[发明专利]锂电池的均衡方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂电池的均衡方法、装置和系统。

背景技术

近年来，越来越多的产品采用锂电池作为主要电源，主要是由于锂电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点。

锂电池电源通常由多个锂电池电芯并联、串联起来，以满足设备所需电压和功率要求。在实际使用中，虽然锂电池中通过单电芯的电流相同，但即使是同批次同型号间的电芯，其容量、内阻及电压参数等也不完全一致。其容量不同，电芯的放电深度也会不同，容量大的会浅充浅放，而容量小的会过充过放，这就造成容量大的衰減缓慢、寿命延长，容量小的衰減加快、寿命缩短，两者之间的差异会越来越大。由于电芯间的差异，锂电池的容量只能达到最弱的电芯容量，而锂电池的使用寿命也取决于容量最小的单电芯，因此小容量电芯的失效会导致锂电池的提前失效。锂电池在日常长时间重复充电、放电使用中，电芯间的不一致性会越来越严重，锂电池容量越来越减小。这种单体电芯的个体差异在生产的过程中无法消除，故在锂电池的使用和充、放电过程中需要调节电池均衡。

现有技术中的锂电池均衡系统通过检测充、放电过程中电芯端电压作为是否启动均衡的条件，由于锂电池在充、放电过程中存在极化现象，电芯端电压与电芯的开路电压存在较大差异，均衡过程存在很大误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锂电池的均衡方法、装置和系统，利用电芯等效电路表征电芯充、放电过程中的极化特性，估算出电芯的开路电压，以减小均衡过程中存在的误差。

根据本发明的第一方面，提供一种锂电池的均衡方法，包括：

在具有多个串联电芯的锂电池的充、放电过程中，

检测电池充、放电电流和每个电芯的端电压；

根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压，估算每个电芯的开路电压，得到每个电芯的第一估计值；

根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量，得到每个电芯的第二估计值；

对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡；

对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡。

优选地，所述电芯等效电路包括电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容、欧姆内阻和理想电源，其中电芯的极化内阻、电芯的电池极化电容并联后与欧姆内阻和理想电源串联。

优选地，所述第一估计值根据以下公式计算：

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

其中，R0为欧姆内阻值，R1为电芯的极化内阻值，C1为电芯的极化电容值，Ocv为理想电源的开路电压值，Vc为电芯两端的端电压值，Urc为并联的极化内阻和极化电容两端的极化电压值，I为电池充、放电电流值，Urc(0)为极化电压初始值，t为极化时间，ζ＝R1*C1。

优选地，在所述第一估计值处于充、放电平台区时，所述第二估计值根据所述第一估计值通过安时积分法获得，所述安时积分法应用的初始时刻的剩余电量基于所述第一估计值和电池测试数据获得，所述电池测试数据通过对锂电池进行充、放电试验获得。

优选地，在所述第一估计值不处于充、放电平台区时，所述第二估计值基于所述第一估计值和所述电池测试数据获得。

优选地，所述第一条件包括：所述第二估计值与最小剩余电量的差值大于等于第一阈值，所述第二条件包括：所述第二估计值与所述最小剩余电量的差值小于第二阈值，

其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述最小剩余电量为所述每个电芯的第二估计值中的最小值。

优选地，所述第一条件还包括：所述第二估计值大于第三阈值。

根据本发明的第二方面，提供一种锂电池的均衡装置，所述锂电池包括多个串联的电芯，所述均衡装置包括：

检测模块，用于检测电池充、放电电流和锂电池中的每个电芯的端电压；

估算模块，用于根据电芯等效电路以及所述电池充、放电电流和所述每个电芯的端电压，估算每个电芯的开路电压，得到每个电芯的第一估计值，并根据所述每个电芯的第一估计值估算每个电芯的剩余电量，得到每个电芯的第二估计值；

均衡控制模块，用于对所述第二估计值满足第一条件的电芯开始进行均衡，对所述第二估计值满足第二条件的电芯停止均衡；

多个均衡电路，每个均衡电路与一个电芯并联，用于在均衡控制模块的控制下开始对所述一个电芯的均衡或停止对所述一个电芯的均衡。