[发明专利]用于电池均衡的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制电池组中多个电池单元的电压的均衡的装置和方法。

背景技术

除发动机外还具有电动机作为动力源的车辆已投入实际使用，例如，混合动力汽车、插入式混合动力汽车、混合动力车辆和混合动力电动车辆以及运输机械（下文称为车辆）。此外，无发动机且仅由电动机驱动的电动车辆也已投入实际使用。电池，例如，紧凑且具有大容量的锂离子电池，已被用作用于驱动这种车辆的电动机的动力源。对于车辆应用，电池可为由多个单元块组成的电池组，其中每个单元块具有多个串联连接的电池单元。电池单元的串联连接允许对驱动车辆的电动机所需的电压的供应，并且单元块的串联或并联连接允许对所需容量的电流的供应并可提供更高的电压。

锂离子电池的性能随温度急剧改变，并且电池的剩余容量和充电效率受到电池使用环境的温度的极大影响。对于车辆的使用环境，尤为如此。

结果，单元块中相应电池单元的剩余容量和输出电压出现极大的偏差。在这种情况下，当任何一个电池单元的电压降低到阈值之下时，需停止或制止整个电池的供电，结果导致功率效率降低。因此，需要执行用于均衡电池单元电压的电池均衡控制，并且也需要执行对单元块电压的均衡。

一种已知的电池均衡方法为无源均衡，其使过充电或过放电电池单元通过与电池单元并联连接的旁路电阻器放电，从而均衡电池单元的电压。另一种已知的电池均衡为有源均衡，其通过使用电感器或变压器的转换器电路从较高电压的电池单元获取电荷并且将所述电荷传送到较低电压的电池单元。在任一种电池均衡中，执行放电或充电直到该电池单元的电压达到目标电压。在有源均衡中，目标电压对应于多个电池单元的最高和最低电压的平均值。具有最高电压的电池单元被放电至目标电压，而具有最低电压的电池单元被充电至目标电压。在无源均衡中，目标电压对应于多个电池单元的最低电压。具有较高电压的电池单元被放电至目标电压。

取决于相应电池单元的特性差异和退化程度，电池单元具有不同的内阻。当完成均衡使得电池单元的电压达到目标电压时，由于电池单元的内阻，在放电或充电过程中监测到的电池单元的电压不同于电池单元的实际输出电压。因此，当完成均衡使得监测到的电池单元的电压达到目标电压时，由于电池单元的内阻，电池单元的最终电压并不相同。对这种偏差的校正需要反复的均衡并且较为耗时，导致电池能量损耗增加。在有源均衡中，当监测到的电压接近目标电压时，用于均衡的电流较小，导致均衡电路的效率降低和损耗增加。

本发明是针对于提供一种允许对具有不同内阻的多个电池单元的电压进行快速和有效均衡的装置和方法，由此提供最佳的均衡控制。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于由多个电池单元组成的电池组的均衡的装置。所述装置包括：单元平衡设备，用于均衡多个电池单元的电压；电池单元监测器，用于监测每个电池单元的电压和/或电流；校正电压计算器，用于基于监测到的需要均衡的受检电池单元的电压和/或电流计算受检电池单元的校正电压，其中校正电压取决于受检电池单元的内阻；以及单元平衡控制器，用于从多个电池单元中确定受检电池单元，其中，单元平衡控制器通过计算出的校正电压校正用于受检电池单元的均衡的目标电压，并且单元平衡控制器使单元平衡设备执行对受检电池单元的均衡，从而使监测的受检电池单元的电压达到校正后的目标电压。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于由多个电池单元组成的电池组的均衡的方法。所述方法使单元平衡设备均衡多个电池单元的电压。所述方法包括以下步骤：监测每个电池单元的电压和/或电流；基于监测到的需要均衡的受检电池单元的电压和/或电流计算受检电池单元的校正电压，其中校正电压取决于受检电池单元的内阻；从多个电池单元中确定受检电池单元；通过计算出的校正电压校正用于受检电池单元的均衡的目标电压；以及使单元平衡设备执行对受检电池单元的均衡，从而使监测的受检电池单元的电压达到校正后的目标电压。

从下文结合附图的描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，其中所述描述通过举例方式示出本发明的原理。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的框图；

图2A和图2B为解释了图1所示实施例的操作的示图；

图3A和图3B为比较了常规情况和本实施例的操作的示图；

图4为本实施例的具体电路图；

图5为流程图，示出由DSP执行的用于启动电池均衡的控制过程的第一示例；

图6为用于从电池单元的电压和电流确定该电池单元的内阻的映射数据的示例；