一种电动汽车的动力电池均衡充电方法与流程

1.本发明属于电动汽车领域，涉及动力电池均衡技术，尤其是一种电动汽车的动力电池均衡充电方法。


背景技术：

2.随着电动汽车的普及，动力电池的使用也在与日俱增。单个电池很难满足电动汽车的要求，因此现有技术中一般将多个单体电池进行串联构成电池组或电池包，从而增大电池的整体容量，提高电动汽车的续航里程。由于电池组中的单体电池性能很难做到一致，大规模成组应用后电池离散性会严重影响电池的循环使用寿命，有效的均衡管理可以提高电池的循环使用寿命。
3.现有技术中一般将电池均衡技术分为两种，一种是被动均衡，一种是主动均衡。
4.被动均衡是在电池单体两端并联开关和放电电阻，通过将高电压的电池的电量以热能的方式消耗掉，从而实现均衡。但是这种均衡方法存在必然的不安全要素，并且不利于节能和环保，不适合大功率电池组。
5.主动均衡是将高电压电池的一些电量经过电能变换设备回送到电池电路或者直接转送到低电压电池中，用到的储能元件主要为电容或电感，经过电容或电感的反复充放电完成电池组内电池单体的电压均衡。虽然这种均衡方式提高了电能的利用率，但是在均衡的电能变换过程中依然会造成电能的消耗，并且这种均衡方式或是需要多个电能变换设备与单体电池并联，或是采用开关矩阵的方式使单个电能变换设备与多个电池单体连接，需许多导线将单个电能变换设备与多个电池单体连接，硬件成本过高，而由于均衡过程中需要对每个单体电池依次进行充放电，因此整个均衡过程所消耗的时间也很高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够减少电能变换设备以及导线使用的电动汽车的动力电池均衡充电方法。
7.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
8.一种电动汽车的动力电池均衡充电方法，将充电电源与n个串联的电池均衡单元正负极连接，为n个串联的电池均衡单元充电，每个电池均衡单元结构相同，均包括一个电池单体bi、第一均衡开关s1和第二均衡开关s2，电池单体bi与第一均衡开关s1串联后再与均衡开关s2并联；
9.均衡充电方法包括如下步骤：
10.步骤1、恒流充电阶段，使n个电池均衡单元中的第一均衡开关s1均闭合、第二均衡开关s2均断开，充电电源的充电电流为i1；
11.检测n个电池单体的电压，若存在某一电池单体电压ui>uref，则停止恒流充电，转入恒压充电，其中uref为电池单体的充电限制电压；
12.步骤2、恒压充电阶段，充电电源以nuref的电压为电池进行恒压充电，检测电池单
体bi的充电电流，若充电电流i<iref1，停止恒压充电，转入均衡充电；
13.步骤3、均衡充电阶段，对某一个电池单体bi单独进行恒压充电，此时该电池单体bi的电池均衡单元中的第一均衡开关s1闭合、第二均衡开关s2断开，其余电池均衡单元中的第一均衡开关s1断开、第二均衡开关s2闭合，其中电源的充电电压为uref，当检测到充电电流i<iref2，停止该电池的单独充电，执行其余电池单体的单独充电，直至n个电池单体bi均完成单独充电。
14.而且，所述充电电流i1为电池单体的额定充电电流。
15.而且，将第一均衡开关s1替换为二极管d。
16.而且，均衡充电阶段只对不满足i<iref2的电池单体bi进行单独的恒压充电。
17.而且，均衡充电阶段，充电电源以uref的充电电压对电池单体bi单独进行充电电流检测，若电池单体bi的充电电流i>iref2，则标记为需要均衡充电的电池单体，否则标记为不需要均衡充电的电池单体，执行其余电池单体的充电电流检测，直至完成该轮次检测的所有电池单体bi的标记，将不需要均衡充电的电池单体bi的电池均衡单元的第一均衡开关s1断开、第二均衡开关s2闭合，将需要均衡充电的电池单体的电池均衡单元的第一均衡开关s1闭合、第二均衡开关s2断开，电源进行恒压充电，当检测到充电电流i<iref2时，重复上述均衡操作，直至每一电池单体的的充电电流i<iref2。
18.而且，在均衡充电阶段第一轮检测时检测到需要均衡充电的电池单体的数量为m，不需要均衡充电的电池单体的数量为n
‑
m，充电电源以muref的电压进行恒压充电。
19.而且，在均衡充电阶段第k 1轮检测时只检测第k次检测的标记为需要均衡充电的电池单体。
20.本发明的优点和积极效果是：
21.1、本发明采用电池单体bi与第一均衡开关s1串联后再与均衡开关s2并联的均衡单元结构，因此无需多个电能变换设备，使其对应与单体电池进行并联，节省电能变换设备的数量，也无需许多导线将单个电能变换设备与多个电池单体连接，大大减少了导线的使用总长度，并且电路结构简单，均衡易于实现。
22.2、本发明通过电流阈值的设置，减少了充电时长。
23.3、本发明将第一均衡开关s1替换为二极管d，可进一步减少控制器件的使用，减少成本，同时降低控制的复杂程度。
24.4、本发明采用先检测标记后多个电池同时充电的均衡充电方法，相较于直接进行单独充电，大大提高了充电速率，减少了充电时间。
附图说明
25.图1为多个电池均衡单元的串联连接示意图。
26.图2为单个电池均衡单元的电路连接图。
27.图3为单个电池均衡单元的电路连接图(第一均衡开关s1替换为二极管d)。
具体实施方式
28.下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
29.一种电动汽车的动力电池均衡充电方法，包括充电电源和n个串联的电池均衡单元，充电电源与n个串联的电池均衡单元正负极连接，用于为n个串联的电池均衡单元充电，每个电池均衡单元结构相同，包括一个电池单体bi、第一均衡开关s1和第二均衡开关s2，电池单体bi与第一均衡开关s1串联后再与均衡开关s2并联。
30.均衡充电方法包括如下步骤：
31.步骤1、恒流充电阶段，n个电池均衡单元中的第一均衡开关s1均闭合、第二均衡开关s2均断开，充电电源的充电电流为i1，其中充电电流i1为电池单体的额定充电电流；
32.检测n个电池单体的电压，若存在电池单体电压ui>uref，停止恒流充电，转入恒压充电，其中uref为电池单体的充电限制电压；
33.步骤2、恒压充电阶段，充电电源以nuref的电压为动力电池进行恒压充电，检测电池的充电电流，若充电电流i<iref1，停止恒压充电，转入均衡充电；iref为充电截止电流。
34.由于本技术的电池单体为串联连接，在恒压阶段结束后，虽然串联电池组的充电电流i<iref1，但是由于各个电池单体的不均衡性，有的电池单体充电电流确实小于iref1，但是有的电池单体充电电流依然大于iref1，但是由于串联的缘故，整体表现为充电电流i<iref1，因此为实现电池单体的均衡，执行下面的均衡充电阶段。
35.步骤3、均衡充电阶段，对某一个电池单体bi单独进行充电，此时该电池单体bi的电池均衡单元中的第一均衡开关s1闭合、第二均衡开关s2断开，其余电均衡单元中的第一均衡开关s1断开、第二均衡开关s2闭合，其中电源的充电电压为uref，当检测到充电电流i<iref2，停止该电池的单独充电，并重复上述均衡操作，执行其余电池单体的单独充电，直至n个电池单体均完成单独充电；
36.充电结束，充电电源断开电源。
37.由于采用电池单体bi与第一均衡开关s1串联后再与均衡开关s2并联的均衡单元结构，因此无需多个电能变换设备，使其对应与单体电池进行并联，节省电能变换设备的数量，也无需许多导线将单个电能变换设备与多个电池单体连接，大大减少了导线的使用总长度，并且电路结构简单，均衡易于实现。
38.优选的，iref1＝iref2。
39.由上面的分析可知，在恒压阶段结束时，电池单体依然处于不均衡状态，然后接着进入均衡充电阶段，单独对每个电池单体进行恒压充电，直至充满。虽然在均衡充电阶段每个电池单体单独进行恒压充电，但是由于经历过恒压充电阶段，部分电池单体的充电电流已经满足i<iref1，因此实际上均衡充电阶段只是对部分充电电流不满足i<iref1的电池单体进行单独的恒压充电，而满足充电电流i<iref1的电池单体在进行检测后跳过，几乎不消耗时间。采用iref1>iref2，相较于采用iref1＝iref2，可以提高在恒压充电结束后提高满足充电电流i<iref2的电池单体的数量，从而减少在均衡充电阶段实际需要进行恒压充电的电池单体，减少了充电时长。
40.优选的，可以将第一均衡开关s1替换为二极管d，二极管d导通方向与充电电流方向相同。本领域技术人员公知开关器件，例如mos管、igbt，相较于二极管，价格较高，将第一均衡开关s1替换为二极管d，可进一步减少控制器件的使用，减少成本，并且在恒流充电阶段、恒压充电阶段和均衡充电阶段，仅需对第二均衡开关s2进行控制，降低控制的复杂程度。
41.优选的，为了提高充电速率，在均衡充电阶段，电源以uref的充电电压对电池单体bi单独进行充电电流检测，此时电池均衡单元i中的第一均衡开关s1闭合、第二均衡开关s2断开，其余电池均衡单元中的第一均衡开关s1断开、第二均衡开关s2闭合，若电池单体的充电电流i>iref2，则标记为需要均衡充电的电池单体，否则标记为不需要均衡充电的电池单体，执行其余电池单体的充电电流检测，直至完成该轮次检测的所有电池单体的标记，将不需要均衡充电的电池单体的电池均衡单元的第一均衡开关s1断开、第二均衡开关s2闭合，将需要均衡充电的电池单体的电池均衡单元的第一均衡开关s1闭合、第二均衡开关s2断开，电源进行恒压充电，当检测到充电电流i<iref2时，重复上述均衡操作，直至每一电池单体的的充电电流i<iref2。
42.上述均衡充电阶段先对电池单体进行检测和标记，筛选出可需要均衡充电的电池单体，然后同时对多个电池进行均衡充电，相较于直接进行单独充电的均衡充电阶段，大大提高了充电速率，减少了充电时间。
43.优选的，在均衡充电阶段第一轮检测时检测到需要均衡充电的电池单体的数量为m，不需要均衡充电的电池单体的数量为n
‑
m，电源以muref的电压进行恒压充电。
44.优选的，在均衡充电阶段第k 1轮检测时只检测第k次检测的标记为需要均衡充电的电池单体，从而减少需要检测和标记的电池单体的数量，从而提高检测效率。
45.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。