电化学装置及其放电方法、电池管理系统、用电设备与流程

1.本技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电化学装置及其放电方法、电池管理系统、用电设备。


背景技术：

2.用电设备在长期静置不使用的情况下，需要对用电设备中的电池进行放电以使电池的电压降低，避免因高电压存储造成安全事故。
3.目前，对电池进行放电的方式主要是在bms(battery management system，电池管理系统)中设置自放电电路，通过自放电电路实现对于电池的电能消耗。
4.但是，现有方式需要在bms中设置额外的硬件电路，会增大bms的面积，不利于bms的小型化，还会提高bms的制造成本。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种电化学装置放电方法、电池管理系统、电化学装置及用电设备，用以解决上述问题。
6.本技术实施例提供了一种电化学装置放电方法，包括：响应于所述电化学装置满足自放电条件，通过所述电化学装置中的电压均衡电路消耗所述电化学装置的电能；其中，所述自放电条件包括：所述电化学装置处于静置状态的时长超过第一时长，且所述电化学装置中至少一个电芯的电压大于或等于第一电压阈值，和/或所述电化学装置的soc大于或等于第一soc阈值。
7.在上述实现过程中，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，相比于通过设置自放电电路的方式，由于电压均衡电路是电化学装置中已有的、用于进行电化学装置中各电芯的电压均衡的电路，从而无需在bms中设置自放电电路，可以在实现对电化学装置放电的同时，避免增大bms的面积，利于bms的小型化，也不会提高bms的制造成本。
8.进一步地，所述方法还包括：根据所述电化学装置的工作状态判断所述电化学装置中电池管理系统是否进入休眠模式；其中所述电化学装置的工作状态包括：放电状态，充电状态和静置状态。
9.在上述实现方式中，电化学装置的电池管理系统可以进入休眠模式，从而可以避免电池管理系统一直处于唤醒状态，造成电化学装置的电能的无效消耗，防止电化学装置的电量因电池管理系统的消耗而跌破设置的警戒值。
10.进一步地，所述方法还包括：响应于所述电化学装置满足进入休眠模式的条件，所述电池管理系统按照第二时长间隔被唤醒；其中，所述电化学装置进入休眠模式的条件包括：所述电化学装置处于静置状态且超过第三时长。
11.在上述实现方式中，当电化学装置处于休眠模式时，电池管理系统按照第二时长间隔被定期唤醒，从而可以定期对电化学装置的状态进行检测，在兼顾电化学装置的电能
消耗的情况下，保证电化学装置的性能。
12.进一步地，所述方法还包括：所述电池管理系统被唤醒后，响应于所述电化学装置满足均衡条件，控制所述电化学装置启动均衡；所述均衡条件包括：所述电化学装置中电压最小的电芯与其他任意一个电芯之间的电压差大于第二电压阈值。
13.在上述实现方式中，在电池管理系统被唤醒后，若电化学装置满足均衡条件(即电化学装置中电压最小的电芯与其他任意一个电芯之间的电压差大于第二电压阈值)，即可控制电化学装置启动均衡，从而可以在兼顾电化学装置的电能消耗的情况下，保证电化学装置内的电压均衡性，避免因电压均衡性问题影响电化学装置的性能。
14.进一步地，所述方法还包括：所述电池管理系统被唤醒后，响应于所述电化学装置满足所述自放电条件且所述电化学装置不满足均衡条件，所述电化学装置通过电压均衡电路消耗所述电化学装置的电能。
15.在上述实现方式中，在电化学装置满足自放电条件且电化学装置不满足均衡条件时，通过电压均衡电路消耗所述电化学装置的电能，从而可以实现对于电压均衡电路的复用，在不影响电化学装置的均衡功能的情况下，利用电压均衡电路实现电化学装置的自放电。
16.进一步地，所述方法还包括：响应于所述电化学装置中所有电芯的电压小于第一电压阈值，和/或所述电化学装置的soc小于第一soc阈值，所述电化学装置停止自放电。
17.在上述实现方式中，在电化学装置中所有电芯的电压小于第一电压阈值时，和/或在电化学装置的soc小于第一soc阈值时，即表明电化学装置的电量满足在长期静置不使用的情况下的安全电量，从而可以停止自放电，为电化学装置恢复使用后保留电量。
18.本技术实施例还提供了一种电池管理系统，包括：微控制器；电压均衡电路，与所述微控制器电连接；所述微控制器还被配置为执行前述任一种的电化学装置放电方法。
19.进一步地，所述电压均衡电路的受控开关与所述微控制器电连接，且所述电压均衡电路还被配置为与所述电化学装置的电芯电连接；所述微控制器被配置为响应于所述电化学装置满足自放电条件向所述受控开关输出控制信号；所述受控开关被配置为响应于所述控制信号执行闭合操作，以使所述电压均衡电路与所连接的电芯形成回路。
20.在上述实现结构中，通过将电压均衡电路与电化学装置的电芯电连接，并将电压均衡电路的受控开关与微控制器电连接，这样即可通过控制受控开关，实现对于电压均衡电路与所连接的电芯之间的电路的通断控制，从而可以很容易地实现上述电化学装置放电方法。
21.进一步地，所述电池管理系统还包括：时钟模块，与所述微控制器电连接，或集成于所述微控制器内，被配置为响应于所述电化学装置满足进入休眠模式的条件，按照第二时长间隔唤醒所述微控制器。
22.本技术实施例还提供了一种电化学装置，包括：电芯，以及前述电池管理系统；所述电芯与所述电池管理系统的电压均衡电路电连接。
23.本技术实施例还提供了一种用电设备，包括前述电池管理系统，或包括前述电化学装置。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本技术实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；
26.图2为本技术实施例提供的一种较具体的电化学装置的结构示意图；
27.图3为本技术实施例提供的一种电化学装置放电方法的基本流程示意图；
28.图4为本技术实施例提供的一种示例出的电化学装置自放电控制流程示意图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
31.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
33.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定指代相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
34.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“电连接”可以是直接电性相连，也可以通过中间媒介间接电性相连。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技术实施例中的具体含义。
35.目前二次电池被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、无人机、电动汽车等用电设备中，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着二次电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
36.本发明人注意到，在许多场景下，配置有二次电池的电化学装置存在长期静置不使用的情况。而电化学装置在长期静置不使用的情况下，需要对电化学装置中的电池进行放电以使电池的电压降低，避免因高电压存储造成安全事故。而目前对电池进行放电的方式主要是在电池管理系统中设置自放电电路，通过自放电电路实现对于电池的电能消耗。但是自放电电路并非电池管理系统中的基本电路，需要额外进行设置，这就会增大电池管
理系统的面积，不利于电池管理系统的小型化，还会提高电池管理系统的制造成本。
37.为此，本技术实施例中，发明人提出了一种电化学装置放电方法以及可以执行上述电化学装置放电方法的电池管理系统，通过使用电池管理系统中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，从而实现在不额外设置自放电电路的情况下，满足电化学装置的自放电需求。
38.为便于理解本技术实施例的方案，下面先对本技术实施例提供的电池管理系统进行介绍。
39.请参见图1所示，电池管理系统包括有微控制器和电压均衡电路。微控制器与电压均衡电路电连接，且微控制器被配置为执行本技术实施例所提供的电化学装置放电方法。
40.可以理解，如图2所示，电压均衡电路中可以具有受控开关，且微控制器与受控开关电连接。此外，电压均衡电路还被配置为与电化学装置的电芯电连接。从而，微控制器被配置为响应于电化学装置满足自放电条件向受控开关输出控制信号，使得受控开关响应于该控制信号执行闭合操作，使得电压均衡电路与所连接的电芯形成回路，实现对于电芯中电能的消耗。
41.还可以理解，在电池管理系统中，电压均衡电路可以有多条，每条电压均衡电路分别与一个电芯电连接，从而可以通过闭合不同的电压均衡电路，实现对于不同的电芯电量的消耗，从而实现电压均衡功能。
42.在本技术实施例中，微控制器可以是mcu(microcontroller unit)、单片机、微处理器等，但不作为限制。在本技术实施例中，受控开关可以是mos管、三极管、光耦合器等，但也不作为限制。
43.基于上述介绍，请继续参见图3所示，图3为本技术实施例中提供的可由上述电池管理系统执行的电化学装置放电方法的流程示意图，包括：
44.s301：响应于电化学装置满足自放电条件，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能。
45.其中，自放电条件包括：电化学装置处于静置状态的时长超过第一时长，且电化学装置中至少一个电芯的电压大于或等于第一电压阈值；和/或，电化学装置处于静置状态的时长超过第一时长，且电化学装置的soc大于或等于第一soc阈值。
46.可以理解，本技术实施例中的第一时长可以根据实际需求进行设置，例如可以设置为1天、5天、1周等，具体取值在本技术实施例中不做限制。
47.还可以理解，本技术实施例中的第一电压阈值可以设置为长期静置不使用的情况下，可以避免因高电压存储造成安全事故的电压值。本技术实施例中的第一soc阈值可以设置为长期静置不使用的情况下，可以避免因高电压存储造成安全事故的soc值。
48.在本技术实施例中，还可以响应于电化学装置中所有电芯的电压小于第一电压阈值，和/或电化学装置的soc小于第一soc阈值，控制电化学装置停止自放电。如此既可以避免因高电压存储造成安全事故，还可以为电化学装置的后续使用而保留一定的电能，且还可以避免因电化学装置中电能完全耗尽而影响电化学装置的性能。
49.在本技术实施例中，还可以响应于电化学装置满足均衡条件，通过电化学装置中的电压均衡电路控制电化学装置启动均衡。
50.在本技术实施例中，均衡条件可以包括电化学装置中电压最小的电芯与其他任意
一个电芯之间的电压差大于第二电压阈值。
51.可以理解，第二电压阈值可以根据需求进行设定。
52.在本技术实施例中，控制电化学装置启动均衡是指：
53.微控制器向电化学装置中的各第一电芯电连接的电压均衡电路的受控开关输出第一控制信号，以控制各第一电芯电连接的电压均衡电路导通，实现对各第一电芯的放电。
54.当某一第一电芯电压均衡退出条件后，则微控制器可以向该第一电芯电连接的电压均衡电路输出第二控制信号，以控制该第一电芯电连接的电压均衡电路断开，结束对该第一电芯的放电。
55.其中，第一电芯是指电化学装置中与第二电芯的电压差大于第二电压阈值的电芯，第二电芯是指电化学装置中电压最低的电芯。
56.在本技术实施例中，电压均衡退出条件可以包括以下至少之一：
57.第一电芯与第二电芯的电压差小于第三电压阈值；
58.第一电芯的温度高于温度阈值；
59.超过设定时长未向第一电芯电连接的电压均衡电路的受控开关输出第二控制信号。
60.其中，第三电压阈值可以根据需求进行设定。可选的，第三电压阈值可以等于第二电压阈值。温度阈值可以根据电化学装置的耐高温能力进行设定，例如可以设置为80摄氏度。
61.可以理解，在电化学装置既满足均衡条件，又满足自放电条件时，可以先控制电化学装置启动均衡。在电化学装置内的各电芯的电压均衡后，即在电化学装置不再满足均衡条件后，再通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，实现自放电。
62.也即，在本技术实施例中，可以先响应于电化学装置满足均衡条件，通过电化学装置中的电压均衡电路控制电化学装置启动均衡。在电化学装置不满足均衡条件后，再响应于电化学装置满足自放电条件且所述电化学装置不满足均衡条件，控制电化学装置通过电压均衡电路消耗电化学装置的电能。
63.此外，在电化学装置既满足均衡条件，又满足自放电条件时，也可以先控制电化学装置通过电压均衡电路进行自放电。在电化学装置停止自放电后(即电化学装置不再满足自放电条件后)，再通过电化学装置中的电压均衡电路控制电化学装置启动均衡。
64.也即，在本技术实施例中，也可以先响应于电化学装置满足自放电条件，控制电化学装置通过电压均衡电路消耗电化学装置的电能，进行自放电。在电化学装置停止自放电后，再响应于电化学装置不满足自放电条件且电化学装置满足均衡条件，通过电化学装置中的电压均衡电路控制电化学装置启动均衡。
65.可以理解，在本技术实施例中，可以根据电化学装置的工作状态判断电化学装置中电池管理系统是否需要进入休眠模式。其中，电化学装置的工作状态包括：放电状态，充电状态和静置状态。放电状态是指电化学装置连接有用电主体，并对用电主体放电的状态。充电状态是指电化学装置连接有充电设备，并接受充电设备充电的状态。静置状态是指电化学装置既未对用电主体放电，也未接受充电设备充电的状态。
66.可选的，在电化学装置处于静置状态并超过第三时长后，电化学装置的电池管理系统可进入休眠模式，以降低电池管理系统的运行所造成的电能消耗。在一些具体实现方
式中，第三时长可以是10秒，30秒，1分钟，2分钟。可以理解，上述时间只是对第三时长的列举，本技术对第三时长并不限于此。
67.在本技术实施例中，还可以响应于电化学装置满足进入休眠模式的条件，电池管理系统按照第二时长间隔被唤醒。也即，在电池管理系统进入休眠模式的第二时长间隔后，电池管理系统可以被唤醒。电池管理系统在被唤醒的状态下，可执行本技术实施例的上述电化学装置放电方法。即电池管理系统在被唤醒后，可响应于电化学装置满足自放电条件，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，也可响应于电化学装置满足均衡条件，控制电化学装置启动均衡。
68.还可以理解，在本技术实施例的一种可行实施方式中，电化学装置可以在确定满足进入休眠模式的条件后，在进入休眠模式前，先判断电化学装置是否满足自放电条件，以及电化学装置是否满足均衡条件。从而响应于电化学装置满足自放电条件，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，响应于电化学装置满足均衡条件，控制电化学装置启动均衡。在在电化学装置不满足自放电条件，且电化学装置也不满足均衡条件后，进入休眠模式，并重新在第二时长间隔后唤醒。
69.而在本技术实施例的一种可行实施方式中，电化学装置也可以是在被唤醒后先判断电化学装置是否满足自放电条件，以及电化学装置是否满足均衡条件。从而响应于电化学装置满足自放电条件，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，响应于电化学装置满足均衡条件，控制电化学装置启动均衡。在在电化学装置不满足自放电条件，且电化学装置也不满足均衡条件后，进入休眠模式。在电化学装置不满足自放电条件，且电化学装置也不满足均衡条件后，再重新判断电化学装置是否满足进入休眠模式的条件，在满足进入休眠模式的条件时，电池管理系统重新进入休眠模式，并重新在第二时长间隔后唤醒。
70.可以理解，以上两种实施方式仅是本实施例中示例出的两种实现方式，不作为本技术实施例的限制。事实上，本技术实施例也可以采用其他方式实施，例如，可以在进入休眠模式前，先判断电化学装置是否满足自放电条件，然后进入休眠模式。在被唤醒后，再判断电化学装置是否满足均衡条件，从而根据进入休眠模式前的判断结果和唤醒后的判断结果进行电化学装置的放电控制。
71.还可以理解，在本技术实施例的一种实施方式中，在某一次电池管理系统被唤醒后，若通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，使得电化学装置中所有电芯的电压小于第一电压阈值，和/或电化学装置的soc小于第一soc阈值，则在电池管理系统后续被唤醒时，可以不再进行电化学装置是否满足自放电条件的判断，从而节约后续电池管理系统被唤醒后产生的功耗开销。
72.为了实现电池管理系统按照第二时长间隔被唤醒，在本技术实施例的一种可选实施方式中，电池管理系统中还可以设置时钟模块，且时钟模块与微控制器电连接，或集成于微控制器内。从而通过将时钟模块配置为响应于电化学装置满足进入休眠模式的条件，按照第二时长间隔唤醒微控制器，实现对于电池管理系统的定时唤醒。
73.可以理解，时钟模块可以是rtc(real_time clock，实时时钟)电路实现，但不作为限制。
74.下面，为便于理解本技术实施例的方案，以一个具体的实现过程为例，对本技术实
施例的方案进行示例说明。
75.参见图4所示，假设电化学装置处于静置状态。
76.s401：检测电化学装置被唤醒后处于静置状态的时长是否超过第三时长。若未超过，重新执行步骤s401。若超过，进入步骤s402。
77.s402：判断电化学装置是否满足自放电条件。若满足，转至步骤s403；否则，结束自放电控制流程，电池管理系统进入休眠状态。
78.具体而言，可以判断电化学装置处于静置状态的时长是否超过第一时长，并判断电化学装置中是否存在至少一个电芯的电压大于或等于第一电压阈值，以及判断电化学装置的soc是否大于或等于第一soc阈值。
79.若电化学装置处于静置状态的时长超过第一时长，且电化学装置中存在至少一个电芯的电压大于或等于第一电压阈值，或者若电化学装置处于静置状态的时长超过第一时长，且电化学装置的soc大于或等于第一soc阈值，则确定电化学装置满足自放电条件。否则，确定电化学装置不满足自放电条件。
80.s403：电池管理系统进入休眠状态。
81.电池管理系统进入休眠状态后，微控制器不进行工作，从而有效节省电池管理系统的电能开销。
82.s404：rtc按照第二时长间隔唤醒电池管理系统。
83.s405：判断电化学装置是否满足均衡条件。若满足，转至步骤s406。否则，转至步骤s407。
84.电池管理系统被唤醒后，可以判断电化学装置中电压最小的电芯与其他任意一个电芯之间的电压差是否大于第二电压阈值。若是，则确定电化学装置满足均衡条件。否则，确定电化学装置不满足均衡条件。
85.s406：控制电化学装置启动均衡，改善电池一致性。
86.在本技术实施例中，可以将电化学装置中与电压最小的电芯之间的电压差大于第二电压阈值的那部分电芯作为需要进行电压均衡的第一电芯。通过向电化学装置中的各第一电芯电连接的电压均衡电路的受控开关输出第一控制信号，以控制各第一电芯电连接的电压均衡电路导通，实现对各第一电芯的放电。
87.针对每一个第一电芯，当该第一电芯的电压与第二电芯(即前述电化学装置中的电压最小的电芯)之间的电压差小于第二电压阈值的电芯后，则微控制器可以向该第一电芯电连接的电压均衡电路输出第二控制信号，以控制该第一电芯电连接的电压均衡电路断开，结束对该第一电芯的放电。
88.这样，当每一个第一电芯电连接的电压均衡电路均断开后，电化学装置均衡结束。
89.在电化学装置均衡结束后，可以重新转至步骤s405。
90.s407：开启自放电均衡模式。
91.在自放电均衡模式下，电池管理系统通过控制电化学装置中的电压均衡电路导通，从而消耗电化学装置的电能，实现对于电化学装置的自放电。
92.s408：判断自放电均衡模式关闭条件是否达成。若达成，则关闭自放电均衡模式，停止自放电，结束自放电控制流程。若未达成，则保持自放电均衡模式处于开启状态。
93.可以理解，自放电均衡模式关闭条件可包括：电化学装置中所有电芯的电压小于
第一电压阈值，和/或电化学装置的soc小于第一soc阈值。
94.本技术实施例的方案，通过电化学装置中的电压均衡电路消耗电化学装置的电能，相比于通过设置自放电电路的方式，由于电压均衡电路是电化学装置中已有的，用于进行电化学装置中各电芯的电压均衡的电路，从而无需在电池管理系统中设置自放电电路，可以在实现对电化学装置放电的同时，避免增大电池管理系统的面积，利于电池管理系统的小型化，也不会提高电池管理系统的制造成本。
95.基于同一发明构思，本技术实施例中还提供了一种电化学装置，包括电芯以及本技术实施例提供的电池管理系统，且电芯与电池管理系统的电压均衡电路电连接，从而电池管理系统可以执行上述电化学装置放电方法，实现对电芯的自放电管理与控制。
96.可以理解，本技术实施例中所述的电化学装置可以是电池包或者其他含有电芯以及电池管理系统在内的电化学结构。
97.还可以理解，在本技术实施例中，电芯可以是但不限于锂电池电芯。
98.基于同一发明构思，本技术实施例中还提供了一种用电设备，包括前述电池管理系统，或包括前述电化学装置。
99.可以理解，用电设备还可以具有用电主体，电化学装置的电芯可以为用电主体供电。
100.还可以理解，本技术实施例提供用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、无人机、电动两轮车(如电瓶车、电动自行车等)、电动摩托车、电动三轮车、电动汽车、轮船等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等。
101.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。