一種用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電池系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法，該方法將單體電池分組，每組與一個(gè)均衡電路相連，每個(gè)均衡電路都帶有總線通訊接口，多個(gè)均衡電路通過總線連接成通訊局域網(wǎng)，將某個(gè)均衡電路確定為主機(jī)，其它確定為從機(jī)，從機(jī)將其管理的單體電池信息通過總線上報(bào)給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法，計(jì)算所有單體電池的眾數(shù)，使用同一個(gè)眾數(shù)空間作為標(biāo)準(zhǔn)來確定待均衡對象和計(jì)算均衡參數(shù)。本發(fā)明利用多個(gè)均衡電路管理眾多的單體電池，各個(gè)均衡電路之間通過總線通訊，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)均衡電路模塊級聯(lián)達(dá)到均衡能力擴(kuò)展。
【專利說明】一種用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池的多模塊均衡方法。
技術(shù)背景
[0002]電池組一般由多只單體電池通過串并聯(lián)的方式組成，與只使用單只電池的場合不同，整組電池的性能不僅僅取決于電池組內(nèi)每一只單體電池的性能，還取決于電池組內(nèi)所有單體電池之間的一致性。電池組的性能包括最大充放電電流、最高儲能上限、使用壽命、安全性等主要指標(biāo)并不取決于性能狀態(tài)最好的單體電池，而是取決于性能狀態(tài)最差的單體電池。因此電池組的性能具有“木桶效應(yīng)”，一致性差的單體電池即是電池組的“短板”，成為電池組的性能“瓶頸”，構(gòu)成電池組的單體電池越多，保持一致性的難度越大，不一致性的惡劣影響越大。
[0003]對于電動汽車、電網(wǎng)儲能等大規(guī)模電池應(yīng)用場合，電池組基本上都是由上百只甚至幾百只單體電池串并聯(lián)組成，電池的不一致性問題已經(jīng)成為制約其應(yīng)用和發(fā)展的核心問題之一。在電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中采用電池均衡電路或相關(guān)均衡裝置已經(jīng)變得越來
越重要。
[0004]常規(guī)的電池一致性評價(jià)方法主要包括以下兩種:
[0005]1.容量法:測量電池組中所有的單體電池的容量，以容量一致性作為電池的一致性。容量相同或相近的電池則一致性好，反之則差。該方法結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是需要將所有電池都進(jìn)行測試，工作量大，測試時(shí)間長，同時(shí)需要將電池從系統(tǒng)中拆分下來單獨(dú)測試，即所謂的“離線評價(jià)”，必須中斷電池系統(tǒng)正常工作，不適用于大型電池系統(tǒng)；
[0006]2.內(nèi)阻法:測量電池組中所有單體電池的內(nèi)阻，以內(nèi)阻的一致性來表示電池的一致性，容量相同或相近的電池則一致性好，反之則差。該方法的誤差比容量法大，同樣需要將進(jìn)行“離線評價(jià)”。
[0007]一個(gè)均衡電路能夠均衡的電池?cái)?shù)量有限，當(dāng)需要進(jìn)行均衡管理的電池超過一個(gè)均衡電路所能管理的極限時(shí)，單個(gè)的均衡電路則無法完成均衡任務(wù)。多個(gè)均衡電路同時(shí)工作則需要彼此之間實(shí)時(shí)通訊和參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化匹配，目前的均衡電路以獨(dú)立工作為主，不適用于多個(gè)均衡電路同時(shí)工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的一致性評價(jià)方法落后和單個(gè)均衡電路均衡電池?cái)?shù)量有限的不足，提出一種電池均衡方法。本發(fā)明基于在線對電池一致性評價(jià)，對多模塊級聯(lián)的電池進(jìn)行均衡，突破單一均衡電路所管理的電池極限。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法，該方法將單體電池分組，每組與一個(gè)均衡電路相連，每個(gè)均衡電路都帶有總線通訊接口，多個(gè)均衡電路通過總線連接成通訊局域網(wǎng)。均衡電路彼此之間可以在該局域網(wǎng)內(nèi)通過總線通訊線路實(shí)時(shí)交換電池信息，將某個(gè)均衡電路確定為主機(jī)，其它均衡電路確定為從機(jī)。從機(jī)將其管理的單體電池信息通過總線上報(bào)給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法，計(jì)算所有單體電池的眾數(shù)，使用同一個(gè)眾數(shù)空間作為標(biāo)準(zhǔn)來確定待均衡對象和計(jì)算均衡參數(shù)，并判斷待均衡對象所處的從機(jī)，與該從機(jī)通訊，通知該從機(jī)對均衡對象進(jìn)行均衡以及調(diào)整均衡參數(shù)。
[0011]其中，所述的基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法如下:
[0012]I)找出電池組所有單體電池電壓數(shù)據(jù)中的最大值和最小值；
[0013]2)依據(jù)眾數(shù)原理將單體電池電壓數(shù)據(jù)的最大值與最小值之間的數(shù)據(jù)區(qū)間平均分成N等分，N用實(shí)整數(shù)定義，N的值大小與電池組中的電池?cái)?shù)量有關(guān)，一般取5?10。計(jì)算所有單體電壓數(shù)據(jù)落在每個(gè)等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間中的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)最多的等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間中的單體電壓數(shù)據(jù)稱之為眾數(shù)，該等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間所代表的數(shù)據(jù)區(qū)間稱為眾數(shù)空間；
[0014]3)采用“不一致程度”來量化地表示眾數(shù)空間和非眾數(shù)空間內(nèi)電池一致性的好壞，“不一致程度”的取值范圍定義為-1.0?+1.0，不一致性程度用實(shí)數(shù)分別定義，實(shí)數(shù)數(shù)值的絕對值越大表示對應(yīng)電池的一致性越差。眾數(shù)空間的電池不一致程度定義為“0.0”，確定為一致性好，表示電池的電壓差異小、一致性高?！安灰恢鲁潭取睘樨?fù)數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)小于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)，“不一致程度”為正數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)大于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)；
[0015]4)將眾數(shù)空間內(nèi)的單體電池電壓的平均值作為被均衡電池的均衡目標(biāo)值。將需要更換的電池的不一致程度的限值定義為“更換設(shè)定值”，不一致程度超過更換設(shè)定值的電池確定為更換對象。將需要均衡的電池的不一致程度的限值定義為“均衡設(shè)定值”，低于更換設(shè)定值但是大于均衡設(shè)定值的電池則確定為待均衡對象。
[0016]本發(fā)明利用多個(gè)均衡電路管理眾多的單體電池，各個(gè)均衡電路之間通過總線通訊，以電池電壓的一致性作為電池的一致性，即“電壓法”。通過測量所有電池的電壓，由主機(jī)根據(jù)基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法，計(jì)算所有單體電池的眾數(shù)，使用同一個(gè)眾數(shù)空間作為標(biāo)準(zhǔn)來確定待均衡對象和計(jì)算均衡參數(shù)，并判斷待均衡對象所處的從機(jī)，與該從機(jī)通訊，通知該從機(jī)對均衡對象進(jìn)行均衡以及調(diào)整均衡參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)均衡電路模塊級聯(lián)，擴(kuò)展均衡能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是多模塊級聯(lián)工作原理圖；
[0018]圖2是本發(fā)明采用的基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0020]圖1是多模塊級聯(lián)的工作原理圖。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明多模塊級聯(lián)的電池組包括電池1、均衡電路組2和CAN總線通訊線路3。均衡電路組2包括M個(gè)均衡電路，M用實(shí)整數(shù)表示，M值的大小與電池總數(shù)量有關(guān)，也與每個(gè)均衡電路能夠管理的電池?cái)?shù)量有關(guān)，所有均衡電路管理的電池?cái)?shù)量相加等于電池I的數(shù)量。電池I內(nèi)的單體電池根據(jù)均衡電路管理電池的數(shù)量分組，分組的數(shù)量為M個(gè)，與均衡電路組2的均衡電路個(gè)數(shù)相同。均衡電路2與電池I相聯(lián)，均衡電路組2的M個(gè)均衡電路分別管理對應(yīng)的M個(gè)電池分組，同時(shí)每個(gè)均衡電路均包括CAN總線接口電路，所有的均衡電路的CAN總線接口電路均與CAN總線通訊線路3相聯(lián)。
[0022]當(dāng)需要均衡的電池?cái)?shù)量超過一個(gè)均衡電路所允許的電池?cái)?shù)量時(shí)，可以采用多個(gè)均衡電路同時(shí)均衡。
[0023]均衡電路之間采用了一種基于CAN總線的多模塊級聯(lián)控制方法。每個(gè)均衡電路都集成了 CAN總線通訊協(xié)議和CAN總線通訊接口，將多個(gè)均衡裝置的CAN總線通訊接口連接到CAN總線通訊線路，即可形成一個(gè)封閉的CAN總線通訊局域網(wǎng)，均衡電路彼此之間可以在該局域網(wǎng)內(nèi)通過CAN總線通訊線路實(shí)時(shí)交換電池信息。
[0024]多個(gè)均衡電路中，其中一個(gè)均衡電路確定為主機(jī)，其它均衡電路則確定為從機(jī)。從機(jī)將其管理的單體電池信息通過CAN總線上報(bào)給主機(jī)，由主機(jī)根據(jù)所集成的基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法，計(jì)算所有電池的眾數(shù)，使用同一個(gè)眾數(shù)空間作為標(biāo)準(zhǔn)來確定待均衡對象和計(jì)算均衡參數(shù)，并判斷待均衡電池所處的從機(jī)，與該從機(jī)通訊，通知該從機(jī)對待均衡電池進(jìn)行均衡以及調(diào)整均衡參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)均衡電路模塊級聯(lián)達(dá)到均衡能力擴(kuò)展的目的。
[0025]基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法如圖2所示:主機(jī)將所有電池的電壓進(jìn)行排列和統(tǒng)計(jì)，首先計(jì)算出所有單體電池電壓數(shù)據(jù)的最大值和最小值，然后依據(jù)眾數(shù)原理將最大與最小值之間的數(shù)據(jù)區(qū)間平均分成N等分，N用實(shí)整數(shù)定義，N的數(shù)值大小與電池組中的電池?cái)?shù)量有關(guān)，一般取5~10。并計(jì)算數(shù)據(jù)落在每個(gè)等分?jǐn)?shù)據(jù)空間中的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)最多的等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間中的數(shù)據(jù)稱之為眾數(shù)，該等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間所代表的數(shù)據(jù)區(qū)間稱為眾數(shù)空間。
[0026]用“不一致程度”來量化地表示眾數(shù)空間和非眾數(shù)空間內(nèi)電池一致性的好壞，取值范圍定義為-1.0~+1.0，不一致性程度用實(shí)數(shù)分別定義`實(shí)數(shù)數(shù)值的絕對值越大表示對應(yīng)電池的一致性越差。眾數(shù)空間的電池不一致程度定義為“0.0”，定義為一致性好，表示電池的電壓差異小、一致性高?！安灰恢鲁潭取睘樨?fù)數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)小于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)，“不一致程度”為正數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)大于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)。假如以眾數(shù)空間為中點(diǎn)，距離眾數(shù)空間之間越遠(yuǎn)的非眾數(shù)空間所包含的電池的一致性越差，不一致性程度分別為±0.1、±0.2、……±0.9、±1.0……，該數(shù)值的絕對值越大表示對應(yīng)電池的一致性越差。將眾數(shù)空間內(nèi)的電池電壓平均值作為被均衡電池的均衡目標(biāo)值。將需要更換的電池的不一致程度的限值定義為“更換設(shè)定值”，不一致程度超過更換設(shè)定值的電池確定為更換對象。將需要均衡的電池的不一致程度的限值定義為“均衡設(shè)定值”，低于更換設(shè)定值但是大于均衡設(shè)定值的電池則確定為均衡對象，通過后續(xù)的均衡處理來改善其不一致程度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法，其特征在于，所述的多模塊級聯(lián)均衡方法將單體電池分組，每組與一個(gè)均衡電路相連，每個(gè)均衡電路都帶有總線通訊接口，多個(gè)均衡電路通過總線連接成通訊局域網(wǎng)；均衡電路彼此之間在該局域網(wǎng)內(nèi)通過總線通訊線路實(shí)時(shí)交換電池信息；將某個(gè)均衡電路確定為主機(jī)，其它均衡電路確定為從機(jī)；從機(jī)將其管理的單體電池信息通過總線上報(bào)給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法，計(jì)算所有單體電池的眾數(shù)，使用同一個(gè)眾數(shù)空間作為標(biāo)準(zhǔn)來確定待均衡對象和計(jì)算均衡參數(shù)，并判斷待均衡對象所處的從機(jī)，與該從機(jī)通訊，通知該從機(jī)對待均衡對象進(jìn)行均衡以及調(diào)整均衡參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法，其特征在于，所述的基于眾數(shù)原理的電池一致性評價(jià)方法如下: O找出所有單體電池電壓數(shù)據(jù)中的最大值和最小值； 2)依據(jù)眾數(shù)原理將最大值和最小值之間的數(shù)據(jù)區(qū)間平均分成N等分，計(jì)算所有單體電壓數(shù)據(jù)落在每個(gè)等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間中的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)最多的等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間中的單體電壓數(shù)據(jù)稱之為眾數(shù)，該等分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間稱為眾數(shù)空間； 3)采用“不一致程度”來量化地表示眾數(shù)空間和非眾數(shù)空間內(nèi)電池一致性的好壞，“不一致程度”的取值范圍定義為-1.0?+1.0 ;不一致性程度用實(shí)數(shù)分別定義，實(shí)數(shù)數(shù)值的絕對值越大表示對應(yīng)電池的一致性越差；眾數(shù)空間的電池不一致程度定義為“0.0”，確定為一致性好，表示電池的電壓差異小、一致性高；“不一致程度”為負(fù)數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)小于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)；“不一致程度”為正數(shù)，表示所對應(yīng)的非眾數(shù)空間的單體電池電壓數(shù)據(jù)大于眾數(shù)空間對應(yīng)的單體電池電壓數(shù)據(jù)；以眾數(shù)空間為中點(diǎn)，距離眾數(shù)空間之間越遠(yuǎn)的非眾數(shù)空間內(nèi)包含的電池的一致性越差； 4)將眾數(shù)空間內(nèi)的單體電池電壓平均值作為被均衡電池的均衡目標(biāo)值；不一致程度超過更換設(shè)定值的電池確定為更換對象，低于更換設(shè)定值但是大于均衡設(shè)定值的電池則確定為待均衡對象。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電池的多模塊級聯(lián)均衡方法，其特征在于，所述的步驟4)中的均衡設(shè)定值為需要均衡電池的不一致程度的限值。
【文檔編號】G01R31/36GK103682486SQ201310718548
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】宮學(xué)庚, 張少昆, 舒恩 申請人:中國科學(xué)院電工研究所