池組長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，隨著充電和放電循環(huán)的增加電池胞的特性因子可能會(huì)彼此不同。結(jié)果，電池胞的電壓可能會(huì)不平衡。在電池胞之間的電壓偏差過(guò)度增加的情況下，電池胞可能會(huì)處于危險(xiǎn)狀況下。例如，電池胞可能會(huì)爆炸。
[0009]因此，有非常高的必要性來(lái)提供能夠穩(wěn)定地初始化和控制構(gòu)成電池組的電池胞的電池組平衡方法以徹底解決以上問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問(wèn)題
[0011]已經(jīng)完成了本發(fā)明以解決以上問(wèn)題和其它尚未解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明的目的是提供平衡電池組的架單元電壓的方法，所述電池組構(gòu)造為具有多個(gè)架單元相互串聯(lián)或并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，所述方法包括測(cè)量架單元的電壓以確定要對(duì)哪個(gè)架單元進(jìn)行充電或放電并且基于確定的結(jié)果自動(dòng)地進(jìn)行架單元電壓平衡，以在無(wú)需附加設(shè)備、人力和進(jìn)行通常的架單元電壓平衡所需的時(shí)間的情況下方便且安全地解決充電時(shí)電池胞之間的不平衡，從而提高電池組的性能、容量和壽命。
[0013]技術(shù)方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)提供平衡電池組的架單元電壓的方法可以實(shí)現(xiàn)以上和其它目的，所述電池組構(gòu)造為具有如下結(jié)構(gòu):多個(gè)架單元相互串聯(lián)或并聯(lián)連接，且在每個(gè)架單元中多個(gè)單位模塊相互串聯(lián)連接，所述架單元電壓平衡方法包括:(a)測(cè)量架單元的電壓的電壓測(cè)量步驟，(b)基于架單元的電壓值以升序?qū)軉卧M(jìn)行排序的排序步驟，(c)將最大電壓值與最小電壓值之間的差與設(shè)定電壓進(jìn)行比較的比較步驟，(d)將架單元的電壓值與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較以增加充電或放電計(jì)數(shù)的充/放電計(jì)數(shù)步驟和(e)根據(jù)充電或放電計(jì)數(shù)對(duì)架單元進(jìn)行充電或放電的充/放電步驟，其中，在步驟(c)中的最大電壓值與最小電壓值之間的差小于設(shè)定電壓的情況下，以最大電壓值對(duì)架單元進(jìn)行充電而不進(jìn)行步驟(d)和
(e)，并且在步驟(c)中的最大電壓值與最小電壓值之間的差大于設(shè)定電壓的情況下，進(jìn)行步驟(d)和(e)。
[0015]因此，在根據(jù)本發(fā)明的平衡構(gòu)造為具有多個(gè)架單元相互串聯(lián)或并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)的電池組的架單元電壓的方法中，可以對(duì)架單元的電壓進(jìn)行測(cè)量以確定要對(duì)哪個(gè)架單元進(jìn)行充電或放電，且可以基于確定的結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行架單元電壓平衡。因此，可以在無(wú)需附加設(shè)備、人力和進(jìn)行通常的架單元電壓平衡所需的時(shí)間的情況下方便且安全地解決充電時(shí)電池胞之間的不平衡，從而提高電池組的性能、容量和壽命。
[0016]在具體實(shí)施例中，在步驟(b)中，可以基于架單元的電壓值使用選自諸如選擇性排序和快速排序的各種排序算法中的任一種對(duì)架單元進(jìn)行排序。具體地，步驟(b)可以包括基于架單元的電壓值從具有最小電壓值的架單元(i = 0)到具有最大電壓值的架單元(i =架單元的總數(shù)-1)對(duì)架單元進(jìn)行排序。
[0017]同時(shí)，如上所述在其中包含相互串聯(lián)連接的多個(gè)電池胞的電池組長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，隨著充電和放電循環(huán)的增加電池胞的特性因子可能會(huì)彼此不同。結(jié)果，電池胞的電壓可能會(huì)不平衡。由于這一原因，有些電池胞可能會(huì)過(guò)充電，或者有些電池胞可能會(huì)沒(méi)有被完全充電。在電池胞之間的電壓偏差大的情況下(例如20V以上)，電池胞可能會(huì)處于危險(xiǎn)狀況下。例如，電池胞可能會(huì)爆炸。
[0018]為了確定如上所述在電池胞的性能降低及電池胞爆炸時(shí)的電池胞之間的電壓偏差，有必要在步驟(c)中設(shè)定期望的電壓。可以基于電池胞的類型和容量對(duì)所述期望的電壓值進(jìn)行不同地設(shè)定。例如，設(shè)定電壓可以具有10?30%荷電狀態(tài)(S0C)的范圍。具體地，設(shè)定電壓可以具有20%S0C的范圍。
[0019]另外，在步驟(d)中，可以將架單元的平均電壓設(shè)定為基準(zhǔn)電壓。具體地，基準(zhǔn)電壓可以表示為電壓范圍值/2+最小電壓值，且電壓范圍值可以表示為最大電壓值-最小電壓值。
[0020]在具體實(shí)施例中，在步驟(d)中的架單元的電壓值小于基準(zhǔn)電壓的情況下，可以進(jìn)行增加放電計(jì)數(shù)的過(guò)程。另一方面，在步驟(d)中的架單元的電壓值大于基準(zhǔn)電壓的情況下，可以進(jìn)行增加充電計(jì)數(shù)的過(guò)程。
[0021]在充電或放電計(jì)數(shù)步驟中，可以進(jìn)行基于根據(jù)電壓值排序的i值從i= 0到i =架單元的總數(shù)-1按順序增加充電或放電計(jì)數(shù)的過(guò)程。在使充電或放電計(jì)數(shù)從具有最小電壓值的架單元到具有最大電壓值的架單元增加后，可以基于增加的充電或放電計(jì)數(shù)確定是否要對(duì)架單元進(jìn)行充電或放電，如在步驟(e)中一樣。
[0022]具體地，在放電計(jì)數(shù)大于充電計(jì)數(shù)且最小電壓值大于基準(zhǔn)電壓的情況下，步驟(e)可以包括從具有最大電壓值的架單元到具有最小電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行放電以平衡架單元的電壓?；蛘撸诜烹娪?jì)數(shù)大于充電計(jì)數(shù)且最小電壓值小于基準(zhǔn)電壓的情況下，步驟(e)可以包括從具有最小電壓值的架單元到具有最大電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行充電。
[0023]另外，在充電計(jì)數(shù)大于放電計(jì)數(shù)的情況下，步驟(e)可以包括從具有最小電壓值的架單元到具有最大電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行充電?；蛘?，在充電計(jì)數(shù)和放電計(jì)數(shù)彼此相等的情況下，步驟(e)可以包括從具有最大電壓值的架單元到具有最小電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行放電以使從電網(wǎng)接收的能量最少?？梢赃M(jìn)行充/放電步驟以減小架單元之間的電壓偏差，從而可以穩(wěn)定地使電池組初始化。
[0024]在另一個(gè)具體實(shí)施例中，在步驟(e)即充電或放電步驟中的架單元的充電過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到與具有高于當(dāng)前進(jìn)行充電的架單元的電壓的架單元相同的電壓時(shí)，可以進(jìn)行將所述架單元相互并聯(lián)連接以同時(shí)對(duì)所述架單元進(jìn)行充電的過(guò)程。具體地，當(dāng)首先進(jìn)行充電的具有最小電壓值的架單元的電壓達(dá)到具有第二最小電壓值的架單元的電壓時(shí)，可以將具有最小電壓值的架單元和具有第二最小電壓值的架單元相互并聯(lián)連接，然后可以同時(shí)進(jìn)行充電。以相同的方式，可以從具有第三最小電壓值的架單元到具有最大電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行充電。
[0025]另一方面，在步驟(e)中對(duì)架單元進(jìn)行放電的情況下，在放電過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到與具有低于當(dāng)前進(jìn)行放電的架單元的電壓的架單元相同的電壓時(shí)，可以進(jìn)行將所述架單元相互并聯(lián)連接以同時(shí)對(duì)所述架單元進(jìn)行放電的過(guò)程。具體地，當(dāng)首先進(jìn)行放電的具有最大電壓值的架單元的電壓達(dá)到具有第二最大電壓值的架單元的電壓時(shí)，可以將具有最大電壓值的架單元和具有第二最大電壓值的架單元相互并聯(lián)連接，然后可以同時(shí)進(jìn)行放電。以相同的方式，可以從具有第三最大電壓值的架單元到具有最小電壓值的架單元按順序?qū)軉卧M(jìn)行放電。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供的為電池組，所述電池組的電壓使用如上所述的架單元電壓平衡方法進(jìn)行平衡。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供的為包含所述電池組作為電源的設(shè)備。例如，所述電池組可以用作電動(dòng)工具，選自電動(dòng)車輛(EV)、混合動(dòng)力車輛(HEV)和插電式混合動(dòng)力車輛(PHEV)的電動(dòng)汽車，電動(dòng)自行車(E-bike)，電動(dòng)摩托車(E-scooter)，電動(dòng)高爾夫球車或電力存儲(chǔ)裝置。然而，本發(fā)明不限于此。
【附圖說(shuō)明】
[0028]參照附圖，由下面的詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)更加清楚地理解本發(fā)明的上面和其它目的、特征及其它優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0029]圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的架單元電壓平衡方法的流程圖；
[0030]圖2為示出根據(jù)圖1的步驟S4的架單元電壓平衡方法的流程圖；且
[0031]圖3為示出根據(jù)圖1的步驟S5的架單元電壓平衡方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。然而應(yīng)該注意，本發(fā)明的范圍不受限于示出的實(shí)施例。圖1為代表性地顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的架單元電壓平衡方法的流程圖。
[0033]參照?qǐng)D1，在根據(jù)本