一种改进的锂电池组均衡方法及其均衡电路的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种改进的锂电池组均衡方法及其均衡电路，利用聚类分析的方法对电池组各单体电池一个时间段内的各种数据进行聚类分析，对各电池组进行分类，同时结合进行均衡方法判断时刻的各电池的电压，充放电电流等当前信息对前面得到的各分类进行进一步选择，最终得到电池组中需要进行均衡单体电池，并通过控制均衡电路对其进行均衡维护。本发明能够在电池组运行过程中，可以实时的对电池各种特征数据进行分析，挑选出电池组中需要进行均衡充电及均衡放电的单体电池，通过将电池接入均衡电路对需要进行均衡的单体电池进行均衡；而且引入历史电池电压数据，可以有效地避免电压异常电池及电压采集精度的影响，同时结合SOC、SOH等剩余容量相关因素有效地避免了电压与容量不符的情况，有效的保证电池组的一致性，进一步延长电池组的使用寿命。
【专利说明】一种改进的锂电池组均衡方法及其均衡电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池组均衡领域，尤其涉及一种改进的锂电池组均衡方法及其均衡电路。
【背景技术】
[0002]电动汽车、储能电站、电动自行车等上都需要使用串联单体电池组成的电池组，以适应高电压的需求，所以任何有效地利用成组电池成了目前的关键问题。虽然近年来锂离子电池技术有了巨大的进步，锂电池各种性能都有了明显提高；但锂电池组内单体电池间的不一致性依然普遍存在。锂电池的各个参数在生产过程中存在不同大小的差异，这些差异表现为锂电池内阻、容量、开路电压、充放电电压平台等的不一致。随着锂电池在实际运行中充放电次数的增多，以及温度、自放电等各种因素的影响，这些差异将不断扩大，使得锂电池组电池间的性能差异越来越大，导致电池组中单体电池过充、过放现象，电池组中各单体电池的衰减速度不一致，串联锂电池组的容量由组内最低的单体电池容量决定，故一旦有某个电池出现深度放电，整个电池组就必须停止工作，同样，一旦有某个电池出现过度充电，充电过程也要立即停止，最终导致电池组的使用寿命急剧缩短。
[0003]目前均衡方案很多，总结起来一般可分为两种，一种是基于电压的均衡方法，另一种是基于容量的均衡方法。
[0004]基于电压的均衡方法是指通过采集得到的单体锂离子电池的电压差异来衡量电池组的不一致现象，并通过各种充电均衡及放电均衡的方式对电压高的电池进行均衡放电、对电压低的电池进行均衡充电。这种方法控制简单，应用广泛。一般有电流分流法与能量转移法两种。电流分流法一般通过电阻等器件调整单体电池上的电流，通过开关等控制均衡电流对电压过高的单体电池进行放电均衡。能量转移法一般是指通过不同介质将能量从高电压电池转移至低电压电池中，进而改善电池组的电压一致性，能量转移的介质可以选取电容、电感、变压器等。
[0005]均衡的最根本目的是平衡电池间剩余电量的差异，前面阐述的基于电压的均衡方式能反应容量的特性，但无法准确描述电池的剩余容量状态，可能因此而出现过均衡现象，加剧电池组的一致性变差。锂电池内部的化学材料是造成该现象的原因。锂电池的极化效应导致当电流流过电池时，电池电压偏离其平衡值；由于锂电池生产过程中无法做到完全一致，即在相同的电压下，锂电池的剩余容量值可能不同。所以基于容量的均衡方法弥补了上述不足，在锂电池使用全周期中依然可以提供安全有效的均衡，延长其使用寿命。直接利用均衡模块对剩余容量过大的电池进行均衡放电，对剩余容量过低的电池进行均衡充电。但是基于容量的均衡方法需要准确预估单体电池的S0C，若SOC的准确性得不到保证，均衡的可靠性会大大降低。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种改进的锂电池组均衡方法，能够在电池组运行过程中，可以实时的对电池各种特征数据进行分析，挑选出电池组中需要进行均衡充电及均衡放电的单体电池，同时在需要进行均衡充电的单体电池中可以区分需要进行大电流均衡充电与小电流均衡充电的电池，在需要进行均衡放电的单体电池中可以区分需要进行大电流均衡放电与小电流均衡放电的电池，通过融合均衡方法的均衡模块对需要进行均衡的单体电池进行均衡，有效的保证电池组的一致性，进一步延长电池组的使用寿命O
[0007]为实现上述发明目的，本发明的技术方案是:
一种改进的锂电池组均衡方法，所述电池组由若干单体电池串联组成，包括下述步
骤:
(1)对电池组进行分析，”为电池组单体电池个数fJ1,且；2为整
数；
(2)收集分析数据；测量并选取m个历史时刻的电压vol，m为大于等于I的整数，并计算得到该时刻的荷电状态SOC和健康状态S0H，再结合各单体电池对应的额定容量cap、均衡持续时间EquiT、均衡电流Equil，进而得到原始数据矩阵如下:
【权利要求】
1.一种改进的锂电池组均衡方法，其特征在于:所述电池组由若干单体电池串联组成，包括下述步骤:
(I)对电池组
2.如权利要求1所述的一种改进的锂电池组均衡方法，其特征在于:步骤(2)中每个单体电池在m个时刻的电压取值均不相同。
3.—种锂电池组均衡电路，电池组由η个单体电池B串联而成，ft泛1，其特征在于:其包括均衡控制器U、η个能量转移式电路、充放电电路、恒流源VS、恒流负载R、开关KA和开关KC，所述恒流源VS、充放电电路、开关KC、开关KA和单体电池B构成大电流均衡充电电路，所述恒流负载R、充放电电路、开关KC、开关KA和单体电池B构成大电流均衡放电电路；每个能量转移式电路包括变压器Τ、恒流模块Rx和开关ΚΒ，所述变压器T的主线圈的输入端相互串联，并连接电池组的正极，所述变压器T的主线圈的输出端相互串联，并连接电池组的负极，每个能量转移式电路连接在对应单体电池的正负极，所述均衡控制器U控制开关ΚA、开关RB、开关KC的导通和断开。
4.如权利要求3所述的一种锂电池组均衡电路，其特征在于:所述开关KC为双刀双掷开关。
5.如权利要求3所述的一种锂电池组均衡电路，其特征在于:所述单体电池B正负极连接在变压器T的副线圈的两端，所述恒流模块Rx的一端连接在单体电池的正极，恒流模块Rx的另一端连接在副线圈的输入端。
6.如权利要求3所述的一种锂电池组均衡电路，其特征在于:所述恒流负载R包括集成电路Ul、三极管Q1、电源BAT和滑动电阻RS，所述集成电路Ul的负极输入端连接三极管Ql的集电极，集成电路Ul的输出端连接三极管Ql的基极，三极管Ql的发射极连接电源BAT的正极，三极管Ql的集电极连接滑动电阻RS的一端，滑动电阻RS的另一端连接到电源BAT的负极。
【文档编号】H01M10/44GK103633695SQ201310590189
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】吴哲, 陈荣柱, 赵深, 林世溪, 孙景钌, 王浩, 林厚飞, 张东林, 刘爱华, 郑民, 金建新, 林群, 吴为强, 赵建苏, 郑圣 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司, 国网浙江省电力公司温州供电公司, 杭州高特新能源技术有限公司