用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法与流程

文档序号:11777573阅读:291来源:国知局
用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法与流程

本发明涉及电池技术领域,具体地涉及用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法。



背景技术:

在电力领域,锂电池以其能量密度高、体积小、环保等优势逐渐成为电动汽车、储能以及通信后备电源的主流动力来源。

在实际使用时,锂电池均采用电池组的形式。但锂电池在生产时由于环境、生产机器等方面的原因会不可避免地出现的微小性能差异,这就导致了锂电池组中的每个锂电池可能出现每节电池的电压值不同的情况,在多次使用后,这些电池的电压差会逐渐增大,如果不及时进行均衡处理,这些不断增大的不一致性会导致锂电池组的寿命提前耗尽。

目前常见的均衡方式是采用被动均衡电路,该被动均衡电路主要通过在每节电池单体两端并联一个功率电阻和开关,当某节电池电压较高时,吸合开关,消耗部分电量,直至达到均衡状态。

这样的均衡电路虽然可以在一定程度上对电池进行均衡处理。但是,由于均衡过程是将电能转化为热能,其散热过程就必须配置相应的冷却设备,这就使得工业生产中的成本大大增加并且将电能转化成热能会造成无谓的电力浪费;此外,如果散热不合理的话,会导致整个电池组合均衡模块温度过高,导致电池加速衰减以及均衡模块烧毁的后果。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该方法能够将电池组中电压高的电池中的电量转化到电压低的电池中,取代了将电能转化成热能的均衡流程,同时采用多层均衡电路的组成形式,能够同时对多电池组组成的电池阵列进行均衡,不仅节约了能源,还降低了电池因为散热不当而导致寿命耗尽过快的风险。

为了实现上述目的,本发明的实施方式提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,所述电池组包括串联的多个电池单元,所述多层均衡电路中的每一层均衡电路包括串联的至少一个均衡单元,每一个均衡单元包括串联的两个可控开关和一个电感器,所述串联的两个可控开关连接到所述多个电池单元中的串联的至少两个电池单元的两端,所述一个电感器连接在所述两个可控开关之间的节点与所述至少两个电池单元的中间节点之间,该中间节点将所述至少两个电池单元分成电池单元数量相同的两组电池单元,所述方法包括:检测每一个电池单元两端的电压;接收检测到的每一个电池单元两端的电压,根据所述电压逐层控制所述多层均衡电路中的每一层均衡电路执行电压均衡操作。

优选地,将所述第一特征电压值和所述第二特征电压值分别与预设的第二阈值电压作比较运算,并根据判断结果控制主动均衡机制的开启和关闭。

优选地,所述接收检测到的每一个电池单元两端的电压,根据所述电压逐层控制所述多层均衡电路中的每一层均衡电路执行电压均衡操作包括:针对每一层均衡电路,对该层均衡电路中的均衡单元间隔执行电压均衡操作。

优选地,所述接收检测到的每一个电池单元两端的电压,根据所述电压逐层控制所述多层均衡电路中的每一层均衡电路执行电压均衡操作包括:针对每一个均衡单元,判断检测到的该均衡单元连接的两组电池单元中的一组电池单元两端的电压是否大于另一组电池单元两端的电压;在判断所述一组电池单元两端的电压大于所述另一组电池单元两端的电压的情况下,闭合该均衡单元中的两个可控开关中与所述一组电池单元对应的第一可控开关,使得所述一组电池单元给该均衡单元中的电感器充电;在给所述电感器充电结束后,断开所述第一可控开关,闭合所述两个可控开关中的第二可控开关,使得所述电感器对所述另一组电池单元进行充电,以均衡所述两组电池单元两端的电压。

优选地,所述判断检测到的该均衡单元连接的两组电池单元中的一组电池单元两端的电压是否大于另一组电池单元两端的电压包括:判断所述两组电池单元两端的电压的差值是否大于预设值;所述在判断所述一组电池单元两端的电压大于所述另一组电池单元两端的电压的情况下,闭合该均衡单元中的两个可控开关中与所述一组电池单元对应的第一可控开关,使得所述一组电池单元给该均衡单元中的电感器充电包括:在判断所述两组电池单元两端的电压的差值大于所述预设值的情况下,闭合所述第一可控开关,以使得所述一组电池单元对所述电感器充电。

优选地,所述在判断所述两组电池单元两端的电压的差值大于所述预设值的情况下,闭合所述第一可控开关,以使得所述一组电池单元对所述电感器充电包括:如果所述两组电池单元两端的电压的差值减小到初始差值的一半,则断开所述第一可控开关,以停止给所述电感器充电,所述初始差值为开始给所述电感器充电时所述两组电池单元两端的电压的差值。

优选地,该方法还包括:在检测到所述两组电池单元两端的电压都小于预定电压的情况下,不对所述两组电池单元进行均衡。

优选地,所述多层均衡电路中的第一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元的数量为2个。

优选地,所述多层均衡电路中的最后一层均衡电路包括一个均衡单元,与该一个均衡单元连接的两组电池单元中的每一组电池单元的数量为所述多个电池单元的数量的一半。

优选地,所述多层均衡电路中的下一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元的数量是所述多层均衡电路中的上一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元的数量的两倍。

通过上述技术方案,本发明的实施方式所提供的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法能够将电池组中电压高的电池中的电量转化到电压低的电池中,取代了将电能转化成热能的均衡流程,同时采用多层均衡电路的组成形式,能够同时对多电池组组成的电池阵列进行均衡,不仅节约了能源,还降低了电池因为散热不当而导致寿命耗尽过快的风险。本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1是根据本发明一实施方式的用于实施根据本发明的实施方式的多层均衡电路的示意图;

图2是根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图;

图3是根据本发明另一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图;

图4是根据本发明另一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图;

图5是根据本发明另一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图;

图6是根据本发明另一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图;以及

图7是根据本发明另一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。

本发明的实施方式提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,电池组包括串联的多个电池单元,多层均衡电路中的每一层均衡电路包括串联的至少一个均衡单元,每一个均衡单元包括串联的两个可控开关和一个电感器,串联的两个可控开关连接到多个电池单元中的串联的至少两个电池单元的两端,电感器连接在两个可控开关之间的节点与至少两个电池单元的中间节点之间,该中间节点将至少两个电池单元分成电池单元数量相同的两组电池单元。

图1示出了根据本发明的一种实施方式的用于实施根据本发明的实施方式的多层均衡电路的示意图。如图1所示,图1中示出了电池组可以包括16个串联的电池单元b1~b16。第一层均衡电路可以包括16个可控开关s1~s16和8个电感器l1~l8,其中第一层均衡电路的均衡单元可以包括8个,例如其中一个均衡单元可以包括可控开关s1、s2和电感器l1。这两个可控开关s1和s2串联并连接到电池单元b1和b2的两端,电感器l1连接在串联的电池单元b1和b2之间的节点与可控开关s1和s2的之间的节点之间。这样,8个均衡单元串联连接。

同样地,第二层均衡电路可以包括8个可控开关s21~s28和4个电感器l21~l24,其中第二层均衡电路的均衡单元可以包括4个,例如其中一个均衡单元可以包括可控开关s21、s22和电感器l21。这两个可控开关s21和s22串联并连接到串联的4个电池单元b1~b4的两端,电感器l21连接在电池单元b2和b3之间的节点与可控开关s21和s22的之间的节点之间。也就是说,电感器l21将4个电池单元b1~b4分成数量相同的两组电池单元,一组包括电池单元b1和b2,另一组包括电池单元b3和b4。这样,4个均衡单元串联连接。

第三层和第四层均衡电路的结构与前两层均衡电路的结构类似,只是可控开关和电感器的数量逐层减半。图1中示出的第四层均衡电路为最后一层均衡电路,其包括一个均衡单元。

虽然图1中示出了16个电池单元和四层均衡电路,但是本领域技术人员可以理解,电池单元的数量可以是任意的,多层均衡电路的层数也可以是任意的。出于优化结构的考虑,电池单元的数量可以是2n个,多层均衡电路为n层,其中n是大于1的正整数。

图2示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图2所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s11中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s12中,接收检测到的每一个电池单元两端的电压,根据该电压逐层控制多层均衡电路中的每一层均衡电路执行电压均衡操作。

例如,参考图1,先控制第一层均衡电路对电池单元b1~b16进行电压均衡,再控制第二层均衡电路对电池单元b1~b16进行均衡,以此类推,直至控制最后一层(图1中示出的第四层)均衡电路对电池单元b1~b16进行均衡。

图3示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图3所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s21中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s22中,接收检测到的每一个电池单元两端的电压,根据电压逐层控制多层均衡电路中的每一层均衡电路,对该层均衡电路中的均衡单元间隔执行电压均衡操作。

控制均衡单元间隔执行电压均衡操作,这样能够避免相邻两个均衡单元在均衡时相互干扰的问题。

继续参考图1,以第一层均衡单元为例,可以先控制第一层均衡电路对电池单元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14进行均衡,然后再对其余的电池单元进行均衡。在对电池单元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14进行均衡时,断开第一层均衡电路中与其余电池单元对应的可控开关。另外,在执行第一层均衡电路的均衡操作时,断开其他层均衡电路中的可控开关。其他层均衡电路也可以执行类似操作。

上述所列出的只是控制均衡单元间隔均衡的一种方式,本领域技术人员也可以理解为该间隔均衡还可以包括其他的实施方式,如先对b1和b2、b7和b8、b13和b14进行均衡,再对b3和b4、b9和b10、b15和b16进行均衡,最后再对其余均衡单元进行均衡,这样也可以避免在均衡时两个相邻的电池单元相互干扰的问题。

图4示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图4所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s31中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s32中,接收检测到的每一个电池单元两端的电压,判断检测到的该均衡单元连接的两组电池单元中的一组电池单元两端的电压是否大于另一组电池单元两端的电压;

在步骤s33中,在判断一组电池单元两端的电压大于另一组电池单元两端的电压的情况下,闭合电压较大的一组电池单元连接的可控开关,使得该一组电池单元给该均衡单元中的电感器充电;

在步骤s34中,在给电感器充电结束后,断开电压较大的一组电池单元连接的可控开关,闭合另一组电池单元连接的可控开关,使得电感器对该另一组电池单元进行充电,以均衡两组电池单元两端的电压。

图5示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图5所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s41中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s42中,判断两组电池单元的电压的差值是否大于预设值;

在步骤s43中,在判断两组电池单元两端的电压的差值大于预设值的情况下,闭合电压较大的一组电池单元连接的可控开关,以使得该一组电池单元对电感器充电;

在步骤s34中,在给电感器充电结束后,断开电压较大的一组电池单元连接的可控开关,闭合另一组电池单元连接的可控开关,使得电感器对该另一组电池单元进行充电,以均衡两组电池单元两端的电压。

图6示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图6所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s51中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s52中,判断两组电池单元的电压的差值是否大于预设值;

在步骤s53中,在判断两组电池单元两端的电压的差值大于预设值的情况下,闭合电压较大的一组电池单元连接的可控开关,以使得该一组电池单元对电感器充电;

在步骤s54中,在给电感器充电的过程中,判断两个组电池单元两端的电压的差值是否减小到初始差值的一半,其中初始差值为在开始给电感器充电时两组电池单元两端的电压的差值,如果是,则停止给电感器充电并执行步骤s55,如果不是,则继续判断。

在步骤s55中,在给电感器充电结束后,闭合另一组电池单元连接的可控开关,使得电感器对该另一组电池单元进行充电,以均衡两组电池单元两端的电压。

图7示出了根据本发明一实施方式的用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法的流程图。如图7所示,根据本发明的一个实施方式,提供了一种用于利用多层均衡电路对电池组进行主动均衡的方法,该多层均衡电路如图1所示,该电池组包括串联的多个电池单元,该主动均衡方法可以包括:

在步骤s61中,检测每一个电池单元两端的电压;可以例如使用电压传感器来检测每一个电池单元两端的电压。

在步骤s62中,判断两组电池单元的两端的电压是否都小于预定电压,如果是,则该过程结束,如果不是,则执行步骤s63;

在步骤s63中,判断两组电池单元的电压的差值是否大于预设值;

在步骤s64中,在判断两组电池单元两端的电压的差值大于预设值的情况下,闭合电压较大的一组电池单元连接的可控开关,以使得该一组电池单元对电感器充电;

在步骤s65中,在给电感器充电的过程中,判断两个组电池单元两端的电压的差值是否减小到初始差值的一半,其中初始差值为在开始给电感器充电时两组电池单元两端的电压的差值,如果是,则停止给电感器充电并执行步骤s66,如果不是,则继续判断。

在步骤s66中,在给电感器充电结束后,闭合另一组电池单元连接的可控开关,使得电感器对该另一组电池单元进行充电,以均衡两组电池单元两端的电压。

在本申请的一实施方式中,如图1所示,该多层均衡电路中的第一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元的数量可以为2个。

在本申请的一实施方式中,该多层均衡电路中的最后一层均衡电路可以包括一个均衡单元,与该一个均衡单元连接的两组电池单元b1~b16中的每一组电池单元b1~b16的数量为多个电池单元b1~b16的数量的一半。多层均衡电路中的下一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元b1~b16的数量是多层均衡电路中的上一层均衡电路中的每一个均衡单元所连接的电池单元b1~b16的数量的两倍。

在以上的实施方式中,在每一层均衡电路执行完电池均衡操作之后,可以断开电感器l1~l41与电池单元b1~b16的连接(例如断开可控开关s1~s32)。

以上的实施方式公开的方法可以由控制器来执行。控制器的示例可以包括通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多个微处理器、与dsp核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、其他任何类型的集成电路(ic)、和/或状态机等等。

在以上的实施方式中,可控开关s1~32均可以选用电磁继电器,但本领域技术人员可以理解可控开关也可以为三极管、mos管等。

在以上的实施方式中,电压传感器1可以选用霍尔电压传感器,但本领域技术人员也可以理解为其他电压传感器也是适用的。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

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