一種改進的鋰電池組均衡方法及其均衡電路的製作方法
2023-06-01 11:32:16
一種改進的鋰電池組均衡方法及其均衡電路的製作方法
【專利摘要】本發明提出了一種改進的鋰電池組均衡方法及其均衡電路，利用聚類分析的方法對電池組各單體電池一個時間段內的各種數據進行聚類分析，對各電池組進行分類，同時結合進行均衡方法判斷時刻的各電池的電壓，充放電電流等當前信息對前面得到的各分類進行進一步選擇，最終得到電池組中需要進行均衡單體電池，並通過控制均衡電路對其進行均衡維護。本發明能夠在電池組運行過程中，可以實時的對電池各種特徵數據進行分析，挑選出電池組中需要進行均衡充電及均衡放電的單體電池，通過將電池接入均衡電路對需要進行均衡的單體電池進行均衡；而且引入歷史電池電壓數據，可以有效地避免電壓異常電池及電壓採集精度的影響，同時結合SOC、SOH等剩餘容量相關因素有效地避免了電壓與容量不符的情況，有效的保證電池組的一致性，進一步延長電池組的使用壽命。
【專利說明】一種改進的鋰電池組均衡方法及其均衡電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電池組均衡領域，尤其涉及一種改進的鋰電池組均衡方法及其均衡電路。
【背景技術】
[0002]電動汽車、儲能電站、電動自行車等上都需要使用串聯單體電池組成的電池組，以適應高電壓的需求，所以任何有效地利用成組電池成了目前的關鍵問題。雖然近年來鋰離子電池技術有了巨大的進步，鋰電池各種性能都有了明顯提高；但鋰電池組內單體電池間的不一致性依然普遍存在。鋰電池的各個參數在生產過程中存在不同大小的差異，這些差異表現為鋰電池內阻、容量、開路電壓、充放電電壓平臺等的不一致。隨著鋰電池在實際運行中充放電次數的增多，以及溫度、自放電等各種因素的影響，這些差異將不斷擴大，使得鋰電池組電池間的性能差異越來越大，導致電池組中單體電池過充、過放現象，電池組中各單體電池的衰減速度不一致，串聯鋰電池組的容量由組內最低的單體電池容量決定，故一旦有某個電池出現深度放電，整個電池組就必須停止工作，同樣，一旦有某個電池出現過度充電，充電過程也要立即停止，最終導致電池組的使用壽命急劇縮短。
[0003]目前均衡方案很多，總結起來一般可分為兩種，一種是基於電壓的均衡方法，另一種是基於容量的均衡方法。
[0004]基於電壓的均衡方法是指通過採集得到的單體鋰離子電池的電壓差異來衡量電池組的不一致現象，並通過各種充電均衡及放電均衡的方式對電壓高的電池進行均衡放電、對電壓低的電池進行均衡充電。這種方法控制簡單，應用廣泛。一般有電流分流法與能量轉移法兩種。電流分流法一般通過電阻等器件調整單體電池上的電流，通過開關等控制均衡電流對電壓過高的單體電池進行放電均衡。能量轉移法一般是指通過不同介質將能量從高電壓電池轉移至低電壓電池中，進而改善電池組的電壓一致性，能量轉移的介質可以選取電容、電感、變壓器等。
[0005]均衡的最根本目的是平衡電池間剩餘電量的差異，前面闡述的基於電壓的均衡方式能反應容量的特性，但無法準確描述電池的剩餘容量狀態，可能因此而出現過均衡現象，加劇電池組的一致性變差。鋰電池內部的化學材料是造成該現象的原因。鋰電池的極化效應導致當電流流過電池時，電池電壓偏離其平衡值；由於鋰電池生產過程中無法做到完全一致，即在相同的電壓下，鋰電池的剩餘容量值可能不同。所以基於容量的均衡方法彌補了上述不足，在鋰電池使用全周期中依然可以提供安全有效的均衡，延長其使用壽命。直接利用均衡模塊對剩餘容量過大的電池進行均衡放電，對剩餘容量過低的電池進行均衡充電。但是基於容量的均衡方法需要準確預估單體電池的S0C，若SOC的準確性得不到保證，均衡的可靠性會大大降低。
【發明內容】
[0006]為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種改進的鋰電池組均衡方法，能夠在電池組運行過程中，可以實時的對電池各種特徵數據進行分析，挑選出電池組中需要進行均衡充電及均衡放電的單體電池，同時在需要進行均衡充電的單體電池中可以區分需要進行大電流均衡充電與小電流均衡充電的電池，在需要進行均衡放電的單體電池中可以區分需要進行大電流均衡放電與小電流均衡放電的電池，通過融合均衡方法的均衡模塊對需要進行均衡的單體電池進行均衡，有效的保證電池組的一致性，進一步延長電池組的使用壽命O
[0007]為實現上述發明目的，本發明的技術方案是:
一種改進的鋰電池組均衡方法，所述電池組由若干單體電池串聯組成，包括下述步
驟:
(1)對電池組進行分析，」為電池組單體電池個數fJ1,且；2為整
數；
(2)收集分析數據；測量並選取m個歷史時刻的電壓vol，m為大於等於I的整數，並計算得到該時刻的荷電狀態SOC和健康狀態S0H，再結合各單體電池對應的額定容量cap、均衡持續時間EquiT、均衡電流Equil，進而得到原始數據矩陣如下:
【權利要求】
1.一種改進的鋰電池組均衡方法，其特徵在於:所述電池組由若干單體電池串聯組成，包括下述步驟:
(I)對電池組
2.如權利要求1所述的一種改進的鋰電池組均衡方法，其特徵在於:步驟(2)中每個單體電池在m個時刻的電壓取值均不相同。
3.—種鋰電池組均衡電路，電池組由η個單體電池B串聯而成，ft泛1，其特徵在於:其包括均衡控制器U、η個能量轉移式電路、充放電電路、恆流源VS、恆流負載R、開關KA和開關KC，所述恆流源VS、充放電電路、開關KC、開關KA和單體電池B構成大電流均衡充電電路，所述恆流負載R、充放電電路、開關KC、開關KA和單體電池B構成大電流均衡放電電路；每個能量轉移式電路包括變壓器Τ、恆流模塊Rx和開關ΚΒ，所述變壓器T的主線圈的輸入端相互串聯，並連接電池組的正極，所述變壓器T的主線圈的輸出端相互串聯，並連接電池組的負極，每個能量轉移式電路連接在對應單體電池的正負極，所述均衡控制器U控制開關ΚA、開關RB、開關KC的導通和斷開。
4.如權利要求3所述的一種鋰電池組均衡電路，其特徵在於:所述開關KC為雙刀雙擲開關。
5.如權利要求3所述的一種鋰電池組均衡電路，其特徵在於:所述單體電池B正負極連接在變壓器T的副線圈的兩端，所述恆流模塊Rx的一端連接在單體電池的正極，恆流模塊Rx的另一端連接在副線圈的輸入端。
6.如權利要求3所述的一種鋰電池組均衡電路，其特徵在於:所述恆流負載R包括集成電路Ul、三極體Q1、電源BAT和滑動電阻RS，所述集成電路Ul的負極輸入端連接三極體Ql的集電極，集成電路Ul的輸出端連接三極體Ql的基極，三極體Ql的發射極連接電源BAT的正極，三極體Ql的集電極連接滑動電阻RS的一端，滑動電阻RS的另一端連接到電源BAT的負極。
【文檔編號】H01M10/44GK103633695SQ201310590189
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】吳哲, 陳榮柱, 趙深, 林世溪, 孫景釕, 王浩, 林厚飛, 張東林, 劉愛華, 鄭民, 金建新, 林群, 吳為強, 趙建蘇, 鄭聖 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司, 國網浙江省電力公司溫州供電公司, 杭州高特新能源技術有限公司