CN107947288A - 电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统，其中，方法包括：测量电池组中单体电池的物理参数；根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。本发明可以针对性地同时给多个电池组补电，均衡速度快，均衡组合灵活，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性。

Description

电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及电动汽车电池组电量均衡方法，具体来说就是一种电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统(BMS)。

背景技术

随着资源、环境问题的日益突出，以车载蓄电池为动力的电动汽车得到越来越广泛的应用。车载蓄电池一般由多个单体电池串联组成一个电池模块，再由多个电池模块串联得到电动汽车的供电系统。由于单体电池制造过程中性能的分散性和使用过程中电池组(电池模块或供电系统)内部环境的非均匀性等原因，单体电池存在不一致性。由于单体电池的不一致性，整个电池组的性能受到最弱单体电池的限制。例如，电池组放电时，当最弱的一节单体电池达到最低电压时，电池组必须停止放电来保护该节单体电池，此时，电池组内还存在电量没有耗尽的单体电池；同理，电池组充电时，最先达到最高电压的单体电池阻碍其它单体电池继续充电，使得整个电池组不能得到完全充分充电；而且，如此循环多次后，单体电池之间的不一致性会加剧，最终使整个电池组的可用容量降低。

单体电池的不一致性不仅会降低电池组的使用寿命，影响电动汽车的性能，而且还可能产生大量的热量引起电池燃烧或爆炸。因此，减轻或避免单体电池在使用过程中出现的差异，既能最大限度地发挥电池的效率、延长电池的使用寿命，还能增加电动汽车的续航里程，促进行电动汽车的发展。

目前，电池组中单体电池电量的均衡主要分为被动均衡和主动均衡。被动均衡是将电量高的单体电池的电量通过电阻转换成热量消耗掉，达到单体电池均衡的目的。这种方式易于实现、成本低，主要应用于小容量、低功率的电池组。但是，被动均衡应用于电动汽车之类的大容量电池组时，均衡时产生大量热量的同时，会降低电池组的充电效率。主动均衡是通过合理转移单体电池的电能，即将电量高的单体电池的电量转移给电量低的单体电池，实现单体电池之间电量的均衡，主动均衡理论上只是转移电能，不产生或者很少产生热量。但是，主动均衡的电能转移电路的设计难度大、成本高昂，均衡效率低下。

因此，本领域技术人员亟需研发出一种结构简单、成本低廉、快速、高效，且适应于电动汽车电池的电池管理系统。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统，解决了现有技术不能简单、高效地均衡电动汽车电池电量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种电池功率均衡控制方法，包括：测量电池组中单体电池的物理参数；根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。

本发明的具体实施方式还提供一种电池功率均衡控制装置，包括：测量单元，用于测量电池组中单体电池的物理参数；处理器，与所述测量单元连接，用于根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；均衡通路选择单元，与所述处理器连接，用于根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；功率均衡单元，与所述均衡通路选择单元，用于根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。

本发明的具体实施方式还提供一种用于电动汽车的电池管理系统，包括：电池功率均衡控制装置、与所述电池功率均衡控制装置连接的GPS设备，以及与所述GPS设备连接的远端服务器。其中，所述电池功率均衡控制装置用于对电动汽车的电池进行功率均衡；所述GPS设备用于所述电池功率均衡控制装置与所述远端服务器进行通信；所述远端服务器用于远程管理电池的功率均衡。

根据本发明的上述具体实施方式可知，电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统(BMS)至少具有以下有益效果：电池管理系统主要包括状态显示器、均衡控制装置和GPS(全球定位系统)设备。其中，电池功率均衡控制装置主要包括测量单元、处理器、功率均衡单元、均衡通路选择单元、电池防接反单元和逆变斩波单元。均衡控制装置对多个电池组进行电量均衡，状态显示器显示电池组的各种状态参数，GPS设备与远端服务器进行通信。本发明可以针对性地同时给多个电池组补电，可以快速对低电量单体电池进行补电，均衡速度快，均衡组合灵活，可控性高，能量损耗小，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性，实现成本低；利用电池防接反单元防止电池组中的单体电池错接，有效避免了施工维修失误造成的各种事故；利用逆变斩波单元可以对单体电池进行修复，修复单体电池极板表面的硫化层；另外，可以对均衡充电的功率(充电电流)进行精确控制，均衡更精确，可以实现更复杂的均衡控制。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例一的流程图；

图2为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例二的流程图；

图3为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例三的流程图；

图4为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例一的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例二的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例三的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例一的组成图；

图8为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例二的组成图；

图9为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例三的组成图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例一的流程图，如图1所示，根据单体电池的物理参数计算各电池组的剩余电量，再根据剩余电量选择均衡通路，最后根据电池模组的工作状态调整均衡通路对应电池组的均衡功率。

该附图所示的具体实施方式中，电池功率均衡控制方法包括：

步骤101：测量电池组中单体电池的物理参数。其中，电池组由多个单体电池组成，电池模组又由多个电池组组成。本发明的具体实施例中，物理参数具体包括电压、电池和温度等。

步骤102：根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量。其中，根据单体电池的电压和电流等信息能够计算出各电池组的剩余电量。

步骤103：根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应。本发明的具体实施例中，一条均衡通路对应一组电池组，至少存在一组电池组不需要进行电量均衡。

步骤104：根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。本发明的具体实施例中，对于每个均衡通路，各单体电池会根据自身电压的不同获得不同的补电电流，电压越低的单体电池获得的补电电流越高，从而实现电池电量均衡。工作状态具体包括无充放电状态、放电状态和充电状态等。

参见图1，可以同时给多个电池组补电，可以快速对低电量单体电池进行补电，均衡速度快，均衡组合灵活，可控性高，能量损耗小，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性，实现成本低；可以对均衡充电的功率(充电电流)进行精确控制，均衡更精确，可以实现更复杂的均衡控制。

图2为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例二的流程图，如图2所示，根据单体电池的电压值，可以判断电池组中的单体电池是否错接。

该附图所示的具体实施方式中，步骤101之后，该方法还包括：

步骤101-1：根据所述物理参数判断电池组中的单体电池是否错接。

参见图2，根据电池组中单体电池的物理参数判断电池组中的单体电池是否错接，电池组中的单体电池错接包括单体电池的正负极接反、不同参数的单体电池混接等。其中，不同参数的单体电池混接会导致电池模组中的电池组不一致，例如，12V电池组中出现个别8V电池组，防止电池组中单体电池的错接，有效避免了施工维修失误造成的各种事故。

图3为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制方法的实施例三的流程图，如图3所示，根据电池模组的工作状态判断电池组的未使用时间，根据判断结果对电池组进行去硫化处理。

该附图所示的具体实施方式中，步骤104之后，该方法包括：

步骤105：根据所述工作状态对电池组进行去硫化处理。其中，电池模组的工作状态具体包括无充放电状态、放电状态和充电状态等。去硫化处理是消除铅蓄电池极板硫化的一种排故性方法。

本发明的具体实施例中，步骤105具体包括：根据所述工作状态判断电池组的未使用时间；根据判断结果对电池组进行去硫化处理。

参见图3，通过对电池组进行去硫化处理，可以延长电池组的使用寿命，保持电池模组的充放电性能。

图4为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例一的结构示意图，如图4所示的装置可以应用到图1～图3所示的方法中，根据单体电池的物理参数计算各电池组的剩余电量，再根据剩余电量选择均衡通路，最后根据电池模组的工作状态调整均衡通路对应电池组的均衡功率。

该附图所示的具体实施方式中，电池功率均衡控制装置包括测量单元1、处理器2、均衡通路选择单元3和功率均衡单元4。其中，测量单元1用于测量电池组中单体电池的物理参数；处理器2与所述测量单元连接，处理器2用于根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；均衡通路选择单元3与所述处理器连接，均衡通路选择单元3用于根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；功率均衡单元4与所述均衡通路选择单元3连接，功率均衡单元4用于根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。本发明的具体实施例中，所述测量单元1具体包括电压测量模块、电流测量模块和温度测量模块。

参见图4，可以同时给多个电池组补电，可以快速对低电量单体电池进行补电，均衡速度快，均衡组合灵活，可控性高，能量损耗小，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性，实现成本低；可以对均衡充电的功率(充电电流)进行精确控制，均衡更精确，可以实现更复杂的均衡控制。

图5为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例二的结构示意图，如图5所示，根据单体电池的电压值，电池防接反单元可以判断电池组中单体电池是否错接。

该附图所示的具体实施方式中，电池功率均衡控制装置还包括电池防接反单元5，其中，电池防接反单元5与所述处理器2连接，电池防接反单元5用于根据所述物理参数判断单体电池中的单体电池是否错接。

参见图5，根据电池组中单体电池的物理参数判断电池组中的单体电池是否错接，电池组中的单体电池错接包括单体电池的正负极接反、不同参数的单体电池混接等。其中，不同参数的单体电池混接会导致电池模组中的电池组不一致，例如，12V电池组中出现个别8V电池组，防止电池组中单体电池的错接，有效避免了施工维修失误造成的各种事故。

图6为本发明具体实施方式提供的一种电池功率均衡控制装置的实施例三的结构示意图，如图6所示，根据电池模组的工作状态判断电池组的未使用时间，根据判断结果对电池组进行去硫化处理。

该附图所示的具体实施方式中，电池功率均衡控制装置还包括逆变斩波单元6，其中，逆变斩波单元6与所述处理器2连接，逆变斩波单元6用于对电池组进行去硫化处理。本发明的具体实施例中，逆变斩波单元6具体包括判断模块和去硫化处理模块。其中，判断模块用于根据所述工作状态判断电池组的未使用时间；去硫化处理模块用于根据判断结果对电池组进行去硫化处理。

参见图6，通过逆变斩波单元对电池组进行去硫化处理，可以延长电池组的使用寿命，保持电池模组的充放电性能。

图7为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例一的组成图，如图7所示，电池功率均衡控制装置可以对电动汽车的电池进行功率均衡；电池功率均衡控制装置通过GPS设备与所述远端服务器通信；远端服务器远程管理电池的功率均衡。

该附图所示的具体实施方式中，该电池管理系统包括：电池功率均衡控制装置10、与所述电池功率均衡控制装置10连接的GPS设备20，以及与所述GPS设备20连接的远端服务器30。其中，所述电池功率均衡控制装置10用于对电动汽车的电池进行功率均衡；所述GPS设备20用于所述电池功率均衡控制装置10与所述远端服务器30进行通信；所述远端服务器30用于远程管理电池的功率均衡。

本发明的具体实施例中，电池功率均衡控制装置10包括测量单元1、处理器2、均衡通路选择单元3、功率均衡单元4、电池防接反单元5和逆变斩波单元6。其中，测量单元1用于测量电池组中单体电池的物理参数；处理器2与所述测量单元连接，处理器2用于根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；均衡通路选择单元3与所述处理器连接，均衡通路选择单元3用于根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；功率均衡单元4与所述均衡通路选择单元3连接，功率均衡单元4用于根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成；电池防接反单元5与所述处理器2连接，电池防接反单元5用于根据所述物理参数判断单体电池中的单体电池是否错接；逆变斩波单元6与所述处理器2连接，逆变斩波单元6用于对电池组进行去硫化处理。

参见图7，本发明可以针对性地同时给多个电池组补电，可以快速对低电量单体电池进行补电，均衡速度快，均衡组合灵活，可控性高，能量损耗小，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性，实现成本低；利用电池防接反单元防止电池组中的单体电池错接，有效避免了施工维修失误造成的各种事故；利用逆变斩波单元可以对单体电池进行修复，修复单体电池极板表面的硫化层；还可以对均衡充电的功率(充电电流)进行精确控制，均衡更精确，可以实现更复杂的均衡控制。

图8为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例二的组成图，如图8所示，电池管理系统还包括状态显示器，状态显示器可以显示电池组的物理参数。

该附图所示的具体实施方式中，用于电动汽车的电池管理系统还包括状态显示器40，其中，状态显示器40与所述电池功率均衡控制装置10连接，状态显示器40用于显示电池组的物理参数。

参见图8，状态显示器可以显示电池组的物理参数，便于用户观看，给用户直观体验，同时也方便用户手动进行电池功率均衡。

图9为本发明具体实施方式提供的一种用于电动汽车的电池管理系统的实施例三的组成图，参见图9，专门的电源给电池功率均衡控制装置供电，保证电池功率均衡的正常进行。

该附图所示的具体实施方式中，该电池管理系统还包括电源50，其中，电源50与所述电池功率均衡控制装置10连接，电源50用于给电池功率均衡控制装置10供电。

参见图9，专门的电源给电池功率均衡控制装置供电，电源给电池功率均衡控制装置的工作状态不受电池组功率均衡的影响，

本发明的具体实施例提供一种电池功率均衡控制方法及装置、电池管理系统(BMS)，电池管理系统主要包括状态显示器、均衡控制装置和GPS(全球定位系统)设备。其中，电池功率均衡控制装置主要包括测量单元、处理器、功率均衡单元、均衡通路选择单元、电池防接反单元和逆变斩波单元。均衡控制装置对多个电池组进行电量均衡，状态显示器显示电池组的各种状态参数，电池功率均衡控制装置通过GPS设备与远端服务器进行通信。本发明可以针对性地同时给多个电池组补电，可以快速对低电量单体电池进行补电，均衡速度快，均衡组合灵活，可控性高，能量损耗小，能量利用率高，并且不依赖变压器的一致性，实现成本低；利用电池防接反单元防止电池组中的单体电池错接，有效避免了施工维修失误造成的各种事故；利用逆变斩波单元可以对单体电池进行修复，修复单体电池极板表面的硫化层；可以对均衡充电的功率(充电电流)进行精确控制，均衡更精确，可以实现更复杂的均衡控制。

上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)中执行上述方法的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种电池功率均衡控制方法，其特征在于，该方法包括：

测量电池组中单体电池的物理参数；

根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；

根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；以及

根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。

2.如权利要求1所述的电池功率均衡控制方法，其特征在于，测量电池组中单体电池的物理参数的步骤之后，该方法还包括：

根据所述物理参数判断电池组中的单体电池是否错接。

3.如权利要求1所述的电池功率均衡控制方法，其特征在于，根据电池组的工作状态调整所述均衡通路的均衡功率的步骤之后，该方法还包括：

根据所述工作状态对电池组进行去硫化处理。

4.如权利要求1所述的电池功率均衡控制方法，其特征在于，所述物理参数具体包括电压、电流和温度。

5.如权利要求1所述的电池功率均衡控制方法，其特征在于，所述工作状态具体包括无充放电状态、放电状态和充电状态。

6.一种电池功率均衡控制装置，其特征在于，该装置包括：

测量单元，用于测量电池组中单体电池的物理参数；

处理器，与所述测量单元连接，用于根据所述物理参数计算各电池组的剩余电量；

均衡通路选择单元，与所述处理器连接，用于根据所述剩余电量选择一路或多路均衡通路，其中，所述均衡通路与所述电池组一一对应；以及

功率均衡单元，与所述均衡通路选择单元连接，用于根据电池模组的工作状态调整所述均衡通路对应电池组的均衡功率，其中，所述电池模组由多个电池组组成。

7.如权利要求6所述的电池功率均衡控制装置，其特征在于，该装置还包括：

电池防接反单元，与所述处理器连接，用于根据所述物理参数判断电池组中的单体电池是否错接。

8.如权利要求6所述的电池功率均衡控制装置，其特征在于，该装置还包括：

逆变斩波单元，与所述处理器连接，用于根据所述工作状态对电池组进行去硫化处理。

9.如权利要求6所述的电池功率均衡控制装置，其特征在于，所述测量单元具体包括电压测量模块、电流测量模块和温度测量模块。

10.一种用于电动汽车的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统包括：如权利要求6～9任一所述的电池功率均衡控制装置、与所述电池功率均衡控制装置连接的GPS设备，以及与所述GPS设备连接的远端服务器，其中，

所述电池功率均衡控制装置用于对电动汽车的电池进行功率均衡；

所述GPS设备用于所述电池功率均衡控制装置与所述远端服务器进行通信；

所述远端服务器用于远程管理所述电池功率均衡控制装置，从而对电动汽车的电池进行功率均衡。

11.如权利要求10所述的用于电动汽车的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括：

状态显示器，与所述电池功率均衡控制装置连接，用于显示电池组的物理参数。

12.如权利要求10所述的用于电动汽车的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括：

电源，与所述电池功率均衡控制装置连接，用于给所述电池功率均衡控制装置供电。