CN110323793A - 汽车、动力电池组的均衡方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车、动力电池组的均衡方法和装置，所述方法包括以下步骤：获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点，并根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量，以及根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。由此，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。

Description

汽车、动力电池组的均衡方法和装置
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种动力电池组的均衡方法、一种动力电池组的均衡装置以及一种具有该装置的汽车。
背景技术
动力电池(如锂离子)单体电压只有几伏，单体容量比较小，无论是在电动汽车动力源的应用，还是在备用电源领域的应用，动力电池单体的电气特性都无法满足工作条件下负荷对电压和电流的需求。因此，为了提高动力电池的容量及电压，需要将若干个单体电池串联成组使用，目前，串联电池组在电动汽车、备用电源领域已经得到了广泛的应用。
电池成组使用后，电池组的寿命、容量和功率等取决于性能最差的单体电池，因此缩短了电池组的寿命。
相关技术中，提出了一种顶端对齐均衡策略，通过对电压高的单体进行放电，将各节电池的高电压末端对齐。均衡开启的判断条件基于电池包单体间的电压差。BMS(BatteryManagement System，电池管理系统)首先记录满充下各单体的充电截止电压，然后根据电压差计算需开启的均衡时间，均衡开启的时机为单体间电压差大于预设值时。例如，当电压最高节电池达到3.6V时，所有电池与最低节电池电压比较，当电压差△V>100mV时，开启均衡，均衡时间10h。
但是，上述均衡策略存在以下缺点：
(1)需要对电池包进行满充，即必须充满电、触发充电保护阈值之后，方能启动顶端均衡策略；
(2)无法准确预知SOC(State Of Charge，电池荷电状态)错位；
(3)若SOC错位较大时，无法一次性完成对齐。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述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，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种动力电池组的均衡装置。
本发明的第四个目的在于提出一种汽车。
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，所述方法包括以下步骤：获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点；根据所述单体电池的所述高电压拐点获取所述单体电池的容量；根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡。
根据本发明实施例的动力电池组的均衡方法，获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点，并根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量，以及根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。由此，该方法能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例提出的动力电池组的均衡方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：对所述充电曲线进行一阶求导以获取所述高电压拐点。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述多个单体电池的容量对所述多个单体电池进行均衡具体包括：获取所述单体电池中最大的容量，以及所述动力电池组的单体电池的平均容量；根据所述单体电池中最大的容量和所述平均容量生成均衡容量；根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡具体包括：获取均衡电流；根据所述均衡电流和所述均衡容量生成均衡时间；根据所述均衡容量和所述均衡时间对所述单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，将所述动力电池组的单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。
根据本发明的一个实施例，在对所述单体电池进行均衡之前，还包括：获取所述最大的容量与所述每个单体电池的容量之间的容量差；根据所述容量差判断是否出现SOC错位。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的动力电池组的均衡方法。
本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的动力电池组的均衡方法，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种动力电池组的均衡装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点；第二获取模块，用于根据所述单体电池的所述高电压拐点获取所述单体电池的容量；控制模块，用于根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡。
根据本发明实施例的动力电池组的均衡装置，通过第一获取模块获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点，并通过第二获取模块根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量，控制模块根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。由此，该装置能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例提出的动力电池组的均衡装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第一获取模块获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：对所述充电曲线进行一阶求导以获取所述高电压拐点。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡具体包括：获取所述单体电池中最大的容量，以及所述动力电池组的单体电池的平均容量；根据所述单体电池中最大的容量和所述平均容量生成均衡容量；根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡具体包括：获取均衡电流；根据所述均衡电流和所述均衡容量生成均衡时间；根据所述均衡容量和所述均衡时间对所述单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，将所述动力电池组的单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。
根据本发明的一个实施例，在对所述单体电池进行均衡之前，所述控制模块，还用于，获取所述最大的容量与所述每个单体电池的容量之间的容量差；根据所述容量差判断是否出现SOC错位。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种汽车，其包括上述的动力电池组的均衡装置。
本发明实施例的汽车，通过上述的动力电池组的均衡装置，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明实施例的动力电池组的均衡方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的单体电池的充电曲线及其导数曲线的示意图；
图3a-图3c是根据本发明一个实施例的动力电池组的均衡示意图；
图4是根据本发明实施例的动力电池组的均衡装置的方框示意图；
图5是根据本发明实施例的汽车的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述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。
下面结合附图来描述根据本发明实施例提出的动力电池组的均衡方法、动力电池组的均衡装置以及具有该装置的汽车。
图1是根据本发明实施例的动力电池组的均衡方法的流程图。
在本发明的实施例中，动力电池组可包括多个串联的单体电池，其中，单体电池可以为锂电池。
如图1所示，本发明实施例的动力电池组的均衡方法可包括以下步骤：
S1，获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点。
具体地，在汽车的BMS中，预先存储多条每个单体电池在不同温度、倍率、老化程度下的V-Q、V-SOC、V-SOE(State Of Energy，电池能量状态)、OCV(Open Circuit Voltage开路电压)-Q、OCV-SOC、OCV-SOE曲线，其中，V表示单体电压，Q表示单体容量，其中，Q的单位一般为Ah、或mAh表示。
在动力电池组充电时，BMS实时采集并记录每个单体电池的参数，可包括：总电压、总电流、每个单体电池的电压、每个单体电池的温度等，用于判断动力电池组是否过充、过放、过温、短路等，并根据不同的充电电流、温度、SOC等对数据进行预处理并存储至云端服务器备用。从BMS中调取当前参数下的曲线，并通过滤波、积分、微分、拟合、小波分析、神经网络中的一种或几种算法进行处理，以获得动力电池组的单体电池的充电曲线。
在本发明的一个实施例中，获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：对充电曲线进行一阶求导以获取高电压拐点。
具体地，在获取单体电池的充电曲线后，对其进行一阶求导，即dVdQ求导，以获得一阶求导曲线。当BMS检测到最后一个峰值为正的曲线拐点时，称该拐点为低电压拐点VLVTP，随后进入MVP(Middle Voltage Platform，中压平台充电)阶段；当BMS检测到峰值超出预设阈值的曲线拐点时，称该拐点为高电压拐点VHVTP，随后进入HVP(High VoltagePlatform，高压平台充电)阶段。例如，如图2所示，在求导曲线中出现两个拐点，第二个拐点即为高电压拐点。按照上述方法，可获得动力电池组的每个单体电池的充电曲线的高电压拐点。
S2，根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量。其中，在获取单个电池的充电曲线的高电压拐点后，可获得高电压拐点对应的单体电池的容量，并且高电压拐点对应的单体电池的容量值不同。
S3，根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，根据单体电池的容量对单体电池进行均衡具体可包括：获取单体电池中最大的容量，以及动力电池组的单体电池的平均容量，根据单体电池中最大的容量和平均容量生成均衡容量，根据均衡容量对单体电池进行均衡。
进一步地，根据本发明的一个实施例，根据均衡容量对单体电池进行均衡具体包括：获取均衡电流，根据均衡电流和均衡容量生成均衡时间，根据均衡容量和均衡时间对单体电池进行均衡。
在本发明的一个实施例中，将单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。例如，当单体电池以串联方式组成动力电池组时，可将串联的单体电池最右端(如作为正输出端的一端)的单体电池的容量作为最大的容量，记为Q(max)，每个单体电池的容量记为Q(n)，n为正整数。
具体地，在根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量后，将单体电池中最右端的单体电池的容量作为最大的容量，并获取多个单体电池的平均容量，记为Q＇(n)，其中，Q＇(n)＝(Q(1)+Q(2)+…+Q(n))/n。由此，可获得需要均衡容量ΔQ，ΔQ＝Q(max)-Q＇(n)。同时，还获取均衡电流I均衡，并根据公式t＝ΔQ/I均衡计算获得均衡时间t，并更新均衡参数(包括均衡时间和均衡容量)，然后根据最新的均衡时间t和均衡容量ΔQ对单体电池进行均衡。
由此，本发明实施例的动力电池组的均衡方法，无需在动力电池组充满电的情况下执行均衡策略，在动力电池组充电过程中或者充电结束时运行求导算法，通过获取高电压拐点，并根据高电压拐点获取单体电池中最大的容量和平均容量，以获取均衡容量，然后根据均衡容量和均衡电流获取均衡时间，以根据均衡时间和均衡容量对单体电池进行均衡，从而提高动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
进一步地，根据本发明的一个实施例，在对单体电池进行均衡之前，还包括：获取最大的容量与每个单体电池的容量之间的容量差，根据容量差判断是否出现SOC错位。
需要说明的是，均衡的目的是消除SOC错位。以串联的两个单体电池为例(如图3a所示)，方框大小分别代表两个单体电池的可用容量，填充区域代表两节电池串联后可以放出的最大容量。当出现SOC错位，如顶端和底端都没有对齐，导致串联的两个单体电池在放电时，只能将两个方框横向重叠的部分(即填充区域)部分容量放出，而剩余区域(无填充)的容量无法释放出来。
具体地，在获取最大的容量和每个单体电池的容量之后，计算最大的容量与每个单体电池的容量之间的容量差值，如，最大的容量Q(max)与第一个单体电池的容量Q(1)之间的容量差值为：Q(max)-Q(1)，根据容量差值即可判断是否出现SOC错位。例如，以图3a-图3c所示的两个单体电池为例，SOC错位＝两个单体电池顶端对其后多充入的容量/对齐之前动力电池组的总容量。如果判断SOC错位，则执行上述的均衡策略，根据最大的容量和平均容量生成均衡容量，并根据均衡容量和均衡电流获取均衡时间，以及根据均衡容量和均衡时间对多个单体电池进行均衡。
举例而言，以图3a所示的两个串联的单体电池为例。如果判断两个单体电池出现SOC错位，执行上述的均衡策略，将两个单体电池的顶端或底端拉齐至图3b所示的状态，这样两节电池还有顶端无填充区域部分可以继续充电至图3c所示的状态，从而提高了动力电池组的可用容量，这样容量最小的右边这节电池在下次放电时，放电深度DOD(Depth OfDischarge，放电深度)会增加至100％。
需要说明的是，图3a-图3c仅作为本发明的一个实施例，当单体电池的个数大于等于三个时，采用的均衡策略相同，以最大的容量的单体电池为基准，具体这里不再举例说明。
由此，本发明实施例的动力电池组的均衡方法，能够保证容量最小的单体电池的DOD最大，其它单体电池的使用寿命延长，并且，可以准确得知SOC错位，一次完成对齐，提高均衡效率，从而提高动力电池组的一致性和使用效率。
综上所述，根据本发明实施例的动力电池组的均衡方法，获取每个单体电池的充电曲线的高电压拐点，并根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量，以及根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。由此，该方法能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
图4是根据本发明实施例的动力电池组的均衡装置的方框示意图。在本发明的一个实施例中，动力电池组可包括多个串联的单体电池。
如图4所示，本发明实施例的动力电池组的均衡装置可包括：第一获取模块10、第二获取模块20和控制模块30。
其中，第一获取模块10用于获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点。第二获取模块20用于根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量。控制模块30用于根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，第一获取模块10获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：对充电曲线进行一阶求导以获取高电压拐点。
根据本发明的一个实施例，控制模块30根据多个单体电池的容量对多个单体电池进行均衡具体包括：获取多单体电池中最大的容量，以及动力电池组的单体电池的平均容量，根据单体电池中最大的容量和平均容量生成均衡容量，根据均衡容量对单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，控制模块30根据均衡容量对多个单体电池进行均衡具体包括：获取均衡电流，根据均衡电流和均衡容量生成均衡时间，根据均衡容量和均衡时间对单体电池进行均衡。
根据本发明的一个实施例，将动力电池组的单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。
根据本发明的一个实施例，在对单体电池进行均衡之前，控制模块30，还用于，获取最大的容量与每个单体电池的容量之间的容量差，根据容量差判断是否出现SOC错位。
需要说明的是，本发明实施例的动力电池组的均衡装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的动力电池组的均衡方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。
根据本发明实施例的动力电池组的均衡装置，通过第一获取模块获取动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点，并通过第二获取模块根据单体电池的高电压拐点获取单体电池的容量，控制模块根据单体电池的容量对单体电池进行均衡。由此，该装置能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
另外，本发明的实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的动力电池组的均衡方法。
本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的动力电池组的均衡方法，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
图5是根据本发明实施例的汽车的方框示意图。如图5所示，本发明的实施例还提出了一种汽车100，包括上述的动力电池组的均衡装置110。
本发明实施例的汽车，通过上述的动力电池组的均衡装置，能够实现对动力电池组的均衡管理，从而提高了动力电池组的利用率，延长了动力电池组的使用寿命。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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。

Claims (14)

1.一种动力电池组的均衡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点；
根据所述单体电池的所述高电压拐点获取所述单体电池的容量；
根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡。
2.如权利要求1所述的动力电池组的均衡方法，其特征在于，所述获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：
对所述充电曲线进行一阶求导以获取所述高电压拐点。
3.如权利要求1所述的动力电池组的均衡方法，其特征在于，所述根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡具体包括：
获取所述单体电池中最大的容量，以及所述动力电池组的单体电池的平均容量；
根据所述单体电池中最大的容量和所述平均容量生成均衡容量；
根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡。
4.如权利要求3所述的动力电池组的均衡方法，其特征在于，所述根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡具体包括：
获取均衡电流；
根据所述均衡电流和所述均衡容量生成均衡时间；
根据所述均衡容量和所述均衡时间对所述单体电池进行均衡。
5.如权利要求3所述的动力电池组的均衡方法，其特征在于，将所述动力电池组的单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。
6.如权利要求3所述的动力电池组的均衡方法，其特征在于，在对所述单体电池进行均衡之前，还包括：
获取所述最大的容量与所述每个单体电池的容量之间的容量差；
根据所述容量差判断是否出现SOC错位。
7.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的动力电池组的均衡方法。
8.一种动力电池组的均衡装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点；
第二获取模块，用于根据所述单体电池的所述高电压拐点获取所述单体电池的容量；
控制模块，用于根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡。
9.如权利要求8所述的动力电池组的均衡装置，其特征在于，所述第一获取模块获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线的高电压拐点具体包括：
对所述充电曲线进行一阶求导以获取所述高电压拐点。
10.如权利要求8所述的动力电池组的均衡装置，其特征在于，所述控制模块根据所述单体电池的容量对所述单体电池进行均衡具体包括：
获取所述单体电池中最大的容量，以及所述动力电池组的单体电池的平均容量；
根据所述单体电池中最大的容量和所述平均容量生成均衡容量；
根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡。
11.如权利要求10所述的动力电池组的均衡装置，其特征在于，所述控制模块根据所述均衡容量对所述单体电池进行均衡具体包括：
获取均衡电流；
根据所述均衡电流和所述均衡容量生成均衡时间；
根据所述均衡容量和所述均衡时间对所述单体电池进行均衡。
12.如权利要求10所述的动力电池组的均衡装置，其特征在于，将所述动力电池组的单体电池中最端侧的单体电池的容量作为最大的容量。
13.如权利要求10所述的动力电池组的均衡装置，其特征在于，在对所述单体电池进行均衡之前，所述控制模块，还用于，
获取所述最大的容量与所述每个单体电池的容量之间的容量差；
根据所述容量差判断是否出现SOC错位。
14.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求8-13中任一项所述的动力电池组的均衡装置。
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