电池均衡系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电池均衡系统。包括：主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；信号检测单元，用于检测每个单体电池的电压和电流；控制器，控制所述主电路中每个第一开关和第二开关的导通或关断，使过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，过充的单体电池进行放电均衡。本发明专利技术提供的电池均衡系统，通过将单体电池从系统回路中屏蔽，或通过电感实现过电压单体电池的能量转移，达到电池组的主动均衡。本发明专利技术还提供一种电池均衡方法。

【技术实现步骤摘要】
电池均衡系统及方法
本专利技术涉及电池管理
，具体涉及一种电池均衡系统及方法。
技术介绍
单体电池的电压和容量有限，不能单独满足现阶段的电器用电需求，通常需要将电池进行串并组合后才能满足电器的用电需求。而单体电池由于生产工艺、原材料等方面的原因，在成品之后会出现电池电压、内阻、容量等参数的不一致，电池成组后由于电池个体差异导致充放电时容量最小的电池容易过充和过放，进而导致容量较小的电池容易受损衰减，使单体电池容量变得更小，进入恶性循环导致电池组的寿命严重下降，且电池组的寿命远远低于其中部分单体电池寿命，所以需要对电池组进行电池均衡管理。现有技术中，电池均衡管理一般分为被动均衡和主动均衡。其中，被动均衡是每个单体电池并联一个电阻分流，通过电阻耗能将容量多的电池中多余的能量消耗掉，从而实现电池组电压的均衡。被动均衡由于其结构简单、成本较低而被广泛应用，但是被动式均衡只能作充电均衡，多余的能量是作为热量释放掉的，使得整个系统的效率低、功耗高。主动均衡又称无损均衡，采用将单体电池能量高的转移到单体能量低的，在实施过程中需要用到一个储能的电容、电感或电池，让高能量电池的能量进行重新分配，防止电池组在充放电过程中出现单体电池过充或过放的情况发生。现有的主动均衡技术中，电路结构较为复杂，成本高。且现有的电池组大多没有采用冗余措施，当单体电池损坏一个时，整个电池组均会失效。鉴于此，有必要提供一种新的电池均衡方法解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电路结构简单的电池均衡系统，通过将单体电池从系统回路中屏蔽，或通过电感实现过电压单体电池的能量转移，达到电池组的主动均衡。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种电池均衡系统，包括：主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；信号检测单元，所述信号检测单元用于检测所述主电路中的每个单体电池的电压和电流；控制器，所述控制器接收所述信号检测单元的检测信号，并控制所述主电路中每个第一开关和第二开关的导通或关断，使过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，过充的单体电池进行放电均衡。进一步地，所述信号检测单元还用于检测每个单体电池的温度信号；所述信号检测单元包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。进一步地，所述电感为储能电感，其电感参数与对应的所述第一开关的开通频率和对应的单体电池的充放电速率匹配。进一步地，所述第一开关和第二开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。本专利技术还提供一种电池均衡方法。所述电池均衡方法，包括如下步骤：步骤S1，建立主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；步骤S2，信号检测，通过信号检测单元检测所述主电路中每个单体电池的电压和电流信号，并将检测信号发送至控制器；步骤S3，电池均衡管理，所述控制器估算每个单体电池的剩余电量SOC和剩余寿命LF，并根据计算结果对所述主电路中各单体电池进行均衡，控制过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，控制过充的单体电池进行放电均衡。进一步地，步骤S3包括如下步骤：步骤S31，剩余电量估算，根据检测的各单体电池的电流、电压信号估算每个单体电池的剩余电量SOC(i)；步骤S32，剩余寿命估算，根据估算的剩余电量SOC(i)计算每个单体电池每次充放电深度Dod(i)，并依据充放电次数、充放电速度或单体电池温度与充放电深度结合的方式估算单体电池剩余寿命LF(i)；步骤S33，判断是否过放，将步骤S31得到的单体电池剩余电量SOC(i)与电池过放阈值SOCmin进行比较，若SOC(i)≤SOCmin，则对该单体电池执行步骤S34的过放保护；若SOC(i)＞SOCmin，则对该单体电池跳过步骤S34，执行步骤S35；步骤S34，过放保护，所述控制器控制过放的单体电池从系统回路中屏蔽，并对该单体电池设置过放保护标志位；步骤S35，判断是否过充，将步骤S31得到的单体电池剩余电量SOC(i)与电池过充阈值SOCmax进行比较,若SOC(i)≥SOCmax，则对该单体电池执行步骤36的过充保护；若SOC(i)＜SOCmax，则对该单体电池跳过步骤S36，执行步骤S37；步骤S36，过充保护，所述控制器控制过充的单体电池进行放电均衡；当SOC(i)＝SOCmax时，控制该单体电池从系统回路中屏蔽，并对该单体电池设置过充保护标志位；步骤S39，最低寿命单体电池保护，比较主电路中各单体电池的剩余寿命LF(i)，选出其中未置保护标志位的单体电池中的剩余寿命最小的单体电池，并将其从系统回路中屏蔽。进一步地，步骤S32中，电池剩余寿命LF(i)的计算方法如下：采用多阶函数拟合电池寿命与电池充放电深度的关系：Nctf＝k4*(Dod)4+k3*(Dod)3+k2*(Dod)2+k1*(Dod)1+k0；将每次充放电深度Dod(i)代入电池寿命拟合函数得到当次充放电深度时电池寿命预测Nctf(Dodi)，计算本次充放电对序号i的单体电池寿命的消耗E(i)：计算每个单体电池的剩余寿命LF(i)：其中为序号为i的单体电池的所有充放电(0-n次)循环累计消耗的寿命。进一步地，步骤S2中，还包括检测每个单体电池的温度信号；步骤S3中，还包括控制超温的单体电池在系统回路中屏蔽。进一步地，步骤S3中，过充保护步骤之后还包括：步骤S37，判断是否超温，将步骤S2获得的每个单体电池的温度T(i)与电池超温阈值Tmax进行比较，若T(i)≥Tmax，则对该单体电池执行步骤S38的超温保护；若T(i)＜Tmax，则跳过步骤S38，执行步骤S39；步骤S38，超温保护，控制超温的单体电池从系统回路中屏蔽，并对该单体电池设置超温保护标志位。进一步地，过放保护步骤中，控制器控制过放的单体电池对应的电池单元中第一开关关断，第二开关导通，实现将过放的单体电池从系统回路中屏蔽；过充保护步骤中，控制器控制过充的单体电池对应的电池单元中第二开关导通，并对第一开关进行PWM控制，实现将过充单体电池进行放电均衡；超温保护步骤中，控制器控制超温的单体电池对应的电池单元中第一开关关断，第二开关导通，实现将超温的单体电池从系统回路中屏蔽。相较于现有技术，本专利技术提供的电池均衡系统及方法，有益效果在于：一、本专利技术提供的电池均衡系统，主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，通过将单体电池从系统回路中屏蔽，或通过电感实现过电压单体电池的能量转移，达到电池组的主动均衡。本专利技术提供的电池均衡系统电路结构简单。二、本专利技术提供的电池均衡方法，根据检测的每个单体电池的电流、电压信号，估算每个单体电池的剩余电量和剩余寿命，并根据计算的剩余电量和剩余寿命对电池组进行均衡，控制过放或寿命最短的单体在系统回路中屏蔽，并控制过充的单体电池进行放电均衡，使得所有单体电池的剩余寿命一致，从而使得电池组的整体寿命与单体电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池均衡系统，其特征在于，包括：主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；信号检测单元，所述信号检测单元用于检测所述主电路中的每个单体电池的电压和电流；控制器，所述控制器接收所述信号检测单元的检测信号，并控制所述主电路中每个第一开关和第二开关的导通或关断，使过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，过充的单体电池进行放电均衡。

【技术特征摘要】
1.一种电池均衡系统，其特征在于，包括：主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；信号检测单元，所述信号检测单元用于检测所述主电路中的每个单体电池的电压和电流；控制器，所述控制器接收所述信号检测单元的检测信号，并控制所述主电路中每个第一开关和第二开关的导通或关断，使过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，过充的单体电池进行放电均衡。2.根据权利要求1所述的电池均衡系统，其特征在于，所述信号检测单元还用于检测每个单体电池的温度信号；所述信号检测单元包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。3.根据权利要求1所述的电池均衡系统，其特征在于，所述电感为储能电感，其电感参数与对应的所述第一开关的开通频率和对应的单体电池的充放电速率匹配。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池均衡系统，其特征在于，所述第一开关和第二开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。5.一种电池均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立主电路，所述主电路按冗余配置由多个电池单元串联形成，每个所述电池单元包括单体电池、第一开关、电感和第二开关，所述单体电池与所述第一开关串联形成单体电池模块，所述电感与所述第二开关串联形成均衡模块，所述单体电池模块与所述均衡模块并联；步骤S2，信号检测，通过信号检测单元检测所述主电路中每个单体电池的电压和电流信号，并将检测信号发送至控制器；步骤S3，电池均衡管理，所述控制器估算每个单体电池的剩余电量SOC和剩余寿命LF，并根据计算结果对所述主电路中各单体电池进行均衡，控制过放和寿命最短的单体电池在系统回路中屏蔽，控制过充的单体电池进行放电均衡。6.根据权利要求5所述的电池均衡方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：步骤S31，剩余电量估算，根据检测的各单体电池的电流、电压信号估算每个单体电池的剩余电量SOC(i)；步骤S32，剩余寿命估算，根据估算的剩余电量SOC(i)计算每个单体电池每次充放电深度Dod(i)，并依据充放电次数、充放电速度或单体电池温度与充放电深度结合的方式估算单体电池剩余寿命LF(i)；步骤S33，判断是否过放，将步骤S31得到的单体电池剩余电量SOC(i)与电池过放阈值SOCmin进行比较，若SOC(i)≤SOCmin，则对该单体电池执行步骤S34的过放保护；若SOC(i)＞SOCmin，则对该单体电池跳过步骤S34，执行步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帅，袁昭岚，李瑫，张福家，谢建国，
申请(专利权)人：湖南红太阳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43