汽車鋰電池放電平衡方法以及平衡系統的製作方法
2023-05-16 19:53:41 2
專利名稱：汽車鋰電池放電平衡方法以及平衡系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於動カ電池管理技術領域，具體涉及ー種汽車鋰電池放電平衡方法以及平衡系統。
背景技術：
為達到電動汽車等大功率設備運行時電壓、功率及能量的要求，電池組多由大量動カ電池串接組成使用。雖然隨著技木工藝的提高，電池之間的差異逐漸減小，但是，在當前製作エ藝水平下，仍難保證每節電池特性完全一致。尤其是在エ況運行條件下，頻繁地進 行不規則的充電、放電，電池組工作一段時間後電池之間的差異會惡化，從而，使得電池組的使用效率降低，壽命減小。電池之間的不一致性不可能完全消除，尤其這種不一致性是在其生產之初便已存在。為了保障電池組的應用壽命，電池管理系統就應運而生，它主要工作就是發現電池之間的差異並縮小，也就是通常所稱的電池均衡技木。通常所述的平衡狀態，即是各個單體電池的平均電壓與各個單體電池的電壓絕對差值小於設定的閾值，根據均衡系統的精度要求不同，所述設定的閾值可能是0. IV，也可能為其他人為設定的數值，如0. 08V、0. 12V等。目前，解決放電過程中的不一致性的主要方法是通過旁路電阻對電壓相對較高的單體電池放電，此種平衡方式是將電壓相對較高的單體電池電壓降低，加快高電壓電池的放電速度，使得所有單體電池幾乎同時到達放空狀態。此種方式，不僅僅會產生電能消耗，而且實際上是縮短了電池組的放電時間，因為，此種均衡方式的放電時間是由容量最低的單體電池決定。而且，放電電阻大小固定，其放電電流不可調節，可能導致部分放的太少或部分過放的情況發生，最終導致電池平衡更差。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的第一目的在於提供ー种放電時間更長、平衡效果更好的汽車鋰電池放電平衡方法，本發明的第二目的在於提供一種與所述汽車鋰電池放電平衡方法相對應的平衡系統。為實現本發明的第一目的，本發明所採用技術方案如下ー種汽車鋰電池放電平衡方法，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組包括多個串聯在一起的單體電池，在每個單體電池兩端連接有一 DC-DC直流變換電路，所述DC-DC直流變換電路的輸入端連接在所述電池組的兩輸出電壓端上；在放電過程中，實時監測所述電池組的剩餘電量；如所述電池組剩餘電量為20% 30%吋，則開始順序執行以下步驟採集各個所述單體電池的電壓信號；根據各個單體電池的所述電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池；
通過所述DC-DC直流變換電路將所述電池組兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。所述汽車鋰電池放電平衡方法中，根據各個單體電池的所述電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池，具體是將各個單體電池的電壓值進行高低排序，其電壓值排列在倒數10%以內的單體電池為需要補償充電的低壓單體電池。為實現本發明的第二目的，本發明所採用技術方案如下ー種汽車鋰電池放電平衡系統，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組包括多個串聯在一起的單體電池，該平衡系統包含下位機、上位機、開關電路、以及DC-DC直流變換電路；所述DC-DC直流變換電路的輸入端連接在所述電池組兩端，其輸出端通過一所述開關電路與每個單體電池連接，對各個單體電池進行補償充電；所述下位機與各個所述單體電池的兩端連接，採集各個所述單體電池的電壓信號並傳遞給所述上位機；所述上位機根據各個所述單體電池的電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池；所述上位機控制所述開關電路、以及DC-DC直流變換電路，將所述電池組兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。所述汽車鋰電池放電平衡系統，在所述上位機上還連接有一溫度傳感器。所述汽車鋰電池放電平衡系統，在所述上位機上還設置有ー顯示模塊。所述汽車鋰電池放電平衡系統，所述下位機為PLC或單片機。所述汽車鋰電池放電平衡系統，所述上位機為ー包含有CPU的主控模塊。所述汽車鋰電池放電平衡系統，所述開關電路為一場效應管。本發明為了達到所有單體電池一起放空，採取的措施就是在放電快結束時，即電池組剩餘電量在20 % 30%吋，開始啟動放電平衡措施將電池組兩端的輸出電壓適當降低加載到少部分低壓單體電池兩端為其補電，減緩低壓電池放空的速度，使得所有單體電池幾乎同時達到放空的狀態，進而延長放電時間。同時，本發明均衡措施中提供低壓單體電池補電的電源為所有單體電池的集合-電池組，是ー種能量的自我轉移，因此，相對現有均衡措施耗能更少。本發明放電平衡系統中的下位機、上位機、開關電路、以及DC-DC直流變換電路都是配合本發明方法的硬體裝置。本發明放電平衡系統，通過下位機採集各個單體電壓信號，上位機監控電池組的容量，通過上位機精確計算，可準確控制低壓單體電池的補電時間以及補電電流，進而實現電池均衡目的，因此，本發明控制更加精確靈活，效率更高。綜上所述，本發明相對於現有的汽車理電池組放電平衡方法與裝置，在平衡各個單體電池之間的差異、延長電池組壽命的同時，能耗更低、效率更高、效果更好。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進ー步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的不當限定，在附圖中圖I為本發明的電路原理框圖。、
I、電池組11、單體電池2、下位機3、上位機
31、顯示模塊4、DC-DC直流變換電路5、開關電路6、溫度傳感器
具體實施例方式下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。實施例I :本實施例公開了ー種汽車鋰電池放電平衡方法，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組包括多個串聯在一起的單體電池；在每個單體電池兩端連接有一 DC-DC直流變換電路，所述DC-DC直流變換電路的輸入端連接在所述電池組的兩輸出電壓端上；該DC-DC直流變換電路的目的就是將電池組兩端的電壓降低用於對低電壓的単體電池進行補電，實現能量的轉移，避免木桶的短板效應，即是放電時間由最低的單體電池所決定。在放電過程中，實時監測所述電池組的剩餘電量；如所述電池組剩餘電量為20% 30%吋，則開始順序執行以下步驟採集各個所述單體電池的電壓信號；具體的採集方式可以採用單片機、或者PLC等連接各個單體電池的兩端，實時採集各個單體電池兩端的電壓信號，然後將所採集到的模擬電壓信號通過放大、數模轉換等一些常規的手段轉換為計算機可以識別的數位訊號；根據各個單體電池的所述電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池；具體可以將各個單體電池的電壓值進行高低排序，其電壓值排列在倒數10%以內的単體電池為需要補償充電的低壓單體電池；通過所述DC-DC直流變換電路將所述電池組兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。本發明之所以在電池組剩餘電量只有20% 30%時啟動均衡措施，而不是在放電ー開始就啟動均衡措施，因為，本發明所採取的能量轉移均衡措施，在能量轉移過程中客觀上也存在一定程度上的消耗。如果ー開始就啟動均衡措施，將使得電池組不斷消耗自身能量，反而降低了電池組的放電時間。而且，均衡的目的就是使得所有單體電池能夠同時滿充、滿放，那麼在放電後期採取均衡措施，不僅僅可以實現均衡目的，而且可以使得用於自身均衡所消耗的能量更少，從而延長放電時間。本發明僅僅補償充電的其電壓值排列在倒數10%以內的單體電池，所述的10%以內是指可以實際的電池組數目情況確定如7%，甚至1%的単體電池為需要補償充電的低壓單體電池。選取其電壓值排列在倒數的少部分低壓單體電池進行補電，也是為了降低電池組在均衡過程中的能量消耗，如果，選取的數量過多，那麼將使得電池組整體的電量下降過快，反而使得放電時間縮短。實施例2:如圖I所示，本實施例公開了ー種汽車鋰電池放電平衡系統，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組I包括多個串聯在一起的單體電池11 ;該平衡系統包含下位機2、上位機3、開關電路5、以及DC-DC直流變換電路4，下位機2為PLC或單片機，上位機3為ー包含有CPU的主控模塊，開關電路5可為場效應管；所述DC-DC直流變換電路4的輸入端連接在所述電池組I兩端，其輸出端通過一所述開關電路5與每個單體電池11連接，對各個單體電池11進行補償充電；所述下位機2與各個所述単體電池11的兩端連接，採集各個所述單體電池11的電壓信號並傳遞給所述上位機3 ;所述上位機3根據各個所述單體電池11的電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池；所述上位機3控制所述開關電路5、以及DC-DC直流變換電路4，將所述電池組11兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。如圖I所示，為了進一步管控電池組的溫度，在所述上位機3上還連接有一溫度傳感器6以監測管理電池組的溫度。如圖I所示，為了方便上位機監控管理，在所述上位機3上還設置有ー顯示模塊31。需要說明的是，本發明圖中僅僅示意性畫出了ー個下位機、ー個DC-DC直流變換電路、兩個開關電路的情況，它們的數量根據實際単體電池是數量、以及實際所採用的元器件確定，因此，本發明不限於此，只要包含下位機、開關電路、DC-DC直流變換電路，以及等同於這些裝置的電路單元或原件，都是本發明的保護範圍。本發明放電平衡系統中的下位機、上位機、開關電路、以及DC-DC直流變換電路都是配合本發明方法的硬體裝置。
本發明放電平衡系統，通過下位機採集各個單體電壓信號，上位機監控電池組的容量，通過上位機精確計算，可準確控制低壓單體電池的補電時間以及補電電流，進而實現電池均衡目的，因此，本發明控制更加精確靈活，效率更高。以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本發明實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方式
以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.ー種汽車鋰電池放電平衡方法，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組包括多個串聯在一起的單體電池，其特徵在幹 在每個單體電池兩端連接有一 DC-DC直流變換電路，所述DC-DC直流變換電路的輸入端連接在所述電池組的兩輸出電壓端上； 在放電過程中，實時監測所述電池組的剩餘電量； 如所述電池組剩餘電量為20% 30%吋，則開始順序執行以下步驟 採集各個所述單體電池的電壓信號； 根據各個單體電池的所述電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池； 通過所述DC-DC直流變換電路將所述電池組兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。
2.根據權利要求I所述的汽車鋰電池放電平衡方法，其特徵在於 根據各個單體電池的所述電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池，具體是 將各個單體電池的電壓值進行高低排序，其電壓值排列在倒數10%以內的単體電池為需要補償充電的低壓單體電池。
3.ー種汽車鋰電池放電平衡系統，用於平衡汽車鋰電池組處於放電狀態時各單體電池之間的差異，所述電池組包括多個串聯在一起的單體電池，其特徵在幹 該平衡系統包含下位機、上位機、開關電路、以及DC-DC直流變換電路； 所述DC-DC直流變換電路的輸入端連接在所述電池組兩端，其輸出端通過一所述開關電路與每個單體電池連接，對各個單體電池進行補償充電； 所述下位機與各個所述單體電池的兩端連接，採集各個所述單體電池的電壓信號並傳遞給所述上位機； 所述上位機根據各個所述單體電池的電壓信號，按照預定的程序計算確定需要補償充電的低壓單體電池； 所述上位機控制所述開關電路、以及DC-DC直流變換電路，將所述電池組兩端的電壓加載到所述需補償充電的低壓單體電池兩端對其進行補償充電，直至放電結束。
4.根據權利要求3所述的汽車鋰電池放電平衡系統，其特徵在於 在所述上位機上還連接有一溫度傳感器。
5.根據權利要求3所述的汽車鋰電池放電平衡系統，其特徵在於 在所述上位機上還設置有ー顯示模塊。
6.根據權利要求3所述的汽車鋰電池放電平衡系統，其特徵在於 所述下位機為PLC或單片機。
7.根據權利要求3所述的汽車鋰電池放電平衡系統，其特徵在於 所述上位機為ー包含有CPU的主控模塊。
8.根據權利要求3所述的汽車鋰電池放電平衡系統，其特徵在於 所述開關電路為一場效應管。
全文摘要
本發明屬於動力電池管理技術領域，具體公開了一種汽車鋰電池放電平衡方法以及平衡系統。本發明是針對電池組快放空時，提供的一種實現平衡的方法以及系統。本發明在放電快結束時，即電池組剩餘電量在20％～30％時，開始啟動放電平衡措施將電池組兩端的輸出電壓適當降低加載到少部分低壓單體電池兩端為其補電，減緩低壓電池放空的速度，使得所有單體電池幾乎同時達到放空的狀態，進而延長放電時間。本發明在平衡各個單體電池之間的差異、延長電池組壽命的同時，能耗更低、效率更高、效果更好。
文檔編號H02J7/00GK102651560SQ20111004366
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者李武歧, 李載波, 王明旺 申請人:欣旺達電子股份有限公司