專利名稱：充電電池的電流均衡控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電流均衡控制方法及裝置，更具體地說，涉及一種充電電池的電流均 衡控制方法及裝置。
背景技術：
充電電池的均衡充電或放電一直都是充電電池應用領域比較重要的一部分，目前 工商業用充電電池的場合絕大部分是需要將充電電池串聯起來使用，這樣就希望所有串聯 的充電電池同時充滿電和放空電，這種工況下充電電池的使用壽命最長，利用效率也最高。 但是由于制造工藝的限制，每組充電電池的特性會不一致，如果不對充電電池的充電或放 電進行有效控制，則所有充電電池很難達到同時充滿和放空，均衡充電或放電策略就是要 解決這個問題的。目前，如圖IA所示，已有的充電電池的均衡充電或放電的策略為主動平衡電量方 法，其具體原理為，采樣每組充電電池的工作電壓，根據電壓差值大小決定開通對應充電電 池的電流均衡器對該組充電電池進行電量補償。當某組充電電池的工作電壓高于或低于平 均電壓值的一定范圍時，則啟動對應的電流均衡器，電壓高的充電電池組通過電流均衡器 向其他充電電池提供能量，電壓低的充電電池通過電流均衡器吸收電量，從而達到所有充 電電池的均衡充電或放電。如圖2A和2B所示，根據鋰電池充電或放電特性曲線，3. 6V為鋰電池滿充點，2. 2V 為E0D(end of discharge，放電結束)點。如果只是根據電壓差值來進行均衡的話，總體效 果不是非常好，因為鋰電池有一個平臺電壓，在這個平臺電壓左右，所有的充電電池的電壓 基本一致，如果只是根據電壓差值來均衡，在時間持續最長的平臺電壓附近不會有均衡動 作，只是在充放電的初期和后期進行均衡動作，勢必會導致均衡電量不夠，不能完全補償相 差的電量。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的充電電池的均衡充電或放電電量 不夠，不能完全補償相差的電量的缺陷，提供一種充電電池的電流均衡控制方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種充電電池的電流均衡控制 方法，用于在充電或放電過程中，對由順次串聯的多組充電電池組構成的充電電池模塊的 工作電流進行均衡；在每組充電電池組的正負極之間通過電池監控器對應并聯有一電流均 衡器，所述電流均衡控制方法包括以下步驟檢測每組充電電池組的工作電壓Vl，并計算所有充電電池組的平均工作電壓值 V2 ；將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均衡器導通，以提供電 量C的補償；其中，ν3 = ν2-δ，δ為一設定的電壓差值，C = A/B，A為前N次充電或放電 過程的其中一次進行均衡的的電量值，B為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電總量，N為自然數。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，還包括在對充電電池組提供 電量C補償后，持續導通該充電電池組所對應的電流均衡器，以使得該充電電池組的當前 工作電壓V4大于或等于電壓值V3。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，A為前N次充電或放電過程中 進行均衡的電量的最大值，B為與A相應的充電或放電過程中的充電或放電總量；在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，在充電或放電過程中，每隔一 預設值大小的安時數，執行所述均衡控制。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，在充電或放電過程中，每隔1 安時數，執行所述均衡控制。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，由順次串聯的15組充電電池 組構成所述充電電池模塊。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，每組充電電池組由多節充電電 池并聯而成。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，所述充電電池是UPS鋰電池。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制方法中，每組充電電池組由13節充電 電池并聯而成。根據本發明的另一個方面，還提供一種充電電池的電流均衡控制裝置，其用于在 充電或放電過程中，對由順次串聯的多組充電電池組構成的充電電池模塊的工作電流進行 均衡；在每組充電電池組的正負極之間通過電池監控器對應并聯有一電流均衡器，所述充 電電池的電流均衡控制裝置包括檢測模塊，用于檢測每組充電電池組的工作電壓VI，并計算所有充電電池組的平 均工作電壓值V2 ；控制管理模塊，用于將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均 衡器導通，以提供電量C的補償；其中，V3 = V2-δ，δ為一設定的電壓差值，C = A/B，A為 前N次充電或放電過程的其中一次進行均衡的的電量值，B為前N次充電或放電過程的其 中一次充電或放電總量，N為自然數。在本發明所述的充電電池的電流均衡控制裝置中，所述控制管理模塊還用于在對 充電電池組提供電量C補償后，則持續導通該充電電池組所對應的電流均衡器，以使得該 充電電池組的當前工作電壓V4大于或等于電壓值V3。實施本發明的充電電池的電流均衡控制方法，具有以下有益效果通過根據歷史 均衡電量和充放電總量，動態地執行電流均衡控制，可有效地降低最低電壓與平均電壓的 差，從而較好地滿足所有充電電池組同時充滿電或放空電的要求，由此可有效地提高充電 電池的利用率和壽命。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖IA是現有的充電電池模塊的原理框圖；圖IB是本發明充電電池模塊的原理框圖2A是鋰電池放電過程中的電壓特性曲線圖；圖2B是鋰電池充電過程中的電壓特性曲線圖；圖3是本發明第一實施例的充電電池的電流均衡控制方法流程圖；圖4是本發明第二實施例的充電電池的電流均衡控制方法流程圖；圖5是本發明第三實施例的充電電池的電流均衡控制方法流程圖；圖6是本發明充電電池模塊多次充電過程中無均衡和進行均衡控制，充滿電后最 大電壓與平均電壓差值的直方圖；圖7是本發明充電電池模塊多次放電過程中無均衡和進行均衡控制，放空電后最 小電壓與平均電壓差值的直方圖；圖8是本發明充電電池模塊在一次充放電過程中無均衡和進行均衡控制，完成充 放電后實際使用的安時平均數。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。如圖IB所示，在本發明的充電電池的電流均衡控制方法所基于的硬件結構，其主 要包括由順次串聯的多個充電電池組11所構成的充電電池模塊1，每個充電電池組11又可 由多個充電電池并聯而成，可以理解的，對于串聯的充電電池組11的數量可以根據實際需 要進行靈活的增加或減少。同理，對于并聯的充電電池的節數也可以根據實際需要進行靈 活的增加或減少。在此不做限定。例如，在一優選實施例中，可由13節充電電池并聯構成 一組充電電池組，再由15組該充電電池組串聯構成一充電電池模塊，其中，每節充電電池 可以是容量為4Ah的鋰電池，當然根據具體情況也可選用別的容量及類型的充電電池。在充電電池模塊1的工作過程中，可設置一電池監控器2對充電電池模塊1進行 充電或放電時，對各組充電電池組11及各節充電電池的電壓和電流進行采樣、計算和監 控。在本發明的技術方案中并未對該電池監控器2的硬件結構進行改進，因此，在此對其詳 細的硬件結構和工作原理不作進一步的公開，而僅僅是使用現有可獲得的各種合適的電池 監控器2。另外，根據串聯的充電電池組11的數量，電池監控器2作為一橋接器還為每組充 電電池組對應連接有一個電流均衡器12，從而可在充電或放電過程中，由一個電流均衡器 12對應連接在一個充電電池組11正負極之間，從而為該充電電池組11提供電流均衡。同 理，本發明的技術方案中并未對該電流均衡器12進行改進，因此，在此對其詳細的硬件結 構和工作原理不作進一步的公開，而僅僅是使用現有可獲得的各種合適的電流均衡器。例 如，可使用輸入電壓為48V、輸出電壓為3. 6V及最大輸出電流為7. 9A的電流均衡器。另外，在串聯后的充電電池組11所構成的充電電池模塊1的正負極之間連接有一 UPS模塊3，該UPS模塊3和充電電池模塊1之間的所形成的回路為主回路。在充電過程 中，由UPS模塊3為充電電池模塊1供電，完成充電后，主回路中所流經的電量為總的充電 電量B，同時流經所有電流均衡器的電量的和為總的均衡電量A ；在放電過程中，由充電電 池模塊1為UPS模塊3供電，完成放電后，主回路中所流經的電量為總的放電電量B，同時流 經所有電流均衡器的電量的和為總的均衡電量A。由此，可見B即可表示充電電量也可表示放電電量，總之即為流經主回路的電量。在具體工作時，電池監控器2采用歷史均衡電量的數據來修正當前充電或放電過 程中，電流均衡器的導通或關斷。該歷史數據可以前N(N為自然數)次的充電或放電過程 中均衡電量，例如，當N = 1時，則A為前次充電或放電時總的均衡電量，B為該次充電或放 電時流經主回路的總電量；當N大于1時，則A表示之前多次充電或放電過程中均衡電量的 最大值，B表示均衡電量為最大值所對應的一次充電或放電過程中流經主回路的總電量。其 中，均分的概念就是將歷史的均衡電量A平均分配到歷史的主路充電或放電總量B中，則均 分的補償電量C = A/B,表示本次充電或放電過程中，充電電池組每充電或放電一特定安時 (Ah)數，例如，在一優選實施例中，每充電或放電IAh就開通對應的電流均衡器補償C值的 電量，當補償的電量達到C值后即關斷該電流均衡器。如果總的補償電量A已補償完畢后， 該充電電池組的當前工作電壓仍然低于平均電壓的一誤差值范圍，則對應的電流均衡器仍 然繼續導通再補償一定量的電能值，直到充電電池組的當前工作電壓位于平均電壓的一誤 差范圍內。圖3示出了本發明的第一實施例充電電池的電流均衡控制的方法流程，該方法流 程基于圖IB所示的系統結構，在圖IB中，電池監控器2包括由檢測模塊21和控制管理模 塊22構成的充電電池的電流均衡控制裝置，具體過程如下S31 檢測模塊21檢測每組充電電池組11的工作電壓VI，從而得到多個工作電壓 VI，例如當充電電池模塊1由15組充電電池組11串聯而成時，則檢測15組充電電池組11 并獲得15個工作電壓VI，接著計算所有充電電池組的平均工作電壓值V2，V2 = V1/M，M為 串聯的充電電池組的數量；S32 控制管理模塊22將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的所有充電電池組的 電流均衡器導通，以提供電量C的補償；其中，V3 = V2-δ，δ為一特定誤差值，C = A/B，A 為前N次充電或放電過程中某一次特定的充電或放電時進行均衡的電量值，B為前N次的充 電或放電過程的其中一次的充電或放電的總電量，N為自然數。由此，為所有的工作電壓較 低的充電電池組進行電流均衡時，都是以均分的電量值C進行補償。可以理解的，為了符合 該充電電池模塊的特性，在確定A值時，可以參考該充電電池模塊的歷史均衡電量，例如，A 可以為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電時進行均衡的電量的最大值，此時B 為與A相應的充電或放電過程中的充電或放電總量。圖4示出了本發明的第二實施例充電電池的電流均衡控制的方法流程，該方法流 程基于圖IB所示的系統結構，具體過程如下S41 檢測模塊21檢測每組充電電池組11的工作電壓VI，從而得到多個工作電壓 VI，例如當充電電池模塊1由15組充電電池組11串聯而成時，則檢測15組充電電池組11 并獲得15個工作電壓VI，接著計算所有充電電池組的平均工作電壓值V2 ；S42 控制管理模塊22將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的所有充電電池組的 電流均衡器導通，以提供電量C的補償；其中，V3 = V2-δ，δ為一特定誤差值，C = A/B，A 為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電時進行均衡的電量值，B為前N次的充電 或放電過程的其中一次充電或放電的總電量，N為自然數。由此，為所有的工作電壓較低的 充電電池組進行電流均衡時，都是以均分的電量值C進行補償。可以理解的，為了符合該充 電電池模塊的特性，在確定A值時，可以參考該充電電池模塊的歷史均衡電量，例如，A可以為前N次充電或放電過程中進行均衡的電量的最大值，此時B為與A相應的充電或放電過 程中的充電或放電總量。S43 在對所有工作電壓較低的充電電池組提供電量C補償后，控制管理模塊22不 立即停止對這些充電電池組的均衡補償，即不立即關斷相關的電流均衡器，而是檢測充電 電池組的當前工作電壓V4;當部分或全部的充電電池組的當前工作電壓V4小于電壓值V3 時，將當前工作電壓仍然交底的充電電池組的電流均衡器持續導通，而將當前工作電壓已 處于平均工作電壓的δ范圍內所對應的充電電池組的電流均衡器關斷，從而可繼續對當 前工作電壓仍然較低的充電電池組進行均衡補償，直到充電電池組的當前工作電壓位于平 均電壓的一誤差范圍內。在此過程中，如果初始確定進行補償的電量值A已補償完，即對充 電電池組的補償電量已達到A值，此時需要再增加對充電電池組的電量補償，此時這一增 量可以為電壓值V5所對應的電量值D，其中，V5 = V2-V4，V4為多組充電電池組的當前工作 電壓的最小值。由此，完成這一次均衡控制后，又將產生一新的最大的均衡值，即為(A+D)。圖5示出了本發明的第三實施例充電電池的電流均衡控制的方法流程，該方法流 程基于圖IB所示的系統結構，具體過程如下S51 在充電或放電過程中，檢測模塊21實時監控主回路中是否已充電或放電 一預設值大小的安時數，對應該預設值的確定可根據實際情況進行靈活設置，例如可以是 IAh ；如果是，進入步驟S52，否則繼續執行步驟S51進行實時監控；S52 當主回路已充電或放電該預設值大小的安時數后，此時控制管理模塊22即 啟動均衡控制，首先檢測模塊21將檢測充電電池模塊1中所串聯的所有充電電池組11的 工作電壓VI，同時計算出所有充電電池組11的平均工作電壓V2 ；S53 控制管理模塊22將所有充電電池組11的工作電壓Vl與平均工作電壓V2進 行比較，將所有工作電壓Vl小于平均工作電壓V2的一誤差值范圍(即工作電壓Vl小于V3 =V2- δ，δ的取值可根據實際需要進行靈活設置)所對應的充電電池組11的電流均衡器 12導通，由此可對這小工作電壓較低的充電電池組進行電流補償；S54:控制管理模塊22實時記錄對充電電池組的電流補償量，并判斷均衡補償電 量是否達到一特定的C值，如果是，進入步驟S55，否則，繼續執行步驟SM并對充電電池組 進行電流補償；其中，C = Α/Β，Α為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電時進行均 衡的電量值，B為前N次的充電或放電過程的其中一次充電或放電的總電量，N為自然數。 由此，為所有的工作電壓較低的充電電池組進行電流均衡時，都是以均分的電量值C進行 補償。可以理解的，為了符合該充電電池模塊的特性，在確定A值時，可以參考該充電電池 模塊的歷史均衡電量，例如，A可以為前N次充電或放電過程中進行均衡的電量的最大值， 此時B為與A相應的充電或放電過程中的充電或放電總量。S55 檢測模塊21檢測進行電流補償的所有充電電池組的充電電池組的當前工作 電壓V4;并逐一判斷每組充電電池組的當前工作電壓V4是否小于電壓值V3，如果是進入步 驟S56，否則，進入步驟S57 ；S56 控制管理模塊22對當前工作電壓V4小于電壓值V3的充電電池組的電流均 衡器持續導通，從而可繼續對當前工作電壓仍然較低的充電電池組進行均衡補償在此過程 中，如果初始確定進行補償的電量值A已補償完，即對充電電池組的補償電量已達到A值， 此時需要再增加對充電電池組的電量補償，此時這一增量可以為電壓值V5所對應的電量值D，其中，V5 = V2-V4，V4為多組充電電池組的當前工作電壓的最小值。由此，完成這一次 均衡控制后，又將產生一新的最大的均衡值，即為(A+D)。當充電電池組的當前工作電壓位 于平均電壓的一誤差范圍內后，進入步驟S57。S57 控制管理模塊22將當前工作電壓已處于平均工作電壓的δ范圍內所對應的 充電電池組的電流均衡器關斷，由此結束此次均衡控制。可以理解的，對于一次充電或放電過程中，充電電池的電流均衡控制裝置將每隔 一預設值大小的安時數，就對充電電池組11進行均衡控制，并在均衡控制中，充分利用該 充電電池模塊的歷史充電或放電數據，從而較好地滿足所有充電電池組同時充滿電或放空 電的要求，由此可有效地提高充電電池的利用率和壽命。圖6示出在充電過程中未進行均衡控制和采用了歷史數據進行均衡控制后充滿 電后的結果比較。其中，每個直方圖表示一次充滿電(例如，任何一組電池達到3. 6V)后最 高電壓和平均電壓的差值圖，這個差值越小說明所有充電電池離同時充滿點的理想目標越 近，由此可見采用了歷史數據進行均衡控制的效果顯著。圖7示出在放電過程中未進行均衡控制和采用了歷史數據進行均衡控制后放電 電，即充電電池組電壓達到EOD點(例如，任何一組充電電池組電壓達到2. 2V)。其中，每個 直方圖表示一次放空電后最低電壓與平均電壓的差值圖，這個差值越小說明所有充電電池 離同時達到EOD點的理想目標越近。圖8示出在一次充放電過程中未進行均衡控制和采用了歷史數據進行均衡控制 后充電電池組實際使用的安時數。其中每個直方圖表示實際使用的安時數與目標值(例 如，4. 5X13 = 58. 5Ah)的差值，這個差值越小，說明充電電池組的利用率更高，由此可見采 用了歷史數據進行均衡控制的效果顯著。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種充電電池的電流均衡控制方法，用于在充電或放電過程中，對由順次串聯的多 組充電電池組構成的充電電池模塊的工作電流進行均衡；在每組充電電池組的正負極之間 通過電池監控器對應并聯有一電流均衡器，其特征在于，所述電流均衡控制方法包括以下 步驟檢測每組充電電池組的工作電壓Vl，并計算所有充電電池組的平均工作電壓值V2 ；將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均衡器導通，以提供電量C 的補償；其中，V3 = V2-S，δ為一設定的電壓差值，C = A/B，A為前N次充電或放電過程 的其中一次進行均衡的的電量值，B為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電總量， N為自然數。
2.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，還包括在對充 電電池組提供電量C補償后，持續導通該充電電池組所對應的電流均衡器，以使得該充電 電池組的當前工作電壓V4大于或等于電壓值V3。
3.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，A為前N次充電 或放電過程中進行均衡的電量的最大值，B為與A相應的充電或放電過程中的充電或放電 總量。
4.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，在充電或放電 過程中，每隔一預設值大小的安時數，執行所述均衡控制。
5.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，在充電或放電 過程中，每隔1安時數，執行所述均衡控制。
6.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，由順次串聯的 15組充電電池組構成所述充電電池模塊。
7.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，每組充電電池 組由多節充電電池并聯而成。
8.根據權利要求7所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，所述充電電池 是UPS鋰電池。
9.根據權利要求1所述的充電電池的電流均衡控制方法，其特征在于，每組充電電池 組由13節充電電池并聯而成。
10.一種充電電池的電流均衡控制裝置，用于在充電或放電過程中，對由順次串聯的多 組充電電池組構成的充電電池模塊的工作電流進行均衡；在每組充電電池組的正負極之間 通過電池監控器對應并聯有一電流均衡器，其特征在于，所述充電電池的電流均衡控制裝 置包括檢測模塊，用于檢測每組充電電池組的工作電壓VI，并計算所有充電電池組的平均工 作電壓值V2 ；控制管理模塊，用于將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均衡器 導通，以提供電量C的補償；其中，V3 = V2-S，δ為一設定的電壓差值，C = A/B，A為前N 次充電或放電過程的其中一次進行均衡的的電量值，B為前N次充電或放電過程的其中一 次充電或放電總量，N為自然數。
11.一種電池監控器，用于在充電或放電過程中，對由順次串聯的多組充電電池組構成 的充電電池模塊的工作電流進行均衡，并且用于在每組充電電池組的正負極之間對應并聯一電流均衡器，其特征在于，所述電池監控器包括充電電池的電流均衡控制裝置，所述充電 電池的電流均衡控制裝置包括檢測模塊，用于檢測每組充電電池組的工作電壓VI，并計算所有充電電池組的平均工 作電壓值V2 ；控制管理模塊，用于將工作電壓Vl小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均衡器 導通，以提供電量C的補償；其中，V3 = V2-S，δ為一設定的電壓差值，C = A/B，A為前N 次充電或放電過程的其中一次進行均衡的的電量值，B為前N次充電或放電過程的其中一 次充電或放電總量，N為自然數。
全文摘要
本發明涉及一種充電電池的電流均衡控制方法及裝置，該均衡控制方法包括以下步驟檢測每組充電電池組的工作電壓V1，并計算所有充電電池組的平均工作電壓值V2；將工作電壓V1小于電壓值V3所對應的充電電池組的電流均衡器導通，以提供電量C的補償；其中，V3＝V2-δ，δ為一設定的電壓差值，C＝A/B，A為前N次充電或放電過程中進行均衡的電量值，B為前N次充電或放電過程的其中一次充電或放電總量，N為自然數。通過根據歷史均衡電量和充放電總量，動態地執行電流均衡控制，可有效地降低最低電壓與平均電壓的差，從而較好地滿足所有充電電池組同時充滿電或放空電的要求，由此可有效地提高充電電池的利用率和壽命。
文檔編號H02J7/00GK102136749SQ20111006779
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者劉波, 易小強, 趙龍 申請人:艾默生網絡能源有限公司