锂电池的均衡方法、装置和系统制造方法及图纸

技术编号:17517594 阅读:27 留言:0更新日期:2018-03-21 02:05
本发明专利技术涉及电池领域,提供了一种锂电池的均衡方法、装置和系统。所述方法包括:在具有多个串联电芯的锂电池的充、放电过程中,检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压;根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算每个电芯的开路电压,得到每个电芯的第一估计值;根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量,得到每个电芯的第二估计值;对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡;对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡。考虑锂电池充、放电过程中极化现象对检测电压的影响,准确估算电芯的开路电压,保证电芯间的一致性,延长锂电池使用寿命。

Equalization methods, devices and systems for lithium batteries

The invention relates to the battery field, and provides a method, device and system for a lithium battery. The method includes: having a plurality of lithium battery electric core series of the charge and discharge process, detection voltage of battery charging and discharging current and each electric core; the terminal voltage of batteries according to the equivalent circuit and the battery charge and discharge current and each of the electric core, each electric circuit voltage estimation the core, each electric core first estimation of residual capacity estimation; each electric core value according to a first estimate of each of the electric core, each electric core second estimates; the second estimate values satisfy the first condition of the electric core to equilibrium; the second estimate batteries stop meet the second conditions of equilibrium. Considering the influence of polarization phenomenon on the detection voltage in the process of lithium battery charging and discharging, the open circuit voltage of the core is accurately estimated, the consistency between cores is ensured, and the service life of lithium battery is extended.

【技术实现步骤摘要】
锂电池的均衡方法、装置和系统
本专利技术涉及电池领域,尤其涉及一种锂电池的均衡方法、装置和系统。
技术介绍
近年来,越来越多的产品采用锂电池作为主要电源,主要是由于锂电池具有体积小,能量密度高,无记忆效应,循环寿命高,自放电率低等优点。锂电池电源通常由多个锂电池电芯并联、串联起来,以满足设备所需电压和功率要求。在实际使用中,虽然锂电池中通过单电芯的电流相同,但即使是同批次同型号间的电芯,其容量、内阻及电压参数等也不完全一致。其容量不同,电芯的放电深度也会不同,容量大的会浅充浅放,而容量小的会过充过放,这就造成容量大的衰減缓慢、寿命延长,容量小的衰減加快、寿命缩短,两者之间的差异会越来越大。由于电芯间的差异,锂电池的容量只能达到最弱的电芯容量,而锂电池的使用寿命也取决于容量最小的单电芯,因此小容量电芯的失效会导致锂电池的提前失效。锂电池在日常长时间重复充电、放电使用中,电芯间的不一致性会越来越严重,锂电池容量越来越减小。这种单体电芯的个体差异在生产的过程中无法消除,故在锂电池的使用和充、放电过程中需要调节电池均衡。现有技术中的锂电池均衡系统通过检测充、放电过程中电芯端电压作为是否启动均衡的条件,由于锂电池在充、放电过程中存在极化现象,电芯端电压与电芯的开路电压存在较大差异,均衡过程存在很大误差。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供一种锂电池的均衡方法、装置和系统,利用电芯等效电路表征电芯充、放电过程中的极化特性,估算出电芯的开路电压,以减小均衡过程中存在的误差。根据本专利技术的第一方面,提供一种锂电池的均衡方法,包括:在具有多个串联电芯的锂电池的充、放电过程中,检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压;根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算每个电芯的开路电压,得到每个电芯的第一估计值;根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量,得到每个电芯的第二估计值;对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡;对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡。优选地,所述电芯等效电路包括电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容、欧姆内阻和理想电源,其中电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容并联后与欧姆内阻和理想电源串联。优选地,所述第一估计值根据以下公式计算:Ocv=Vc+I*R0+Urc(0)*e-t/ζ+I*R1*(1-e-t/ζ),其中,R0为欧姆内阻值,R1为电芯的极化内阻值,C1为电芯的极化电容值,Ocv为理想电源的开路电压值,Vc为电芯两端的端电压值,Urc为并联的极化内阻和极化电容两端的极化电压值,I为电池充、放电电流值,Urc(0)为极化电压初始值,t为极化时间,ζ=R1*C1。优选地,在所述第一估计值处于充、放电平台区时,所述第二估计值根据所述第一估计值通过安时积分法获得,所述安时积分法应用的初始时刻的剩余电量基于所述第一估计值和电池测试数据获得,所述电池测试数据通过对锂电池进行充、放电试验获得。优选地,在所述第一估计值不处于充、放电平台区时,所述第二估计值基于所述第一估计值和所述电池测试数据获得。优选地,所述第一条件包括:所述第二估计值与最小剩余电量的差值大于等于第一阈值,所述第二条件包括:所述第二估计值与所述最小剩余电量的差值小于第二阈值,其中,所述第一阈值大于所述第二阈值,所述最小剩余电量为所述每个电芯的第二估计值中的最小值。优选地,所述第一条件还包括:所述第二估计值大于第三阈值。根据本专利技术的第二方面,提供一种锂电池的均衡装置,所述锂电池包括多个串联的电芯,所述均衡装置包括:检测模块,用于检测电池充、放电电流和锂电池中的每个电芯的端电压;估算模块,用于根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算每个电芯的开路电压,得到每个电芯的第一估计值,并根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量,得到每个电芯的第二估计值;均衡控制模块,用于对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡,对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡;多个均衡电路,每个均衡电路与一个电芯并联,用于在均衡控制模块的控制下开始对所述一个电芯的均衡或停止对所述一个电芯的均衡。优选地,所述电芯等效电路包括电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容、欧姆内阻和理想电源,其中电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容并联后与欧姆内阻和理想电源串联。优选地,所述估算模块根据以下公式计算所述第一估计值:Ocv=Vc+I*R0+Urc(0)*e-t/ζ+I*R1*(1-e-t/ζ),其中,R0为欧姆内阻值,R1为电芯的极化内阻值,C1为电芯的极化电容值,Ocv为理想电源的开路电压值,Vc为电芯两端的端电压值,Urc为并联的极化内阻和极化电容两端的极化电压值,I为电池充、放电电流值,Urc(0)为极化电压初始值,t为极化时间,ζ=R1*C1。优选地,所述估算模块包括:第一估算单元,用于根据所述电芯等效电路模型以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算所述每个电芯的开路电压,得到所述每个电芯的第一估计值;第二估算单元,用于在所述第一估计值处于充、放电平台区的情况下,根据所述第一估计值通过安时积分法获得所述第二估计值,在所述第一估计值不处于充、放电平台区的情况下,基于所述第一估计值和所述电池测试数据获得所述第二估计值,所述安时积分法应用的初始时刻的剩余电量基于所述第一估计值和电池测试数据获得,所述电池测试数据通过对锂电池进行充、放电试验获得。优选地,所述第一条件包括:所述第二估计值与最小剩余电量的差值大于等于第一阈值,所述第二条件包括:所述第二估计值与所述最小剩余电量的差值小于第二阈值,其中,所述第一阈值大于所述第二阈值,所述最小剩余电量为所述每个电芯的第二估计值中的最小值。优选地,所述第一条件还包括:所述第二估计值大于第三阈值。根据本专利技术的第三方面,提供一种锂电池的均衡系统,包括:根据本专利技术的第二方面提供的一种锂电池的均衡装置;具有多个串联的电芯的锂电池。由上述技术方案可见,本专利技术能够克服现有技术中,忽略锂电池在充、放电过程中存在的极化现象,仅通过检测充、放电过程中电芯端电压作为是否启动均衡的条件,导致均衡过程存在较大误差的问题。在本专利技术中,首先检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压,根据检测到的每个电芯的端电压和相关公式估算出每个电芯的开路电压,考虑了锂电池在充、放电过程中存在的极化现象,估算得出的每个电芯的开路电压更加准确。在由所述每个电芯的开路电压估算每个电芯的剩余电量时,根据每个电芯的开路电压是否处于充、放电平台区,适用两种方法估算每个电芯的剩余电量,兼顾估算数值的效率与数值的准确性。通过设置均衡的启动与停止门限,确保均衡各个电芯剩余电量的同时锂电池的充、放电能够较稳定的进行。附图说明通过参照以下附图对本专利技术实施例的描述,本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:图1是根据本专利技术实施例提供的锂电池的均衡方法的流程图;图2是根据本专利技术实施例提供的锂电池的均衡方法的流程图;图3是根据本专利技术实施例提供的锂电池的均衡系统示意图;图4是根据本专利技术实施例提供的估算模块的结构示意图;图5是本专利技术实施例应用的thevenin模型的电路图;图6是根据本专利技术实施例提供的均衡电路的电路结构图。具本文档来自技高网...
锂电池的均衡方法、装置和系统

【技术保护点】
一种锂电池的均衡方法,包括:在具有多个串联电芯的锂电池的充、放电过程中,检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压;根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算每个电芯的开路电压,得到每个电芯的第一估计值;根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量,得到每个电芯的第二估计值;对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡;对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池的均衡方法,包括:在具有多个串联电芯的锂电池的充、放电过程中,检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压;根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压,估算每个电芯的开路电压,得到每个电芯的第一估计值;根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量,得到每个电芯的第二估计值;对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡;对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述电芯等效电路包括电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容、欧姆内阻和理想电源,其中电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容并联后与欧姆内阻和理想电源串联。3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述第一估计值根据以下公式计算:Ocv=Vc+I*R0+Urc(0)*e-t/ζ+I*R1*(1-e-t/ζ),其中,R0为欧姆内阻值,R1为电芯的极化内阻值,C1为电芯的极化电容值,Ocv为理想电源的开路电压值,Vc为电芯两端的端电压值,Urc为并联的极化内阻和极化电容两端的极化电压值,I为电池充、放电电流值,Urc(0)为极化电压初始值,t为极化时间,ζ=R1*C1。4.根据权利要求3所述的方法,其中,在所述第一估计值处于充、放电平台区时,根据所述第一估计值通过安时积分法获得所述第二估计值,其中所述安时积分法应用的初始时刻的剩余电量基于所述第一估计值和电池测试数据获得,所述电池测试数据通过对锂电池进行充、放电试验获得。5.根据权利要求3所述的方法,其中,在所述第一估计值不处于充、放电平台区时,基于所述第一估计值和所述电池测试数据获得所述第二估计值,其中所述电池测试数据通过对锂电池进行充、放电试验获得。6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一条件包括:所述第二估计值与最小剩余电量的差值大于等于第一阈值,所述第二条件包括:所述第二估计值与所述最小剩余电量的差值小于第二阈值,其中,所述第一阈值大于所述第二阈值,所述最小剩余电量为所述每个电芯的第二估计值中的最小值。7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述第一条件还包括:所述第二估计值大于第三阈值。8.一种锂电池的均衡装置,所述锂电池包括多个串联的电芯,所述均衡装置包括:检测模块,用于检测电池充、放电电流和锂电池中的每个电芯的端电压;估算模块,用于根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电...

【专利技术属性】
技术研发人员:不公告发明人
申请(专利权)人:成都天府新区光启未来技术研究院
类型:发明
国别省市:四川,51

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