一种电池均衡控制装置的设计

摘 要：主动均衡技术由于均衡准确度低而导致单体电池出现过补偿现象，采用电池均衡控制装置及方法，可以在在充放电过程中依据单体电池电压高低来判断是否对其均衡，引入了单体电池内阻值作为均衡判断的一个重要依据，通过装置检测单体电池的内阻，推算出电池容量，结合单体电池电压和放电电流，决定均衡策略。

关键词：电池均衡；补偿技术；控制装置

单体电池受限于电压和容量的限制，在实际应用时，常将多个单体电池进行串联或者并联，组成电池组。串联在电池组中的各个单体电池之间的充放电率以及容量存在不一致的问题，导致个别单体电池在充放电过程中会出现过充或者过放的现象，导致整个电池组过早的进入淘汰期，因此出现了被动均衡和主动均衡的技术。在充放电过程中依据单体电池电压高低来判断是否对其均衡，而实际上，单体电池的电压的高低并不能完全代表电池的剩余容量多少。放电过程中有个别单体电池电压虽然低，但其容量相对不低，如果按单体电压进行均衡，就会出现过补偿的现象。

1电池均衡控制装置技术方案

电池均衡控制装置由单片机控制单元、电池信息检测单元和双向功率输出单元构成，单片机控制单元与电池信息检测单元、双向功率输出单元分别连接。电池信息监测单元设有电压采集单元、电池组电流采集单元和单体电池内阻采集单元，电池信息监测单元还设有温度检测单元，单片机控制单元还连接有电源转换单元、电池组信息上传单元和参数存储单元。

2电池均衡控制装置的原理

电池均衡控制装置包括单片机控制单元，单片机控制单元与电池信息检测单元、双向功率输出单元、电源转换单元、电池组信息上传单元和参数存储单元分别连接。电池信息检测单元包括电压采集单元、电池组电流采集单元、单体电池内阻采集单元和温度检测单元。

电压采集單元，用于监测电池组电压和单体电池电压，为电池组均衡提供基本依据。电池组电流采集单元，用于监测电池组充放电电流，便于修正均衡系数。单体电池内阻采集单元，用于监测单体电池的交流内阻，便于进而计算出蓄电池的容量，进一步修正均衡系数。双向功率输出单元，用于实现电池组和单体电池之间的能量转换，完成电池组充放电均衡的功能。单片机控制单元，用于通过各采集单元获取电池组和单体电池的运行信息，将获取的信息经过运算处理，得到均衡输出策略；并控制双向功率输出单元输出相应的功率，实现单体电池的均衡。电源转换单元，用于从电池组两端取电，为整个系统提供所需求的电源。温度检测单元，用于监测电池组温度。电池组信息上传单元，用于通过GPRS模块或者有线网络，能够将电池组实时运行信息通过网络上传到用户终端，实现远程监控。参数存储单元，用于存储电池组和单体电池参数。

2电池均衡控制方法

电池组充满电后，定时采集单体电池内阻，需要计算容量，设定每隔十天，单片机控制单元控制单体电池内阻采集单元工作，依次获取电池组各个单体电池的内阻值，计算出各个单体电池的容量大小；单片机控制单元控制温度检测单元，检测电池组环境温度，得到一个容量修正系数，修正单体电池的容量值。单片机控制单元将这些信息存储于参数存储单元。

放电过程中，通过检测单体电池电压，计算电压均衡系数，单片机控制单元控制电压采集单元，获取电池组总电压值和各个单体电池电压值，计算得到电压均衡系数VKi=（Vi-V）/V，i=1，2，……，n；其中，i表示第几节电池，Vi为各个单体电池电压值，V为电池组平均电压。

计算容量均衡系数，结合电压均衡系数，计算放电均衡系数，单片机控制单元从参数存储单元获取各个单体电池的容量值作为容量均衡系数CKi（i=1，2，……，n），其中，i表示第几节电池。放电均衡系数BKi=Wv*VKi+Wc*CKi，i=1，2，……，n；其中，i表示第几节电池，Wv为电压均衡系数权重，Wc为容量均衡系数权重。电压均衡系数权重Wv和容量均衡系数权重Wc，通过以往该电池组放电均衡过程中的数据，不断的利用学习算法进行修正。

检测电池组放电电流值，根据均衡系数，计算出单体电池需要均衡的电流值，选出作为均衡对象的单体电池，单片机控制单元5控制电池组电流采集单元2，得到电池组放电电流Ii（i=1，2，……，n），i表示第几节电池。双向功率输出单元4应该输出的单体电池需要均衡的电流值Pi=BKi*Ii，i=1，2，……，n；如果Pi是负值，则记为0。

单片机控制单元5将Pi（i=1，2，……，n）按大小排序，并与Pi的平均值做对比，选取Pi大于平均值的单体电池作为均衡对象。

单片机控制单元控制对应的双向功率输出单元，输出数值为Pi大小的电流，本实施例引入了单体电池内阻值作为均衡判断的一个重要依据，通过检测单体电池的内阻，推算出电池容量，结合单体电池电压和放电电流，决定均衡策略；对某个单体电池是否开启均衡由该单体电池电压和内阻值决定，均衡强度的大小由该单体电池电压、内阻值及放电电流三个因素决定。对单体电池均衡的依据由单体电池电压和放电电流两个参数，转变单体电池电压、放电电流和电池内阻值三个参数，大大提高了放电均衡过程中均衡的准确度。利用本发明所提供的均衡方法、系统在相同条件下与常规均衡方法比较，可以使得电池充放电过程中的均衡程度提高10%，能够有效避免均衡过程中，单体电池在放电过程中过补偿的发生，实现了电池均衡的进一步的精细化。

3结论

引入了单体电池内阻值作为均衡判断的一个重要依据，通过装置检测单体电池的内阻，推算出电池容量，结合单体电池电压和放电电流，决定均衡策略；对某个单体电池是否开启均衡由该单体电池电压和内阻值决定，均衡强度的大小由该单体电池电压、内阻值及放电电流三个因素决定。对单体电池均衡的依据由单体电池电压和放电电流两个参数，转变单体电池电压、放电电流和电池内阻值三个参数，大大提高了放电均衡过程中均衡的准确度。本文所提供的均衡方法、系统在相同条件下与常规均衡方法比较，可以使得电池充放电过程中的均衡程度提高10%，能够有效避免均衡过程中，单体电池在放电过程中过补偿的发生，实现了电池均衡的进一步的精细化。

参考文献：

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[2]张斌，黄鹏超.基于不同工况下动力电池均衡技术的研究[J].现代制造技术与装备，2019（04）：119-121.

[3]邓涛，李志飞，李德才，罗俊林.电动汽车动力电池主动均衡控制研究[J].电源技术，2019，43（02）：297-300.

作者简介：

汤国威 汉 籍贯：山东省1978.12 本科 职称：中级

研究方向：电力电子技术及产品，电子技术及产品、电源技术及产品、光伏技术及产品、消防类电子产品技术、电气化自动化相关专业均可