专利名称：一种锂电池管理系统均衡控制方法
技术领域：
本发明属于新能源汽车的锂电池系统领域，尤其涉及一种锂电池均衡方法。
背景技术：
随着全球气候逐步恶化、城市大气污染加剧和石油资源过度消耗，发展节能、环保 汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择。新能 源汽车的发展逐步扩大，目前应用在新能源汽车上的动力电池类型有铅酸蓄电池、镍氢电 池、镍镉电池和锂电池。锂电池因为具有体积小、能量密度高、储存寿命长、无记忆效应、高 电压和自放电率低等优良性能，将取代铅酸电池、镍氢电池，成为动力电池的赢家。影响动力电池性能和寿命的主要因素包括电池温度、电池内阻、单体电池一致性 等，电池单体由于制造和使用环境的差异性，在电池的使用过程中，电池单体的差异性将逐 步恶化，锂电池单体的不一致性不仅影响电池的性能和寿命，而且影响电池的安全，锂电池 系统总有单体电压高的电池，相对组内其它电池较早地进入过充电状态，发生过充的的电 池单体随着充电的不断进行，极化作用加强，升温加剧、电池容量降低，并有可能在充电结 束后的短时间内使电池内部物质燃烧，导致电池报废。为了提高锂电池的可靠性和系统的安全性，延长电池的使用寿命，管理系统应具 有对电池单体均衡的功能，本专利就提出了一种锂电池管理系统均衡控制方法。在已有的专利中，也曾有对电池均衡的相关描述，如实用新型名称为车载动力电 池组的均衡装置的专利，该专利均衡装置中动力电池组由η个串联的单体电池组成，包括 极性单元、DC/DC功率变换器、连接单元和用于控制极性单元极性切换的控制单元，所述极 性单元包括充电端极性单元和放电端极性单元，所述充电端极性单元的输入端与所述DC/ DC功率变换器的输出端连接，所述DC/DC功率变换器的输入端与充电端极性单元的输出端 连接，所述连接单元包括n+1组可控开关，所述每一组可控开关包括与充电端极性单元输 出端连接的可控开关(SW)和与放电端极性单元输入端连接的可控开关(S)，所述可控开关 (Sff)和所述可控开关(S)并联在每个单体电池的负极，第n+1组可控开关连接在第η个单 体的正极。又如发明专利名称为锂离子动力蓄电池均衡电路的专利，该专利中发明了一种锂 离子动力蓄电池均衡电路，每一个蓄电池模块有一套均衡电路，至少二个单元蓄电池模块 串联，蓄电池模块V正负端各接继电器J、串接自复保险丝S，通过转换开关Kl、Κ2分别接放 电电阻R、恒流控制DCDC变换器，在整体电池组中，根据电池模块设定的目标均衡电压及平 衡的最大容量差或最大电压差充低放高，由继电器网络切换恒流控制DCDC变换器充电或 定电阻放电。与已有的专利相比较，上述专利一般是采用能量转移法，其实现原理是管理系统 监测各电池单体的电压，如果电池单体间电压差超过允许的范围，管理系统控制继电器，控 制放电电阻或电容与需要均衡的电池单体连接，从而实现对电池单体的能量消耗或转移， 达到电池单体均衡化的目的，但这种电池单体均衡化方法成本高，需要消耗一定的能量，增加了机械设计和电池系统热管理的难度。而本发明不需要改变电池系统结构或增加其它额外的电路，即可方便地实现电池 的均衡化管理。
发明内容
本发明针对现有的技术缺陷，提供了一种不需要改变电池系统结构或增加其它额 外的电路，即可方便地实现电池均衡的控制策略方法。本发明进一步要解决的技术问题是提供一种对电池单体进行放电的方法达到电 池单体一致性的均衡控制方法。本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法由以下模块组成信号采集模块、系 统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块。所述的信号采集模块采集电池系统中电池单体电压以及总电压的实时数据。所述的系统工况判断模块系统在任何时刻出现单体电压过压情况进入紧急处理 工况，出现其它故障，则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡。所述的均衡性判断模块通过对最高单体电压与去除最高最低值的单体平均电压 差进行比较，进而判断电池组是否出现不均衡。所述的均衡模块判断是否出现不均衡，如果出现将对电压高的电池单体进行放 电处理，以达到电池均衡的目的。所述方法的步骤如下先由信号采集模块采集电池系统中电池单体电压以及总电压的实时数据，并将采 集到的数据输出到系统工况判断模块中；由系统工况判断模块判断此时系统所处工况是否可以均衡，在任何时刻出现单体 电压过压情况，则系统进入紧急处理工况，断开所有正在均衡电池单体放电开关，接通所有 过压的电池单体放电开关，为过压电池单体放电；而出现其它故障如绝缘故障、通信故障、 电池欠压故障等，系统如已经进出均衡则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡；当系统已进入均衡操作时，由均衡性判断模块进行电池均衡性判断，通过对最高 单体电池电压与去除最高最低值的单体电池平均电压差进行比较，进而判断电池组是否出 现不均衡；当电池单体之间压差大于某一设定的数值达到需要均衡条件的时候，记录电压 高的电池单体的序号，并计算该单体的均衡时间，将其写入均衡定时器中，进入均衡操作；在均衡模块中，引入循环老化系数ζ )，所述ζ是根据不同的循环时间对应不 同的循环老化系数，根据电池单体的SOC不同对ζ (% )进行估计，并根据锂电池充放电特 性取向，根据单体容量、均衡时间、均衡启动压差，计算出放电电阻阻值，如达到均衡操作的 启动条件，将对电压最高的单体通过放电电阻进行放电操作，达到电池均衡。与现有的技术相比较，本发明的目的是提供一种锂电池管理系统均衡控制方法， 包括信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块，该控制方法是通过采 集锂电池单体电压，通过对电压的比较，将过充或电压偏高的电池单体进行放电处理，以保 证电池的一致性，此方法将有效延长锂电池的使用寿命，并对锂电池的安全性提供了保障。 本控制方法是在电池管理系统控制策略内部添加均衡控制方法，无需外加的均衡装置及辅 助设备，在空间及硬件上节省了成本，并且本控制方法系统在任何时刻出现单体电压过压情况进入紧急处理工况，出现其它故障，则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡，可最大 程度的对电池进行均衡控制，使电池达到最佳的使用状态。
图1为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法总体设计框2为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法信息采集模块流程3为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法系统工况判断模块流程4为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法均衡性判断模块流程5为本发明提出的锂电池管理系统均衡控制方法均衡模块流程图
具体实施例方式本控制方法包括信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块。以下结合附图对本锂电池管理系统均衡控制方法部分模块作进一步说明。图1锂电池管理系统均衡控制方法总体设计框图，信号采集模块采集电池系统中 电池单体电压以及总电压的实时数据，并根据采集的数据信息，判断是否出现单体过压、电 池单体之间电压压差过大，并根据出现的不同工况，进入不同的处理模块。图2锂电池管理系统均衡控制方法的信息采集模块流程图，采集电池系统中电池 单体电压以及总电压的实时数据。该模块采集电池组电池单体电压及总电压，并将采集到 的数据输出到系统工况判断模块中。图3锂电池管理系统均衡控制方法系统的工况判断模块流程图，系统在任何时刻 出现单体电压过压情况进入紧急处理工况，出现其它故障如绝缘故障、通信故障、电池欠压 故障等，那么系统如已经进出均衡则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡；该模块用来判 断是否出现电池单体过压，电池单体过压是影响电池寿命的主要原因，因此本控制方法将 其视为紧急处理工况，一旦出现电池单体过压，则根据紧急处理标志位、均衡标志位断开均 衡单体放电开关及接通过压电池单体放电开关，为过压单体放电。图4锂电池管理系统均衡控制方法的均衡性判断模块流程图，当电池单体之间压 差大于某一设定的数值，达到需要均衡条件的时候，检查均衡计时是否结束，如未结束，则 记录电压高的电池单体的序号K，并计算该单体的均衡时间将其写入均衡定时器中，均衡定 时器计时，进入均衡操作。图5是锂电池管理系统均衡控制方法的均衡操作模块流程图，引入循环老化系 数、锂电池充放电特性、单体容量、均衡时间、均衡启动压差等参数，计算出放电值，如达到 均衡操作的启动条件，将开始对电压最高的单体通过放电电阻进行放电操作。如图5所示。 流程开始判断是否需要均衡，如需要均衡操作，则判断需要均衡的单体K是否将放电标志 位置1，如未置1，则接通K号单体的放电电阻，并同时将放电标志位及均衡标志位置1，如已 经置1，则退出程序；如判断不需均衡操作，则执行均衡标志位的判断，如均衡标志位置1， 则记录放电操作标志位为1的单体序号T，并断开T号单体放电电阻，同时将T号电池放电 操作标志位置及均衡操作标志位置0。如均衡标志位未置1，则退出程序。
权利要求
一种锂电池管理系统均衡控制方法，其特征在于该控制方法是通过采集锂电池单体电压，通过对电压的比较，将过充或电压偏高的电池单体进行放电处理，保证电池的一致性，所述方法的步骤如下先由信号采集模块采集电池系统中电池单体电压以及总电压的实时数据，并将采集到的数据输出到系统工况判断模块中；由系统工况判断模块判断此时系统所处工况是否可以均衡，在任何时刻出现单体电压过压情况，则系统进入紧急处理工况，断开所有正在均衡中的电池单体放电开关，接通所有过压的电池单体放电开关，为过压电池单体放电；而出现其它故障如绝缘故障、通信故障、电池欠压故障等，系统如已经进出均衡则停止均衡操作，待故障消除后重启均衡；当系统已进入均衡操作时，由均衡性判断模块进行电池均衡性判断，通过对最高单体电池电压与去除最高最低值的单体电池平均电压差进行比较，进而判断电池组是否出现不均衡；当电池单体之间压差大于某一设定的数值达到需要均衡条件的时候，记录电压高的电池单体的序号，并计算该单体的均衡时间，将其写入均衡定时器中，进入均衡操作；在均衡模块中，引入循环老化系数ζ(％)，所述ζ是根据不同的循环时间对应不同的循环老化系数，根据电池单体的SOC不同对ζ(％)进行估计，并根据锂电池充放电特性取向，根据单体容量、均衡时间、均衡启动压差，计算出放电电阻阻值，如达到均衡操作的启动条件，将对电压最高的单体通过放电电阻进行放电操作，达到电池均衡。
全文摘要
本发明提出了一种锂电池管理系统均衡控制方法，该方法通过对锂电池单体电压的采集，将过充(电压偏高)的电池进行识别并放电的方法来达到电池的一致性。本发明由以下模块组成信号采集模块、系统工况判断模块、均衡性判断模块、均衡模块。本发明通过对锂电池状态的精确监测及控制，有效控制锂电池状态保持一致，从而达到锂电池系统安全可靠运行。
文档编号H02J7/00GK101917044SQ201010267200
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者付文利, 朴昌浩, 杨辉前, 王进, 赵立波 申请人:重庆长安汽车股份有限公司;重庆长安新能源汽车有限公司;重庆邮电大学