电池管理方法及电池系统技术方案

一种用于管理多个电池单元

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池管理方法及电池系统
[0001]本专利技术涉及电池系统的管理
。
[0002]所有已知的
(
基于锂的
)
二次电池都具有低于
5V
DC
的单电池单元标称电压
。
这就是为什么实际应用中大多数电池包
、
模块和串需要将多个单独的电池单元串联连接起来以满足介于
48V
DC
与
1.500V
DC
之间的主要要求的标称电池系统电压
。
出于实际原因，大多数电池系统因此都基于模块化且可扩展的方法
。
[0003]尤其是基于锂的电池系统，由于其相对较高的能量密度，需要对其操作范围和参数进行持续监测和监督
。
根据欧姆
(
电压
)
定律，整个电池系统的安全操作因此取决于每个单独的电池单元的安全操作
。
这意味着，在模块化且可扩展的电池系统中，每个单独的电池单元都需要对其操作范围和参数进行监测和监督
。
[0004]这种监测和监督功能通常由电池管理系统
(BMS)
承担
。
电池管理系统
(BMS)
的控制程序主要基于称为荷电状态
(SoC)
和健康状态
(SoH)
的两种状态估计
。
这适用于单独的电池单元
、
电池包和模块以及完整的电池系统
。
[0005]在文献中，
SoC
和
/
或
SoH
的定义可以改变，至少在一些细节上是这样，但是如从下文中将理解的，至少技术人员将认识到这对于本专利技术来说是无关紧要的
。
[0006]SoC
主要说明电池单元
、
包
、
模块或系统的可用容量，而
SoH
则间接说明电池单元
、
包
、
模块或系统的可用功率，因为描述可用功率的参数通常用于跟踪可用容量随时间推移的发展
(
退化
)
情况
。
因此，有时会定义两种不同的
SoH
估计；即，描述最大可用容量的下降的能量健康状态
(SoH
nrg
)
，以及描述电池单元
、
包
、
模块或系统的最大可用功率的下降的功率健康状态
(SoH
pwr
)。
为了简单起见，本说明书仅考虑单个
SoH
定义，参见下面的等式
(2)
，但是本专利技术可以相应地使用其他定义来实施
。
[0007][0008]其中，
Capacity
是实际
(
即当前
)
可用容量，并且
Capacity
max
是最大可用容量
。
电池的
(SoC)
是可观察到的阻尼振荡，用于描述其短期性能
。
[0009][0010]其中，
Capacity
max
是最大可用容量，并且
Capacity
BoLmax
是电池寿命开始
(BoL)
时的最大可用容量
。
电池的健康状态
(SoH)
是可观察到的持续下降，用于描述其长期性能
。
[0011]遗憾的是，模块化系统中并非所有单独的电池单元都具有相同的
SoC
和
/
或
SoH
，即使它们属于同一类型
、
来自同一供应商并来自同一生产
。
同一电池包
、
模块或系统中各个电池单元之间
SoC
的不均匀性
/
不平衡的典型原因有：原材料的不均匀性
、
加工
/
生产的公差
、
装配和
/
或系统集成的差异
、
操作参数和
/
或范围的变化
、
处理过程中的不平等对待
。
[0012]电池系统操作期间最明显的是各个电池单元之间
SoC
的不均匀性
/
不平衡
。SoC
的不均匀性
/
不平衡的一个问题可以通过具有多个串联连接的单独的电池单元的电池包来举例说明
。
图1和图2中的示例包括十个电池单元以供说明
。
在放电期间，最弱的电池单元
(#4)
在首先达到其最小
SoC
时会限制整个电池包的进一步放电
。
剩余电池包的进一步放电将使
弱电池单元深度放电，这可能会导致严重的欠压问题，参见图
1。
另一方面，在充电期间，最强的电池单元
(#8)
在达到其最大
SoC
时会限制整个电池的进一步充电，参见图
2。
对剩余电池包的进一步充电将使强电池单元过度充电，这可能会导致严重的过压问题
。
因此，由于
SoC
的不均匀性
/
不平衡，电池包的很大一部分容量无法使用
——
这适用于电池包的每个充电
/
放电周期
。
因此，由于电池单元
#4
和
#8
的不均匀性，与每个电池单元的容量相对应的列的阴影区域没有被适当地用于剩余的电池单元
。
[0013]现有技术包括用于电池包或模块内的
SoC
均衡的各种技术解决方案，其存在以限制和
/
或克服其各个电池单元之间的不平衡和
/
或不均匀性的问题
。
不同的电池单元平衡方法彼此表现出不同的优点和缺点，因此适合于和
/
或适用于电池系统的不同应用
。
总的来说，可以概括为：
[0014]电池单元旁路方法，特别是旁路电阻器，由于其成本低
、
尺寸小且控制简单而被最广泛使用
。
[0015]电池单元到电池单元
、
电池单元到模块以及模块到电池单元的方法表现出相对较低的电压和
/
或电流应力，尤其是在高功率应用中
。
[0016]电池单元到电池单元的方法，特别是开关电容器和双层开关电容器，是高效且良好的折衷
。
[0017]有关不同电池单元均衡方法的更详细描述
、
比较和评估，请参考：
Gallardo
‑
Lozano,J.
等人的
B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种电池管理方法，所述方法包括提供可互连以形成电池包的多个电池单元，所述多个电池单元包括可串联互连以形成电池的至少一组电池单元，所述方法包括测量与所述多个电池单元中的每个电池单元的健康状态
SoH
相关的参数，对所述一组电池单元中的每个电池单元的健康状态进行比较，以及在所述一组电池单元中识别出具有比其余电池单元更差的健康状态的至少一个电池单元
、
以及具有比其余电池单元更好的健康状态的至少一个电池单元，在充电周期期间，如果具有更好的健康状态的所述至少一个电池单元已经达到最大荷电状态
SoC
max
阈值，则选择性地断开该电池单元，和
/
或在放电周期期间，如果具有更差的健康状态的所述至少一个电池单元已经达到最小荷电状态
SoC
min
阈值，则选择性地断开该电池单元
。2.
根据权利要求1所述的方法，进一步包括测量指示所述电池单元中每个电池的荷电状态
(SoC)<...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈纳尔，
申请(专利权)人：神经智能系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：