一种串联电池组的均衡方法及装置与流程

本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域，尤其涉及是一种串联电池组的均衡方法及装置。

背景技术：

目前，新能源汽车的电池组随着充电次数的增加，电池组会产生各个电池串的不均衡问题，导致电池组性能降低和使用寿命的减少。均衡装置能有效的减小电池不均衡导致的电池组性能降低的问题。电池被动均衡一般采用充电末端均衡，让达到均衡阈值电压的电池开启放电，未达到的不开启放电，逐步让电压低的电池电压赶上电压高的电池，使用这种方法设法让所有电池在充电末端电压保持一致。

然而，现有技术中均衡装置，一般采用固定阈值的方法，放电装置采用电阻，存在的问题是在电池电压超过阈值后开启均衡，但均衡电流随着电池电压的升高，变化很少，参见图1，如果电池组所有电池串都超出了阈值电压，都开启均衡，此时由于均衡电流差异小，不同电池串之间的压差，就很难再进一步减少。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提出的一种串联电池组的均衡方法及装置，使得电池组中均衡装置工作时，单节电池电压高的放电快，电压低的放电慢，而且这种差异在电池电压不同时，电流差别很大，这样能让电压低的电池的电压追上电压高的电池。实现充电结束后，单节电池之间的压差小。

第一方面，本发明保护一种串联电池组的均衡方法，当电池两端的电压v没有达到均衡开启阈值vth，均衡电流i接近于0；当电压超过电压阈值vth，开始对电池放电，初始电流i0，均衡电流i随电池电压v升高迅速成比例单调增加，电池电压越高，均衡电流越大。

优选地，电池电压超出均衡开启阈值电压vth之后，均衡电流是一个持续的电流值。

优选地，电池电压超出均衡开启阈值电压vth之后，均衡电流是一个单位时间内只有部分时间开启的电流，电池电压越高，单位时间内开启的比例越大，电池电压越低，单位时间内开启比例越低。

第二方面，基于上述串联电池组的均衡方法，本发明还保护一种串联电池组的均衡装置，包括电能消耗单元、模拟恒压单元以及电池组。所述电能消耗单元、所述模拟恒压单元和所述电池组单节电池串联组成均衡电路。

所述模拟恒压单元用于根据电池电压是否超过均衡开启阈值，若超过，则开启放电均衡，否则电路电流接近于0；均衡开启后，配合电能消耗单元，使电压高的的电池放电快，电压低的电池放电慢。

所述电能消耗单元用于均衡开启后的电能消耗和电压反馈。

优选地，所述模拟恒压单元为恒压源，所述电能消耗单元为电阻，当均衡电路电压超过均衡开启阈值，所述恒压源两端的电压等于所述均衡开启并保持电压基本不变，放电均衡开启。

优选地，所述模拟恒压单元由若干二极管组成，所述电能消耗单元为电阻，所述若干二极管依次串联组成二极管串，所述二极管串导通钳位电压值等于均衡开启阈值。当电池电压超过均衡开启阈值，所述二极管串正常工作，放电均衡开启。

优选地，所述模拟恒压单元为稳压二极管，所述电能消耗单元为电阻，所述稳压二极管的稳压钳位电压值等于均衡开启阈值。当单节电池电压超过均衡开启阈值，稳压二极管自动工作，稳压二极管两端的电压维持在稳压钳位电压，放电均衡开启。

第三方面，基于上述串联电池组的均衡方法，本发明还保护一种串联电池组的均衡装置，包括电能消耗单元、电压检测及pwm发生器、控制开关和电池组，所述控制开关、所述电能消耗单元和所述电池组的单节电池串联，所述单节电池与电压检测及pwm发生器并联，所述电压检测及pwm发生器控制所述控制开关的闭合与断开。电压检测及pwm发生器检测电池电压，根据电压不同产生不同占空比的pwm波，电压越高，pwm占空比越高，电池电压越低，pwm占空比越低。pwm波被送到所述控制开关，所述控制开关接收到的pwm占空比越高，所述电池消耗对应电池电能的功率越大，接收到的pwm占空比越低，消耗对应电池电能得功率越低。通过在不同电压下控制均衡电路的开启和关闭的时间比例，来达到电压高放电多，电压低放电少的目标。

其中，pwm占空比＝(v-vth-v0)/(v满-vth)，v0是个常数，0<＝v0<＝v0-vth，v满为单节电池充满时的电压。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：1、电池组中的每个单体电池串按照参数自动运行，能实现整个电池组中的每个单体电池在充电过程中电压逐步趋于一致，可以不要整个电池组的统筹管理；2、本发明通过精准的控制电流和电压的比例关系，使得充电完成后的电池之间的最大压差保持在30mv以内；3、本发明的均衡开启电压阈值能够设定的较低，使得充电尾端的均衡开启时间更长。

附图说明

图1为现有技术中电池两端的电压和均衡电流的关系示意图；

图2为实施例1中电池两端的电压和均衡电流的关系示意图；

图3为一种串联电池组的均衡装置的结构图；

图4为实施例1中均衡装置工作环境示意图；

图5为模拟恒压单元为恒压源的均衡装置结构示意图；

图6为模拟恒压单元由若干二极管组成的均衡装置结构示意图；

图7为模拟恒压单元为稳压二极管的均衡装置结构示意图；

图8为模拟恒压单元由电压检测及pwm发生器和控制开关组成的均衡装置结构示意图；

图9为磷酸铁锂电池充电多少soc和电压v的关系示意图；

图10为实施例2中电池两端的电压和均衡电流的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种串联电池组的均衡方法，包括如下步骤：

当电池两端的电压v没有达到均衡开启阈值vth，均衡电流i接近于0；当电压超过电压阈值vth，开始对电池放电，初始电流i0，均衡电流i随电池电压v升高迅速成比例单调增加，电池电压越高，均衡电流越大。

进一步地，如图2所示，电池电压超出均衡开启阈值电压vth之后，均衡电流是一个持续的电流值。

进一步地，电池电压超出均衡开启阈值电压vth之后，均衡电流是一个单位时间内只有部分时间开启的电流，电池电压越高，单位时间内开启的比例越大，电池电压越低，单位时间内开启比例越低。

基于上述串联电池组的均衡方法的均衡装置，如图3所示，该装置包括电能消耗单元r、模拟恒压单元以及电池组。所述电能消耗单元、所述模拟恒压单元和所述电池组单节电池串联组成均衡电路。如图4所示，电池均衡的工作环境，包括多节电池串联组成的电池组，其中每节电池并联一个所述均衡装置；所有均衡装置串联连接；电池组的正负极和每节电池的连接处分别与bms模块连接，充电机连接在所述电池组的两端。

所述模拟恒压单元用于根据均衡开启阈值，判断单节电池充电时的电压是否超过均衡开启阈值，若超过，则放大均衡电路电流，否则均衡电路电流接近于0；在放大均衡电路电流后，使得单节电池电压高的放点快，电压低的放电慢。

所述电能消耗单元用于均衡开启后的电能消耗。

进一步地，如图4所示，所述模拟恒压单元为恒压源，所述电能消耗单元为电阻r，所述恒压源vth电压就是均衡开启电压，当v<vth时，恒压源不工作，电流接近于0；当v>＝vth时，恒压源正常工作，电压为vth，均衡电流为i＝(v-vth)/r。

更进一步地，如图5所示，所述模拟恒压单元由若干二极管组成，所述电能消耗单元为电阻r，所述若干二极管依次串联组成二极管串，所述二极管串导通钳位电压值等于均衡开启阈值。当v<vth时，所述二极管串不工作，电流接近于0；当v>＝vth时，所述二极管串正常工作，电压为vth，均衡电流为i＝(v-vth)/r。

更进一步地，如图6所示，所述模拟恒压单元为稳压二极管，所述电能消耗单元为电阻r，所述稳压二极管的稳压钳位电压值等于均衡开启阈值。当v<vth时，稳压二极管不工作，电流接近于0；当v>＝vth时，稳压二极管正常工作，电压为vth，均衡电流为i＝(v-vth)/r。

基于上述串联电池组的均衡方法的均衡装置，如图7所示，包括电能消耗单元、电压检测及pwm发生器、控制开关和电池组，所述控制开关、所述电能消耗单元和所述电池组的单节电池串联，所述单节电池与电压检测及pwm发生器并联，所述电压检测及pwm发生器控制所述控制开关的闭合与断开。电压检测及pwm发生器检测电池电压，根据电压不同产生不同占空比的pwm波，电压越高，pwm占空比越高，电池电压越低，pwm占空比越低。pwm波被送到所述控制开关，所述控制开关接收到的pwm占空比越高，所述电能消耗单元消耗对应电池电能的功率越大，接收到的pwm占空比越低，消耗对应电池电能得功率越低。通过在不同电压下控制均衡电路的开启和关闭的时间比例，来达到电压高放电多，电压低放电少的目标。

其中，占空比＝(v-vth-v0)/(v满-vth)，v0是个常数，0<＝v0<＝v0-vth，v满为电池充满时的电压。

实施例2

本实施例以电池标称电压3.6v的4节型号为中航锂电100ah磷酸铁锂电池，对本发明技术方案进行具体阐述。其中，充电电源型号为itechit6322，电池电压测量仪表为keysight34401a。

磷酸铁锂电池充电多少soc和电压v的关系，参见图8。从图上可以看出，锂电池在充电末端，电压会快速提升，在未充满的平台期，即使充进去很多电，电压提升很少。所以选择在充电尾端对电池进行均衡，更容易对不同电池之间的电压进行对比，让电压趋于一致。

其中，1c，1/2c等，相当于充电电流大小，1c代表此电流可以一个小时充满，1/2c代表可以2小时充满；soc代表荷电状态，即电池充满程度。

不加均衡装置进行充电时，当充电完成后，对单节电池的电压进行测量，静置8小时后，再进行一次测量，参见表1。

表1

使用传统固定阈值均衡器，设定均衡开启阈值为3.5v，当充电均衡2小时后后，对单节电池的电压进行测量，静置8小时后，再进行一次测量，参见表2。

表2

以实施例1中的均衡装置对电池组进行均衡，设定均衡开启阈值为3.5v，模拟恒压单元为恒压源，其输出的恒定电压等于所述均衡开启阈值。

在对电池组进行充电时，当单节电池两端的电压没有达到电压阈值，均衡电路中漏电流为3.5μa；单节电池电压为3.55v时，均衡电流为200ma；单节电池电压为3.6v时，均衡电流为400ma。电池两端的电压和均衡电流的关系，参见图9。

当充电均衡2小时后，对单节电池的电压进行测量，静置8小时后，再进行一次测量，参见表3。

表3

由表1-3可知，不加均衡模块电池组电压一致性明显失配，严重影响电池包整体性能；加传统固定阈值均衡器电池组电压一致性虽有所改善，但是均衡效果并不是很好；加实施例1中的均衡装置后，电池一致性明显提升，电池本身的能力得以充分发挥，提升了电池组整体性能。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。