CN110525270A - 电池组均衡方法、系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电池组均衡方法、系统及车辆，该方法包括以下步骤：前端采集器接收控制器发送的均衡指令；根据均衡指令控制车辆下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡；当电池组满足预设的均衡条件时，停止对电池组的均衡。本发明能够实现更精准的电池组均衡，且均衡时间更长，利于提升均衡安全性，且均衡状态下电路板的温升更为缓慢，利于提升电路板的使用寿命。

Description

电池组均衡方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池组均衡方法、系统及车辆。
背景技术
目前，电动汽车普遍存在一种现象，即电池本身还有可用电量，但是由于电池组的单体电池之间不均衡，同时为电池设置了安全保护电压进行电压限制，导致电池组不能够发挥出应有的性能。因此，电池电芯的不均衡，严重制约了电动汽车的发展。
目前，对于电池组均衡控制策略，一般是在充电模式下对电池组进行均衡，均衡状态下电路板的温升较快，会降低电路板的使用寿命，并且，目前的均衡精确性不高，且均衡时间较短，导致均衡安全性不高。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种电池组均衡方法，该方法能够实现更精准的电池组均衡，且均衡时间更长，利于提升均衡安全性，且均衡状态下电路板的温升更为缓慢，利于提升电路板的使用寿命。
本发明的第二个目的在于提出一种电池组均衡系统。
本发明的第三个目的在于提出一种车辆。
为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电池组均衡方法，包括以下步骤：前端采集器接收控制器发送的均衡指令；根据所述均衡指令控制车辆下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡；当所述电池组满足预设的均衡条件时，停止对所述电池组的均衡。
根据本发明实施例的电池组均衡方法，自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，利于提升电路板的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例的电池组均衡方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中所述前端采集器出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。
在一些示例中，所述预设电压阀值通过如下方式确定：从多个单体电池电压中选取最小电压值；判断所述是否处于预设的电压范围内；如果是，则将所述最小电压值作为所述预设电压阀值。
在一些示例中，所述预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定。
在一些示例中，在对所述电池组进行均衡之前，还包括：检测电池组和电池管理系统是否存在预设类型的故障；如果不存在所述预设类型的故障，则对所述电池组进行均衡。
为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种电池组均衡系统，包括：控制器，用于发送均衡指令；前端采集器，用于接收控制器发送的均衡指令，并根据所述均衡指令控制电池管理系统下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡，以及，当所述电池组满足预设的均衡条件时，停止对所述电池组的均衡。
根据本发明实施例的电池组均衡系统，自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，利于提升电路板的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例的电池组均衡系统还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中所述前端采集器出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。
在一些示例中，所述预设电压阀值通过如下方式确定：从多个单体电池电压中选取最小电压值；判断所述是否处于预设的电压范围内；如果是，则将所述最小电压值作为所述预设电压阀值。
在一些示例中，所述预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定。
为了实现上述目的，本发明第三方面的实施例提出了一种车辆，设置有本发明上述实施例所述的电池组均衡系统。
根据本发明实施例的车辆，对电池组的自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，利于提升电路板的使用寿命。
本发明的附加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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的电池组均衡方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的电池组均衡系统的结构框图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的电池组均衡方法、系统及车辆。
图1是根据本发明一个实施例的电池组均衡方法的流程图。可以理解的是，该电池组可以用于车辆，如电动汽车，电池组中包括多个单体电池。如图1所示，该电池组均衡方法，包括以下步骤：
步骤S1：前端采集器接收控制器发送的均衡指令。具体的说，控制器即车辆MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。在本发明的实施例中，当车辆电池组需要均衡时，控制器发出均衡指令至前端采集器(Analog Front End，AFE)，以便前端采集器对电池组进行均衡。
在具体示例中，均衡指令中例如包括AFE内部的AFE均衡开关的使能信息、电芯的均衡时长信息、均衡电压阀值等信息。需要说明的是，每次写入的阀值信息需要重新读取，即每个均衡指令中包含的信息都是实时计算或读取的。
步骤S2：根据均衡指令控制电池管理系统下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡。也即是说，由AFE执行均衡策略，进行电池组均衡。
步骤S3：当电池组满足预设的均衡条件时，停止对电池组的均衡。
其中，预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中前端采集器出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。具体的说，即当电池组中被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值，和/或均衡时间已经达到预设均衡时间，和/或在均衡过程中出现芯片故障(即前端采集器故障)，和/或电池管理系统出现故障，和/或均衡过程中单体电池的温度达到预设温度，和/或均衡过程中单体电池的温升达到预设值，则停止均衡。具体的，可控制AFE均衡开关断开，以停止自动均衡。
换言之，即均衡条件为预先设定的。其中，被均衡电池的选取方式为：根据设定的均衡电压阀值(即预设电压阀值)，对前端采集器AFE采集的电池组的电芯电压进行筛选，对于高于该均衡电压阀值(即预设电压阀值)的单体电压对应的单体电池，判定其需要均衡，即选取为被均衡的单体电池。
进一步地，依据筛选出来的需要进行均衡的电芯(即单体电池)，设置对应的AFE内部均衡的开关，即AFE均衡开关，用于开始或停止均衡过程。
其中，预设电压阀值通过如下方式确定：从多个单体电池电压中选取最小电压值；判断该最小电压值是否处于预设的电压范围内；如果是，则将最小电压值作为预设电压阀值。举例而言，例如，从多个电芯(即单体电池)的电压值Cella、Cellb、Cellc、Celld、Celle…Cellx中选取最低的单体电压值Cella，并对该Cella进行合理性判定，即判断Cella是否在合理的电压范围(即预设的电压范围)内，以确保电压安全，如果Cella在合理的电压范围(即预设的电压范围)内，则将Cella作为均衡电压阀值(即预设电压阀值)。其中，合理的电压范围(即预设的电压范围)与电池特性相关。其中，合理的电压范围(即预设的电压范围)的下限值要高于电芯的最低安全阀值，即预设电压阀值要高于电芯的最低安全阀值，从而避免采用故障电芯的值，影响均衡效果。
在本发明的一个实施例中，预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定，以保证电路板的散热性能。具体的说，在设置均衡时间时，可以对每节电芯的均衡时间进行设定(手动模式下)，也可以统一设置成同一个均衡时间值(自动模式下)。在本发明的实施例中，预设均衡时间的设置与电芯的特性(即单体电池特性)及具体实施均衡的电压(即单体电池电压)相关，并且，预设均衡时间需要设定在一个较为安全的时间区间，即还需综合评估均衡电路的功耗(即产生的热量)以及整个电池管理系统能够及时转移热量的能力(即散发的热量)。在具体示例中，电路板的热量需要保持在安全范围内，电路板放在硅胶垫上，被动散热，温度不能高于芯片的安全工作温度，即85-105度；可选地，保持在90度。
在本发明的一个实施例中，在对电池组进行均衡之前，该方法还包括：检测电池组和电池管理系统是否存在预设类型的故障；如果不存在预设类型的故障，则对电池组进行均衡。具体的，预设类型的故障例如包括：AFE过温故障、AFE芯片故障、单体电池欠压故障中的一个或多个。也即是说，在保证整个电池管理系统和电池组无特定的故障的前提下，进行电池组均衡。
根据本发明实施例的电池组均衡方法，自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，由于母线电流为零，AFE采集的单体电压更能精确地表征电芯的真实电压值，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态(非充电状态)下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，即温升更为缓慢，利于提升电路板的使用寿命。
换言之，根据本发明实施例的电池组均衡方法，电芯可以达到更长时间的均衡，同时基于小电流模式下更为精确的采样电芯电压进行电芯均衡，使均衡控制更为精确。此外，相比较于传统的充电模式下的均衡，由于车辆处于下电模式或休眠状态，因此，本发明均衡状态下电路板的温升更为缓慢，利于提高电路板的使用寿命。
本发明的进一步实施例提出了一种电池组均衡系统。
图2是根据本发明一个实施例的电池组均衡系统的结构框图。可以理解的是，该电池组可以用于车辆，如电动汽车，电池组中包括多个单体电池。如图2所示，该电池组均衡系统100包括：控制器110和前端采集器120。
其中，控制器110用于发送均衡指令。具体的说，控制器110即车辆MCU。
前端采集器120用于接收控制器110发送的均衡指令，并根据均衡指令控制电池管理系统下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡，以及，当电池组满足预设的均衡条件时，停止对电池组的均衡。也即是说，由前端采集器120执行均衡策略，进行电池组均衡。
具体的说，当车辆电池组需要均衡时，控制器110发出均衡指令至前端采集器120(AFE)，以便前端采集器120对电池组进行均衡，当满足预设的均衡条件时，停止对电池组的均衡。在具体示例中，均衡指令中例如包括AFE内部的AFE均衡开关的使能信息、电芯的均衡时长信息、均衡电压阀值等信息。需要说明的是，每次写入的阀值信息需要重新读取，即每个均衡指令中包含的信息都是实时计算或读取的。
其中，预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中前端采集器120出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。具体的说，即当电池组中被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值，和/或均衡时间已经达到预设均衡时间，和/或在均衡过程中出现芯片故障(即前端采集器120故障)，和/或电池管理系统出现故障，和/或均衡过程中单体电池的温度达到预设温度，和/或均衡过程中单体电池的温升达到预设值，则停止均衡。具体的，可控制AFE均衡开关断开，以停止自动均衡。
换言之，即均衡条件为预先设定的。其中，被均衡电池的选取方式为：根据设定的均衡电压阀值(即预设电压阀值)，对前端采集器120(AFE)采集的电池组的电芯电压进行筛选，对于高于该均衡电压阀值(即预设电压阀值)的单体电压对应的单体电池，判定其需要均衡，即选取为被均衡的单体电池。
进一步地，依据筛选出来的需要进行均衡的电芯(即单体电池)，设置对应的AFE内部均衡的开关，即AFE均衡开关，用于开始或停止均衡过程。
其中，预设电压阀值通过如下方式确定：从多个单体电池电压中选取最小电压值；判断该最小电压值是否处于预设的电压范围内；如果是，则将最小电压值作为预设电压阀值。举例而言，例如，从多个电芯(即单体电池)的电压值Cella、Cellb、Cellc、Celld、Celle…Cellx中选取最低的单体电压值Cella，并对该Cella进行合理性判定，即判断Cella是否在合理的电压范围(即预设的电压范围)内，以确保电压安全，如果Cella在合理的电压范围(即预设的电压范围)内，则将Cella作为均衡电压阀值(即预设电压阀值)。其中，合理的电压范围(即预设的电压范围)与电池特性相关。其中，合理的电压范围(即预设的电压范围)的下限值要高于电芯的最低安全阀值，即预设电压阀值要高于电芯的最低安全阀值，从而避免采用故障电芯的值，影响均衡效果。
在本发明的一个实施例中，预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定，以保证电路板的散热性能。具体的说，在设置均衡时间时，可以对每节电芯的均衡时间进行设定(手动模式下)，也可以统一设置成同一个均衡时间值(自动模式下)。在本发明的实施例中，预设均衡时间的设置与电芯的特性(即单体电池特性)及具体实施均衡的电压(即单体电池电压)相关，并且，预设均衡时间需要设定在一个较为安全的时间区间，即还需综合评估均衡电路的功耗(即产生的热量)以及整个电池管理系统能够及时转移热量的能力(即散发的热量)。在具体示例中，电路板的热量需要保持在安全范围内，电路板放在硅胶垫上，被动散热，温度不能高于芯片的安全工作温度，即85-105度；可选地，保持在90度。
在本发明的一个实施例中，前端采集器120还用于：在对电池组进行均衡之前，检测电池组和电池管理系统是否存在预设类型的故障；如果不存在预设类型的故障，则对电池组进行均衡。具体的，预设类型的故障例如包括：AFE过温故障、AFE芯片故障、单体电池欠压故障的一个或多个。也即是说，在保证整个电池管理系统和电池组无特定的故障的前提下，进行电池组均衡。
根据本发明实施例的电池组均衡系统，自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，由于母线电流为零，AFE采集的单体电压更能精确地表征电芯的真实电压值，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态(非充电状态)下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，即温升更为缓慢，利于提升电路板的使用寿命。
换言之，根据本发明实施例的电池组均衡系统，电芯可以达到更长时间的均衡，同时基于小电流模式下更为精确的采样电芯电压进行电芯均衡，使均衡控制更为精确。此外，相比较于传统的充电模式下的均衡，由于车辆处于下电模式或休眠状态，因此，本发明均衡状态下电路板的温升更为缓慢，利于提高电路板的使用寿命。
本发明的进一步实施例还提出了一种车辆。该车辆包括本发明上述任意一个实施例所描述的电池组均衡系统。
根据本发明实施例的车辆，对电池组的自动均衡是在电池管理系统进入休眠状态或者下电状态下进行的，此状态下整个电路没有高压回路，即在母线电流为零的状态下进行电芯均衡，因此采集的单体电压更精确，进而使均衡结果更精准，并且，此状态下可实现更长的均衡时间，进而，利于提升均衡安全性；同时，此状态下均衡时电路板的温升速率较低，利于提升电路板的使用寿命。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种电池组均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
前端采集器接收控制器发送的均衡指令；
根据所述均衡指令控制电池管理系统下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡；
当所述电池组满足预设的均衡条件时，停止对所述电池组的均衡。
2.根据权利要求1所述的电池组均衡方法，其特征在于，所述预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中所述前端采集器出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。
3.根据权利要求2所述的电池组均衡方法，其特征在于，所述预设电压阀值通过如下方式确定：
从多个单体电池电压中选取最小电压值；
判断所述最小电压值是否处于预设的电压范围内；
如果是，则将所述最小电压值作为所述预设电压阀值。
4.根据权利要求2所述的电池组均衡方法，其特征在于，所述预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定。
5.根据权利要求1所述的电池组均衡方法，其特征在于，在对所述电池组进行均衡之前，还包括：
检测电池组和电池管理系统是否存在预设类型的故障；
如果不存在所述预设类型的故障，则对所述电池组进行均衡。
6.一种电池组均衡系统，包括：
控制器，用于发送均衡指令；
前端采集器，用于接收控制器发送的均衡指令，并根据所述均衡指令控制电池管理系统下电或进入休眠模式，并对电池组进行均衡，以及，当所述电池组满足预设的均衡条件时，停止对所述电池组的均衡。
7.根据权利要求6所述的电池组均衡系统，其特征在于，所述预设的均衡条件包括以下一个或多个：被均衡的单体电池电压达到预设电压阀值、均衡时间达到预设均衡时间、均衡过程中所述前端采集器出现故障、电池管理系统出现故障、均衡过程中单体电池的温度达到预设温度、均衡过程中单体电池的温升达到预设值。
8.根据权利要求7所述的电池组均衡系统，其特征在于，所述预设电压阀值通过如下方式确定：
从多个单体电池电压中选取最小电压值；
判断所述是否处于预设的电压范围内；
如果是，则将所述最小电压值作为所述预设电压阀值。
9.根据权利要求6所述的电池组均衡系统，其特征在于，所述预设均衡时间根据单体电池特性、单体电池电压、均衡电路的功耗及电池管理系统的散热能力确定。
10.一种车辆，其特征在于，设置有如权利要求6-9任一项所述的电池组均衡系统。
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