电池均衡的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池均衡的方法及装置，其中，该方法包括：根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对电池单体进行电量的均衡处理，其中，电量的均衡处理是将电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值；如果是，则根据电池单体的单体位置和充放电方向进行对电池单体进行电量的均衡处理。通过运用本发明，解决了电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题，进而可以将各个电池单体的电压调整至同一平衡值，使电池组的电量在使用时可以充满或用尽，增加了电池的使用时间，提升了用户在使用电池组时的用户体验。
【专利说明】电池均衡的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池领域，更具体地，涉及一种电池均衡的方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着动力锂电池技术和纯电动汽车技术的发展，锂电池已经取代了传统了铅酸电池和镍氢电池，成为纯电动汽车里面核心储能器件。由于锂电池单体电压只有3 — 4伏，一般要求大量锂电池串联组成实现纯电动汽车的电池组。而由于种种原因导致的电池性能的不一致性则对电池管理系统提出了非常高的要求。
[0003]电池的不一致性有很多原因，包括出厂时由于工艺等方面的原因导致的出厂电池容量以及内阻的不一致性；出厂后电池老化的速度不一致产生的电池容量与内阻在使用之后的不一致性；电池成组后由于运行的环境温度导致的电池剩余电量的不一致性等。电池的不一致性表现在电压的不一致上，经过一段时间的运行以后，电池组内单体电压之间差异优势可以达到几十到几百毫伏。电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满(任一单体电池充满就不能继续充电)，放电的时候不能放尽(任一单体电池放尽就不能继续放电)，导致电池组的使用时间较短，影响用户的使用体验。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种电池均衡的方法及装置，以至少解决电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种电池均衡的方法，包括:根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理，其中，所述电量的均衡处理是将所述电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值；如果是，则根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理。
[0006]优选地，根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:判断所述电池单体的电压信息是否超过预设阈值；如果是，则确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理。
[0007]优选地，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向；根据所述单体位置和所述充放电方向对所述电池单体进行充电或放电。
[0008]优选地，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:判断所述电池单体的当前电压是否与所述电池组的平均单体电压的差值最大；如果是，则用预设电流对所述电池单体进行充电或放电。
[0009]优选地，用预设电流对所述电池单体进行充电或放电之后，还包括:当所述当前电压满足预设条件时，停止对所述电池单体的充电或放电，其中，所述预设条件至少包括以下之一:所述当前电压与所述电池组的平均单体电压的差值非最大；所述电池组的平均单体电压与所述当前电压差值小于预设压差。[0010]优选地，所述预设压差为5mV。
[0011]优选地，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:判断所述电池单体的当前电压是否超过预设的电压阈值范围；如果是，则对所述电池单体进行充电或放电。
[0012]优选地，对所述电池单体进行充电或放电包括:当所述当前电压超过所述电压阈值范围的最高电压时，用预设电流对所述电池单体进行放电；当所述当前电压低于所述电压阈值范围的最低电压时，用所述预设电流对所述电池单体进行充电。
[0013]优选地，所述预设电流为5A。
[0014]优选地，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:在所述电池单体的当前电压超过预设的正向电压峰值的情况下，对所述电池单体进行等差值放电；判断放电后的电池电压是否超过预设的负向电压峰值；如果是，则在所述电池组的各电池都进行均衡处理后，对所述电池单体再次进行充电。
[0015]优选地，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括:在所述电池单体的当前电压超过预设的负向电压峰值的情况下，对所述电池单体进行等差值充电；判断充电后的电池电压是否超过预设的正向电压峰值；如果是，则在所述电池组的各电池都进行均衡处理后，对所述电池单体再次进行放电。
[0016]根据本发明的一个方面，提供了一种电池均衡的装置，包括:判断模块，用于根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理,其中,所述电量的均衡处理是将所述电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值；均衡模块，用于在需要对所述电池单体进行电量的均衡处理的情况下，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理。
[0017]优选地，所述判断模块包括:判断单元，用于判断所述电池单体的电压信息是否超过预设阈值；第一确定单元，用于在所述电压信息超过所述预设阈值的情况下，确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理。
[0018]优选地，所述均衡模块包括:第二确定单元，用于确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向；均衡单元，用于根据所述单体位置和所述充放电方向对所述电池单体进行充电或放电。
[0019]本发明采用了如下方法:通过判断电池组中各个电池单体是否需要做电量的均衡处理，如果需要，则通过充放电方式调节该电池单体的电压值。通过运用本发明，解决了电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题，进而可以将各个电池单体的电压调整至同一平衡值，使电池组的电量在使用时可以充满或用尽，增加了电池的使用时间，提升了用户在使用电池组时的用户体验。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1示出了本发明实施例的电池均衡的方法的流程图；
[0022]图2示出了本发明实施例的电池均衡的装置的结构框图；[0023]图3示出了本发明实施例的电池均衡的装置判断模块的结构框图；
[0024]图4示出了本发明实施例的电池均衡的装置均衡模块的结构框图；
[0025]图5示出了本发明优选实施例的电池均衡过程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0027]基于相关技术中，由于电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题，本发明实施例提供了一种电池均衡的方法，该方法的流程如图1所示，包括步骤S102至步骤S04:
[0028]步骤S102，根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对电池单体进行电量的均衡处理，其中，电量的均衡处理是将电池组中的各个电池单体的电压均衡
至同一值；
[0029]步骤S104，如果是，则根据电池单体的单体位置和充放电方向进行对电池单体进行电量的均衡处理。
[0030]本实施例通过判断电池组中各个电池单体是否需要做电量的均衡处理，如果需要，则通过充放电方式调节该电池单体的电压值。通过运用本实施例，解决了电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题，进而可以将各个电池单体的电压调整至同一平衡值，使电池组的电量在使用时可以充满或用尽，增加了电池的使用时间，提升了用户在使用电池组时的用户体验。
[0031]在执行步骤S102的过程中，其处理过程可以是判断电池单体的电压信息是否超过预设阈值；如果超过，则确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理；如果没超过，则可以继续进行检测。此处的预设阈值可以根据实际使用的电池的电压大小进行设置，灵活性强。
[0032]实施时，根据电池单体的单体位置和充放电方向进行对电池单体进行电量的均衡处理可以包括以下过程:确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向；根据单体位置和充放电方向对电池单体进行充电或放电。其中，单体位置为电池在电池组中的具体位置，充放电方向可以是指示对电池进行充电还是放电，还可以是指示在各电池单体的平均值的正方向放电还是负方向充电。
[0033]根据电池单体的单体位置和充放电方向进行对电池单体进行电量的均衡处理的方式可以包括多种，下面对其中的三种情况进行说明，其中提到的预设压差设置为5mV，预设电流设置为5A。
[0034]第一种:平均值均衡法。
[0035]判断当前的电池单体的当前电压是否与电池组的平均单体电压的差值最大；如果是，则用预设电流对该电池单体进行充电或放电；如果不是，则可以跳过该电池单体，进入下一个电池单体的检测。
[0036]在用预设电流对电池单体进行充电或放电之后，当当前电压满足预设条件时，则可以停止对电池单体的充电或放电。其中，预设条件至少包括以下之一:当前电压与电池组的平均单体电压的差值非最大，即有其他电池单体成为最大压差电池单体；电池组的平均单体电压与当前电压差值小于预设压差，此时可以不对该电池单体进行充放电，进入下一个电池单体的充放电，当然也可以以OA充放电。
[0037]第二种:阈值均衡法。
[0038]判断电池单体的当前电压是否超过预设的电压阈值范围；如果是，则对电池单体进行充电或放电；如果不是，则跳过该电池单体，进入下一个电池单体的检测。
[0039]设置时，预设的电压阈值范围包括电压上限和电压下限。当当前电压超过电压阈值范围的最高电压时，用预设电流对电池单体进行放电；当当前电压低于电压阈值范围的最低电压时，用预设电流对电池单体进行充电。
[0040]第三种:滞后均衡法。
[0041]在电池单体的当前电压超过预设的正向电压峰值的情况下，对电池单体进行等差值放电；判断放电后的电池电压是否超过预设的负向电压峰值；如果是，则在电池组的各电池都进行均衡处理后，对电池单体再次进行充电，如果不是，可以继续充电。
[0042]在电池单体的当前电压超过预设的负向电压峰值的情况下，对电池单体进行等差值充电；判断充电后的电池电压是否超过预设的正向电压峰值；如果是，则在电池组的各电池都进行均衡处理后，对电池单体再次进行放电，如果不是，可以继续放电。
[0043]上述过程的滞后体现在判断当前电池单体是否超过预设的电压峰值，在超过预设电压峰值时，便成为压差最大电压，此时不继续对其进行均衡处理，而是在此次所有电池单体都均衡后，在下一轮的均衡处理过程中对其进行均衡处理。
[0044]本实施例还提供了一种电池均衡的装置，该装置的结构框图如图2所示，包括:
[0045]判断模块10，用于根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对电池单体进行电量的均衡处理,其中，电量的均衡处理是将电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值；
[0046]均衡模块20，与判断模块10耦合，用于在需要对电池单体进行电量的均衡处理的情况下，根据电池单体的单体位置和充放电方向进行对电池单体进行电量的均衡处理。
[0047]实施过程中，判断模块10还可以如图3所示，包括:判断单元102，用于判断电池单体的电压信息是否超过预设阈值；第一确定单元104，与判断单元102耦合，用于在电压信息超过预设阈值的情况下，确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理。
[0048]均衡模块20可以包括图4所示的:第二确定单元202和均衡单元204，其中，第二确定单元202，用于确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向；均衡单元204，与第二确定单元202耦合，用于根据单体位置和充放电方向对电池单体进行充电或放电。
[0049]当然，本实施例的装置可以执行上述电池均衡方法，则其还包括均衡处理过程中的各个优化单元，此处不进行赘述。
[0050]优选实施例
[0051]现有技术采用在每个单体电池两侧并联一个电阻的方式，通过控制电阻与电池之间开关的闭合来确定电池是否需要进行放电，此为能耗式的均衡方法。能耗式均衡方法采取电阻发热耗电的形式进行均衡。基于散热考虑，均衡电流较小，且为消耗式均衡，只能对单体电池进行放电，不能充电，均衡效率低，切无法消除电池之间的不一致性。
[0052]然而，电池的不一致性的存在使得电池组的实际可用容量降低，影响纯电动汽车和储能系统运行的安全性。如何对于电池进行均衡，如何判断电池均衡的方向变得至关重要。由于电池存在电量，容量和内阻不一致性，一种准确的电池均衡方法的提出，可以准确的判断出需要均衡的电池单体位置和方向，对于消除电池的不一致性变得至关重要；还可以使得电池组实际可用容量提高，电池使用和循环寿命延长，提高纯电动车的安全可靠性。
[0053]本优选实施例主要是针对电池组中单体电池的不一致性，提出了一种有效均衡方法，在电池组充电和放电状态下，根据电池管理系统采集的电压，温度等信息，对电池状态进行评估，确定主动均衡作用的电池单体位置和方向(充电，放电)。
[0054]本实施例采用的平衡方法由以下几种情况构成:
[0055](I)趋于平均值的算法。距离整个电池组的平均单体电压最远的电池将被用5A充电或者放电。其中，充放电可以在以下情况下停止:1)另外一个电池单体的电压距离平均值变成最大；2)电池单体电压与平均电压差距小于Vdiff=5mV ；3)当所有电池电压和平均电压差距在5mV范围内时，用OA电流充放电平衡。
[0056](2)阀值均衡法。在电池组充放电过程中，设置电压安全运行范围，当出现电池电压超过高点阀值，用5A放电；当出现电池电压低过低点阀值，用5A充电。这两种情况平衡优先于平均值算法均衡。
[0057](3)滞后均衡法。由于电池充放电后存在电压回归滞后。为了提高电池平衡的效率，必须避免同一个电池由于滞后和噪音导致连续充电和放电。当一个电池单体处于正(负)向最大压差状态时候，对该单体进行放(充)电。如果紧接着改电池电压处于了负(正)向最大压差状态，我们需要实用滞后阀值来防止对单个电池单体的连续充放电的发生。例如，如图5所示，电池处于最高正向压差，大于平衡阀Vdiff=5mV，对其进行放电；稍后，电池处于最高正向压差，大于平衡阀5mV，对其进行放电(2，3点紧靠)；电池处于最高负向压差，大于平衡阀5mV，但是低于滞后阀值10mv，不对其进行充电，对其他电池进行平衡，经过一段时间(其他电池已进行了平衡)，电池处于最高负向压差，大于平衡阀5mV，也首次大于滞后阀值，才对其进行充电。
[0058]通过运用上述实施例，能够准确的判断单体电池需要均衡的方向。可以准确有效的完成电池的主动均衡，消除电池之间的不一致性，使得电池单体之间电压，剩余电量(State ofCharge，简称为S0C)达到一致，提高电池组的可用容量，提高电池系统的安全可靠性和循环使用寿命。
[0059]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0060]通过运用本发明实施例，解决了电池的不一致性使得电池组在充电的时候不能充满，放电的时候不能放尽，导致电池组的使用时间较短的问题，进而可以将各个电池单体的电压调整至同一平衡值，使电池组的电量在使用时可以充满或用尽，增加了电池的使用时间，提升了用户在使用电池组时的用户体验。
[0061]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0062]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电池均衡的方法，其特征在于，包括: 根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理，其中，所述电量的均衡处理是将所述电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值； 如果是，则根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 判断所述电池单体的电压信息是否超过预设阈值； 如果是，则确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向； 根据所述单体位置和所述充放电方向对所述电池单体进行充电或放电。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 判断所述电池单体的当前电压是否与所述电池组的平均单体电压的差值最大； 如果是，则用预设电流对所述电池单体进行充电或放电。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用预设电流对所述电池单体进行充电或放电之后，还包括: 当所述当前电压满足预设条件时，停止对所述电池单体的充电或放电，其中，所述预设条件至少包括以下之一:所述当前电压与所述电池组的平均单体电压的差值非最大； 所述电池组的平均单体电压与所述当前电压差值小于预设压差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设压差为5mV。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 判断所述电池单体的当前电压是否超过预设的电压阈值范围； 如果是，则对所述电池单体进行充电或放电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述电池单体进行充电或放电包括: 当所述当前电压超过所述电压阈值范围的最高电压时，用预设电流对所述电池单体进行放电； 当所述当前电压低于所述电压阈值范围的最低电压时，用所述预设电流对所述电池单体进行充电。
9.根据权利要求4-6和8中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设电流为5A。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 在所述电池单体的当前电压超过预设的正向电压峰值的情况下，对所述电池单体进行等差值放电； 判断放电后的电池电压是否超过预设的负向电压峰值；如果是，则在所述电池组的各电池都进行均衡处理后，对所述电池单体再次进行充电。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理包括: 在所述电池单体的当前电压超过预设的负向电压峰值的情况下，对所述电池单体进行等差值充电； 判断充电后的电池电压是否超过预设的正向电压峰值； 如果是，则在所述电池组的各电池都进行均衡处理后，对所述电池单体再次进行放电。
12.—种电池均衡的装置，其特征在于，包括: 判断模块，用于根据当前采集的电池组中电池单体的电压信息判断是否需要对所述电池单体进行电量的均衡处理，其中，所述电量的均衡处理是将所述电池组中的各个电池单体的电压均衡至同一值； 均衡模块，用于在需要对所述电池单体进行电量的均衡处理的情况下，根据所述电池单体的单体位置和充放电方向进行对所述电池单体进行电量的均衡处理。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括: 判断单元，用于判断所述电池单体的电压信息是否超过预设阈值； 第一确定单元，用于在所述电压信息超过所述预设阈值的情况下，确定当前检测的电池单体需要进行电量的均衡处理。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述均衡模块包括: 第二确定单元，用于确定需要进行电量的均衡处理的电池单体的单体位置和充放电方向； 均衡单元，用于根据所述单体位置和所述充放电方向对所述电池单体进行充电或放电。
【文档编号】H01M10/42GK103812150SQ201210445147
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】李香龙, 张宝群, 焦东升, 焦然, 马婧珺, 舒鹏, 张建辉 申请人:国家电网公司, 北京市电力公司, 北京海博思创科技有限公司