电池充电均衡控制装置及方法与流程

本发明涉及新能源领域，具体的电池的充电装置和方法。

背景技术：

电池均衡充电设计作为电池管理系统设计中的重要部分受到了很多研究学者和工程师的关注。均衡充电的意义主要体现在两点：1.通过合理的方式防止电池出现过充从而实现对电池的保护；2.多路电池在充电完成后基本要达到一致，最好是能够同时达到电量100％。随着时代的发展，正确的均衡系统不仅要保证充电过程平稳，而且最好能够在尽量短的时间内完成。均衡时间和充电均衡平稳性之间是相关且相矛盾的，如果想获得更好的平稳性，那么就要加长整体充电时间。反之，想要获得更短的充电时间，那么均衡过程的平稳性的保证就很困难。如何舍取，不仅要根据实际的电池自身的特性来考虑，而且能否形成有效的充电控制方法也是特别关键的。目前采用的均衡充电方法不能很好的解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题中的至少一个方面，本发明的发明人提出了一种电池组的充电均衡控制装置及方法。

具体的，在本发明的实施方式中提出了一种电池均衡充电装置，其包括：控制器，所述控制器采集进行充电的电池组中的每个电池单元的实时充电电压；多个充电均衡部件，所述多个充电均衡部件的每一个设置成与一个所述电池单元并联；其中，所述控制器内预设每个电池单元的充电参考电压，在充电过程中，将实时采集的每个电池单元的实时充电电压与每个电池单元的充电参考电压相比较，获得每个电池单元实时充电电压与其充电参考电压之间的第一差值，以及将不同的电池单元的实时充电电压两两进行比较，从而获得每个电池单元的实时充电电压与其他电池单元的实时充电电压之间的第二差值，所述控制器基于上述第一差值和第二差值，对所述多个充电均衡部件进行控制，使得充电均衡部件与所述电池单元并联的阻抗改变，从而将第一差值和第二差值减小。

在本发明的具体实施方式中，所述充电均衡部件包括多个电阻以及开关元件串并联形成。

另外一方面，本发明还提供了一种电池均衡充电的控制方法，其中，所述方法采用前述的电池均衡充电装置，以及所述方法包括如下步骤：步骤1：对电池组开始进行充电；步骤2：采集电池组中的每个电池单元的电压值；步骤3：在充电过程中，控制器采集电池组中的每个电池单元的实时充电电压，并将该电压值与控制器内预设的电池单元的充电参考电压相比较，并获得每个电池单元实时充电电压与其充电参考电压之间的第一差值，以及将不同的电池单元的实时充电电压两两进行比较，从而获得每个电池单元的实时充电电压与其他电池单元的实时充电电压之间的第二差值；步骤4：控制器利用充电均衡部件调整每个电池单元的充电电流，使得上述第一差值和第二差值变小；步骤5:当每个电池单元达到充电上限时,充电完成。

在本发明的具体实施方式中，在步骤3中，还包括：

在充电时间内，对每个电池单元的第一第二差值求和，获得每个电池单元的第一第二差值的累计值，从而确定累计值最大的电池单元，如果在充电t时间内，累计值最大的电池单元始终为同一电池单元，这表明该电池组无法使用，控制器控制充电过程终止。

在本发明的具体实施方式中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗最小：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压高于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值大于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为充电均衡部件能够达到的最大阻抗的一半：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压高于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值小于或者等于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为充电均衡部件能够达到的最大阻抗的一半：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压低于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一差值的累计值大于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为无穷大，即，该电池单元两端不并联任何电阻：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压低于或等于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值大于0。

根据本发明所提供的装置和方法，在对电池组进行充电的过程中，实现对电池组中的每个电池单元进行均衡充电；另外由于对每个电池单元的充电电压进行了有效控制从而使得每个电池单元的稳定性较好，避免了过充电，以及减少了充电时间。

附图说明

从随后结合附图对实施例的描述中，本发明的示例性实施例的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见并更容易理解，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的电池均衡充电装置的示意图；

图2示出了根据本发明的实施方式的充电均衡部件的等效电路示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明所提供一种电池均衡充电装置，其包括：控制器，所述控制器采集进行充电的电池组中的每个电池单元的实时充电电压；多个充电均衡部件，所述多个充电均衡部件的每一个设置成与一个所述电池单元并联；其中，所述控制器内预设每个电池单元的充电参考电压，在充电过程中，将实时采集的每个电池单元的实时充电电压与每个电池单元的充电参考电压相比较，获得每个电池单元实时充电电压与其充电参考电压之间的第一差值，以及将不同的电池单元的实时充电电压两两进行比较，从而获得每个电池单元的实时充电电压与其他电池单元的实时充电电压之间的第二差值，所述控制器基于上述第一差值和第二差值，对所述多个充电均衡部件进行控制，使得充电均衡部件与所述电池单元并联的阻抗改变，从而将第一差值和第二差值减小。

如图1所示，其示出了根据本发明的一种电池均衡充电装置，其包括：控制器1，所述控制器采集进行充电的电池组3中的每个电池单元的实时充电电压；多个充电均衡部件2，所述多个充电均衡部件2的每一个设置成与一个所述电池单元并联；其中，所述控制器内预设每个电池单元的充电参考电压，在充电过程中，将实时采集的每个电池单元的实时充电电压与每个电池单元的充电参考电压相比较，获得每个电池单元实时充电电压与其充电参考电压之间的第一差值，以及将不同的电池单元的实时充电电压两两进行比较，从而获得每个电池单元的实时充电电压与其他电池单元的实时充电电压之间的第二差值，所述控制器基于上述第一差值和第二差值，对所述多个充电均衡部件进行控制，使得充电均衡部件与所述电池单元并联的阻抗改变，从而将第一差值和第二差值减小。

如图2所示，图2示出了充电均衡部件2的等效电路示意图。所述多个充电均衡部件2的每一个设置成与一个所述电池单元并联。在本发明的实施方式中，所述充电均衡部件包括多个电阻以及开关元件串并联形成。如图2所示，通过控制开关元件的闭合或断开，从而改变电池单元并联的阻抗。

当然，上述实施方式不是对本发明的限定，本领域技术人员还可以采用其他的阻抗可控制的电阻设备来充当充电均衡部件。

在本发明的实施方式中，控制器可以选用stc公司生产型号为stc89c52微控制器，其是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，当然上述控制器不是对本发明的限定，本领域技术人员可以根据实际需要以及控制场所的不同而选择其他的芯片作为控制器。

如前所述，根据本发明所提供的充电均衡部件，其由电阻构建成的电路,对于每一个电池单元,其两端通过控制信号使得并联不同的等效电阻值不同，这样的设计的优势在于两点,一是能够有效的清除充电过程中电池因为化学反应形成的壁垒,其能造成电压虚高使得测量不准确,二是通过控制使得每个电池单元在不同时刻并联不同的电阻值进而实现放电到达均衡。

此外，本发明还提供了一种电池均衡充电的控制方法，其中，所述方法采用前述的电池均衡充电装置，以及所述方法包括如下步骤：步骤1：对电池组开始进行充电；步骤2：采集电池组中的每个电池单元的电压值；步骤3：在充电过程中，控制器采集电池组中的每个电池单元的实时充电电压，并将该电压值与控制器内预设的电池单元的充电参考电压相比较，并获得每个电池单元实时充电电压与其充电参考电压之间的第一差值，以及将不同的电池单元的实时充电电压两两进行比较，从而获得每个电池单元的实时充电电压与其他电池单元的实时充电电压之间的第二差值；步骤4：控制器利用充电均衡部件调整每个电池单元的充电电流，使得上述第一差值和第二差值变小；步骤5:当每个电池单元达到充电上限时,充电完成。

在本发明的具体实施方式中，在步骤3中，还包括：

在充电时间内，对每个电池单元的第一第二差值求和，获得每个电池单元的第一第二差值的累计值，从而确定累计值最大的电池单元，如果在充电t时间内，累计值最大的电池单元始终为同一电池单元，这表明该电池组无法使用，控制器控制充电过程终止。

在本发明的具体实施方式中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗最小：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压高于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值大于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为充电均衡部件能够达到的最大阻抗的一半：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压高于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值小于或者等于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为充电均衡部件能够达到的最大阻抗的一半：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压低于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一差值的累计值大于0。

在本发明的具体实施方式中，其中，在步骤4中，对充电均衡部件进行如下设置以使得上述第一差值和第二差值变小：若某一电池单元满足如下条件时，控制器控制充电均衡部件中的多个电阻使得其在该电池单元两端的阻抗为无穷大，即，该电池单元两端不并联任何电阻：在某一时刻，该电池单元的实时充电电压低于或等于预设的电池单元的充电参考电压并且从充电开始至该时刻该电池单元的第一第二差值的累计值大于0。

特别的，申请人指出，上述具体实施方式中，对充电均衡部件的设置方式的实例可以单独使用，也可以组合使用，也可以合并全部使用。从而，可以对电池单元的充电电压进行有效控制。

根据本发明所提供的方法，控制器内预设的电池单元的充电参考电压一般通过如下方式来选取：首先，该参考电压是随着充电时间的变化而发生变化，在实际应用中，这个参考的电压变化过程可以由电池厂家提供,或者通过使用者实际测试可以得到和规划。在本发明的实施方式中，该参考的电压变化过程一般设置为三个阶段，基于锂电池的特性,第一个阶段是从电池几乎没电到某一电量时，其具体表现为在一定的电流充电条件下，电池电压随着时间增长的速率比较快；第二个阶段紧接着第一个阶段，其具体表现为在一定的电流充电条件下，电池电压随着时间增长的速率相对于第一阶段要变得很缓慢；第三个阶段紧接着第二个突然变得很快，直到充满为止。

当然，本领域技术人员可以根据电池材料的不同以及应用的场合的不同而规划不同的参考电压变化过程。

根据本发明的实施方式中所提供的方法，为了消除某一充电时刻任意电池单元实时充电电压与其预定充电过程的充电参考电压值之间的差值，以及其与其它电池充电电压之间的差值，最有效的办法是调整进入每个充电电池电流的大小，如前所示，其通过控制器控制充电均衡部件并联在该电池单元上的阻抗的改变来实现。

根据本发明所提供的装置和方法能够有效的实现对电池组中的电池单元在充电过程进行信息采集和并动态调整充电参数，进而使电池单元在均衡条件下进行充电，提高了稳定性最好且充电时间较短的均衡策略，显著提高了电池组的使用寿命。

尽管已经示出并描述了本发明的实施例，然而本领域的技术人员可以了解，在不脱离本发明的原理和精髓的情况下可以对所述实施例作出变化，本发明的保护范围限定在权利要求及其等同物中。