一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块及均衡方法技术

本发明专利技术涉及一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块及均衡方法，本发明专利技术采用主动均衡和被动均衡相结合的混合均衡方式，每一节单体锂电池均对应设置有主动均衡控制支路和被动均衡控制支路依据单体锂电池电压及单体锂电池SOC为均衡目标，当监测到单体锂电池的最大电压差或者最大SOC差得到设定阈值后，控制相应的主动均衡控制支路工作，进行主动均衡，否则控制相应的被动均衡控制支路工作，进行被动均衡，本发明专利技术实现了锂电池的精细均衡，被动均衡与主动均衡可同时进行，大幅提高均衡效率。大幅提高均衡效率。大幅提高均衡效率。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块及均衡方法


[0001]本申请属于锂电池
，尤其是涉及一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块及均衡方法。

技术介绍

[0002]资源短缺、环境污染、生态破坏是全球性的三大危机，这些危机的产生与燃油汽车对资源的消耗和汽车尾气的排放有不可分割的关系。随着汽车工业及工业机器人的发展，以锂电池为动力的汽车及机器人的出现与普及成了缓解这些危机问题的一个重要举措。
[0003]而锂电池在制造过程中，由于工艺问题材质的不均匀，使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等存在微小差别，这种电池内部结构和材质上的不一致性，就会使同一批次出厂的同一型号电池的容量、内阻和电压等参数值不可能完全一致。而且在电池装车使用时，由于电池组中各个电池的温度、通风条件、自放电程度、电解液密度等差别的影响，在一定程度上增加了电池电压、内阻及容量等参数的不一致。因此，需要对电池进行均衡，来实现电池参数的一致性。
[0004]目前，对锂电池进行均衡的方式有主动均衡和被动均衡：
[0005]1、主动均衡是通过电池间能量的转移来使各电池电压和剩余容量趋于一致，实现均衡目的。
[0006]主动均衡适用于电池一致性较差的情况，其优点是均衡效率高，发热小，但主动均衡有可能会引起过均衡的情况发生。
[0007]2、被动均衡是通过对比最低电压高的电池进行放电，使电池组内各单体锂电池与最低电压趋于一致，实现均衡目的。
[0008]被动均衡适用于电池一致性相对较好的情况，其优点是电路简单易实现，但被动均衡存在效率低、耗时长的缺点。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有技术中对于电池均衡的方式，若采用主动均衡，则有可能会引起过均衡，若采用被动均衡，则存在效率低、耗时长度的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块及均衡方法，本专利技术采用主动均衡和被动均衡相结合的混合均衡方式，依据单体锂电池电压及单体锂电池SOC为均衡目标，实现了锂电池的精细均衡，被动均衡与主动均衡可同时进行，大幅提高均衡效率。
[0011]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012]本专利技术第一方面提供一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，包括主动均衡控制单元和被动均衡控制单元，所述主动均衡控制单元包括电池充电模块、与各单体锂电池对应的主动均衡控制支路；所述被动均衡控制单元包括与各单体锂电池对应的被动均衡控制支路；
[0013]所述主动均衡控制支路的输入端连接至电池充电模块，所述主动均衡控制支路的输出端连接至对应的单体锂电池的两端，所述主动均衡控制支路的控制信号输入端连接至BMS的信号输出端；
[0014]所述被动均衡控制支路的输入端连接至对应单体锂电池的正极端，所述被动均衡控制支路的输出端连接至对应单体锂电池的负极端，所述被动均衡控制支路的控制信号输入端连接至所述BMS的信号输出端；
[0015]所述BMS根据监测到的各单体锂电池的电压或SOC状态，当判定单体锂电池间的最大电压差或最大SOC差大于设定阈值时，控制相应的主动均衡控制支路工作，否则，控制相应的被动均衡控制支路工作。
[0016]本专利技术第二方面提供一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡方法，包括：
[0017]采集锂离子电池组中各单体锂电池的电压；
[0018]计算单体锂电池的最大电压差；
[0019]在所述最大电压差大于第一电压设定阈值的情况下，判断所述最大电压差是否大于第二电压设定阈值，如果大于第二电压设定阈值，则对电压最低的单体锂电池开启主动均衡，同时对锂电池组中所有与所述最低电压的电压差超过所述第二电压设定阈值的不相邻单体锂电池开启被动均衡；否则，对锂电池组中所有与最低电压的电压差大于所述第一电压阈值的不相邻单体锂电池开启被动均衡，所述第一电压设定值小于第二电压设定值；
[0020]主动均衡和被动均衡过程中，实时监测单体锂电池的最大电压差，如果监测到所述最大电压差小于第三电压设定阈值，则均衡结束，所述第三电压设定阈值小于第一电压设定阈值。
[0021]进一步地，本专利技术第二方面提供的均衡方法还包括通过监测SOC荷电量对锂电池进行均衡的步骤：
[0022]采集锂离子电池组中各单体锂电池的SOC荷电量；
[0023]计算单体锂电池的最大SOC荷电量差；
[0024]在所述最大SOC荷电量差大于第一SOC设定阈值的情况下，判断所述最大SOC荷电量差是否同时大于第二SOC设定阈值，如果大于第二SOC设定阈值，则对SOC荷电量最低的单体锂电池开启主动均衡，同时对锂电池组中所有与所述最低SOC荷电量的SOC荷电量差超过所述第二SOC设定阈值的不相邻单体锂电池开启被动均衡；否则对锂电池组中所有与最低SOC荷电量的SOC荷电量差大于所述第一SOC设定阈值的不相邻单体锂电池开启被动均衡，所述第一SOC设定阈值小于第二SOC设定阈值；
[0025]主动均衡和被动均衡过程中，实时监测单体锂电池的最大SOC荷电量差，如果监测到所述最大SOC荷电量差小于第三SOC设定阈值，则均衡结束，所述第三SOC设定阈值小于第一SOC设定阈值。
[0026]本专利技术的均衡方法可以同时监测锂电池的电压或SOC荷电量，只要有一个满足均衡开启条件，则开启对锂电池的均衡。
[0027]本专利技术的有益效果是：将锂离子电池主动与被动均衡相结合技术应用在矿用锂离子蓄电池电源，依据电池单体电压及单体SOC为均衡目标，实现了锂电池的精细均衡，被动均衡与主动均衡可同时进行，大幅提高均衡效率。
附图说明
[0028]下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
[0029]图1是本申请实施例的均衡模块结构原理图；
[0030]图2是本申请实施例的均衡模块电路图；
[0031]图3是本申请实施例的均衡方法流程图。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
[0034]实施例1
[0035]本实施例提供一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，如图1所示，包括：
[0036]主动均衡控制单元和被动均衡控制单元，所述主动均衡控制单元包括电池充电模块、与各单体锂电池对应的主动均衡控制支路；所述被动均衡控制单元包括与各单体锂电池对应的被动均衡控制支路；
[0037]所述主动均衡控制支路的输入端连接至电池充电模块，所述主动均衡控制支路的输出端连接至对应的单体锂电池的两端，所述主动均衡控制支路的控制信号输入端连接至BMS(电池管理系统)的信号输出端；
[0038]所述被动均衡控制支路的输入端连接至对应单体锂电池的正极端，所述被动均衡控制支路的输出端连接至对应单体锂电池的负极端，所述被动均衡控制支路的控制信号输入端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，其特征在于，包括主动均衡控制单元和被动均衡控制单元，所述主动均衡控制单元包括电池充电模块、与各单体锂电池对应的主动均衡控制支路；所述被动均衡控制单元包括与各单体锂电池对应的被动均衡控制支路；所述主动均衡控制支路的输入端连接至电池充电模块，所述主动均衡控制支路的输出端连接至对应的单体锂电池的两端，所述主动均衡控制支路的控制信号输入端连接至BMS的信号输出端；所述被动均衡控制支路的输入端连接至对应单体锂电池的正极端，所述被动均衡控制支路的输出端连接至对应单体锂电池的负极端，所述被动均衡控制支路的控制信号输入端连接至所述BMS的信号输出端；所述BMS根据监测到的各单体锂电池的电压或SOC状态，当判定单体锂电池间的最大电压差或最大SOC差大于设定阈值时，控制相应的主动均衡控制支路工作，否则，控制相应的被动均衡控制支路工作。2.根据权利要求1所述的矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，其特征在于，所述被动均衡控制支路包括MOS管开关电路、被动开关控制电路、第一电阻和第二电阻，所述MOS管开关电路的输入端通过所述第一电阻连接至对应单体锂电池的正极端，所述MOS管开关电路的输出端通过第二电阻连接至对应单体锂电池的负极端，所述被动开关控制电路的输出端连接MOS管开关电路的控制端，所述被动开关控制电路的输入端连接至所述BMS的信号输出端，所述被动开关控制电路用于根据所述BMS输出的控制信号，控制所述MOS管开关电路的通断。3.根据权利要求2所述的矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，其特征在于，所述MOS管开关电路包括反并联二极管的P通道MOS管，所述P通道MOS管的源极通过所述第一电阻连接至对应单体锂电池的正极；所述P沟道MOS管的漏极通过所述第二电阻连接至对应单体锂电池的负极；所述P沟道MOS管的栅极连接至被动开关控制电路。4.根据权利要求2所述的矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，其特征在于，所述主动均衡控制支路包括选择开关和主动开关控制电路，所述电池充电模块的充电端口通过所述选择开关、所述第一电阻和所述第二电阻连接至所述对应单体锂电池的两端，所述主动开关控制电路的信号输入端连接至所述BMS的控制输出端，所述主动开关控制电路控制输出端连接至选择开关的控制端，所述主动开关控制电路用于根据所述BMS输出的控制信号，控制选择开关的动作。5.根据权利要求4所述的矿用锂离子蓄电池电源的均衡模块，其特征在于，所述选择开关为继电器，所述主动开关控制电路连接所述继电器线圈，所述电池充电模块的充电端口通过所述继电器的两个常开触点，以及所述第一电阻和所述第二电阻连接至相应单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起伟，丰颖，邵甜甜，陈伟，张德胜，韩阳，刘梅华，陈浩，王子龙，苗可彬，魏峰，龙秉政，朱文硕，李泽芳，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：