專利名稱：均衡充電裝置及均衡充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充電裝置，尤其涉及一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電
方法。
背景技術(shù)：
可充電動(dòng)力電池因其較好的利用率而被廣泛地應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，尤其是電動(dòng) 汽車或混合動(dòng)力汽車中。對(duì)于電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車，設(shè)有由多個(gè)單體電池串聯(lián)連接而 成的作為電源裝置的動(dòng)力電池組。由于可充電動(dòng)力電池制造和使用環(huán)境的差異性，導(dǎo)致動(dòng) 力電池在經(jīng)過多次充、放電循環(huán)之后，電池單體差異性表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，由此在充電 過程中容易導(dǎo)致串聯(lián)電池組單體充電不均衡，直接影響電池組的使用壽命和性能，這對(duì)于 電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車來說是不容忽視的問題。 現(xiàn)有的動(dòng)力電池單體均衡方法包括電阻放電均衡法、電容能量轉(zhuǎn)移法和電感能量 轉(zhuǎn)移法。電阻放電均衡法是一種能量消耗的被動(dòng)放電法，只能對(duì)電量高的單體電池放電，而 不能對(duì)電量低的單體電池充電；電容能量轉(zhuǎn)移法和電感能量轉(zhuǎn)移法均是能量轉(zhuǎn)移的主動(dòng)均 衡方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的充高放低，但該方法成本很高，并且由于電感、電容器件技 術(shù)的不夠成熟，導(dǎo)致可靠性較差，因此很難大規(guī)模地應(yīng)用在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決串聯(lián)電池組充電不均衡導(dǎo)致電池組有效容量小、使用性 能差的問題，提供一種成本低、可靠性高的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電方 法。 本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該均衡充電裝置包括多個(gè)充電支 路，每個(gè)充電支路用于分別對(duì)串聯(lián)電池組中的對(duì)應(yīng)的單體電池充電，該均衡充電裝置還包 括控制器，所述控制器用于實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的S0C值并根據(jù)所述S0C值實(shí)時(shí)計(jì)算并
更新串聯(lián)電池組的soc平均值，將所獲取的單體電池的soc值中的最小soc值與所述soc平 均值進(jìn)行比較，當(dāng)最小soc值與soc平均值的差值大于第一閾值時(shí)控制對(duì)該最小soc值所 對(duì)應(yīng)的單體電池充電的充電支路閉合，直至該單體電池的soc值與實(shí)時(shí)更新的所述soc平
均值的差值小于第二閾值時(shí)控制對(duì)該單體電池充電的充電支路斷開。 本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法包括以下步驟實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體
電池的soc值，并根據(jù)所述soc值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的soc平均值；將所獲取的單 體電池的soc值中的最小soc值與所述soc平均值進(jìn)行比較；以及當(dāng)最小soc值與soc平 均值的差值大于第一閾值時(shí)開始對(duì)該最小soc值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電，直至該單體電池 的soc值與實(shí)時(shí)更新的所述soc平均值的差值小于第二閾值時(shí)停止對(duì)該單體電池充電。 本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電方法通過實(shí)時(shí)獲取串
聯(lián)電池組中的每個(gè)單體電池的soc值來計(jì)算并更新該串聯(lián)電池組的soc平均值，采用該串 聯(lián)電池組的實(shí)時(shí)更新的soc平均值作為串聯(lián)電池組是否充電均衡的判斷條件，通過將所獲取的單體電池的soc值中的最小soc值與soc平均值進(jìn)行比較來判斷需要進(jìn)行均衡充電的
單體電池，進(jìn)而將該單體電池與充電電源連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電量最低的單體電池補(bǔ)充電量，直至
該單體電池的soc值滿足均衡充電條件才斷開該單體電池與充電電源的連接，由此實(shí)現(xiàn)串
聯(lián)電池組的充電均衡。采用本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電方法 可以正確選擇需要均衡充電的電池單體，且成本低、可靠性高，解決了串聯(lián)電池組充電不均 衡的問題，完全實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)電池組的電壓均衡，有效地提高了電池組的使用性能。


圖1為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電方法
做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 圖1為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，
本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置包括多個(gè)充電支路，每個(gè)充電支路用于分別
對(duì)串聯(lián)電池組中的對(duì)應(yīng)的單體電池充電，其中，該均衡充電裝置還包括控制器4，所述控制 器4用于實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的S0C值并根據(jù)所述S0C值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的 soc平均值，將所獲取的單體電池的SOC值中的最小SOC值與所述SOC平均值進(jìn)行比較，當(dāng)
最小soc值與soc平均值的差值大于第一閾值時(shí)控制對(duì)該最小soc值所對(duì)應(yīng)的單體電池充 電的充電支路閉合，直至該單體電池的soc值與實(shí)時(shí)更新的所述soc平均值的差值小于第
二閾值時(shí)控制對(duì)該單體電池充電的充電支路斷開。 電池荷電狀態(tài)SOC (State Of Charge)用于表示電池的剩余電量，是描述電池充放 電性能的重要參數(shù)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。在動(dòng)力電池使用過程中，單體電池SOC值的 不同體現(xiàn)了電池單體差異性。 如圖1所示，所述均衡充電裝置優(yōu)選還包括多個(gè)可控開關(guān)2，每個(gè)可控開關(guān)2分別 位于每個(gè)充電支路中，所述控制器4具有多個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端分別與每個(gè)可控開關(guān)2的 控制端連接，所述控制器4通過控制可控開關(guān)2閉合或斷開來控制充電支路的閉合或斷開。
所述可控開關(guān)2為任意一種具有控制端的開關(guān)元件，其開閉可以由電信號(hào)進(jìn)行控 制，例如二極管、三極管或繼電器。所述可控開關(guān)2在未接收到控制器4發(fā)出的控制其閉合 或斷開的控制信號(hào)時(shí)處于常開狀態(tài)。優(yōu)選情況下，所述可控開關(guān)2為M0SFET。 MOSFET可以 承受大于5A的電流，具有高電壓隔離功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池最高5A的均衡充電。采用 M0SFET作為可控開關(guān)2，可以降低均衡充電裝置的成本且減少均衡充電裝置的體積，增加 了系統(tǒng)可靠性。 如圖l所示，串聯(lián)電池組由多節(jié)單體電池串聯(lián)連接而成，每節(jié)單體電池正負(fù)極兩 端都連接一個(gè)充電支路，如果單體電池的個(gè)數(shù)為N，則充電支路的個(gè)數(shù)為N+1，由此可以實(shí) 現(xiàn)每次只允許一個(gè)單體電池與充電電源連接，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻只對(duì)一個(gè)單體電池進(jìn)行均衡充 電，因此不需要考慮均衡過程中均衡充電裝置內(nèi)部的電壓隔離問題，減少了系統(tǒng)復(fù)雜性，降 低了隔離電路的成本。所述控制器4的輸入端通過CAN總線與每個(gè)單體電池連接，用于采集每個(gè)單體電池的電壓并計(jì)算每個(gè)單體電池的soc值。對(duì)單體電池soc值的計(jì)算過程為本
領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。操作者在保證對(duì)串聯(lián)電池組中每個(gè)單體電池都進(jìn)行電壓采集以獲取
每個(gè)單體電池的soc值的前提下可任意設(shè)置電壓采集順序。優(yōu)選情況下，將電壓采集順序
設(shè)定為從串聯(lián)連接的第一節(jié)單體電池開始依次對(duì)每一節(jié)單體電池進(jìn)行電壓采集直至最后一節(jié)單體電池。 所述控制器4通過實(shí)時(shí)獲取到的每個(gè)單體電池的S0C值來實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電
池組的soc平均值，該soc平均值通過以所有串聯(lián)連接的單體電池的soc值之和除以單體
電池的個(gè)數(shù)得到，該計(jì)算過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。所述控制器4中預(yù)先設(shè)定有第一閾值和第二閾值，控制器4還將所獲取的單體電池的S0C值中的最小S0C值與串聯(lián)電池組
的soc平均值進(jìn)行比較，當(dāng)最小soc值與soc平均值的差值大于預(yù)先設(shè)定的第一閾值時(shí)，控
制對(duì)最小soc值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電的充電支路閉合，由此對(duì)該單體電池充電，直至該單體電池的S0C值與實(shí)時(shí)更新的所述S0C平均值的差值小于第二閾值時(shí)，控制器4控制對(duì)
該單體電池充電的充電支路斷開，由此完成對(duì)該單體電池的充電過程。為了持續(xù)地維持串
聯(lián)電池組的充電均衡，控制器4在完成對(duì)該單體電池的充電過程之后，繼續(xù)執(zhí)行上述的各
項(xiàng)步驟，即實(shí)時(shí)地更新串聯(lián)電池組的soc平均值并繼續(xù)最小soc值與soc平均值的比較步
驟，以持續(xù)地確定需要充電的單體電池并對(duì)其充電，以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電池組持續(xù)的充電均衡。所
述第一閾值和第二閾值可由操作者在控制器4中進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，優(yōu)選情況下，所述第一閾值為4% _10%中的任意一個(gè)值，所述第二閾值為0-3%中的任意一個(gè)值。更加優(yōu)選的情況下，所述第一閾值為5%，所述第二閾值為2%，以使得各個(gè)單體電池之間的均衡性更佳。
所述控制器4為任意可以根據(jù)程序的指示實(shí)時(shí)獲取串聯(lián)電池組中的每個(gè)單體電池的SOC值并實(shí)時(shí)計(jì)算和更新串聯(lián)電池組的SOC平均值，并根據(jù)程序的指示控制可控開關(guān)2的開閉的控制器，例如可以為PLC或單片機(jī)。 為了防止對(duì)單體電池的過充情況的發(fā)生，如圖1所示，所述均衡充電裝置還包括電壓轉(zhuǎn)換裝置3，該電壓轉(zhuǎn)換裝置3的輸入端用于輸入充電電壓，輸出端與多個(gè)充電支路相連，該電壓轉(zhuǎn)換裝置3用于將所輸入的充電電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到每個(gè)充電支路。 可以通過連接外部電源對(duì)單體電池進(jìn)行充電，所述外部電源可以為交流電源或直流電源。由于需要在直流電壓下對(duì)單體電池進(jìn)行充電，當(dāng)外部電源為交流電源時(shí)，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置為AC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將電源提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為單體電池額定電壓范圍內(nèi)的直流電壓；當(dāng)外部電源為直流電源時(shí)，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置為DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為單體電池額定電壓范圍內(nèi)的直流電壓。 所述電壓轉(zhuǎn)換裝置3為任意一種可以將交流電壓轉(zhuǎn)換為所需范圍內(nèi)的直流電壓的AC/DC轉(zhuǎn)換器或任意一種可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為所需范圍內(nèi)的直流電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器，例如隔離式降壓型AC/DC轉(zhuǎn)換器、隔離式降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。 為了節(jié)省能源，優(yōu)選情況下，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置3為DC/DC轉(zhuǎn)換器，所輸入的充電電壓可以來自任意電池，優(yōu)選來自于車載12V鉛酸電池，由此可以通過DC/DC轉(zhuǎn)換器將來自于車載12V鉛酸電池的12V直流電壓轉(zhuǎn)換為滿足單體電池充電要求的直流低電壓。
圖2為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法的流程圖。本發(fā)明提供的串聯(lián)電池組的均衡充電方法包括以下步驟實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的SOC值，并根據(jù)所述SOC值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的soc平均值；將所獲取的單體電池的SOC值中的最小SOC 值與所述soc平均值進(jìn)行比較；以及當(dāng)最小SOC值與SOC平均值的差值大于第一閾值時(shí)開
始對(duì)該最小soc值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電，直至該單體電池的soc值與實(shí)時(shí)更新的所述soc
平均值的差值小于第二閾值時(shí)停止對(duì)該單體電池充電。 為了防止對(duì)單體電池的過充情況的發(fā)生，該方法還包括以下步驟將對(duì)所述單體
電池充電的充電電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電壓后，再利用轉(zhuǎn)換后的電壓對(duì)所
述單體電池充電。 可以通過連接外部電源對(duì)單體電池進(jìn)行充電，例如對(duì)單體電池進(jìn)行充電的充電電 壓可以來自任意電池，優(yōu)選情況下，所輸入的對(duì)所述單體電池充電的充電電壓來自于車載 12V鉛酸電池。 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，如圖2所示，首先實(shí)時(shí)獲取串聯(lián)電池組中每個(gè)單體電池 的SOC值，從串聯(lián)連接的第一節(jié)單體電池開始，依次獲取每節(jié)單體電池的SOC值直至最后一 節(jié)單體電池；然后實(shí)時(shí)地通過所獲取的單體電池的SOC值來計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的SOC 平均值；之后，將所獲取的單體電池的SOC值中的最小SOC值與所述SOC平均值進(jìn)行比較； 當(dāng)比較結(jié)果為最小SOC值與SOC平均值的差值大于第一閾值時(shí)，確定該最小SOC值對(duì)應(yīng)的 單體電池需要充電，由此控制與該最小SOC值所對(duì)應(yīng)的單體電池相連的一對(duì)可控開關(guān)2閉 合，對(duì)該單體電池進(jìn)行充電的充電電壓經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)換后由所閉合的可控開關(guān)2引入到該單 體電池中以對(duì)其進(jìn)行充電；當(dāng)該被充電的單體電池的SOC值與實(shí)時(shí)更新的所述SOC平均值 的差值小于第二閾值時(shí)，將該單體電池所連接的一對(duì)可控開關(guān)2斷開，停止對(duì)該單體電池 充電。
權(quán)利要求
一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該均衡充電裝置包括多個(gè)充電支路，每個(gè)充電支路用于分別對(duì)串聯(lián)電池組中的對(duì)應(yīng)的單體電池充電，其中，該均衡充電裝置還包括控制器(4)，所述控制器(4)用于實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的SOC值并根據(jù)所述SOC值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的SOC平均值，將所獲取的單體電池的SOC值中的最小SOC值與所述SOC平均值進(jìn)行比較，當(dāng)最小SOC值與SOC平均值的差值大于第一閾值時(shí)控制對(duì)該最小SOC值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電的充電支路閉合，直至該單體電池的SOC值與實(shí)時(shí)更新的所述SOC平均值的差值小于第二閾值時(shí)控制對(duì)該單體電池充電的充電支路斷開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡充電裝置，其中，所述第一閾值為4% _10%中的任意一 個(gè)值，所述第二閾值為0-3%中的任意一個(gè)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡充電裝置，其中，所述均衡充電裝置還包括電壓轉(zhuǎn)換裝 置(3)，該電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)的輸入端用于輸入充電電壓，輸出端與所述多個(gè)充電支路相 連，該電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)用于將所輸入的充電電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電 壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到每個(gè)充電支路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的均衡充電裝置，其中，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)為DC/DC轉(zhuǎn)換 器，所輸入的充電電壓來自于車載12V鉛酸電池。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的均衡充電裝置，其中，所述均衡充電裝 置還包括多個(gè)可控開關(guān)(2)，每個(gè)可控開關(guān)(2)分別位于每個(gè)充電支路中，所述控制器(4) 具有多個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端分別與每個(gè)可控開關(guān)(2)的控制端連接，所述控制器(4)通過 控制可控開關(guān)(2)閉合或斷開來控制充電支路的閉合或斷開。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的均衡充電裝置，其中，所述可控開關(guān)(2)為M0SFET。
7. —種用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法，其中，該方法包括以下步驟 實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的SOC值，并根據(jù)所述SOC值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的SOC平均值；將所獲取的單體電池的S0C值中的最小S0C值與所述S0C平均值進(jìn)行比較；以及 當(dāng)最小S0C值與SOC平均值的差值大于第一閾值時(shí)開始對(duì)該最小SOC值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電，直至該單體電池的SOC值與實(shí)時(shí)更新的所述SOC平均值的差值小于第二閾值時(shí)停止對(duì)該單體電池充電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一閾值為4% -10%中的任意一個(gè)值，所述 第二閾值為0-3%中的任意一個(gè)值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，該方法還包括將對(duì)所述單體電池充電的充 電電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電壓后，再利用轉(zhuǎn)換后的電壓對(duì)所述單體電池充 電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的均衡充電方法，其中，所輸入的充電電壓來自于車載12V鉛 酸電池。
全文摘要
本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置包括多個(gè)充電支路，每個(gè)充電支路用于分別對(duì)串聯(lián)電池組中的對(duì)應(yīng)的單體電池充電，該均衡充電裝置還包括控制器(4)，控制器(4)用于實(shí)時(shí)獲取每個(gè)單體電池的SOC值并根據(jù)所述SOC值實(shí)時(shí)計(jì)算并更新串聯(lián)電池組的SOC平均值，將所獲取的單體電池的SOC值中的最小SOC值與所述SOC平均值進(jìn)行比較，當(dāng)最小SOC值與SOC平均值的差值大于第一閾值時(shí)控制對(duì)該最小SOC值所對(duì)應(yīng)的單體電池充電的充電支路閉合，直至該單體電池的SOC值與實(shí)時(shí)更新的所述SOC平均值的差值小于第二閾值時(shí)控制對(duì)該單體電池充電的充電支路斷開。采用本發(fā)明提供的均衡充電裝置及均衡充電方法解決了串聯(lián)電池組充電不均衡的問題。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101777784SQ20101012768
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者李德偉, 楊重科, 蔡文遠(yuǎn), 鄧小明, 馬建新 申請(qǐng)人:北汽福田汽車股份有限公司