一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法技术

一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法，首先判断并定位一致性差的单体电池：(1)采集电池组中各单体电池端电压值，计算单体电池的端电压极差值r，如果r≥20％×Vn，则需要启动冗余电池置换一致性差的单体电池，(2)定位电池组中具体需要置换的单体电池：计算相对极差值Rr，当某个单体电池的Rr≥20％时，则定位到该单体电池需要被冗余电池置换；然后断开含有一致性差单体电池的电路，同时将冗余电池所在电路接入原电路中，以完成冗余电池代替一致性差单体电池的过程。本发明专利技术方法能够快速、自动检测一致性差的电池并进行置换，保持整个电池组良好性能，减少维修成本和能量损耗、提升能量转化率和安全性。

A method of automatically replacing single cell with poor consistency in power battery pack

A method for automatically replacing inconsistent monolithic batteries in a power battery pack is proposed. First, the inconsistent monolithic batteries are judged and positioned: (1) Voltage values of each cell in the battery pack are collected, and the terminal voltage margin r of the monolithic batteries is calculated. If R is greater than 20%*Vn, the inconsistent monolithic batteries with redundant batteries need to be started. Battery, (2) Locate the cell that needs to be replaced in the battery pack: Calculate the relative extreme difference Rr, when the Rr of a single cell is more than 20%, then locate the cell that needs to be replaced by redundant cell; then disconnect the circuit containing the cell with poor consistency, and connect the redundant cell to the original circuit at the same time. The process of replacing redundant batteries with uniform single cell is completed. The method can quickly and automatically detect and replace the batteries with poor consistency, maintain the good performance of the whole battery pack, reduce the maintenance cost and energy consumption, and improve the energy conversion rate and safety.

【技术实现步骤摘要】
一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法
本专利技术属于动力电池应用领域，具体涉及一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法。
技术介绍
节能环保的电动汽车正成为解决能源与环境问题的关键措施之一，而动力电池作为电动汽车的储能元件和供电电源，在电动汽车中占着核心作用。锂离子动力电池由于循环寿命高、能量密度大、自放电率低等显著优点，在电动汽车领域获得了广泛应用。由于单块锂离子电池的电压较低、能量有限，通常在应用中将多个单体电池串并联组成电池组，以满足电动汽车所需的电压和功率要求。由于工艺制备的局限性，即使是同批次生产出的单体电池，也会存在电压、容量、内阻及自放电率的差异性，即一致性不同。所以，多个单体电池串并联组成电池组在应用中会出现的“木桶效应”问题，即电池组中性能最差的单体电池决定了整个电池组的性能。若性能不一致的单体电池不及时调整或置换，在使用过程中容易出现过充、过放、过温等异常状况，最终可能出现电池热失控等安全性问题。所以，通常电池组中设计均衡电路模块，电池组在应用过程中通过均衡电路对电池组中的单体电池进行实时调节，以保持整个电池组中单体电池的一致性。但是，当某一单体电池的不一致性超出了应用阈值时，仅仅依靠均衡电路模块也无法调节，所以，此时必须将一致性非常差的单体电池排除在电池模块以外，以提高整个电池组的性能及其安全性，目前还未有在线自动置换动力电池组中一致性差的单体电池及其检测的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足,本专利技术的目的是提供一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法，实现电池一致性能快速检测、单体电池置换控制过程，以保持整个电池组良好性能，减少维修成本和能量损耗、提升能量转化率和安全性。本专利技术采取的技术方案是：一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法，包括以下步骤：步骤一：判断并定位一致性差的单体电池(1)采集电池组中各单体电池端电压值，计算单体电池的端电压极差值r，如果r≥20％×Vn，则需要启动冗余电池置换一致性差的单体电池，r＝max(Vx-Vy)其中，Vx和Vy为两个不同单体电池端电压值，Vn为电池组中单体电池出厂时的标称电压值；(2)定位电池组中具体需要置换的单体电池：计算相对极差值Rr，当某个单体电池的Rr≥20％时，则定位到该单体电池需要被冗余电池置换，其中，Vi为某单体电池端电压值，为所有单体电池端电池平均值；步骤二：使用冗余电池置换一致性差的单体电池断开含有一致性差单体电池的电路，同时将冗余电池所在电路接入原电路中，以完成冗余电池代替一致性差单体电池的过程。进一步的，步骤一中所述的采集过程为：采用LTC6804电池监测芯片同时采集多个单体电池端电压，单片机读取LTC6804的采集结果，并将结果存储于单片机内部存储器中。进一步的，步骤二中使用冗余电池置换一致性差的单体电池的方法为：通过单片机控制电池组开关控制模块，断开含有一致性差单体电池的电路的继电器开关，同时闭合含有冗余电池的电路的继电器开关。本专利技术的有益效果：本专利技术基于具有冗余单体电池的电池组拓扑结构，通过快速自动检测到动力电池组中某个单体电池一致性非常差且无改善可能性时，采用单片机控制电池组开关控制模块，断开电池组拓扑结构中含有一致性差的单体电池的电路的继电器开关，同时闭合含有冗余电池的电路的继电器开关，将冗余电池所在电路接入原电路中，以完成冗余电池代替一致性差单体电池，本方法能够快速、自动检测一致性差的电池并进行置换，保持整个电池组良好性能，减少维修成本和能量损耗、提升能量转化率和安全性。附图说明图1为单体电池端电压检测电路结构图；图2为为开关控制模块示意图；图3为电池组拓扑结构1；图4为电池包拓扑结构2。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步介绍。实施例步骤一：判断并定位一致性差的单体电池(1)如图1和图3所示，采用LTC6804电池监测芯片同时采集图3中E1—E8单体电池的端电压值，设这8个单体电池的端电压分别为VE1—VE8，单片机读取并存储VE1—VE8。单片机通过电压极差值计算公式r＝max(VEx-VEy)计算各单体电池的极差值r(其中，x＝1,2...8；y＝1,2...8；x≠y)；设单体电池出厂标称电压值Vn＝3.7V,如果r≥0.74V则可判定电池组中有一致性极差的单体电池需要置换。(2)定位电池组中具体需要置换的单体电池：通过求平均值计算公式计算该8个单体电池端电压平均值通过相对极差值计算公式计算该8个单体电池的相对极差值Rr(其中，i＝1,2...8)。如果则可判定电池组E1电池为一致性极差的单体电池，需要通过冗余电池将E1置换，其中，图3中的E1—E8为工作电池，E9-E12为4个冗余电池，K1-K6为继电器开关器件。正常工作时K1、K2闭合，K3、K4、K5、K6断开。置换时，单片机通过图2所示的开关控制模块，控制继电器K1、K3、K6断开，继电器K2、K4、K5闭合，这样E1所在的电池组支路电池全部隔离，转而被冗余电池E9-E12置换。图2中的光电隔离电路可采用TLP521光电耦合器组成，实现单片机控制信号对继电器的驱动控制。尽管该方法可以成功将一致性极差的电池E1隔离并置换，但是按照图3的拓扑电路结构，无法将具体的某个单体电池进行隔离置换，而需要同时将E1—E4都进行置换，为此，可以将电路进一步改进成图4的结构，即减少每个工作组的电池数量，相对于图3，电池利用率更高，其可将2个电池进行独立置换。其中E1—E8为工作电池，E9-E12为4个冗余电池。当E1、E2单体电池中一个或多个出现性能严重不一致时，则闭合K1、K2、K5，断开K3、K4、K6-K10，E1、E2电池被E9、E10置换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：判断并定位一致性差的单体电池(1)采集电池组中各单体电池端电压值，计算单体电池的端电压极差值r，如果r≥20％×Vn，则需要启动冗余电池置换一致性差的单体电池，r＝max(Vx‑Vy)其中，Vx和Vy为两个不同单体电池端电压值，Vn为电池组中单体电池出厂时的标称电压值；(2)定位电池组中具体需要置换的单体电池：计算相对极差值Rr，当某个单体电池的Rr≥20％时，则定位到该单体电池需要被冗余电池置换，

【技术特征摘要】
1.一种自动置换动力电池组中一致性差的单体电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：判断并定位一致性差的单体电池(1)采集电池组中各单体电池端电压值，计算单体电池的端电压极差值r，如果r≥20％×Vn，则需要启动冗余电池置换一致性差的单体电池，r＝max(Vx-Vy)其中，Vx和Vy为两个不同单体电池端电压值，Vn为电池组中单体电池出厂时的标称电压值；(2)定位电池组中具体需要置换的单体电池：计算相对极差值Rr，当某个单体电池的Rr≥20％时，则定位到该单体电池需要被冗余电池置换，其中，Vi为某单体电池端电压值，为所有单体电池端电池平均值；步骤二：使用冗余电池置换一致性差的单体电池断开...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志端，王培良，王玉龙，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33