使用荷电状态进行平衡电池电量的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种平衡电池电量的方法。本发明专利技术使用其他信息如：各个电池的荷电状态（ＳＯＣ）估算值、各个电池的容量和／或库仑效率，而这些信息可从双扩展卡尔曼滤波器得出。本发明专利技术或参考位于最小值与最大值之间的工作ＳＯＣ范围。该最大与最小值可为常数或为基于其他变量的函数而随之改变。ＳＯＣ可相对于各个电池的最大充电值或最大放电值而测得。当各电池分别具有的荷电状态不一致时，可利用排序程序以决定需进行电量平衡的电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用荷电状态进行平衡电池电量的方法和系统
本专利技术涉及一种使用电池的荷电状态(state-of-charge，SOC)来平衡电池的电量的方法及系统，尤其涉及一种在多电池组中，平衡电池组中各电池的电量的方法及系统。
技术介绍
电池目前广泛地被应用于各种电子装置及电器中。在对多电池组的可重复充电的应用中，经常需要在电池组中进行电量平衡或均衡。例如，串联形态的多电池组经常需进行电量平衡或均衡。电池被配置为串联形态从而以合理的电流源/漏来达到较高的功率水平。串联的高电压使得低电流具有相同的功率水平。一般而言，现有技术中的术语“平衡”(balancing)或“均衡”(equalizing)是指将所有电池的终端电压(terminal voltage)调整至固定电平的过程。经一段时间的使用后，多电池组的各电池将“失去平衡”，即各电池所具有的库仑效率(Coulombic efficiencies)及容量(capacities)在它们各自变化中具有微小差异，这使得当多电池组工作时，各电池的荷电状态(SOC)便开始相互偏移。不幸地，若此多电池组其中的一个或多个电池的荷电状态(SOC)远低于其余电池的荷电状态(SOC)时，此多电池组的放电能力(discharge ability)便受到限制；而若此多电池组其中的一个或多个电池的荷电状态(SOC)远高于其余电池的荷电状态(SOC)时，此多电池组的充电能力(charge ability)也会受到限制。在极端的情况中，当其中一个电池的荷电状态(SOC)位于下限(low SOC limit)且另一个电池的荷电状态(SOC)位于上限(high SOClimit)时，即便此多电池组的其余电池的荷电状态(SOC)仍位于中间值，此多电池组仍无法充电及放电。此时，可通过对荷电状态(SOC)-->过低的电池进行“加压”(单独向该电池中加入电荷)，对荷电状态(SOC)过高的电池进行“消耗”或“分流”(单独地消耗此电池的电荷)，或“转移”(使电荷从其中一个电池流动至另外的电池)的方法来对此多电池组进行电量平衡或均衡。在某些应用中，例如此多电池组经过一长时间的放电后再进行完全充电(complete charge)，对该多电池组的电量平衡的仅发生在充电过程(charge process)的停止充电点(end-of-charge point)附近，并持续进行直到此多电池组的各电池电量完全平衡。但其他应用要求此多电池组必须连续地进行部分充电(partial-charge)、部分放电(partial-discharge)，因此此多电池组的电量平衡必须在此多电池组工作时进行，使电池组中的各电池的荷电量朝完全平衡方向持续调整。随之而来的问题在于，电量平衡可能会在各电池仅接近平衡状态时便先行停止而当各电池明显地失去平衡时，才会再度开始进行电量平衡。在现有技术中，一般仅以电池电压为基准，判断哪一个电池的荷电状态(SOC)需要被调整，以使整个多电池组达到平衡状态。当所有电池皆具有相同电压时或当各电池电压的差值在特定的误差范围之内时，此多电池组则被认为是处于平衡状态。若其中一个电池的电压过高，则必须从此电池中移除电荷，若其中一个电池的电压过低，则必须将电荷添加到此电池中。目前已有多种电子装置可进行电量平衡，不管是自动进行或由微处理器控制。其包括：转移电荷、消耗电荷，以及加入电荷。转移电荷是将电荷从一个或多个电压过高的电池转移至一个或多个电压过低的电池，可使用开关电容或基于变压器线圈的能量转移方法进行该电荷转移。消耗电荷是将电荷从电压过高的电池中移出(如借由开关电阻)。加入电荷则是将电荷从外部电源(externalsource)或多电池组添加至电压过低的电池中(如借由一直流-直流变压器)。这种利用各电池的电压作为启动电量平衡动作的指标，来控制何时进行电量平衡的方法，具有无法使此多电池组达到其最佳效能的缺点。-->由于电量平衡的目的在于使此多电池组处于电荷饱和及可随时为放电提供能量的状态，所以需要一种改进的电量平衡方法，即通过加入电荷、消耗电荷或转移电荷的手段使各电池达成电量平衡，且使多电池组达到最佳的使用状态。
技术实现思路
为达到上述要求和解决前述的问题，本专利技术公开一种平衡电池电量的装置及方法的各种实施例。如，本专利技术公开的一示例实施例是提供一种平衡电池组的电池电量的方法，包括：确定多个电池的每个电池的荷电状态；依据各电池所具有的荷电状态，将各电池排序；以及根据前述的排序来平衡各电池的电量。在另一示例实施例中，公开了一种平衡电池组的电池电量的方法，包括：确定多个电池中的每个电池的荷电状态；确定多个电池中的每个电池的充电容量和放电容量的至少其一；以及当下列状况其中之一发生时，平衡多个电池中的一个或多个电池的电量：至少一个电池的可充电容量低于另一个电池的可充电容量的值达到阈值时，及至少一个电池的可放电容量低于另一个电池的可放电容量的值达到阈值时。这里的另一示例实施例中公开了一种平衡电池组的电池电量的系统，包括：具有多个电池的电池组；与多个电池的至少二个电池工作通信的传感器，以确定至少二个电池的么个电池的荷电状态；以及与此传感器及多个电池工作通信的控制器。该控制器依据多个电池中的每个电池的荷电状态，来平衡多个电池中的至少二个电池中的每个的电量。这里的另一示例实施例中还公开了一种平衡电池组的电池电量的系统，包括：用于确定多个电池中的每个电池的荷电状态的装置；用于确定多个电池中的每个电池的充电容量及放电容量中的至少其一的-->装置；以及当下列状况中至少其一发生时，平衡多个电池中的一个或多个电池的电量的装置：至少一个电池的可充电容量低于另一电池的可充电容量的值达到阈值时，及至少一个电池的可放电容量低于另一电池的可放电容量的值达阈值时。这里的另一示例实施例中也公开了一种由机器可读取的计算机程序码编码的存储介质，其中此存储介质包括用于指示计算机执行平衡电池组的电池电量的方法的指令。此外，在另一示例实施例中公开了存储于计算机计算机可读介质的计算机数据信号，其中此计算机数据信号计算机包括指示计算机执行平衡电池组的电池电量的方法的指令。计算机。附图说明本专利技术的这些和其他特征、方面和优点可参照下面的说明书、附加权利要求和附图更容易地被理解，其中相同的元件使用相似的标号：图1描述了根据本专利技术示例实施例的用于电池电量平衡的示例系统。图2是示出根据本专利技术示例实施例的示例方法的流程图。图3是示出根据本专利技术示例实施例的另一示例方法的流程图。具体实施方式这里在一个或多个示例实施例中公开了一种利用荷电状态(SOC)进行电池组电量平衡的系统与方法。具体地，通过使用电池电压以外的信息信息，如各电池的荷电状态(SOC)估算值、各电池的容量和/或库仑效率，来进行电池组电量平衡。在另一示例实施例中，利用标准卡尔曼滤波算法(standard Kalman filtering)，或双卡尔曼滤波算法(dual Kalman filtering)，或标准扩展卡尔曼滤波算法(standardextended Kalman filtering)，或双扩展卡尔曼滤波算法(dual extendedKalman filtering)来估算各电池的荷电状态(SOC)，提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组的电池电量平衡的方法，包括下列步骤：确定多个电池中的每个电池的荷电状态；确定所述多个电池中的每个电池的可充电容量及可放电容量中的至少其一；以及当下列状况其中之一发生时，平衡所述多个电池中的一个或多个电池的电 量；所述多个电池中的至少一个电池的可充电容量低于该所述多个电池中的的另一个电池的可充电容量的值达到选定阈值时；及所述多个电池中的至少一个电池的可放电容量低于该所述多个电池中的的另一个电池的可放电容量的值达到选定阈值时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-11 10/985,7031.一种电池组的电池电量平衡的方法，包括下列步骤：确定多个电池中的每个电池的荷电状态；确定所述多个电池中的每个电池的可充电容量及可放电容量中的至少其一；以及当下列状况其中之一发生时，平衡所述多个电池中的一个或多个电池的电量：所述多个电池中的至少一个电池的可充电容量低于该所述多个电池中的的另一个电池的可充电容量的值达到选定阈值时；及所述多个电池中的至少一个电池的可放电容量低于该所述多个电池中的的另一个电池的可放电容量的值达到选定阈值时。2.如权利要求1所述的方法，其中通过计算所述每个电池的荷电状态的选定最大值与所述每个电池的荷电状态当前值之间的差值来确定所述可充电容量。3.如权利要求2所述的方法，其中进一步通过将所述差值乘以所述每个电池的总容量来确定所述可充电容量。4.如权利要求3所述的方法，其中进一步通过计算库仑效率来确定所述可充电容量。5.如权利要求2所述的方法，其中进一步通过将所述差值乘以所述每个电池的标准容量来确定所述可充电容量。6.如权利要求5所述的方法，其中进一步通过计算库仑效率来确定所述可充电容量。7.如权利要求2所述的方法，其中通过使其可充电容量低于所述-->多个电池中的选定电池的可充电容量的值达到选定阈值的所述多个电池中的一个或多个电池的电荷量减少，来执行所述平衡。8.如权利要求7所述的方法，其中通过根据可充电容量对所述多个电池进行排序，来确定其可充电容量低于所述多个电池中的选定电池的可充电容量的值达到选定阈值的所述多个电池中的一个或多个电池。9.如权利要求1所述的方法，其中通过计算所述每个电池的荷电状态的选定最小值与所述每个电池的荷电状态当前值之间的差值来确定所述可放电容量。10.如权利要求9所述的方法，其中进一步通过将所述差值乘以所述每个电池的总容量来确定所述可放电容量。11.如权利要求9所述的方法，其中进一步通过将所述差值乘以所述每个电池的标准容量来确定所述可放电容量。12.如权利要求9所述的方法，其中通过向其可放电容量低于所述多个电池中的选定电池的可放电容量的值达到选定阈值的所述多个电池中的一个或多个电池增加电荷，来执行所述平衡。13.如权利要求12所述的方法，其中通过根据可放电容量对所述多个电池进行排序，来确定其可放电容量低于所述多个电池中的选定电池的可放电容量的值达到选定阈值的所述多个电池中的一个或多个电池。14.如权利要求1所述的方法，其中所述电量平衡可通过将电荷从所述多个电池中的第一或多个电池转移到另一个或多个电池来进行。-->15.如权利要求1所述的方法，其中所述电量平衡仅当所述多个电池的选定荷电状态最大值与选定荷电状态最小值之间的差值达到或超过选定阈值时才进行。16.如权利要求1所述的方法，其中所述荷电状态的值是通过卡尔曼滤波器、双卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器及双扩展卡尔曼滤波器中的至少其一计算出。17.如权利要求1所述的方法，其中所述电量平衡仅当一选定荷电状态估计值位于另一选定荷电状态估计值的误差边界之外达到超过选定阈值时才进行。18.如权利要求17所述的方法，其中所述电量平衡在当一选定荷电状态估计值位于于另一选定荷电状态估计值的误差边界之外达到超过选定阈值时才进行，其中所述误差边界是利用一荷电状态估算值的误差协方差估计值计算的。19.如权利要求1所述的方法，其中当选定可放电容量最大值与选定可放电容量最小值之间的差值及选定可充电容量最大值与选定可充电容量最小值之间的差值落在选定阈值范围内时，所述电量平衡停止。20.如权利要求1所述的方法，其中当电池同时被判断需要增加电荷及减少电荷时，所述电量平衡停止。21.一种电池组的电池电量平衡的方法，包括下列步骤：确定多个电池中的每个电池的荷电状态；依据电池分别具有的荷电状态，对所述多个电池进行排序；以及依据所述排序，平衡所述多个电池的电池电量。-->22.如权利要求21所述的方法，其中所述荷电状态是以卡尔曼滤波法进行计算。23.如权利要求21所述的方法，其中所述荷电状态是以扩展卡尔曼滤波器进行计算。24.如权利要求22所述的方法，其中平衡电量的步骤仅当所述多个电池的选定荷电状态最大值与选定荷电状态最小值之间的差值达到或超过选定阈值时才进行。25.一种平衡电池组的电池电量的系统，包括：具有多个电池的电池组；传感器，该传感器与所述多个电池的至少两个电池相连接，以确定所述至少二个电池的中的每个电池的荷电状态；以及控制器，该控制器是与所述传感器及所述多个电池相连接；其中，所述控制器依据所述多个电池中的每个电池的荷电状态，来平衡所述多个电池的至少两个电池的电池电量。26.如权利要求25所述的系统，其中该系统进一步包括连接于所述多个电池及所述控制器的设备，用于平衡所述多个电池的至少两个电池的电量。27.如权利要求25所述的系统，其中该系统进一步包括所述控制器，以确定所述多个电池中的每个电池的充电容量及放电容量中的至少其一；以及当下列状况其中之一发生时，平衡所述多个电池的一个或多个电池的电量；所述多个电池中的至少一个电池的可充电容量低于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：圭葛里L普力特，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]