锂电池怎么均衡均衡线该怎么接

最简单的均衡电路就是负载消耗型均衡也就是在每节电池上并联一个电阻,串联一个开关做控制当某节电池电压过高时,打开开关充电电流通过电阻分流,这样电壓高的电池充电电流小电压低的电池充电电流大,通过这种方式来实现电池电压的均衡但这种方式只能适用于小容量电池,对于大容量电池来说是不现实的

下图为一负载消耗性均衡的示意图

第二种均衡方法我没有实验过,就是飞度电容法简单的说就是每一节电池并聯一个电容,通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上也可以并联到相邻的电池。当某节电池电压过高首先将电容与电池并联,电容电压与电池一致然后将电容切换到相邻的电池,电容给电池放电实现能量的转移。由于电容并不消耗能量所以可以实现能量嘚无损转移。但这种方式太繁琐了现在的动力电池动不动几十节串联,要是采用这种方式那的需要多少开关来控制啊。

下图为飞度电嫆法工作原理图只是画出了相邻两节电池的均衡原理图。

第一次做均衡是做的一款动力电池组的充电,电池容量80ah的两组并联要求均衡电流为10a,原来了解的一点均衡的原理根本不够用啊,这么大电流都相当于一个一个的小模块了最后还真的是搞了n个小模块串联,每节电池并联一个小模块如果单体电池电压低于设定值,启动相应的并联模块对低电压电池启动充电,补充能量提升电压实现均衡。

下图為当时采用的均衡电路的示意图DC-DC输入母线既可以是电池电压,也可是是别的模块提供的直流输入根据需要灵活配置。

主动均衡方法可鉯采用我前面提到的一个变压器多路输出的方法 如果你想利用下面的电路示意图做一个多路输出的反激电源,利用各个模块的输出电压來对电池实现均衡我估计你需要很深的功力才可以,因为交叉调整率估计就会搞死你但是,利用这个电路我们可以换一下思路,各蕗输出不需要稳压都可以当然为了防止开路损坏输出电容,我们可以做一个简单的原边反馈然后在每路输出到电池之间串联一个电子開关,由于这种均衡都是配合电池管理系统一起工作的因此每路输出只要串联一个电子开关,由管理单元控制即可哪路电压地我们就鈳以打开这个电子开关,有电源输出给该节电池充电直到所有单体电池电压达到我们的期望值。

采用这种均衡方法曾经做过1000AH,7串电池忣300AH80串电池的均衡,均衡完成后所有单体电池电压可以达到5mV以内。

主动均衡也可以采用能量转移的方法所谓能量转移,既可以是从整組电压取能量向低电压补充也可以是从将电压过高的电池取能量向整组电压反馈。我在一款通讯电源电源系统中用过第二种方式实现过電池均衡电路原理图如下:

忘了是参考的谁写的一篇论文做的,当时做的是16串锂电池怎么均衡的均衡分成了两组,每组8只电池串联這里只画了6只描述工作原理,如果电池B5电压过高控制Q5以PWM模式工作,当Q5开通电感L5储能,当Q5关闭电感储存的能量就会通过D5给电池B1-B4充电,降低B5电池电压抬高其余电池电压利用同样的原理可以分析其余电池组电压过高时候的工作过程。

在试验过程中两组之间各自采用这种方式均衡,当两组之间出现偏差的时候就可以采用双向DC-DC进行能量转换了,这样采用的模块数量较少设计比较方面,我当时没有采用双姠DC-DC而是简单的采用的能量消耗性做两组之间电池的均衡。从最终的试验效果来看电池均衡还是比较不错的。

示意图已经补充完了这僦是截止目前为止,我试验过的四种电池均衡的方式均衡的电池从2AH到1000AH,串联的节数从7串到120串个人感觉如下:

1、对于10AH以内的电池组,采鼡能量消耗型可能是比较好的选择控制简单。

2、对于几十AH的电池组来说采用一拖多的反激变压器,结合电池采样部分来做电池均衡应該是可行的

3、对于上百AH的电池组来说,可能采用独立的充电模块会好一些因为上百AH的电池,均衡电流都在10多A左右如果串联节数再多┅些,均衡功率都很大引线到电池外,采用外部DC-DC或AC-DC均衡也许更安全

目前的均衡都是以电池电压一致作为均衡的结束条件,但随着SOC计算樾来越准确容量一致的均衡应该是未来发展的趋势。

本发明属于电池储能技术领域具体而言,涉及一种锂电池怎么均衡组均衡结构和方法

电池作为汽车动力来源,必须串联使用才能达到电压要求而多个电池串联使用┅段时间后,电池内阻和电压产生波动单体电池的状态差异会逐渐显现出来,不断循环的充放电过程加剧了单体电池之间的不一致性電池成组后,大功率充放电时电池组发热,在电池模块内形成一定的温度梯度使各单体电池工作时环境温度不一致,将削弱单体电池間的一致性降低电池组充放电能力。例如磷酸铁锂电池怎么均衡的单体电芯循环寿命可以达到3000次以上,然而成组后由于各种原因导致的不一致性,整体循环寿命很难达到2000次此外,大规模储电系统中电池成本约占总成本的一半串联成组的电池系统,只要其中一节失效如不及时发现,整串电池都会跟着报废损失的不仅仅是昂贵的电池,由于电池状态不确定性造成的系统瘫痪、数据丢失后果不堪設想。为确保电池性能良好延长电池使用寿命,必须对电池进行合理有效地管理和控制电池管理系统对电池组的使用过程进行管理,對电池组中各单体电池的状态进行监控可以维持电池组中单体电池的状态一致性,避免电池状态差异造成电池组性能的衰减和安全性问題

电动汽车用电池管理系统具有系统结构复杂、工况复杂、外接设备复杂等特点。因此亟需提出一种方便扩展,无需额外的组间均衡電路的组间均衡结构和方法使得串联电池组各单体电池的SOC(荷电状态,也叫剩余电量)趋于一致从而大大延长了锂电池怎么均衡组的使用壽命并且提高其性能。

本发明针对现有技术的不足提出一种锂电池怎么均衡组均衡结构和方法。在对通用的电池管理组内均衡结构做了蔀分改进后可以在不增加额外组间均衡电路的情况下实现组间均衡。

本发明提出的一种锂电池怎么均衡组均衡结构包括电池、开关和DC/DC,其特征在于:

所述N块单体电池串联其中N-2块为本组专用的,另外两块可与相邻电池组共用;每两个相邻电池之间的连线接有一个开关;所述开关分为两组一组汇接为开关正总线,一组汇接为开关负总线;串联电池的正极所在的电池为第1个开关依次排序,所有序号为奇數的开关接在一起作为开关正总线;所有序号为偶数的开关接在一起,作为开关负总数;各个开关用来选定电池是否接通开关的通断決定了哪块电池接入DC/DC左端;

所述开关正、负总线分别接DC/DC输入端;所述DC/DC用于保证功率不变情况下实现电压调节;所述DC/DC输出端分别接串联电池嘚正极和负极;串联电池的两端接负载;

工作时,通过控制相应开关的通断和DC/DC实现任一块电池和本组电池的能量交换从而达到均衡。

进┅步的所述开关正总线并接两个双向开关后,分别接DC/DC的两个输入端;所述开关负总线并接两个双向开关后分别接DC/DC的两个输入端;所述㈣个双向开关作为极性开关,用于保证选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连

进一步的,所述N取值为7

基于上述结构,本发明还提出┅种组内均衡方法包括如下步骤:

(1)采集电池组内每个锂电池怎么均衡的电压和电流,计算出每块锂电池怎么均衡的SOC;

(2)计算出本组的平均SOC;

(3)计算出每个电池SOC与本组平均SOC的差值将差值最大的电池即作为下一步均衡的对象;

(4)单个电池和电池组之间的发生电量转移,从而达到平衡

进一步的,所述DC/DC为隔离式DC/DC

进一步的,述电池组内开关按奇偶顺序分为两组,奇数组的开关汇接作为开关正总线偶数组的开关汇接为开关负总线。

进一步的各电池组内串联电池的第一个和最后一个电池,作为与相邻电池组的共用电池即各电池组的第一个电池和朂后一个电池,与相邻电池组是共用的

进一步的,多个电池组串联使用各电池组之间的接法,与电池组内部电池接法相同

本发明技術构思是以组内任意一块电池和该组之间的能量转换为基础,在每两组之间都以一块电池作为两组共用该电池能分别通过两组的组内均衡,和这两组中其他电池达到均衡从而使相连的两组电池达到均衡。由于每两组之间都有一个共用的电池最终,各个电池组达到均衡这样,便可以在不增加组间均衡结构的情况下达到组间均衡

总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比主要具备鉯下的技术优点:

1.在不额外增加组间均衡结构的基础上就可以实现组间均衡,节约了成本和空间

2.这个结构便于拓展,增加一组或者减少┅组也很方便

图1是锂电池怎么均衡整体均衡结构示意图;

图2是单组锂电池怎么均衡内部电路结构示意图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发奣并不用于限定本发明。此外下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1所示为本发明的均衡结构示意图锂电池怎么均衡一共被分为N组,即BMSPACK 1-N每组内有7块电池,其中5块是本组单独有的另外2块是与其他组共用嘚。例如第M组CellM1、CellM2、CellM3、CellM4、CellM5是本组独有的,Com(M-1)M是第M组和第M-1组共用的ComM(M+1)是第M组和第M+1组共用的。其他组与此类似

图2所示为一组内的均衡结构。这裏就以图2所示的第M组为例介绍其组内结构组内的七块电池两端都有一个开关,分别为CSW7-CSW0其中尾数奇数的开关另一侧连在一起称为开关总線ODD,尾数为偶数的开关另一侧连在一起称为开关总线EVEN另外还有四个开关PSW3-PSW0。PSW3和PSW1一端和开关总线ODD连接PSW2和PSW0一端和开关总线EVEN连接。PSW3和PSW2另一端和與DC/DC一端正极连接PSW1和PSW0另一端和DC/DC一端负极连接。DC/DC另一端分别连在电池组两端这样通过控制这些开关的通断即可控制任一块电池和整个电池組的能量转换。其中所有的开关包括CSW7-CSW0和PSW3-PSW0都由两个相同的N沟道MOSFET“背靠背”串联而成,这样可以实现双向关断与导通

组内结构中的开关可汾为两组:电池开关(CSW7-CSW0)和极性开关(PSW3-PSW0)。电池开关(CSW7-CSW0)负责控制对电池的选通而极性开关负责使被选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连。当开始工作时首先关断所有的开关。然后打开被选通的电池两端的电池开关,随后再打开相应的极性开关例如,在图2中如果要选通电池ComM(M+1),则打开电池开关CSW7和CSW6并打开极性开关PSW3和PSW0。如果要选通电池CellM5则打开电池开关CSW6和CSW5,并打开极性开关PSW2和PSW1其他的电池选通方法与此类似。

應用于本发明的均衡为SOC均衡对应于其中任意一组,其组内均衡具体方法为:

1、根据对本组内电池实时采集到的电压、电流通过一定的算法估计出每块电池的SOC,即SOC1、SOC2、SOC3、SOC4、SOC5、SOC6和SOC7并对7个SOC进行排序,求出最大值SOCmax和最小值SOCmin如果SOCmax-SOCmin<ε(ε表示组内电池允许的最大差值,由自己设定),则直接进入第4步。

4、整个状态持续一定时间后跳回第1步,继续下一个循环

本发明中提出的方法可以间接实现组间均衡:每组内电池通过组内均衡的算法实现组内均衡,由于每两组之间都有一个共用的电池共用的电池会和两组电池都达到均衡,从而实现组间均衡茬图1所示的结构中,通过组内均衡第M-1组和第M组会分别达到组内均衡。但电池Com(M-1)M既属于第M组又属于第M-1组因此,电池Com(M-1)M会与第M组和第M-1组都达到均衡从而使第M-1和第M组达到均衡。然后通过这种相互传递的方式使每组都达到均衡。即可实现只进行组内均衡而间接达到组间均衡

以仩的均衡方法为每一组内的均衡方法。每一组的均衡均独立进行在每一组都在进行组内均衡的过程中,由于本发明独创的均衡结构就可鉯实现各个组之间的组间均衡

本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已并不用以限制本发明,凡在本发明嘚精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

镍镉电池与随后泛起的镍氢电池哆年来一贯主宰着电池市场锂荡子电池是比来才进入市场的,但因为其机能有极除夜提高是以其市场份额增进异常急迅。锂荡子电池嘚储能容量异常惊人但即便如斯,单个电池单位的容量不论除夜电压照样除夜电流方面仍都太低不克不及知足一个夹杂动力发念头的需要。并联多个电池单位可以增除夜电池所供应的电流串联多个电池单位则可以增除夜电水池供的电压。

电池组装商常日行使一些缩略短语来描述其电池产品例如“3P50S”代表该电池组中有3个并联的电池单位、50个串联的电池单位。

模块化构造在对包含多个串联电池单位的电池进行治理时是很幻想的构造例如,在一个3P12S的电池阵列中每12个电池单位串联之后就构成了一个模块(block)。然后这些电池单位就可经由过程一块以微节制器为核心的电子电路对其进行治理和均衡。

如许一个电池模块的输出电压取决于串联电池单位的个数和每个电池单位的电壓锂荡子电池单位的电压常日在3.3V到3.6V之间,是以一个电池模块的电压约在30V到45V之间

夹杂动力车的驱动需要450V阁下的直流电源电压。为了按照充电状况来补偿电池单位电压的改变对照合适的做法是在电池组和发念头之间邻接一个DC-DC转换器。这个转换器还可以限制电池组输出的电鋶

为确保DC-DC转换器工作在最佳状况,要求电池组电压在150V到300V之间是以,需要串联5到8个电池模块

假如电压超出准许的局限,锂荡子电池单位就很随意草率损坏(见图2)假如电压超出了上、下限(以纳米磷酸盐型锂荡子电池为例,下限电压为2V上限电压为3.6V),电池就可能泛起弗成逆轉的损坏其后不雅至少是加快电池的自放电速度。电池输出电压在一个很宽的充电状况(SOC)局限内都是不乱的电压偏离安然局限的风险很尛。但在安然局限的两端充电曲线的起伏相对对照陡峭。是以为预防起见,必需雅绫擒监控电压

图2:锂荡子电池的放电特征(钠米磷酸盐型)。

假如电压达到一个临界值就必需当即住手放电或充电过程。在一个强除夜的均衡电路的匡助下相关电池单位的电压可以返回咹然局限内。但为达到这一方针该电路必需能在电池组中任何一个单位的电压最先与其他单位泛起不同时立时在各单位之间转移能量。

1.傳统的被动方式:在一般的电池治理系统中每个电池单位都经由过程一个开关邻接到一个负载电阻。这种被动电路可以对个别被选中的單位放电但该方式只合用于在充电模式下按捺最强电池单位的电压攀升。为限制功耗此类电路一般只准许以100mA阁下的小电流放电,除夜洏导致充电均衡耗时可高达几小时

2.主动均衡法:相关资估中有很多种主动均衡法,均需要一个用于转移能量的存储元件假如用电容来莋存储元件,将其与所有电池单位相连就需要重除夜的开关阵列更有效的方式是将能量存储在一个磁场中。该电路中的关键元件是一个變压器电路原型是由英飞凌的斥地小组与VOGT电子元件GmbH公司合营斥地的。其感导是:

a. 在电池单位之间转移能量

b. 将多个零丁的电池单位电压复接至一个基于地电压的模数转换器(ADC)输入端

该电路是按照回扫变压器道理组织的这类变压器可以或许将能量存储在磁场中。其铁氧体磁心Φ的气隙增除夜了磁阻是以可以避免磁心材料泛起磁饱和。

该变压器两侧的电路是不合的:

a. 初级线圈与整个电池组相连

b. 次级线圈与每个電池单位相连

该变压器的一种合用模型支撑多达12个电池单位变压器的可能邻接数量限制了电池单位的个数。上述原型变压器有28个引脚

個中的开关采用OptiMOS3系列的MOSFET,它们的导通电阻极低是以其传导损耗可以忽略不计(见图3)。

  图3:电池治理模块的原理图

图中的每个模块都受渶飞凌公司的8位前辈微节制器XC886CLM节制这种微节制器自带闪存法度和一个32KB的数据存储器。此外它还有两个基于硬件的CAN接口,支撑经由过程公共汽车节制器局域网(CAN)总线和谈与下面的处理器负载通信它还包含一个基于硬件的乘除法单位,可用于加快较劲争论过程

因为变压器鈳以双向工作,是以我们可以按照景遇回收两种不合的均衡方式在对所有电池单位进行电压扫描之后(电压扫描的细节将在后面介绍),级悅娼均值然后搜检电压偏离平均值最除夜的电池单位。假如其电压低于平均值就采用底部均衡法(bottom-balancing),假如其电压高于平均值就采用顶蔀均衡法(top-balancing)。

1.底部均衡法:图4所示例子就是采用的底部均衡法扫描发现电池单位2是最弱的单位,必需对其进行加强

图4:锂荡子电池的底蔀充电均衡道理

此时闭合主开关(“prim”),电池组最先对变压器充电主开关断开后,变压器存储的能量就可以转移至选定的电池单位响应嘚次级(“sec”)开关——在本例中是开关sec2——闭合后,就最先能量转移

每个周期均包含两个主动脉冲和一个暂停。在本例中40毫秒的周期转換为频率就是25kHz。在设计变压器时其工作频段应在20kHz以上,以避免泛起人类听觉频率局限内可感知的啸叫噪音这种声所以由变压器铁氧体磁心的磁致伸缩导致的。

尤其是当某个电池单位的电压已经达到SoC的下限时底部均衡法可以或许匡助迟误整个电池组的工作时辰。只要电池组供应的电流低于平均均衡电流车辆就能继续工作,直到最后一块电池单位也被耗尽

2.顶部均衡法:假如某个电池单位的电压高于其怹单位,那么就需要将个中的能量导出这在充电模式下尤其需要。假如不绝行均衡充电过程在第一块电池单位布满之后就不得不当即住手。采用均衡之后则可以经由过程贯穿连接所有电池单位的电压相等而避免发生过早住手充电的景遇

图5:锂荡子电池的顶部充电均衡噵理

图5给出了顶部均衡模式下的能量流动景遇。在电压扫描之后发现电池单位5是整个电池组中电压最高的单位。此时闭合开关sec5电流除夜电池流向变压器。因为自感的存在电流随时辰线性增除夜。而因为自感是变压器的一个固有特征是以开关的导通时辰就决意了可以戓许达到的最除夜电流值。电池单位中转移出的能量以磁场的形式获得存储在开关sec5断开后,必需闭合主开关此时,变压器就除夜储能模式进入了能量输出模式能量经由过程伟除夜的初级线圈送入整个电池组。

顶部均衡法中的电流和时序前提与底部均衡法异常雷同只昰递次和电流的标的目的与底部均衡法相反。

按照英飞凌E-Cart中的原型设备平均均衡电流可达5A,比被动均衡法的电流高50倍在5A的均衡电流下,整个模块的功耗仅2W是以无需专门的冷却办法,并且进一步改善了系统的能量均衡

为了治理每个电池单位的充电状况,必需测量它们各自的电压因为只有单位1在微节制器的ADC局限内,是以模块中其他单位的电压无法直接测量一种可能的方案是采用一组差分放除夜器阵列,并且它们必需支撑整个电池模块的电压

下文中描述的方式只需增添很少量的额外硬件就能测量所有电池单位的电压。在该方式中艏要义务是进行充电均衡的变压器同时也被用做一个赋?姑器。

在电压扫描模式中没有哄骗变压器的回扫模式当S1到Sn这些开关中有一个闭應时,与其相连的电池单位的电压就转换到变压器的所有绕组中

在经由一个离散滤波器的简单预处理之后,被测旗子暗记就被送入微节淛器的ADC输入端口开关S1到Sn中的某个开封闭应时所发生的测量脉冲持续时辰可能异常短,实际导通时辰为4us是以,经由过程这个脉冲存储至變压器中的能量很少并且无论若安在开关断开之后,存储在磁场中的能量都邑经由过程初级晶体管流回整个电池模块是以电池模块的能量若干并不受影响。在对所有电池单位进行完一个周期的扫描之后系统又回到初始状况。

只有拥有一套优异的电池治理系统才能充裕施展新型锂荡子电池所具备的优势主动充电均衡系统的机能远远优于传统的被动方式,而相对简单的变压器则有助于贯穿连接较低的材料成本

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