一种电池组能量均衡的方法、装置及电池系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电池组能量均衡的方法、装置及电池系统，涉及电池设计领域，解决现有技术中电池组均衡方法存在很多不足的问题，该方法应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电池组包括预设多个单体电池，该方法包括：监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。本发明的方案提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，且延长了电池的使用寿命。
【专利说明】
一种电池组能量均衡的方法、装置及电池系统
技术领域
[0001]本发明涉及电池设计领域，特别涉及一种电池组能量均衡的方法、装置及电池系统。【背景技术】
[0002]随着电池作为电源的日益普遍，如何最大限度地延长电池的使用寿命，成了亟待解决的问题。而电池不平衡(即组成一个电池组的各节电池的充电状态失配)在大型锂离子电池组中，可能降低电池组的总容量，并有可能损坏电池组，成为影响电池组使用寿命的重大隐患。
[0003]过去对于电池组均衡，有的是通过一套电能转换装置来实现均衡充电，有的是采用电能的多路输出方式，将多余的能量传送给总回路或者传递给相邻的电池。但上述方案， 存在使用面较窄，均衡效率不高，且结构复杂，不易实现和维护等问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种电池组能量均衡的方法、装置及电池系统， 解决现有技术中对于电池组均衡方法存在很多不足的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种电池组能量均衡的方法，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电池组包括预设多个单体电池，所述方法包括:
[0006]监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；
[0007]在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。
[0008]其中，所述在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电，包括:
[0009]在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，获取所述第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值；
[0010]根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0011]其中，所述根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内，包括:
[0012]根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的能量作为蚁群能源，并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；
[0013]通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0014]其中，所述通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内，包括:
[0015]通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所述第一电池组的能量变化情况；
[0016]在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第二电池组继续输出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源。
[0017]为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种电池组能量均衡的装置，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电池组包括预设多个单体电池，所述装置包括:
[0018]监测模块，用于监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；
[0019]充电模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。
[0020]其中，所述充电模块包括:
[0021]第一获取模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，获取所述第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值；
[0022]第一充电子模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0023]其中，所述第一充电子模块包括:
[0024]第二获取模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的能量作为蚁群能源，并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；
[0025]第二充电子模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0026]其中，所述第二充电子模块包括:
[0027]监测模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所述第一电池组的能量变化情况；
[0028]控制模块，用于在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第二电池组继续输出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源。
[0029]为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种电池系统，包括至少两个电池组、与第一电池组连接的电池管理系统BMS控制器及BMS主机，其中每个所述电池组包括预设多个单体电池，所述电池系统还包括:如上所述的电池组能量均衡的装置，其中，所述电池组能量均衡的装置为安装于所述BMS主机与第二电池组之间的DC/DC控制器、与所述DC/ DC控制器连接的蚁群均衡控制器、与所述蚁群均衡控制器及所述第一电池组连接的单体电池控制器。
[0030]其中，所述第一电池组及所述第二电池组分别为锂电池组或铅酸电池组。
[0031]其中，所述蚁群均衡控制器为集成XE164和XC878CPU芯片的控制器；
[0032]所述单体电池控制器为集成LTC6802芯片的控制器。
[0033]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0034]本发明实施例的电池组能量均衡的方法，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个电池组包括预设多个单体电池。该方法在监测到第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给第一电池组中的电池进行充电，使第一电池组的单体电池之间的能量达到均衡。通过第二电池组实现了第一电池组的能量均衡，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。【附图说明】
[0035]图1为本发明电池组能量均衡的方法流程图；
[0036]图2为本发明电池组能量均衡的装置结构示意图；
[0037]图3为本发明电池系统的结构示意图。【具体实施方式】
[0038]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0039]本发明实施例的电池组能量均衡的方法，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。
[0040]如图1所示，本发明实施例的电池组能量均衡的方法，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电池组包括预设多个单体电池，所述方法包括:
[0041]步骤11，监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；
[0042]步骤12,在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。
[0043]本发明实施例的电池组能量均衡的方法，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个电池组包括预设多个单体电池。该方法在监测到第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给第一电池组中的电池进行充电，使第一电池组的单体电池之间的能量达到均衡。通过第二电池组实现了第一电池组的能量均衡，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。
[0044]其中，每个单体电池的能量可通过电池的端电压进行衡量。上述步骤11，可监测第一电池组中，是否出现单体电池的端电压是否高于或低于第一预设阈值的情况，以在单体电池的端电压高于或低于第一预设阈值时，对第一电池组进行均衡充电。此时，第一预设阈值为一电压值。
[0045]具体的，所述第一预设阈值可根据需求进行设定，如若第一电池组为锂电池组，则可将第一预设阈值设定为锂电池的最低放电电压3.3V ;若第一电池组为铅酸电池组，则可将第一预设阈值设定为铅酸电池的最低放电电压1.9V。
[0046]本发明的具体实施例中，上述步骤12的步骤可以包括:
[0047]步骤121，在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，获取所述第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值；
[0048]步骤122,根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0049]此时，能根据每个单体的能量偏移情况对第一电池组进行充电，使充电后每个单体电池的能量与第一预设阈值之间的差值在预设范围内，从而使单体电池之间达到均衡， 起到保护电池、延长电池使用寿命的目的。
[0050]具体的，可将获取到的每个单体电池的能量偏移值布放到数据集合中，以方便统计和使用。
[0051]其中，上述步骤122的步骤可以包括:
[0052]步骤1221，根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的能量作为蚁群能源，并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；
[0053]步骤1222,通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0054]此时，采用蚁群算法能使第一电池组的单体电池之间快速达到均衡，且均衡效果好，有效提高了均衡效率，延长了电池的使用寿命。
[0055]优选的，上述步骤1221，控制第二电池组对第一电池组进行充电时，充电电流控制在一定范围内，即第一预设大小，保证第一电池组充电后达到均衡的同时，避免电流过大损坏电池组。其中第一预设大小具体可为5-10A。
[0056]进一步的，上述步骤1222的步骤可以包括:
[0057]步骤1223,通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所述第一电池组的能量变化情况；
[0058]步骤1224,在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第二电池组继续输出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源。
[0059]此时，通过及时补充能源给第一电池组充电，能保证电池组均衡的顺利进行，从而提高均衡效率。
[0060]进一步的，上述步骤1223之后，还可以包括:
[0061]步骤1225,在所述第一电池组的能量变化速率高于所述第二预设阈值时，控制所述第二控制器结束对所述第一控制器进行充电过程。
[0062]此时，能有效防止过充电的情况，从而起到保护电池的目的。
[0063]具体的，上述步骤1223可监测第一电池组的总端电压上升速率，在总端电压上升速率低于第二预设阈值时，及时补充能源给蚁群，以实现第一电池组的能量均衡。
[0064]另外，为了更好地实现对电池组的保护作用，上述步骤11之前还可以包括:
[0065]步骤10,监测到第一电池组对外接负载放电，且放电电压达到第一电池组的过电保护电压时，控制所述第一电池组关闭，并控制所述第二电池组对所述外接负载放电；
[0066]此时，在第一电池组放电至过电保护电压时，通过及时关断第一电池组，并控制第二电池组放电，对电池起到了很好的保护作用，有效延长了电池的使用寿命。
[0067]如果在第一电池组放电结束后，通过上述步骤11监测到第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况，则通过第二电池组对第一电池组进行能量均衡，以保证第一电池组再次充电或放电时的正常使用，起到保护电池组的目的。
[0068]另外，如果在第一电池组对外接负载放电的过程中，通过上述步骤11监测到第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况，也可通过第二电池组对第一电池组进行能量均衡；并控制第二电池组与第一电池组同时对负载进行放电，减轻第一电池组负担，或者关闭第一电池组，控制第二电池组对负载放电。
[0069]下面对本发明的具体实施例举例说明如下。
[0070]本发明实施例的电池能量均衡的方法，可应用于包括两个电池组的电池系统，如铅酸-锂电蓄电组。每个电池组包括预设多个单体电池，如锂电池组可包括15/16个单体电池，铅酸电池组可包括24个单体电池。假定该电池系统通过开关电源外接市电，并通过太阳能控制器外接太阳能电池板，且锂电池组作为第一电池组，铅酸电池组作为第二电池组。 在市电正常时，可通过太阳能电池板同时给锂电池组和铅酸电池组充电；在市电停电时，先通过锂电池组进行放电；该方法，在监测到锂电池组对外放电，且放电电压达到过电保护电压时，控制锂电池组关闭，并控制铅酸电池组对负载放电，直到市电恢复或一、二次下电为止；在监测到锂电池组放电结束后，出现单体电池的端电压高于或低于第一预设阈值时，获取锂电池组每个单体电池的能量偏移值，该能量偏移值包括单体电池的剩余能量与第一预设阈值之间的差值；然后根据能量偏移值，控制铅酸电池组输出第一预设大小的能量，具体可在锂电池组总容量的0.1-0.3C范围内，如5-10A充电电流，作为蚁群能源；获取蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点，通过蚂蚁对访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个单体电池的能量与第一预设阈值之间的差值在预设范围内，从而使锂池组的能量均衡；其中，若蚂蚁在充电过程中，锂电池组总端电压的上升速率低于第二预设阈值，则控制铅酸电池组继续放出第二预设大小的能量，如5A，到蚁群能源，以保证有足够的蚁群能源供锂电池充电； 在市电恢复后，通过开关电源对锂电池组和铅酸电池组同时进行充电，直至充满。[0071 ] 本发明实施例的电池组能量均衡的方法，通过第二电池组实现了第一电池组的能量均衡，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。
[0072]如图2所示，本发明的实施例还提供了电池组能量均衡的装置，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电池组包括预设多个单体电池，其特征在于，所述装置包括:
[0073]监测模块，用于监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；
[0074]充电模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。
[0075]本发明实施例的电池组能量均衡的装置，通过第二电池组实现了第一电池组的能量均衡，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。
[0076]其中，所述充电模块可以包括:
[0077]第一获取模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，获取所述第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值；
[0078]第一充电子模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0079]此时，能根据每个单体的能量偏移情况对第一电池组进行充电，使充电后每个单体电池的能量与第一预设阈值之间的差值在预设范围内，从而使单体电池之间达到均衡， 起到保护电池、延长电池使用寿命的目的。
[0080]其中，所述第一充电子模块可以包括:
[0081]第二获取模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的能量作为蚁群能源，并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；
[0082]第二充电子模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。
[0083]此时，采用蚁群算法能使第一电池组的单体电池之间快速达到均衡，且均衡效果好，有效提高了均衡效率，延长了电池的使用寿命。
[0084]优选的，所述第二充电子模块可以包括:
[0085]监测模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所述第一电池组的能量变化情况；
[0086]控制模块，用于在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第二电池组继续输出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源
[0087]此时，通过及时补充能源给第一电池组充电，能保证电池组均衡的顺利进行，从而提高均衡效率。
[0088]另外，为了更好的实现对电池组的保护作用，本发明实施例的装置还可以包括:
[0089]控制模块，用于监测到第一电池组对外接负载放电，且放电电压达到第一电池组的过电保护电压时，控制所述第一电池组关闭，并控制所述第二电池组对所述外接负载放电。
[0090]此时，在第一电池组放电至过电保护电压时，通过及时关断第一电池组，并控制第二电池组放电，对电池起到了很好的保护作用，有效延长了电池的使用寿命。
[0091]本发明实施例的电池组能量均衡的装置，通过第二电池组实现了第一电池组的能量均衡，提高了均衡效率，起到了有效保护电池的目的，延长了电池的使用寿命。
[0092]需要说明的是，该电池组能量均衡的装置是与上述电池组能量均衡的方法相对应的装置，其中上述方法实施例中所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到同样的技术效果。
[0093]由于本发明实施例的电池组能量均衡的装置应用于电池系统，因此，如图3所示， 本发明实施例还提供了一种电池系统，包括至少两个电池组、与第一电池组连接的电池管理系统BMS控制器及BMS主机，其中每个所述电池组包括预设多个单体电池，所述电池系统还包括:如上述实施例中所述的电池组能量均衡的装置，其中，所述电池组能量均衡的装置为安装于所述BMS主机与第二电池组之间的DC/DC控制器、与所述DC/DC控制器连接的蚁群均衡控制器、与所述蚁群均衡控制器及所述第一电池组连接的单体电池控制器。其中，上述电池组能量均衡的装置的所述实现实施例均适用于该电池系统的实施例中，也能达到相同的技术效果。
[0094]其中，所述第一电池组及所述第二电池组可分别为锂电池组或铅酸电池组。
[0095]其中，所述蚁群均衡控制器可为集成XE164和XC878CPU芯片的控制器；所述单体电池控制器可为集成LTC6802芯片的控制器。
[0096]另外，所述第一电池组与所述第二电池组之间可通过一单刀双掷开关连接外部开关电源，通过单刀双掷开关实现所述第一电池组、所述第二电池组与外部开关电源连接的切换。
[0097]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种电池组能量均衡的方法，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电 池组包括预设多个单体电池，其特征在于，所述方法包括:监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的情况；在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二 电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在监测到所述第一电池组出现单体 电池的能量高于或低于第一预设阈值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池 进行充电，包括:在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值时，获取所述 第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单体电池的能量与所述 第一预设阈值之间的差值；根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充 电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述能量偏移值，控制所述第二 电池组，对所述第一电池组中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与 所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内，包括:根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的能量作为蚁群能源， 并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能 量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述蚂蚁对所述访问节点的单 体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预 设范围内，包括:通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所述第一电池组的能量变化情况；在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第二电池组继续输 出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源。5.—种电池组能量均衡的装置，应用于包括至少两个电池组的电池系统，每个所述电 池组包括预设多个单体电池，其特征在于，所述装置包括:监测模块，用于监测第一电池组是否出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈值的 情况；充电模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预设阈 值时，控制第二电池组给所述第一电池组中的单体电池进行充电。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述充电模块包括:第一获取模块，用于在监测到所述第一电池组出现单体电池的能量高于或低于第一预 设阈值时，获取所述第一电池组每个单体电池的能量偏移值，所述能量偏移值包括所述单 体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值；第一充电子模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组，对所述第一电池组 中的单体电池进行充电，使充电后每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一充电子模块包括:第二获取模块，用于根据所述能量偏移值，控制所述第二电池组输出第一预设大小的 能量作为蚁群能源，并获取所述蚁群能源中每只蚂蚁的访问节点；第二充电子模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电，使充电后 每个所述单体电池的能量与所述第一预设阈值之间的差值在预设范围内。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二充电子模块包括:监测模块，用于通过所述蚂蚁对所述访问节点的单体电池进行充电的过程中，监测所 述第一电池组的能量变化情况；控制模块，用于在所述第一电池组的能量变化速率低于第二预设阈值时，控制所述第 二电池组继续输出第二预设大小的能量作为所述蚁群能源。9.一种电池系统，包括至少两个电池组、与第一电池组连接的电池管理系统BMS控制 器及BMS主机，其中每个所述电池组包括预设多个单体电池，其特征在于，所述电池系统还 包括:如权利要求5-8任一项所述的电池组能量均衡的装置，其中，所述电池组能量均衡的 装置为安装于所述BMS主机与第二电池组之间的DC/DC控制器、与所述DC/DC控制器连接 的蚁群均衡控制器、与所述蚁群均衡控制器及所述第一电池组连接的单体电池控制器。10.根据权利要求9所述的电池系统，其特征在于，所述第一电池组及所述第二电池组 分别为锂电池组或铅酸电池组。11.根据权利要求9所述的电池系统，其特征在于，所述蚁群均衡控制器为集成XE164 和XC878CPU芯片的控制器；所述单体电池控制器为集成LTC6802芯片的控制器。
【文档编号】H02J7/00GK105990860SQ201510050266
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】包静, 杜翛, 罗泽民, 杨维平, 田玥桓, 杨茂光, 田阳, 徐佩峰, 邓霖, 刘国英
【申请人】中国移动通信集团甘肃有限公司, 中国移动通信集团四川有限公司, 中国移动通信集团湖北有限公司, 中国移动通信集团西藏有限公司