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一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统

更新时间:2024-07-01
一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统 专利申请类型:发明专利;
地区:广东-广州;
源自:广州高价值专利检索信息库;

专利名称:一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202110921183.0

专利申请(专利权)人:广东工业大学
权利人地址:广东省广州市越秀区东风东路729号大院

专利发明(设计)人:曾睿,刘庆,陈晓敏,李镇杰,严浩鹏,谭显凯

专利摘要:本发明公开了一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统,应用于电池切换组件,电池切换组件与电池检测组件通信连接,电池检测组件与锂电池组连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,方法包括:获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略,从而以最小损耗阈值均衡各个锂电池的损耗,有效延长并联锂电池组的使用寿命。

主权利要求:
1.一种并联型锂电池损耗均衡方法,其特征在于,应用于电池切换组件,所述电池切换组件与电池检测组件通信连接,所述电池检测组件与锂电池组连接,所述锂电池组包括多个并联的锂电池,所述方法包括:获取所述电池检测组件从每个所述锂电池所采集的电能数据;
根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息;
计算任意两个所述锂电池对应的所述电量占比信息的比值作为损耗差异值;
基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;
根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略;
所述电能数据包括所述锂电池在预设的放电时间的输出电压、所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值;放电时间指的是锂电池一次放电过程所设定的时间,所述根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息的步骤,包括:根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值;
采用所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值,计算所述电池检测组件对应的采样电流;
计算所述采样电流在所述放电时间的积分值作为所述锂电池的释放电量;
根据所述释放电量与各个所述剩余电量占比差值的比值,分别确定各个所述锂电池对应的电量占比信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电池切换组件还与电池管理组件通信连接,所述方法还包括:当生成所述目标充电策略,且接收到输入电压时,通过所述电池管理组件将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压进行充电;
当检测到所述锂电池组放电时,通过所述电池管理组件按照所述目标放电策略将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述输出电压包括所述锂电池在所述放电时间前的第一电压和所述锂电池在所述放电时间后的第二电压;所述根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值的步骤,包括:根据各个所述第一电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述第一电压对应的第一剩余电量占比;
根据各个所述第二电压查询所述电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述第二电压对应的第二剩余电量占比;
计算所述第一剩余电量占比与所述第二剩余电量占比的差值作为各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值的步骤,包括:分别计算每个所述锂电池对应的所述第二电压与所述第一电压的差值,作为电压下降值;
比较全部所述电压下降值,选取最小的电压下降值作为目标电压下降值;
采用预设的最小损耗阈值计算公式结合所述目标电压下降值和所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;
所述最小损耗阈值计算公式为:
其中,α′为所述最小损耗阈值,U′为所述量化误差,ΔU为所述目标电压下降值。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电池切换组件包括与每个所述锂电池连接的电池阀;所述根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略的步骤,包括:若所述损耗差异值超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀逐个对所述锂电池进行充电;
将目标放电策略确定为按照所述损耗差异值的排序,通过所述电池阀逐一对所述锂电池进行放电作为目标放电策略;
若所述损耗差异值不超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行充电;
将目标放电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行放电。
6.一种并联型锂电池损耗均衡装置,其特征在于,应用于电池切换组件,所述电池切换组件与电池检测组件通信连接,所述电池检测组件与锂电池组连接,所述锂电池组包括多个并联的锂电池,所述装置包括:电能数据获取模块,用于获取所述电池检测组件从每个所述锂电池所采集的电能数据;
电量占比查询模块,用于根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息;
损耗差异值确定模块,用于计算任意两个所述锂电池对应的所述电量占比信息的比值作为损耗差异值;
最小损耗阈值确定模块,用于基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;
目标策略生成模块,用于根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略;
所述电能数据包括所述锂电池在预设的放电时间的输出电压、所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值;放电时间指的是锂电池一次放电过程所设定的时间,所述电量占比查询模块包括:剩余电量占比差值确定子模块,用于根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值;
采样电流计算子模块,用于采用所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值,计算所述电池检测组件对应的采样电流;
释放电量确定子模块,用于计算所述采样电流在所述放电时间的积分值作为所述锂电池的释放电量;
电量占比信息生成子模块,用于根据所述释放电量与各个所述剩余电量占比差值的比值,分别确定各个所述锂电池对应的电量占比信息。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述电池切换组件还与电池管理组件通信连接,所述装置还包括:充电模块,用于当生成所述目标充电策略,且接收到输入电压时,通过所述电池管理组件将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压进行充电;
放电模块,用于当检测到所述锂电池组放电时,通过所述电池管理组件按照所述目标放电策略将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。
8.一种并联型锂电池损耗均衡系统,其特征在于,包括依次连接的电池检测组件、电池切换组件和电池管理组件;
所述电池检测组件,用于采集预设的锂电池组内各个锂电池对应的电能数据,并上传至所述电池切换组件;
所述电池切换组件,用于根据各个所述电能数据和所述电池检测组件对应的量化误差,结合预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定最小损耗阈值和任意两个所述锂电池之间的损耗差异值;并基于所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略;
所述电池管理组件,用于当所述电池切换组件执行所述目标充电策略时,将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压;当所述电池切换组件执行所述目标放电策略时,将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出;
所述电能数据包括所述锂电池在预设的放电时间的输出电压、所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值;放电时间指的是锂电池一次放电过程所设定的时间,所述根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息的步骤,包括:根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值;
采用所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值,计算所述电池检测组件对应的采样电流;
计算所述采样电流在所述放电时间的积分值作为所述锂电池的释放电量;
根据所述释放电量与各个所述剩余电量占比差值的比值,分别确定各个所述锂电池对应的电量占比信息。 说明书 : 一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统技术领域[0001] 本发明涉及电池损耗均衡技术领域,尤其涉及一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统。背景技术[0002] 随着近年来快充技术不断发展,快充功率不断上升,充电速度越来越快。随之而来的是电池充电电流越来越大,与此同时,电池寿命的衰减也会随着充电电流、充放电次数等因素不断加快。[0003] 常用的电池例如锂离子电池或锂聚合物电池,以下简称锂电池。其在每次充放电都会产生一定的损耗,产生损耗的原因有很多,如充电次数,放电深度,充电截止电压,使用温度,充电速度等等,随着损耗的增加,锂电池的容量逐渐变小。由于存在锂电池损耗,也就存在着电池寿命的定义:当电池的损耗超过40%,即该锂电池容量不足60%时,认为该锂电池寿命终止。[0004] 为此,现有技术中通常是通过每组锂电池串联隔离二极管后再并联输出,以防止多路锂电池互相干扰。但并联锂电池组的电池损耗由于所包含的锂电池的物理特性影响,容易出现锂电池损耗不一致的情况,最终甚至出现某一块锂电池寿命终止报废,而其它锂电池却依旧接近崭新的情况,这块报废的锂电池还会加速其它电池的损耗,导致整个并联锂电池组的使用寿命减少。发明内容[0005] 本发明提供了一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统,解决了现有技术中的并联型锂电池组由于所包含的锂电池损耗不一致,导致并联锂电池组使用寿命减少的技术问题。[0006] 本发明第一方面提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法,应用于电池切换组件,所述电池切换组件与电池检测组件通信连接,所述电池检测组件与锂电池组连接,所述锂电池组包括多个并联的锂电池,所述方法包括:[0007] 获取所述电池检测组件从每个所述锂电池所采集的电能数据;[0008] 根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息;[0009] 计算任意两个所述锂电池对应的所述电量占比信息的比值作为损耗差异值;[0010] 基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0011] 根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。[0012] 可选地,所述电池切换组件还与电池管理组件通信连接,所述方法还包括:[0013] 当生成所述目标充电策略,且接收到输入电压时,通过所述电池管理组件将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压进行充电;[0014] 当检测到所述锂电池组放电时,通过所述电池管理组件按照所述目标放电策略将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0015] 可选地,所述电能数据包括所述锂电池在预设的放电时间的输出电压、所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值;所述根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息的步骤,包括:[0016] 根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值;[0017] 采用所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值,计算所述电池检测组件对应的采样电流;[0018] 计算所述采样电流在所述放电时间的积分值作为所述锂电池的释放电量;[0019] 根据所述释放电量与各个所述剩余电量占比差值的比值,分别确定各个所述锂电池对应的电量占比信息。[0020] 可选地,所述输出电压包括所述锂电池在所述放电时间前的第一电压和所述锂电池在所述放电时间后的第二电压;所述根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值的步骤,包括:[0021] 根据各个所述第一电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述第一电压对应的第一剩余电量占比;[0022] 根据各个所述第二电压查询所述电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述第二电压对应的第二剩余电量占比;[0023] 计算所述第一剩余电量占比与所述第二剩余电量占比的差值作为各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值。[0024] 可选地,所述基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值的步骤,包括:[0025] 分别计算每个所述锂电池对应的所述第二电压与所述第一电压的差值,作为电压下降值;[0026] 比较全部所述电压下降值,选取最小的电压下降值作为目标电压下降值;[0027] 采用预设的最小损耗阈值计算公式结合所述目标电压下降值和所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0028] 所述最小损耗阈值计算公式为:[0029][0030] 其中,α′为所述最小损耗阈值,U′为所述量化误差,ΔU为所述目标电压下降值。[0031] 可选地,所述电池切换组件包括与每个所述锂电池连接的电池阀;所述根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略的步骤,包括:[0032] 若所述损耗差异值超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀逐个对所述锂电池进行充电;[0033] 将目标放电策略确定为按照所述损耗差异值的排序,通过所述电池阀逐一对所述锂电池进行放电作为目标放电策略;[0034] 若所述损耗差异值不超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行充电;[0035] 将目标放电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行放电。[0036] 本发明第二方面提供了一种并联型锂电池损耗均衡装置,应用于电池切换组件,所述电池切换组件与电池检测组件通信连接,所述电池检测组件与锂电池组连接,所述锂电池组包括多个并联的锂电池,所述装置包括:[0037] 电能数据获取模块,用于获取所述电池检测组件从每个所述锂电池所采集的电能数据;[0038] 电量占比查询模块,用于根据各个所述电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各所述锂电池对应的电量占比信息;[0039] 损耗差异值确定模块,用于计算任意两个所述锂电池对应的所述电量占比信息的比值作为损耗差异值;[0040] 最小损耗阈值确定模块,用于基于各个所述电能数据的比较结果以及所述电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0041] 目标策略生成模块,用于根据所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。[0042] 可选地,所述电池切换组件还与电池管理组件通信连接,所述装置还包括:[0043] 充电模块,用于当生成所述目标充电策略,且接收到输入电压时,通过所述电池管理组件将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压进行充电;[0044] 放电模块,用于当检测到所述锂电池组放电时,通过所述电池管理组件按照所述目标放电策略将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0045] 可选地,所述电能数据包括所述锂电池在预设的放电时间的输出电压、所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值;所述电量占比查询模块包括:[0046] 剩余电量占比差值确定子模块,用于根据所述输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个所述锂电池对应的剩余电量占比差值;[0047] 采样电流计算子模块,用于采用所述电池检测组件的采样电阻电压和所述电池检测组件的采样电阻阻值,计算所述电池检测组件对应的采样电流;[0048] 释放电量确定子模块,用于计算所述采样电流在所述放电时间的积分值作为所述锂电池的释放电量;[0049] 电量占比信息生成子模块,用于根据所述释放电量与各个所述剩余电量占比差值的比值,分别确定各个所述锂电池对应的电量占比信息。[0050] 本发明还提供了一种并联型锂电池损耗均衡系统,包括依次连接的电池检测组件、电池切换组件和电池管理组件;[0051] 所述电池检测组件,用于采集预设的锂电池组内各个锂电池对应的电能数据,并上传至所述电池切换组件;[0052] 所述电池切换组件,用于根据各个所述电能数据和所述电池检测组件对应的量化误差,结合预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定最小损耗阈值和任意两个所述锂电池之间的损耗差异值;并基于所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略;[0053] 所述电池管理组件,用于当所述电池切换组件执行所述目标充电策略时,将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压;当所述电池切换组件执行所述目标放电策略时,将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0054] 从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:[0055] 本发明通过电池切换组件获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。从而解决现有技术中的并联型锂电池组由于所包含的锂电池损耗不一致,导致并联锂电池组使用寿命减少的技术问题,根据最小损耗阈值的方式均衡各个锂电池的损耗,有效延长并联锂电池组的使用寿命。附图说明[0056] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。[0057] 图1为本发明实施例一提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法的步骤流程图;[0058] 图2为本发明实施例二提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法的步骤流程图;[0059] 图3为本发明实施例的一种电池阀的结构示意图;[0060] 图4为本发明实施例三提供的一种并联型锂电池损耗均衡系统的结构框图;[0061] 图5为本发明实施例中的电池检测组件的电路结构图;[0062] 图6为本发明实施例中的一种电池管理组件的电路结构图;[0063] 图7为本发明实施例四提供的一种并联型锂电池损耗均衡装置的结构框图。具体实施方式[0064] 本发明实施例提供了一种并联型锂电池损耗均衡方法、装置和系统,用于解决现有技术中的并联型锂电池组由于所包含的锂电池损耗不一致,导致并联锂电池组使用寿命减少的技术问题。[0065] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。[0066] 请参阅图1,图1为本发明实施例一提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法的步骤流程图。[0067] 本发明提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法,应用于电池切换组件,电池切换组件与电池检测组件通信连接,电池检测组件与锂电池组连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,方法包括以下步骤:[0068] 步骤101,获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;[0069] 本发明实施例中电能数据指的是电池检测组件通过采样电阻采集到的锂电池的输出电压,以及采样电阻两端电压及其阻值。[0070] 在本发明实施例中,电池切换组件与电池检测组件通信连接,电池检测组件与锂电池组连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,通过电池检测组件内的采样电阻对每个锂电池的输出电压进行检测,以获取到每个锂电池的输出电压,结合采样电阻两端的电压及其阻值等电能数据,为后续最小损耗阈值和电力占比信息的计算提供数据基础。[0071] 步骤102,根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;[0072] 本发明实施例中的电量占比信息指的是锂电池在经过相同的放电时间释放等同的释放电量后,锂电池剩余电量占总容量的比例的减少量。[0073] 在本发明实施例中,在得到电能数据后,依据电能数据中的放电时间前后的输出电压,分别查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,以确定放电时间前后的剩余电量占比差值;再通过电能数据中的采样电阻两端的电压及其阻值计算放电时间内的采样电流,对其积分得到释放电量;通过各个锂电池均相同的释放电量和剩余电量占比差值的比值,确定各个锂电池对应的电量占比信息。[0074] 步骤103,计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;[0075] 在具体实现中,高损耗的锂电池比低损耗的锂电池的使用寿命更短,且在同时充放电的过程中,会进一步影响低损耗的锂电池的使用寿命,进而导致整个锂电池组的使用寿命降低。[0076] 为此,可以计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值,以确定任意两个锂电池之间的使用寿命的差异,反映了任意两个锂电池之间的损耗差异情况,从而得到任意两个锂电池之间所对应的损耗差异值。[0077] 步骤104,基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0078] 本发明实施例中的量化误差指的是电池检测组件在进行电压采集时,由于硬件误差或软件代码的影响所导致的最大固定值误差。[0079] 由于锂电池组是由多个锂电池组成的,最小损耗阈值需要通过全部电能数据的结合比较,以获取到损耗程度最高的电能数据所对应的最小损耗阈值,以此为准调整充放电策略,保证整体锂电池组的损耗情况一致。[0080] 为此,当电池切换组件获取到电池检测组件采集的电能数据后,通过比较各个电能数据中的各个锂电池的输出电压,基于比较结果选取输出电压在放电时间内下降最小值,结合电池检测组件所对应的量化误差进行计算,得到最小损耗阈值。[0081] 步骤105,根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。[0082] 在得到任两个锂电池之间的损耗差异值后,可以分别比较各个损耗差异值与最小损耗阈值,若是损耗差异值没有超过最小损耗阈值,则表明此时各个锂电池的损耗相近,此时可以直接进行正常的充放电,也就是相同电压的锂电池可以同时充放电,不同电压的锂电池需等其他锂电池充电或放电至相同电压时,才可以开始与其他锂电池同时进行充放电。若是任一损耗差异值超过了最小损耗阈值,则表明此时某一锂电池出现了损耗过大的情况,此时可以通过电池切换组件所包括的电池阀对其该锂电池组进行充放电的策略控制。[0083] 例如,在充电阶段,通过电池阀关闭对损耗较高的锂电池的充电,优先为损耗较低的锂电池进行充电;在放电阶段,可以通过电池阀优先启动损耗较低的锂电池,以平衡锂电池之间损耗,延长锂电池组的使用寿命。[0084] 在本发明实施例中,通过电池切换组件获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。从而解决现有技术中的并联型锂电池组由于所包含的锂电池损耗不一致,导致并联锂电池组使用寿命减少的技术问题,根据最小损耗阈值的方式均衡各个锂电池的损耗,有效延长并联锂电池组的使用寿命。[0085] 请参阅图2,图2为本发明实施例二提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法的步骤流程图。[0086] 本发明提供的一种并联型锂电池损耗均衡方法,应用于电池切换组件,电池切换组件分别与电池检测组件以及电池管理组件通信连接,电池检测组件与锂电池组连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,方法包括以下步骤:[0087] 步骤201,获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;[0088] 本发明实施例中电能数据指的是电池检测组件通过采样电阻采集到的锂电池的输出电压,以及采样电阻两端电压及其阻值。[0089] 本发明实施例中的电池检测组件指的是能够检测各个锂电池电压和电流参数的电路,具体可以包括采样电阻和ADC模块,通过采样电阻检测各个锂电池的输出电压以及采样电阻两端的电压和采样电阻阻值。[0090] 在本发明实施例中,电池切换组件与电池检测组件通信连接,电池检测组件与锂电池组连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,通过电池检测组件内的采样电阻对每个锂电池的输出电压进行检测,以获取到每个锂电池的输出电压,结合采样电阻两端的电压及其阻值等电能数据,为后续最小损耗阈值和电力占比信息的计算提供数据基础。[0091] 步骤202,根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;[0092] 可选地,电能数据包括锂电池在预设的放电时间的输出电压、电池检测组件的采样电阻电压和电池检测组件的采样电阻阻值;步骤202可以包括以下子步骤:[0093] S11、根据输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个锂电池对应的剩余电量占比差值;[0094] 在本发明实施例中,由于锂电池的物理特性影响,当锂电池出现损耗后,总容量会出现下降,而当锂电池剩余电量占电池总容量的比例不变时,损耗出现前后的锂电池电压相等。随着锂电池剩余电量占比的不断变化,锂电池的电压也出现固定的变化。此时可以根据输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,以此确定各个锂电池在不同的输出电压对应的剩余电量占比差值。[0095] 进一步地,输出电压包括锂电池在放电时间前的第一电压和锂电池在放电时间后的第二电压,步骤S11可以包括以下子步骤:[0096] 根据各个第一电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个第一电压对应的第一剩余电量占比;[0097] 根据各个第二电压查询电压‑剩余电量占比关系表,确定各个第二电压对应的第二剩余电量占比;[0098] 计算第一剩余电量占比与第二剩余电量占比的差值作为各个锂电池对应的剩余电量占比差值。[0099] 在本发明实施中,放电时间指的是锂电池一次放电过程所设定的时间。通过电池切换组件根据锂电池在放电时间前的第一电压查询电压‑剩余电量占比关系表,以确定第一电压对应的第一剩余电量占比;基于锂电池在放电时间后的第二电压查询电压‑剩余电量占比关系表,确定第二电压对应的第二剩余电量占比。[0100] 在具体实现中,电压与剩余电量占比之间的关系可以通过预先测试锂电池对应的电压和电量占比曲线,通过计算机拟合方式构建该曲线对应的函数关系式,例如:[0101] 其中x为剩余电量占比x%,计算结果f(x)为电压(单位:V):[0102] f(x)=a0+a1×cos(x×w)+b1×sin(x×w)+a2×cos(2×x×w)+b2×sin(2×x×w)+a3×cos(3×x×w)+b3×sin(3×x×w)+a4×cos(4×x×w)+b4×sin(4×x×w)+a5×cos(5×x×w)+b5×sin(5×x×w)+a6×cos(6×x×w)+b6×sin(6×x×w)+a7×cos(7×x×w)+b7×sin(7×x×w)+a8×cos(8×x×w)+b8×sin(8×x×w)[0103] 其中:a0=‑1.215×109、a1=1×109、b1=4.107×109、a2=3.759×109、b2=‑9 9 8 9 93.565×10 、a3=‑4.204×10、b3=4.427×10 、a4=2.105×10、b4=1.156×10 、a5=‑8 8 7 8 74.432×10 、b5=‑8.489×10、a6=‑2.483×10、b6=2.57×10、a7=2.635×10 、b7=‑7 6 63.339×10、a8=‑3.07×10、b8=1.067×10、w=0.01069。[0104] 需要说明的是,电压与剩余电量占比之间的关系并不是一个绝对固定的函数,它由所使用的锂电池内部固有的各种因素影响,每个锂电池的该关系相对固定,但不同生产商生产的锂电池在该关系式上会有不同。[0105] 在获取到第一剩余电量占比和第二剩余电量占比后,可以计算两个剩余电量占比的差值,以此确定各个锂电池在放电时间前后的剩余电量占比差值。[0106] S12、采用电池检测组件的采样电阻电压和电池检测组件的采样电阻阻值,计算电池检测组件对应的采样电流;[0107] S13、计算采样电流在放电时间的积分值作为锂电池的释放电量;[0108] 在本发明实施例中,由于锂电池在放电过程中经过采样电阻,为准确检测每个锂电池在放电时间内的释放电量,可以通过电池切换组件采用电池检测组件的采样电阻电压和采样电阻阻值,以此计算电池检测组件对应的采样电流。再采用采用电流在放电时间内的积分值确定为锂电池的释放电量Q:[0109][0110] 其中,tn为放电时间,i为采样电流。[0111] S14、根据释放电量与各个剩余电量占比差值的比值,分别确定各个锂电池对应的电量占比信息。[0112] 在本发明实施例中,当计算得到剩余电量占比差值和多个释放电量后,由于锂电池损耗的差异,不同的锂电池在释放出同样的释放电量后,剩余电量占比会随着电压的变化而变化,此时可以计算释放电量和各个剩余电量占比差值的比值,分别确定各个锂电池对应的电量占比信息。[0113] 例如,某一锂电池A的电池最高容量为Q1,电压由U1下降至U2时,释放电量为ΔQ,锂电池剩余电量占总容量比例减少量为Δρ1;另一锂电池B的电池最高容量为Q2(Q2[0114][0115] 同理得:[0116][0117] 其中,Δρ1为锂电池A从由U1下降至U2后的剩余电量占比差值。[0118] 步骤203,计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;[0119] 在本发明的一个示例中,损耗差异情况可以通过任一两个锂电池的电流占比信息的比值进行计算。[0120] 具体地,任意两个锂电池的损耗差异值由α表示:[0121][0122] 步骤204,基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0123] 可选地,步骤204可以包括以下子步骤:[0124] 分别计算每个锂电池对应的第二电压与第一电压的差值,作为电压下降值;[0125] 比较全部电压下降值,选取最小的电压下降值作为目标电压下降值;[0126] 采用预设的最小损耗阈值计算公式结合目标电压下降值和电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0127] 最小损耗阈值计算公式为:[0128][0129] 其中,α′为最小损耗阈值,U′为量化误差,ΔU为目标电压下降值。[0130] 在本发明实施例中,通过电池切换组件分别计算每个锂电池对应的第二电压和第一电压之间的差值作为电压下降值,而由于电池检测组件在测量电压时会引入量化误差,此时可以通过比较全部电压下降值,选取最小的电压下降值作为目标电压下降值,再采用预设的最小损耗阈值计算公式结合目标电压下降值和电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值。[0131] 需要说明的是,最小损耗阈值仅是本发明实施例中的损耗阈值中设定的最小值,在具体实现中,可根据实际的损耗情况,设定较最小损耗阈值更大的损耗阈值,本发明实施例对其具体的数值并不限制。[0132] 步骤205,根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。[0133] 在本发明的一个示例中,电池切换组件包括与每个锂电池连接的电池阀,步骤205可以包括以下子步骤:[0134] 若所述损耗差异值超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀逐个对所述锂电池进行充电;[0135] 将目标放电策略确定为按照所述损耗差异值的排序,通过所述电池阀逐一对所述锂电池进行放电作为目标放电策略;[0136] 若所述损耗差异值不超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行充电;[0137] 将目标放电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行放电。[0138] 在具体实现的充电阶段,若任意两个锂电池之间的损耗差异值超过最小损耗阈值,则所有电池由对应电池阀控制分开充电,即某电池充满后才切换下一块锂电池进行充电,反复进行放电和该充电过程后,在不更换原锂电池的情况下,原来损耗不相等的电池,损耗将变得一致;若任意两个锂电池之间的损耗差异值不超过最小损耗阈值,则认为损耗一致,那么此时由电源对所有电压相等的锂电池同时充电,电压不相等的锂电池单独充电或等其他锂电池充至相等电压后再同时充电。在放电阶段,先比较任意两个锂电池之间的损耗差异值,当这个差异超过某一最小损耗阈值时,则切换损耗较小的锂电池进行工作,即优先放电,其余锂电池则不进行放电,该电池电量耗尽后切换损耗程度较次的锂电池进行放电,以此类推。[0139] 请参阅图3,图3示出了本发明实施例的一种电池阀的结构示意图。[0140] 在本发明实施例中,通过响应来自电池切换组件中的微处理器的指令,控制由N‑MOS三极管的通闭,以链接至电池检测组件内的采样电阻,进而实现对锂电池的使用控制。[0141] 步骤206,当生成目标充电策略,且接收到输入电压时,通过电池管理组件将输入电压转换为锂电池组对应的电池电压进行充电;[0142] 步骤207,当检测到锂电池组放电时,通过电池管理组件按照目标放电策略将电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0143] 在本发明实施例中的电池管理组件指的是用于对锂电池进行充电和放电过程中,对输入电压或稳定输出电压进行转换后进行充电或放电的组件。[0144] 在具体实现中,当生成目标充电策略后,若是接收到输入电压,则通过电池管理组件将输入电压转换为锂电池组对应的电池电压进行充电;若是检测到锂电池放电时,通过电池管理组件按照目标放电测量将电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0145] 例如,在充电时将5V输入电压降至4.2V稳定电压对锂电池组充电,并保证每个锂电池至少获得1A电流,即充电功率至少为4.2V乘1A乘锂电池数量。放电时将4.2V至3.68V的锂电池电压转换成5V稳定电压输出。[0146] 在本发明实施例中,通过电池切换组件获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。从而解决现有技术中的并联型锂电池组由于所包含的锂电池损耗不一致,导致并联锂电池组使用寿命减少的技术问题,根据最小损耗阈值的方式均衡各个锂电池的损耗,有效延长并联锂电池组的使用寿命。[0147] 请参阅图4,图4示出了本发明实施例三提供的一种并联型锂电池损耗均衡系统的结构框图。[0148] 本发明实施例提供的一种并联型锂电池损耗均衡系统,包括依次连接的电池检测组件401、电池切换组件402和电池管理组件403;[0149] 所述电池检测组件401,用于采集预设的锂电池组内各个锂电池对应的电能数据,并上传至所述电池切换组件;[0150] 所述电池切换组件402,用于根据各个所述电能数据和所述电池检测组件对应的量化误差,结合预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定最小损耗阈值和任意两个所述锂电池之间的损耗差异值;并基于所述损耗差异值与所述最小损耗阈值的比较结果,生成所述锂电池组的目标充电策略和目标放电策略;[0151] 所述电池管理组件403,用于当所述电池切换组件执行所述目标充电策略时,将所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压;当所述电池切换组件执行所述目标放电策略时,将所述电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0152] 在本发明实施例中,电池检测组件连接由多个锂电池构建的锂电池组,通过电池检测组件内的ADC模块和采样电阻获取到各个锂电池对应的电能数据并上传至电池切换组件。[0153] 请参阅图5,图5为本发明实施例中的电池检测组件的电路结构图。[0154] 在本发明的一个示例中,通过电池检测组件内的模拟开关CD4052选择锂电池组中的某个锂电池,该锂电池的原始电压数据经过运算放大器放大后,由ADC对该锂电池进行检测得到计算所需数据并送至微控制器,微控制器经计算得到采样电流及该锂电池电量变化,CD4052所选择的锂电池号由微控制器控制。通过计算所得数据,微控制器确定锂电池组的目标放电策略与目标充电策略,同时直接控制各个锂电池放电阀实现上述策略。[0155] 具体的,CD4052通过9,10引脚在“接微控制器处”连接微处理器,并以此受微处理器控制,通过微处理器控制CD4052的开关导通信号,每次只选通一个锂电池,由“接ADC处”连接好的ADC芯片或利用微处理器上固有的ADC检测功能进行测量,以得到电能数据上传至电池切换组件中的微处理器。[0156] 请参阅图6,图6为本发明实施例中的一种电池管理组件的电路结构图。[0157] 通过电池管理组件连接充电器与用电器,当所述电池切换组件执行所述目标充电策略时,将充电器输入的所述输入电压转换为所述锂电池组对应的电池电压进行充电;当所述电池切换组件执行所述目标放电策略时,将所述电池电压转换为稳定输出电压输出至用电器,以供用电器进行使用。[0158] 需要说明的是,电池管理组件内同样可以连接各个锂电池放电阀,以控制不同的锂电池的充放电。[0159] 请参阅图7,图7为本发明实施例四提供的一种并联型锂电池损耗均衡装置的结构框图。[0160] 本发明实施例提供了一种并联型锂电池损耗均衡装置,应用于电池切换组件,电池切换组件701与电池检测组件702通信连接,电池检测组件与锂电池组703连接,锂电池组包括多个并联的锂电池,装置包括:[0161] 电能数据获取模块7011,用于获取电池检测组件从每个锂电池所采集的电能数据;[0162] 电量占比查询模块7012,用于根据各个电能数据和预设的电压‑剩余电量占比关系表,分别确定各锂电池对应的电量占比信息;[0163] 损耗差异值确定模块7013,用于计算任意两个锂电池对应的电量占比信息的比值作为损耗差异值;[0164] 最小损耗阈值确定模块7014,用于基于各个电能数据的比较结果以及电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0165] 目标策略生成模块7015,用于根据损耗差异值与最小损耗阈值的比较结果,生成锂电池组的目标充电策略和目标放电策略。[0166] 可选地,电池切换组件还与电池管理组件通信连接,装置还包括:[0167] 充电模块,用于当生成目标充电策略,且接收到输入电压时,通过电池管理组件将输入电压转换为锂电池组对应的电池电压进行充电;[0168] 放电模块,用于当检测到锂电池组放电时,通过电池管理组件按照目标放电策略将电池电压转换为稳定输出电压进行输出。[0169] 可选地,电能数据包括锂电池在预设的放电时间的输出电压、电池检测组件的采样电阻电压和电池检测组件的采样电阻阻值;电量占比查询模块7012包括:[0170] 剩余电量占比差值确定子模块,用于根据输出电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个锂电池对应的剩余电量占比差值;[0171] 采样电流计算子模块,用于采用电池检测组件的采样电阻电压和电池检测组件的采样电阻阻值,计算电池检测组件对应的采样电流;[0172] 释放电量确定子模块,用于计算采样电流在放电时间的积分值作为锂电池的释放电量;[0173] 电量占比信息生成子模块,用于根据释放电量与各个剩余电量占比差值的比值,分别确定各个锂电池对应的电量占比信息。[0174] 可选地,输出电压包括锂电池在放电时间前的第一电压和锂电池在放电时间后的第二电压;剩余电量占比差值确定子模块具体用于:[0175] 根据各个第一电压查询预设的电压‑剩余电量占比关系表,确定各个第一电压对应的第一剩余电量占比;[0176] 根据各个第二电压查询电压‑剩余电量占比关系表,确定各个第二电压对应的第二剩余电量占比;[0177] 计算第一剩余电量占比与第二剩余电量占比的差值作为各个锂电池对应的剩余电量占比差值。[0178] 可选地,最小损耗阈值确定模块7014,包括:电压下降值计算子模块,用于分别计算每个锂电池对应的第二电压与第一电的差值,作为电压下降值;电压下降值比较子模块,用于比较全部电压下降值,选取最小的电压下降值作为目标电压下降值;最小损耗阈值计算子模块,用于采用预设的最小损耗阈值计算公式结合目标电压下降值和电池检测组件对应的量化误差,确定最小损耗阈值;[0179] 最小损耗阈值计算公式为:[0180][0181] 其中,α′为最小损耗阈值,U′为量化误差,ΔU为目标电压下降值。[0182] 可选地,电池切换组件包括与每个锂电池连接的电池阀;目标策略生成模块7015包括:[0183] 第一充电策略子模块,用于若所述损耗差异值超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀逐个对所述锂电池进行充电;[0184] 第一放电策略确定子模块,用于将目标放电策略确定为按照所述损耗差异值的排序,通过所述电池阀逐一对所述锂电池进行放电作为目标放电策略;[0185] 第二充电策略子模块,用于若所述损耗差异值不超过所述最小损耗阈值,则将目标充电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行充电;[0186] 第二放电策略确定子模块,用于将目标放电策略确定为通过所述电池阀对全部所述锂电池进行放电。[0187] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置、模块和子模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。[0188] 在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。[0189] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0190] 以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区:广东

专利申请日期:2021-08-11

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN113572238B

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