[發明專利]鋰電池的均衡方法、裝置和系統

在審

• 申請號: 201610822791.5
• 申請日: 2016-09-13
• 公開（公告）號: CN107819336A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 成都天府新區光啟未來技術研究院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,高青

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及一種鋰電池的均衡方法、裝置和系統。

背景技術

近年來，越來越多的產品采用鋰電池作為主要電源，主要是由于鋰電池具有體積小，能量密度高，無記憶效應，循環壽命高，自放電率低等優點。

鋰電池電源通常由多個鋰電池電芯并聯、串聯起來，以滿足設備所需電壓和功率要求。在實際使用中，雖然鋰電池中通過單電芯的電流相同，但即使是同批次同型號間的電芯，其容量、內阻及電壓參數等也不完全一致。其容量不同，電芯的放電深度也會不同，容量大的會淺充淺放，而容量小的會過充過放，這就造成容量大的衰減緩慢、壽命延長，容量小的衰減加快、壽命縮短，兩者之間的差異會越來越大。由于電芯間的差異，鋰電池的容量只能達到最弱的電芯容量，而鋰電池的使用壽命也取決于容量最小的單電芯，因此小容量電芯的失效會導致鋰電池的提前失效。鋰電池在日常長時間重復充電、放電使用中，電芯間的不一致性會越來越嚴重，鋰電池容量越來越減小。這種單體電芯的個體差異在生產的過程中無法消除，故在鋰電池的使用和充、放電過程中需要調節電池均衡。

現有技術中的鋰電池均衡系統通過檢測充、放電過程中電芯端電壓作為是否啟動均衡的條件，由于鋰電池在充、放電過程中存在極化現象，電芯端電壓與電芯的開路電壓存在較大差異，均衡過程存在很大誤差。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種鋰電池的均衡方法、裝置和系統，利用電芯等效電路表征電芯充、放電過程中的極化特性，估算出電芯的開路電壓，以減小均衡過程中存在的誤差。

根據本發明的第一方面，提供一種鋰電池的均衡方法，包括：

在具有多個串聯電芯的鋰電池的充、放電過程中，

檢測電池充、放電電流和每個電芯的端電壓；

根據電芯等效電路以及所述電池充、放電電流和所述每個電芯的端電壓，估算每個電芯的開路電壓，得到每個電芯的第一估計值；

根據所述每個電芯的第一估計值估算每個電芯的剩余電量，得到每個電芯的第二估計值；

對所述第二估計值滿足第一條件的電芯開始進行均衡；

對所述第二估計值滿足第二條件的電芯停止均衡。

優選地，所述電芯等效電路包括電芯的極化內阻、電芯的電池極化電容、歐姆內阻和理想電源，其中電芯的極化內阻、電芯的電池極化電容并聯后與歐姆內阻和理想電源串聯。

優選地，所述第一估計值根據以下公式計算：

Ocv＝Vc+I*R0+Urc(0)*e^-t/ζ+I*R1*(1－e^-t/ζ)，

其中，R0為歐姆內阻值，R1為電芯的極化內阻值，C1為電芯的極化電容值，Ocv為理想電源的開路電壓值，Vc為電芯兩端的端電壓值，Urc為并聯的極化內阻和極化電容兩端的極化電壓值，I為電池充、放電電流值，Urc(0)為極化電壓初始值，t為極化時間，ζ＝R1*C1。

優選地，在所述第一估計值處于充、放電平臺區時，所述第二估計值根據所述第一估計值通過安時積分法獲得，所述安時積分法應用的初始時刻的剩余電量基于所述第一估計值和電池測試數據獲得，所述電池測試數據通過對鋰電池進行充、放電試驗獲得。

優選地，在所述第一估計值不處于充、放電平臺區時，所述第二估計值基于所述第一估計值和所述電池測試數據獲得。

優選地，所述第一條件包括：所述第二估計值與最小剩余電量的差值大于等于第一閾值，所述第二條件包括：所述第二估計值與所述最小剩余電量的差值小于第二閾值，

其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，所述最小剩余電量為所述每個電芯的第二估計值中的最小值。

優選地，所述第一條件還包括：所述第二估計值大于第三閾值。

根據本發明的第二方面，提供一種鋰電池的均衡裝置，所述鋰電池包括多個串聯的電芯，所述均衡裝置包括：

檢測模塊，用于檢測電池充、放電電流和鋰電池中的每個電芯的端電壓；

估算模塊，用于根據電芯等效電路以及所述電池充、放電電流和所述每個電芯的端電壓，估算每個電芯的開路電壓，得到每個電芯的第一估計值，并根據所述每個電芯的第一估計值估算每個電芯的剩余電量，得到每個電芯的第二估計值；

均衡控制模塊，用于對所述第二估計值滿足第一條件的電芯開始進行均衡，對所述第二估計值滿足第二條件的電芯停止均衡；

多個均衡電路，每個均衡電路與一個電芯并聯，用于在均衡控制模塊的控制下開始對所述一個電芯的均衡或停止對所述一個電芯的均衡。