改善旁路均衡有效性的方法及电路技术

本发明专利技术提供的一种改善旁路均衡有效性的方法及电路，简化了电池节在接近充满时的部分时间分时均衡电路的设计并放宽了充电器的配合要求，同时减少了均衡工作时间。本发明专利技术的方法是：在对串联连接的单体电池节组成的电池组进行充电的过程中，当充电接近充满时，设定m个逐步升高的电压阈值，所述m个电压阈值中的某个电压阈值记为第i个电压阈值，最高的一个电压阈值对应节最高充电电压；在某节或某些节电池电压达到第i个电压阈值时就开启旁路均衡，如果第i个阈值电压不是节最高充电电压，则在均衡的同时保持充电，仅在第i个阈值电压达到节最高充电电压时，在均衡时关闭充电通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池管理
，特别是涉及一种改善旁路均衡有效性的方法及电路。
技术介绍
在各种类型的电池应用中，电池串联是一种非常普遍的应用方法。电池串联应用带来的最大问题就是单个电池之间的均衡问题。电池均衡就是使串联电池组中每节电池的充满程度一致，从而保证每节电池都可以充满，或者使串联电池组中每节电池都得以充分放电。在串联电池组中，无论是充电还是放电，各个电池的工作电流都是相同的，但由于电池个体之间存在差异，串联电池组中的充电和放电分别受到最先充满到最高许可电压的一节和最先放电到最低许可充电电压的一节的限制。在串联电池组中，充入各节的电荷量一致，这个电荷量由最高电压一节的充电电量决定。从库伦损失现象看，这将导致每1C(库伦)充放，其余电池的电压降低约30mV～50mV。这一现象即电池充放电电压分化。这一现象导致串联电池组使用中较低电压电池的充放电电压范围逐渐变低，而最终因为其接近最低放电电压使电池组无法有效使用。相对于单节电池容量差异，电压分化对电池组的有效使用有更大影响。为了延长电池组的寿命，需要很好地解决电池组中单个电池之间的均衡问题，电池均衡的原则是使串联电池组中的单个电池保持在一个均衡状态，主要以单个电池的端电压是否均衡(相同)来作为整个电池组均衡程度的判断依据。目前,电池组均衡方案主要有能耗型的旁路均衡方式和非能耗型的转移均衡方式两种。旁路均衡就是通过引入一定的旁路电流减小充入高电压电池的电流或者使高电压电池多放电的办法，减小其电压使其与其它电池一致的均衡方式。转移均衡就是把电压较高的电池节上的电荷或储能转移到电压较低的电池的均衡方式。相对于旁路均衡，转移均衡具有更高的能效。旁路均衡虽然不如转移均衡具有更高能效，也不能像转移均衡那样可以充分利用电池组容量，但其可有效地阻止电池电压分化的能力以及其简单性和经济性使其在充电代价低的应用环境中仍是最适用的方案。更进一步地看，由于电池的差异和电压分化是一个缓慢的过程，经过容量预选匹配的电池，只要不出现分化，储能差异较小，转移均衡电路的转换效率需要相当高才能有效利用；也就是说除旧电池利用的场合和充电能效同样要求苛刻的场合外，旁路均衡仍有竞争力。现有技术中，TI公司的bq77pl900的旁路均衡方案为充电接近充满时的分时测量和均衡方案，其的行为设计包括：1.测量发现某节或某些节电池达到最高电压时停止充电，对达到最高电压的节旁路放电；2.再次测量，对达到最高电压的节继续放电、低于的节停止放电；其中，如果相邻的两节都达到了最高电压：a)一次只对一个相邻的高电压节放电；b)下一个循环对另一个高电压节放电；3.循环重复如发现全部节低于最高电压，重新启动充电。一直维持1～3的循环直到外部停止充电。上述方案存在的问题是，1.如1所述，该方案仅在有电池节达到最高电压时开始旁路均衡，接通旁路时停止充电；这种设计可以保证采用小的电流也能对大电池组完成均衡，但在开始均衡后恢复充电的时间受旁路放电能力的限制、不能快速完成放电降压，充电速度迅速变慢。2.如2.a)和2.b)所述，相邻高电压节逐次放电算法复杂，不利于简单实现。3.当充电电源电压的误差表现为充电电源低于均衡电路的节最高电压的总和时有不能触发均衡的可能，或无法实现均衡，或者当充电电源电压高于节最高电压总和时可能判断不到充电完成。本专利技术利用不同行为设计对上述3点做了针对性改进。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷，提供一种改善旁路均衡有效性的方法及电路，简化了电池节在接近充满时的部分时间分时均衡电路的设计并放宽了充电器的配合要求，同时可减少均衡工作时间。本专利技术的技术方案是：1.一种改善旁路均衡有效性的方法，其特征在于，在对串联连接的单体电池节组成的电池组进行充电的过程中，当充电接近充满时，设定m个逐步升高的电压阈值，所述m个电压阈值中的某个电压阈值记为第i个电压阈值，最高的一个电压阈值对应节最高充电电压；在某节或某些节电池电压达到第i个电压阈值时就开启旁路均衡，如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，则在均衡的同时保持充电，仅在第i个电压阈值达到节最高充电电压时，在均衡时关闭充电通道。2.所述方法包括以下步骤：首先把所述单体电池节按排序序号分成奇数序号组和偶数序号组两组；1)测量所述单体电池节的电压，每次测量时更新测量次数计数的奇偶性；2)记录所有超过第i个电压阈值的电池节以及所述电池节的序号；3)对电池节序号的奇偶与测量计数的奇偶一致的，对超过第i个电压阈值的电池节接通旁路放电均衡；如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，不停止充电；如果第i个电压阈值是节最高充电电压，停止充电；4)重复1)～3)的循环，直到所有电池电压超过第i个电压阈值；5)如果第i个电压阈值是最接近节最高充电电压的一个较低阈值电压，报告充电完成时，停止均衡；如果第i个电压阈值不是最接近最高节充电电压的阈值电压，则升高到下一个较高阈值电压，继续重复1)～3)的循环。3.所述步骤3)中，如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，但低于预定的第j个电压阈值，不停止充电，也不调整充电通道导通的占空比；如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，但高于预定的第j个电压阈值，不停止充电，但调整充电通道导通的占空比到1/n或某个较小比例，即在每个测量循环的前部仅开启小比例的导通时间。4.所述步骤3)中，调整充电通道导通的占空比到1/8。5.一种改善旁路均衡有效性的电路，其特征在于，包括N节串联连接的单体电池节组成的电池组，以及N+1个旁路电阻Rb(0)、……、Rb(N)和N个旁路开关K(0)、……、K(N-1)；所述电池组的首节单体电池的负极通过旁路电阻Rb(0)连接旁路开关K(0)的动端，末节单体电池的正极通过旁路电阻Rb(N)连接旁路开关K(N)的不动端；第n节电池的负极和第n-1节电池的正极通过旁路电阻Rb(n-1)连接旁路开关K(n)的动端和K(n-1)的不动端，第n节电池的正极和第n+1节电池的负极通过旁路电阻Rb(n)连接旁路开关K(n)的不动端和K(n+1)的动端；当电池组充电接近充满时，设定m个逐步升高的电压阈值，并进行测量计数，当测量计数的奇偶与超过所述阈值电压的电池节序号的奇偶一致时，接通与所述电池节连接的旁路开关，使部分充电电流旁路。6.所述N+1个旁路电阻Rb(0)、……、Rb(N)的阻值相等。7.所述N个旁路开关K(0)、……、K(N-1)为受控的集成开关阵列。本专利技术的技术效果：本专利技术提供的改善旁路均衡有效性的方法及电路，具有以下技术效果：1.当充电接近充满时，设定n个逐步升高的电压阈值，在充电接近充满时较早控制启动均衡，以每次电压升高超过一个阈值电压为条件启动一轮均衡，仅在对应最高阈值电压的一次关闭充电通道，其它均衡时间保持充电的方法，兼顾了充电和均衡速度的要求。2.把电池按顺序分成奇偶两组，每次对奇数或偶数序号节均衡的方案以最简单的逻辑控制实现了不对相邻电池同时均衡的要求。3.超过较高阈值后以小比例导通时间充电，全部节电压超过次最高节电压的阈值电压判断电池充满的方法避免了与充电电源协同观察充电电流才能判断充满的办法。此方法放宽了对充电电源的配合要求，同时也提高了均衡电流相对充电电流的比例。因此，相比于现有技术，本专利技术的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善旁路均衡有效性的方法，其特征在于，在对串联连接的单体电池节组成的电池组进行充电的过程中，当充电接近充满时，设定m个逐步升高的电压阈值，所述m个电压阈值中的某个电压阈值记为第i个电压阈值，最高的一个电压阈值对应节最高充电电压；在某节或某些节电池电压达到第i个电压阈值时就开启旁路均衡，如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，则在均衡的同时保持充电，仅在第i个电压阈值达到节最高充电电压时，在均衡时关闭充电通道。

【技术特征摘要】
1.一种改善旁路均衡有效性的方法，其特征在于，在对串联连接的单体电池节组成的电池组进行充电的过程中，当充电接近充满时，设定m个逐步升高的电压阈值，所述m个电压阈值中的某个电压阈值记为第i个电压阈值，最高的一个电压阈值对应节最高充电电压；在某节或某些节电池电压达到第i个电压阈值时就开启旁路均衡，如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，则在均衡的同时保持充电，仅在第i个电压阈值达到节最高充电电压时，在均衡时关闭充电通道。2.根据权利要求1所述的改善旁路均衡有效性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：首先把所述单体电池节按排序序号分成奇数序号组和偶数序号组两组；1)测量所述单体电池节的电压，每次测量时更新测量次数计数的奇偶性；2)记录所有超过第i个电压阈值的电池节以及所述电池节的序号；3)对电池节序号的奇偶与测量计数的奇偶一致的，对超过第i个电压阈值的电池节接通旁路放电均衡；如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，不停止充电；如果第i个电压阈值是节最高充电电压，停止充电；4)重复1)～3)的循环，直到所有电池电压超过第i个电压阈值；5)如果第i个电压阈值是最接近节最高充电电压的一个较低阈值电压，报告充电完成时，停止均衡；如果第i个电压阈值不是最接近最高节充电电压的阈值电压，则升高到下一个较高阈值电压，继续重复1)～3)的循环。3.根据权利要求2所述的改善旁路均衡有效性的方法，其特征在于，所述步骤3)中，如果第i个电压阈值不是节最高充电电压，但低于预定的第j个电压阈值，不停止充电，也不调整充电通道导...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭磊，易新敏，王虎，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11