动力电池组的均衡方法和电池管理系统与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种动力电池组的均衡方法和电池管理系统。


背景技术：

2.电池组是纯电动汽车唯一的动力来源，电池组是由小容量的单体电池通过串并联的方式组成的。由于材料的不完全一致以及生产条件的不完全一致，导致各个单体电池出厂后内阻存在差异，这种差异会导致电池组在充放电时，单体电池呈现容量差异，最终导致个别单体电池充电不能完全充满，放电不能完全放完。随着电池组的充放电次数增加，这种差异也会越来越明显，从而电池组的可充可放的容量会越来越小，导致汽车续航里程降低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种动力电池组的均衡方法，能够提高动力电池组中各单体电池的容量一致性，提高电动汽车的续航里程。
4.本发明的第二个目的在于提出一种电池管理系统。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种动力电池组的均衡方法，包括：
6.获取动力电池组的电池参数，并确定动力电池组的当前状态；
7.在动力电池组处于预约充电状态时，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡；
8.在动力电池组处于静止无预约状态或充电状态时，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡；
9.在动力电池组处于放电状态时，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡。
10.根据本发明实施例的动力电池组的均衡方法，通过获取动力电池组的电池参数，并确定动力电池组的当前状态，在动力电池组处于预约充电状态时，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡，在动力电池组处于静止无预约状态或充电状态时，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡，在动力电池组处于放电状态时，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡，从而使各个单体电池在下一个状态前保持较好的容量一致性，以提高提高汽车的续航里程。
11.根据本发明的一个实施例，动力电池组包括n个串联连接的单体电池，获取动力电池组的电池参数，包括：
12.获取动力电池组中每个单体电池的电池内阻、每个单体电池的单体电压、每个单体电池的单体电池剩余容量和动力电池组的电流；
13.根据电池内阻、单体电压和动力电池组的电流，计算每个单体电池的内阻消耗电
压和单体端电压，并根据每个单体电池的单体端电压计算单体最大电压、单体最小电压、单体电压差和平均电压，其中，单体电压差为单体最大电压和单体最小电压之间的电压差。
14.根据本发明的一个实施例，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡，包括：
15.根据每个单体电池的单体端电压和平均电压，获取至少一个待均衡单体电池，其中，待均衡电池为单体端电压与平均电压之间的差值大于等于第一预设值的单体电池；
16.分别获取待均衡单体电池对应的均衡时间；
17.根据均衡时间对相应的待均衡单体电池进行被动放电均衡；
18.其中，均衡时间根据以下公式计算：
[0019][0020]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vmin为单体最小电压，vmax为单体最大电压，socn为待均衡单体电池n的电池剩余容量。
[0021]
根据本发明的一个实施例，根据均衡时间对待均衡单体电池进行被动放电均衡后，还判断单体电压差是否小于第一预设值，若小于，则停止均衡。
[0022]
根据本发明的一个实施例，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡，包括：
[0023]
判断单体电压差是否大于第二预设值；
[0024]
若大于，则根据单体端电压与单体最小电压获取待均衡单体电池，其中，待均衡单体电池为单体端电压与单体最小电压之间的差值大于第二预设值的单体电池；
[0025]
分别获取待均衡单体电池对应的均衡时间；
[0026]
根据均衡时间对相应的待均衡单体电池进行被动放电均衡；
[0027]
其中，均衡时间根据以下公式计算：
[0028][0029]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vmin为单体最小电压，vmax为单体最大电压，socn为待均衡单体电池n的电池剩余容量。
[0030]
根据本发明的一个实施例，根据均衡时间对待均衡单体电池进行被动放电均衡后，还判断单体电压差是否小于第三预设值，若小于，则停止均衡。
[0031]
根据本发明的一个实施例，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡包括：
[0032]
判断单体电压差是否大于第四预设值；
[0033]
若大于，则获取单体最小电压对应的待均衡单体电池；
[0034]
获取待均衡单体电池对应的均衡时间；
[0035]
根据均衡时间对待均衡单体电池进行主动充电均衡；
[0036]
其中，均衡时间根据以下公式计算：
[0037][0038]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vdiff为单体电压差。
[0039]
根据本发明的一个实施例，根据均衡时间对待均衡单体电池进行主动充电均衡包括：
[0040]
根据单体电池的序号将单体电池分为奇数组单体电池和偶数组单体电池；
[0041]
根据均衡时间对奇数组单体电池或偶数组单体电池进行主动充电均衡。
[0042]
根据本发明的一个实施例，根据均衡时间对待均衡单体电池进行主动充电均衡后，还判断单体电压差是否小于第五预设值，若小于，则停止均衡。
[0043]
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电池管理系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的动力电池组的均衡程序，处理器执行动力电池组的均衡程序时，实现前述动力电池组的均衡方法。
[0044]
根据本发明实施例的电池管理系统，通过前述动力电池组的均衡方法，能够使动力电池组中各单体电池在下一状态之前保持较好的容量一致性，从而提高汽车的续航里程。并且，在主动充电均衡过程中，通过对动力电池组中的单体电池进行奇偶分组充电，可以降低主动均衡的成本。
[0045]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0046]
图1为根据本发明一个实施例的动力电池组的均衡方法的流程图；
[0047]
图2为根据本发明又一实施例的动力电池组的均衡方法的流程图；
[0048]
图3为根据本发明又一实施例的动力电池组的均衡方法的流程图；
[0049]
图4为根据本发明又一实施例的动力电池组的均衡方法的流程图；
[0050]
图5为根据本发明实施例的电池管理系统的结构框图。
具体实施方式
[0051]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0052]
下面参考附图描述本发明实施例提出的动力电池组的均衡方法和电池管理系统。
[0053]
电池管理系统用于对动力电池组进行实时监测，并根据监测结果对动力电池组进行动态均衡管理，对动力电池组在预约充电状态、充电状态和放电状态采取不同的均衡策略，以使动力电池组在下一个状态之前保持较好的容量一致性，从而提高提高电动汽车的续航里程。
[0054]
参考图1所示，图1为根据本发明一个实施例的动力电池组的均衡方法的流程图，该方法包括以下步骤：
[0055]
步骤s110，获取动力电池组的电池参数，并确定动力电池组的当前状态。
[0056]
电池管理系统包括采集模块，用于采集动力电池组的电池参数，并确定动力电池组的当前状态。本实施例中，动力电池组的当前状态可以包括静止未预约充电状态、预约充电状态、充电状态和放电状态。其中，当动力电池组当前无电流且未接收到预约充电信号时，为静止未预约状态；当动力电池组当前无电流通过且接收到预约充电信号时，为预约充电状态；当动力电池组中有电流通过时，可以通过检测动力电池组的电流方向判断动力电池组的当前处于充电状态或放电状态。
[0057]
步骤s130，在动力电池组处于预约充电状态时，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡。
[0058]
其中，被动均衡可以是通过电阻放电的方式对电量较高的单体电池进行放电均衡，从而使得充电前单体电池的剩余容量一致，以便充电时每个单体电池均能充满。
[0059]
步骤s150，在动力电池组处于静止无预约状态或充电状态时，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡。
[0060]
其中，在静止无预约状态或充电状态时，查找电量较高的单体电池，并对电量较高的单体电池进行放电均衡，使得充电后单体电池的容量一致。
[0061]
步骤s170，在动力电池组处于放电状态时，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡。
[0062]
本实施例中，可以通过查找电量较低的单体电池，并对电量较低的单体电池进行充电以进行主动均衡。
[0063]
上述实施例提供的动力电池组的均衡方法，通过获取动力电池组的电池参数，并确定动力电池组的当前状态，在动力电池组处于预约充电状态时，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡，在动力电池组处于静止无预约状态或充电状态时，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡，在动力电池组处于放电状态时，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡，从而使电池在下一个状态前保持较好的容量一致性，以提高提高汽车的续航里程。
[0064]
在其中一个实施例中，动力电池组包括n个串联连接的单体电池，获取动力电池组的电池参数包括：获取动力电池组中每个单体电池的电池内阻、每个单体电池的单体电压和每个单体电池的单体电池剩余容量和动力电池组的电流。根据电池内阻、单体电压和动力电池组的电流，计算每个单体电池的内阻消耗电压和单体端电压，根据每个单体电池的单体端电压计算单体最大电压、单体最小电压、单体电压差和平均电压，其中，单体电压差是单体最大电压和单体最小电压之间的电压差。
[0065]
具体来说，每个单体电池的电池内阻可预先存储于电池管理系统中，因此在需要时可读取预先存储的每个单体电池的电池内阻。电池管理系统的采集模块可包括分别与每个单体电池并联的多个电压采样电路，用于采集每个单体电池的单体电压。采集模块还用于采集流过动力电池组的电流。根据电池内阻和动力电池组的电流，可以获取每个单体电池的内阻消耗电压，其中，内阻消耗电压为相应单体电池的电池内阻与动力电池组的电流之积。单体电池的单体端电压为采集到的单体电压和内阻消耗电压之和。电池管理系统通过对每个单体电池的单体端电压进行比较获取其中的单体最大电压、单体最小电压，根据单体最大电压和单体最小电压获取两者的单体电压差，对每个单体电池的单体端电压求平均值获取平均电压。
[0066]
如图2所示，在其中一个实施例中，根据电池参数采取第一均衡策略对动力电池组进行被动均衡包括：
[0067]
步骤s131，根据每个单体电池的单体端电压和平均电压，获取至少一个待均衡单体电池，其中，待均衡单体电池为单体端电压与平均电压之间的差值大于等于第一预设值的单体电池。
[0068]
具体地，当动力电池组处于预约充电状态时，查找单体端电压与平均电压的差值大于等于第一预设值的单体电池，并对相应的单体电池进行被动均衡。本实施例中，第一预设值可以是5mv，令单体端电压为vcell，平均电压为vave，可以理解的是，每个单体电池均有其对应的序号，查找单体电池时，可通过获取其序号确定对应的单体电池，也即查找vcell-vave≧5mv的至少一个单体电池的序号n，并确定其为待均衡单体电池。
[0069]
步骤s133，分别获取待均衡单体电池对应的均衡时间。
[0070]
具体地，可以通过以下公式获取均衡时间：
[0071][0072]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vmin为单体最小电压，vmax为单体最大电压，socn为待均衡单体电池n的电池剩余容量。本实施例中，均衡时间tn可以设置为大于60s，且小于120s，以避免电池过放对电池造成损伤。
[0073]
步骤s135，根据均衡时间对相应的待均衡单体电池进行被动放电均衡。
[0074]
具体地，可以通过设置电阻放电电路，电阻放电电路分别与每个单体电池并联，且电阻放电电路上设置有开关，当需要对待均衡电池进行放电均衡时，将相应待均衡电池的电阻放电电路的开关闭合，以便通过电阻进行放电。
[0075]
进一步地，均衡时间结束后，停止放电均衡，并再次获取均衡后每个单体电池的单体端电压，根据单体端电压获取单体最大电压、单体最小电压，以及获取单体最大电压和单体最小电压之间的单体电压差，并判断该单体电压差是否小于第一预设值(例如5mv)，若单体电压差小于第一预设值，则停止放电均衡，若单体电压差大于或等于第一预设值，则根据第一次放电均衡后重新获取的电池参数对动力电池组再次进行放电均衡，直至单体电压差小于第一预设值。
[0076]
如图3所示，在其中一个实施例中，根据电池参数采取第二均衡策略对动力电池组进行被动均衡包括：
[0077]
步骤s151，判断单体电压差是否大于第二预设值。
[0078]
具体地，在静止无预约状态或充电状态下对动力电池组进行放电均衡前，先判断最小电压是否大于预设电压值，若最小电压小于等于预设电压值，则停止对单体电池进行放电均衡，以避免电池过放对电池造成损伤。
[0079]
当最小电压大于预设电压值时，判断单体电压差是否大于等于第二预设值，若单体电压差小于等于第二预设值，表明动力电池组中各单体电池的电量相差不大，可以不进行电量均衡。当单体电压差大于第二预设值时，则需要对动力电池组中电量较高的单体电池进行放电均衡，以便在充电结束后各单体电池的电量保持一致。
[0080]
步骤s153，若大于，则根据单体端电压和单体最小电压获取待均衡单体电池，其
中，待均衡单体电池为单体端电压与单体最小电压之间的差值大于第二预设值的单体电池。
[0081]
当单体电压差大于第二预设值时，根据单体端电压vcell与单体最小电压vmin获取待均衡单体电池，本实施例中，第二预设值可以是30mv，也即查找vcell-vmin》30mv的单体电池的序号，以获取待均衡单体电池。
[0082]
步骤s155，分别获取待均衡单体电池对应的均衡时间。
[0083]
具体地，可以通过一下公式获取均衡时间：
[0084][0085]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vmin为单体最小电压，vmax为单体最大电压，socn为待均衡单体电池n的电池剩余容量。本实施例中tn可以设置为大于20s，且小于100s，以免过放对电池造成损伤。
[0086]
步骤s157，根据均衡时间对相应的带均衡单体电池进行被动放电均衡。
[0087]
根据获取的均衡时间，对相应序号的单体电池进行放电均衡。类似地，可以通过设置电阻放电电路对待均衡单体电池进行放电均衡。
[0088]
进一步地，均衡时间结束后，停止放电均衡，并再次获取放电均衡后每个单体电池的单体端电压，根据单体端电压获取单体最大电压、单体最小电压，以及获取单体最大电压和单体最小电压之间的单体电压差，并判断该单体电压差是否小于第三预设值(例如15mv)，若单体电压差小于第三预设值，则停止放电均衡，若大于或等于第三预设值，则根据第一次放电均衡后重新获取的电池参数对动力电池组再次进行放电均衡，直至单体电压差小于第三预设值。
[0089]
如图4所示，在其中一个实施例中，根据电池参数采取第三均衡策略对动力电池组进行主动均衡包括：
[0090]
步骤s171，判断单体电压差是否大于第四预设值。
[0091]
当动力电池组处于放电状态时，可以对动力电池组进行主动充电均衡，首先，判断单体电压差是否大于第四预设值，若单体电压差小于等于第四预设值，表明动力电池中各单体电池的电量相差不大，可以不进行电量均衡。若单体电压差大于第四预设值，则需要对动力电池进行电量均衡。本实施例中，第四预设值可以是20mv。
[0092]
步骤s173，若大于，则获取单体最小电压对应的待均衡单体电池。
[0093]
当单体电压差大于第四预设值时，获取单体最小电压对应的单体电池，该单体电池即为待均衡单体电池。
[0094]
步骤s175，获取待均衡单体电池对应的均衡时间。
[0095]
具体地，可以通过以下公式计算均衡时间：
[0096][0097]
其中，n为待均衡单体电池的序号，且n为大于等于1且小于等于n的整数，tn为待均衡单体电池n的均衡时间，vdiff为单体电压差。
[0098]
步骤s177，根据均衡时间对待均衡单体电池进行主动充电均衡。
[0099]
可以理解的是，待均衡单体电池可以为多个。本实施例中，对待均衡单体电池进行主动充电均衡时，可以将单体电池根据电池序号进行奇偶分组，在当前的均衡过程中，可以先对奇数组(或偶数组)的待均衡单体电池进行充电均衡，在下一次均衡过程中，对偶数组(或奇数组)的待均衡单体电池进行充电均衡，从而可以降低均衡成本。
[0100]
进一步地，均衡时间结束后，停止充电均衡，并再次获取均衡后每个单体电池的单体端电压，根据单体端电压获取单体最大电压、单体最小电压，以及获取单体最大电压和单体最小电压之间的单体电压差，并判断该单体电压差是否小于第五预设值(例如10mv)，若单体电压差小于第五预设值，则停止充电均衡，若大于或等于第五预设值，则根据第一次放电均衡后重新获取的电池参数对动力电池组再次进行均衡，直至单体电压差小于第五预设值。
[0101]
上述实施例提供的动力电池组的均衡方法，通过对预约充电状态、静止未预约状态/充电状态、放电状态分别采取不同的均衡策略，以对动力电池进行动态均衡，使动力电池组中各单体电池在下一状态之前保持较好的容量一致性，从而提高汽车的续航里程。并且，在主动充电均衡过程中，通过对动力电池组中的单体电池进行奇偶分组充电，可以降低主动均衡的成本。
[0102]
如图5所示，本技术的又一实施例提供一种电池管理系统，包括存储器510、处理器520以及存储在存储器510上并可以在处理器520上运行的动力电池组的均衡程序530，处理器520执行动力电池组的均衡程序时，实现前述动力电池组的均衡方法。
[0103]
上述电池管理系统，通过前述动力电池组的均衡方法，能够使动力电池组中各单体电池在下一状态之前保持较好的容量一致性，从而提高汽车的续航里程。并且，在主动充电均衡过程中，通过对动力电池组中的单体电池进行奇偶分组充电，可以降低主动均衡的成本。
[0104]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0105]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场
可编程门阵列(fpga)等。
[0106]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0107]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0108]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0109]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。