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)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法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。所述的信號(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)。所述的系統(tǒng)工況判斷模塊系統(tǒng)在任何時(shí)刻出現(xiàn)單體電壓過壓情況進(jìn)入緊急處理 工況，出現(xiàn)其它故障，則停止均衡操作，待故障消除后重啟均衡。所述的均衡性判斷模塊通過對(duì)最高單體電壓與去除最高最低值的單體平均電壓 差進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷電池組是否出現(xiàn)不均衡。所述的均衡模塊判斷是否出現(xiàn)不均衡，如果出現(xiàn)將對(duì)電壓高的電池單體進(jìn)行放 電處理，以達(dá)到電池均衡的目的。所述方法的步驟如下先由信號(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)，并將采 集到的數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中；由系統(tǒng)工況判斷模塊判斷此時(shí)系統(tǒng)所處工況是否可以均衡，在任何時(shí)刻出現(xiàn)單體 電壓過壓情況，則系統(tǒng)進(jìn)入緊急處理工況，斷開所有正在均衡電池單體放電開關(guān)，接通所有 過壓的電池單體放電開關(guān)，為過壓電池單體放電；而出現(xiàn)其它故障如絕緣故障、通信故障、 電池欠壓故障等，系統(tǒng)如已經(jīng)進(jìn)出均衡則停止均衡操作，待故障消除后重啟均衡；當(dāng)系統(tǒng)已進(jìn)入均衡操作時(shí)，由均衡性判斷模塊進(jìn)行電池均衡性判斷，通過對(duì)最高 單體電池電壓與去除最高最低值的單體電池平均電壓差進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷電池組是否出 現(xiàn)不均衡；當(dāng)電池單體之間壓差大于某一設(shè)定的數(shù)值達(dá)到需要均衡條件的時(shí)候，記錄電壓 高的電池單體的序號(hào)，并計(jì)算該單體的均衡時(shí)間，將其寫入均衡定時(shí)器中，進(jìn)入均衡操作；在均衡模塊中，引入循環(huán)老化系數(shù)ζ )，所述ζ是根據(jù)不同的循環(huán)時(shí)間對(duì)應(yīng)不 同的循環(huán)老化系數(shù)，根據(jù)電池單體的SOC不同對(duì)ζ (% )進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)鋰電池充放電特 性取向，根據(jù)單體容量、均衡時(shí)間、均衡啟動(dòng)壓差，計(jì)算出放電電阻阻值，如達(dá)到均衡操作的 啟動(dòng)條件，將對(duì)電壓最高的單體通過放電電阻進(jìn)行放電操作，達(dá)到電池均衡。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)單體電壓過壓情況進(jìn)入緊急處理工況，出現(xiàn)其它故障，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2為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法信息采集模塊流程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5為本發(fā)明提出的鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法均衡模塊流程圖
具體實(shí)施例方式本控制方法包括信號(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。以下結(jié)合附圖對(duì)本鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法部分模塊作進(jìn)一步說明。圖1鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法總體設(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鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法的信息采集模塊流程圖，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)。該模塊采集電池組電池單體電壓及總電壓，并將采集到 的數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中。圖3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)單體電壓過壓情況進(jìn)入緊急處理工況，出現(xiàn)其它故障如絕緣故障、通信故障、電池欠壓 故障等，那么系統(tǒng)如已經(jīng)進(jìn)出均衡則停止均衡操作，待故障消除后重啟均衡；該模塊用來判 斷是否出現(xiàn)電池單體過壓，電池單體過壓是影響電池壽命的主要原因，因此本控制方法將 其視為緊急處理工況，一旦出現(xiàn)電池單體過壓，則根據(jù)緊急處理標(biāo)志位、均衡標(biāo)志位斷開均 衡單體放電開關(guān)及接通過壓電池單體放電開關(guān)，為過壓?jiǎn)误w放電。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，達(dá)到需要均衡條件的時(shí)候，檢查均衡計(jì)時(shí)是否結(jié)束，如未結(jié)束，則 記錄電壓高的電池單體的序號(hào)K，并計(jì)算該單體的均衡時(shí)間將其寫入均衡定時(shí)器中，均衡定 時(shí)器計(jì)時(shí)，進(jìn)入均衡操作。圖5是鋰電池管理系統(tǒng)均衡控制方法的均衡操作模塊流程圖，引入循環(huán)老化系 數(shù)、鋰電池充放電特性、單體容量、均衡時(shí)間、均衡啟動(dòng)壓差等參數(shù)，計(jì)算出放電值，如達(dá)到 均衡操作的啟動(dòng)條件，將開始對(duì)電壓最高的單體通過放電電阻進(jìn)行放電操作。如圖5所示。 流程開始判斷是否需要均衡，如需要均衡操作，則判斷需要均衡的單體K是否將放電標(biāo)志 位置1，如未置1，則接通K號(hào)單體的放電電阻，并同時(shí)將放電標(biāo)志位及均衡標(biāo)志位置1，如已 經(jīng)置1，則退出程序；如判斷不需均衡操作，則執(zhí)行均衡標(biāo)志位的判斷，如均衡標(biāo)志位置1， 則記錄放電操作標(biāo)志位為1的單體序號(hào)T，并斷開T號(hào)單體放電電阻，同時(shí)將T號(hào)電池放電 操作標(biāo)志位置及均衡操作標(biāo)志位置0。如均衡標(biāo)志位未置1，則退出程序。
權(quán)利要求
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，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，保證電池的一致性，所述方法的步驟如下先由信號(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)，并將采集到的數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)工況判斷模塊中；由系統(tǒng)工況判斷模塊判斷此時(shí)系統(tǒng)所處工況是否可以均衡，在任何時(shí)刻出現(xiàn)單體電壓過壓情況，則系統(tǒng)進(jìn)入緊急處理工況，斷開所有正在均衡中的電池單體放電開關(guān)，接通所有過壓的電池單體放電開關(guān)，為過壓電池單體放電；而出現(xiàn)其它故障如絕緣故障、通信故障、電池欠壓故障等，系統(tǒng)如已經(jīng)進(jìn)出均衡則停止均衡操作，待故障消除后重啟均衡；當(dāng)系統(tǒng)已進(jìn)入均衡操作時(shí)，由均衡性判斷模塊進(jìn)行電池均衡性判斷，通過對(duì)最高單體電池電壓與去除最高最低值的單體電池平均電壓差進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷電池組是否出現(xiàn)不均衡；當(dāng)電池單體之間壓差大于某一設(shè)定的數(shù)值達(dá)到需要均衡條件的時(shí)候，記錄電壓高的電池單體的序號(hào)，并計(jì)算該單體的均衡時(shí)間，將其寫入均衡定時(shí)器中，進(jìn)入均衡操作；在均衡模塊中，引入循環(huán)老化系數(shù)ζ(％)，所述ζ是根據(jù)不同的循環(huán)時(shí)間對(duì)應(yīng)不同的循環(huán)老化系數(shù)，根據(jù)電池單體的SOC不同對(duì)ζ(％)進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)鋰電池充放電特性取向，根據(jù)單體容量、均衡時(shí)間、均衡啟動(dòng)壓差，計(jì)算出放電電阻阻值，如達(dá)到均衡操作的啟動(dòng)條件，將對(duì)電壓最高的單體通過放電電阻進(jìn)行放電操作，達(dá)到電池均衡。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種鋰電池管理系統(tǒng)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)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，有效控制鋰電池狀態(tài)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)H02J7/00GK101917044SQ201010267200
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者付文利, 樸昌浩, 楊輝前, 王進(jìn), 趙立波 申請(qǐng)人:重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司;重慶長(zhǎng)安新能源汽車有限公司;重慶郵電大學(xué)