电池组电芯电压均衡系统及方法技术方案

技术编号：40840732 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-01 15:07

本发明专利技术提供了一种电池组电芯电压均衡系统及方法，其系统包括：多路开关切换单元、开关误开启保护单元、失衡电芯检测单元、均衡控制单元和SOC校正单元。本发明专利技术通过双闭环均衡方式，实现能量在电池组内部的双向，高效流动，同时结合开关误开启保护单元的多路开关切换单元，实现大电流均衡和硬件的高可靠性与低成本，通过失衡电芯检测单元和SOC校正单元，提升均衡的效率以及电池组SOC的精度。本发明专利技术有效解决了目前电池组在使用过程中因种种原因产生的内部电芯电压不均衡现象，对比现有的电池组均衡技术，能够实现能量在电池组内部的双向，高效流动，并实现了大电流均衡和硬件的高可靠性与低成本，提升了均衡的效率和电池组SOC的精度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池，特别涉及一种电池组电芯电压均衡系统，可以有效减少电池组内部的电芯电压偏差。

技术介绍

1、随着锂电池应用的不断普及，其使用过程中暴露的问题也越来越突出。主要表现在：1、电池组在进行大电流充放电后，内部电芯会存在较明显的电压偏差，如果不及时修正，会严重影响锂电池的循环寿命。2、由于内部电芯不均衡的原因，导致对电池组soc（state of charge，电池充电状态）的估计出现较明显的偏差，甚至出现“虚电”现象，影响用户的使用体验。因此，为了避免上述问题的发生，需要及时对电池组内部的电芯电压进行均衡处理。

2、目前，行业内对电池组内部电芯电压的均衡主要有两种手段：一种为被动均衡，一种为主动均衡。其中，被动均衡主要采用电阻消耗的方式维持电池组电芯电压的均衡，其缺点为均衡电流小，并会消耗电池组的真实电量，从而限制其使用场景。而主动均衡按照电路拓扑结构的不同，分为c2c和c2p两种，其中，c2c主要实现电池组内部电芯到电芯之间的能量转移，而c2p则实现电芯到电池组之间的能量转移。相比于被动均衡，主动均衡不存在电池组的能量消耗，因此均衡电流可以做的更大，效果更好，但缺点为电路结构复杂，成本更高，且由于采用mosfet（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）等半导体元器件作为均衡的开关元件，存在器件失效的风险更大，有可能导致电池组内部短路甚至起火爆炸的故障现象发生。

技术实现思路</p>

1、针对上述现有技术中电池组内部电芯电压的主动均衡存在的问题，提出一种全新的电池组电芯电压均衡系统及方法，能够实现锂电池组能量在电池组内部更高效和安全的转移，并实现电池组均衡过程中soc参数的准确评估。

2、本专利技术的技术方案是：一种电池组电芯电压均衡系统，包括：多路开关切换单元、开关误开启保护单元、失衡电芯检测单元、均衡控制单元和soc校正单元；所述多路开关切换单元将电池组内不同电芯的输出能量进行汇集，并接收来自均衡控制单元的指令信号，以开关切换的方式完成输出能量的电芯通道选择，实现电能在电池组内每个电芯到均衡控制单元之间的双向流动；所述开关误开启保护单元接收来自多路开关切换单元的反馈信号和来自均衡控制单元的指令信号，并输出控制多路开关切换单元的开关信号，多路开关切换单元收到该开关信号后，控制对应的均衡通道开启，并选通对应的电芯作为开关切换单元的输出，以实现多路开关切换单元在不同开关切换的过程中不发生误开启和误关闭现象；所述失衡电芯检测单元用于对电池组内每个电芯进行不均衡程度检测；所述失衡电芯检测单元接收来自电池组中每个电芯的电压反馈信号和电池组的电流反馈信号，并分别向均衡控制单元和soc校正单元输出每个电芯的电芯不平衡度参数；所述均衡控制单元选择各电芯的电芯不平衡度参数中最大电芯不平衡度参数所对应的电芯作为要被均衡的不均衡电芯，选择将电池组的能量转移到不均衡电芯或将不均衡电芯的能量转移到电池组，从而实现电池组内不均衡电芯的能量转换功能；所述soc校正单元通过检测来自均衡控制单元反馈的当前被均衡电芯的均衡电流值、均衡开启时间，以及检测来自失衡电芯检测单元反馈的当前被均衡电芯的通道号、电压值和电芯不平衡度参数，并结合基于模型的soc校正算法，实现均衡后的电池组soc校正功能。

3、上述多路开关切换单元包括多个并联的电磁开关元器件，每个电磁开关元器件均为双刀双置结构，各双刀双置结构的双刀的输出端分别一一对应的与电池组中每一个电芯的正负极相连接，双刀双置结构的输入端并联后与均衡控制单元相连接。

4、上述均衡控制单元包括内环电压均衡单元和外环电压均衡单元，其中内环电压均衡单元通过多路开关切换单元实现电池组能量向电芯不平衡度参数最高的电芯转移，外环电压均衡单元通过多路开关切换单元实现电芯不平衡度参数最高的电芯能量向电池组转移；所述内环电压均衡单元调节在实现电池组能量向电芯不平衡度参数最高的电芯转移的过程中，根据该电芯的电芯不平衡度参数变化情况，自动调节能量转移速度；所述外环电压均衡单元在实现电芯不平衡度参数最高的电芯能量向电池组转移的过程中，根据该电芯的电芯不平衡度参数变化情况，自动调节能量转移速度。

5、上述开关误开启保护单元，通过接收来自均衡控制单元的所述指令信号，结合来自多路开关切换单元提供的所述反馈信号，形成控制多路开关切换单元中每一个开关通道开通关断的控制信号，在该控制信号的作用下，避免多路开关切换单元在开关切换过程中发生短路或失效现象发生，并及时发现每一个开关的故障状态，并将故障状态反馈给均衡控制单元。

6、上述失衡电芯检测单元，通过电池组中每个电芯的电压变化值和电流变化值，得到衡量电池组中每个电芯不均衡性指标的电芯不平衡度参数，该电芯不平衡度参数数值越大，表示该电芯不均衡性越严重；通过比较，选出电池组中不平衡度参数最大的电芯，将其作为当前的被均衡电芯，并完成电池组电芯均衡通道的选择。

7、一种电池组电芯电压均衡方法，包括如下步骤：

8、1）检测电池组中每个电芯的电压、电流变化情况，并在此基础上计算电池组中每个电芯的电芯不平衡度参数；

9、2）结合电池组中每个电芯的电芯不平衡度参数，判断是否满足设定的均衡开启的条件；如满足，计算出待均衡的电芯通道，并进入步骤3），否则重复步骤1）；

10、3）根据待均衡的电芯通道号生成相应的多路开关切换控制逻辑，并进行多路开关进行误开启保护，形成对应的均衡开关控制信号，完成均衡电芯通道的选择；

11、4）根据当前均衡电芯通道不平衡度参数和电压电流变化情况，生成均衡控制指令，动态调整当前均衡电芯通道的能量转移方向和速度，使均衡效率达到最优；

12、5）根据当前均衡电芯通道不平衡度参数和电池组电压、电流变化情况，结合来自电池组bms（battery management system，即电池管理系统）的校正前soc参数值，通过预先建立的模型算法，生成校正后的soc参数值，并重复步骤1）。

13、上述步骤1）的具体步骤如下：

14、获取电池组中每个电芯在当前状态下的电压值；

15、获取电池组电流变化情况，并根据变化幅值确定加入外部激励信号的幅度值；

16、根据电池组在外部激励变化过程中，电池组电流的增量变化数据以及电池组中每个电芯的电压增量变化数据，计算电池组中每个电芯的能量保持率参数；

17、根据每个电芯的能量保持率参数和当前电压值，计算出每个电芯的电芯不平衡度参数。

18、上述步骤2）的具体步骤如下：

19、根据电池组中每个电芯的电芯不平衡度参数判断当前电池组是否满足均衡开启的条件，其中开启条件为：存在一个或多个电芯的电芯不平衡度参数大于预先设置的开启门限值；

20、如果满足均衡开启条件，则在当前电池组所有电芯的电芯不平衡度参数中选出最大值，并将其所对应电芯通道作为待本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，包括：多路开关切换单元、开关误开启保护单元、失衡电芯检测单元、均衡控制单元和SOC校正单元；

2.如权利要求1所述的电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，所述多路开关切换单元包括多个并联的电磁开关元器件，每个电磁开关元器件均为双刀双置结构，各双刀双置结构的双刀的输出端分别一一对应的与电池组中每一个电芯的正负极相连接，双刀双置结构的输入端并联后与均衡控制单元相连接。

3.如权利要求1所述的电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，所述均衡控制单元包括内环电压均衡单元和外环电压均衡单元，其中内环电压均衡单元通过多路开关切换单元实现电池组能量向电芯不平衡度参数最高的电芯转移，外环电压均衡单元通过多路开关切换单元实现电芯不平衡度参数最高的电芯能量向电池组转移；所述内环电压均衡单元调节在实现电池组能量向电芯不平衡度参数最高的电芯转移的过程中，根据该电芯的电芯不平衡度参数变化情况，自动调节能量转移速度；所述外环电压均衡单元在实现电芯不平衡度参数最高的电芯能量向电池组转移的过程中，根据该电芯的电芯不平衡度参数变化情况，自动调节能量转移速度。

4.如权利要求1所述的电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，所述开关误开启保护单元，通过接收来自均衡控制单元的所述指令信号，结合来自多路开关切换单元提供的所述反馈信号，形成控制多路开关切换单元中每一个开关通道开通关断的控制信号，在该控制信号的作用下，避免多路开关切换单元在开关切换过程中发生短路或失效现象发生，并及时发现每一个开关的故障状态，并将故障状态反馈给均衡控制单元。

5.如权利要求1所述的电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，所述失衡电芯检测单元，通过电池组中每个电芯的电压变化值和电流变化值，得到衡量电池组中每个电芯不均衡性指标的电芯不平衡度参数，该电芯不平衡度参数数值越大，表示该电芯不均衡性越严重；通过比较，选出电池组中不平衡度参数最大的电芯，将其作为当前的被均衡电芯，并完成电池组电芯均衡通道的选择。

6.一种电池组电芯电压均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的一种电池组电芯电压均衡方法，其特征在于，步骤1）的具体步骤如下：

8.如权利要求6所述的一种电池组电芯电压均衡方法，其特征在于，步骤2）的具体步骤如下：

9.如权利要求6所述的一种电池组电芯电压均衡方法，其特征在于，步骤3）的具体步骤如下：

10.如权利要求6所述的一种电池组电芯电压均衡方法，其特征在于，步骤4）的具体步骤如下：

...

【技术特征摘要】

1.一种电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，包括：多路开关切换单元、开关误开启保护单元、失衡电芯检测单元、均衡控制单元和soc校正单元；

4.如权利要求1所述的电池组电芯电压均衡系统，其特征在于，所述开关误开启保护单元，通过接收来自...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆涛，
申请(专利权)人：西安新衡科测控技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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