CN110682831A - 一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车 - Google Patents

一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车，所述方法首先根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；然后确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；并根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；最后根据所述电池单体的均衡信息进行电池均衡。此外，所述装置用于实现所述方法，所述汽车包括所述装置。本发明的方法、装置及汽车解决了整车充电均衡方案不适用于HEV的技术问题，并提高了电池均衡的工作效率。

Description

一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车。
背景技术
车载动力电池包括若干电池模组，每一电池模组由电池单体串并联组成，由于电池单体在使用状体、温度以及阻抗等方面存在一致性问题，在实际使用中电压会出现差异，而这种不一致的出现使得车载动力电池寿命缩短，电池管理系统（Battery ManagementSystem, BMS）均衡的作用就是消除电池单体之间的电压差异。那么，现有技术是选择整车充电均衡方案，即当电池管理系统进入电池充电模式，根据电池单体实时电压情况改变放电电路的开闭。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
1）现有技术的电池均衡方案仅适用于可以进行充电的插电式混合动力汽车（Plug-inhybrid electric vehicle, PHEV）、纯电动车（Battery Electric Vehicle, BEV）车型，而混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）是不可以进行电池充电的，因此混合动力汽车无法应用现有技术的充电均衡方案；
2）现有技术的电池均衡方案受限于整车充电时间，而由于充电操作比较麻烦，因此很多插电式混合动力汽车的车主并不经常对汽车进行充电，导致均衡效率不高；
3）现有技术的电池均衡方案根据电池单体实时电压情况进行均衡电路开闭，在电压平台区电压差异表现较小，均衡会关闭或者误判（精度影响），进一步降低均衡效率和效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种车载动力电池均衡方法、装置及汽车，以克服整车充电均衡方案不适用于混合动力汽车、以及受限于整车充电时间使得均衡效率不高的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种车载动力电池均衡方法，所述方法包括如下步骤：
根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
根据所述电池单体的均衡信息进行电池均衡。
其中，所述根据汽车休眠时间及电池充放电电流值确定启动电池单体均衡具体包括：
若汽车休眠时长大于预设的第一时间阈值，则启动电池单体均衡；
若汽车休眠时长小于预设的第一时间阈值，则检测电池充放电电流值；若电池充放电电流值小于预设的电流阈值，且累计小于预设电流阈值的时间大于等于预设的第二时间阈值，则启动电池单体均衡。
其中，所述确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息具体包括：
实时获取所有电池单体的电压信息；
筛选出电压最低的电池单体F；
将所述电压最低的电池单体与其它电池单体的电压进行比较，得到多个压差信息。
其中，所述根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体包括：
若某一电池单体与电压最低的电池单体的压差大于预设的压差阈值，则确定该某一电池单体均衡拟开启；反之，则确定该某一电池单体均衡拟关闭；
根据每个电池单体均衡拟开启和拟关闭情况确定电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置。
其中，所述根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体还包括：
筛选出每个电池模组需要均衡时间最短的电池单体；
查表得到第i个电池模组的需要均衡时间最短的电池单体所对应均衡时间为Ti，i为大于0的自然数；
若Ti大于预设的第三时间阈值，则第i个电池模组的电池均衡时间为第三时间阈值；
若Ti小于等于预设的第三时间阈值，则第i个电池模组的电池均衡时间为Ti。
其中，所述根据电池单体的均衡信息进行电池均衡具体包括：
根据所述电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置以及各电池模组的电池均衡时间进行被动放电均衡。
其中，所述方法还包括：在执行获取所有电池单体与电压最低的电池单体的压差信息的步骤之前，清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。
其中，所述方法还包括如下步骤：记录汽车启动时间和汽车熄火下电时间，根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长。
本发明还提供一种车载动力电池均衡装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
第二确定模块，用于确定电压最低的电池单体；
压差获取模块，用于获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
第三确定模块，用于根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
电池均衡模块，用于根据电池单体的均衡信息进行电池均衡。
其中，所述装置还包括：数据清零模块，用于清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。
其中，所述装置还包括：
时间记录模块，用于记录汽车启动时间和汽车熄火下电时间；
第四确定模块，根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长。
本发明还提供一种汽车，其包括所述的车载动力电池均衡装置。
本发明实施例的有益效果在于：
（1）本发明实施例根据汽车休眠时长及电池充放电电流值来确定是否启动电池管理系统的电池均衡，因此，相对于现有技术的充电均衡方式，本发明的实施方式并不依赖于充电模式下进行电池均衡，因此可以推广到无外接充电的混合动力车型；
（2）本发明实施例通过实时获取车载动力电池的所有电池单体与电压最低的电池单体的压差信息，并据此及时判断哪些电池单体需要进行电池均衡，然后对需要均衡的电池单体的进行电池均衡；从而使得电池的电池单体之间的压差减少，借此可以增加电池系统可使用容量，从而可以保持良好的整车续航指标；同时，压差减少还可以增加电池系统可使用功率，从而可以保持良好的整车动力指标；
（3）本发明实施例克服了现有技术充电均衡方式受限于整车充电时间的缺陷，有效地提高了电池管理系统的均衡效果，有助于可靠地降低电池使用压差，实现电池单体的一致性自修复；尤其对于插电式混合动力汽车，本发明实施方式具有重要的积极意义，可以避免插电式混合动力汽车因为不经常充电而无法达到良好的均衡效果；
（4）本发明实施例设置了压差阈值，在某一电池单体与电压最低的电池单体的压差大于预设的压差阈值的情况下，确定该某一电池单体需要进行均衡，而该压差阈值设置成可以变化的值，其由剩余电量SOC确定，对应于电压平台区的电压差异表现较小，电压平台区的压差阈值也会设置成与电压差异表现匹配的一个较小值，相对于现有技术根据电池单体实时电压情况进行均衡电路开闭的均衡方案，可以避免均衡关闭或者误判的情况，从而进一步提高均衡效率和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例一一种车载动力电池均衡方法的流程示意图。
图2为本发明实施例一中步骤S100的子流程示意图。
图3为本发明实施例一中步骤S200的子流程示意图。
图4为本发明实施例一中步骤S300的子流程示意图。
图5为本发明实施例二一种车载动力电池均衡装置的结构框图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
如图1所示为本发明第一方面实施例提供的一种车载动力电池均衡方法的流程图，所述方法包括如下步骤：
S100根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
S200确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
S300根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
S400根据电池单体的均衡信息进行电池均衡。
具体来说，车载动力电池包括若干电池模组，每一电池模组包括若干电池单体，本实施例所述均衡信息指的是每个电池模组中哪些电池单体需要均衡，哪些电池单体不需要均衡。其中，本实施例中汽车休眠时长指的是汽车熄火下电到重新点火启动的这段时间。
需要特别指出的是，步骤S100中启动电池均衡包括开机均衡和小电流均衡，所述开机均衡是在整车启动时候检测，一旦汽车休眠时长满足条件即启动均衡；所述小电流均衡是在整车正常使用时候检测电池充放电电流值，包括行驶、怠速、慢充和电池保温等场景，一旦电池充放电电流值满足条件即启动均衡。
本实施例根据汽车休眠时长及电池充放电电流值来确定是否启动电池均衡功能，因此，相对于传统的整车充电均衡方式，本实施例的电池均衡功能的启动并不依赖于在充电模式下进行电池均衡，因此本实施适用于插电式混合动力汽车、纯电动车车型以及混合动力汽车等多种车型。
在另一种可能的实施例中，如图2所示，所述步骤S100根据汽车休眠时间及电池充放电电流值确定启动电池单体均衡具体包括以下子步骤：
S101预设一个第一时间阈值A；
其中，第一时间阈值A需要根据电池单体电化学特性进行实际标定，一般不小于1小时；
S102比较汽车休眠时长和第一时间阈值A的大小，据此来确定电池休眠时长是否足够消除极化；
若汽车休眠时长大于预设的第一时间阈值A，判定电池电压极化消除完成，则启动电池单体均衡功能；
若汽车休眠时长小于预设的第一时间阈值A，判定电池电压极化消除还未完成，则执行步骤S103；
S103检测电池充放电电流绝对值I；车载动力电池正常使用过程中，本实施例实时监测充放电电流大小；
S104设置一个电流阈值D，比较电池充放电电流绝对值I与电流阈值D的大小；
若电池充放电电流绝对值I小于预设的电流阈值D，则可以认为电池进入准稳态阶段，并执行步骤S105；
在准稳态阶段一段时间后可以认为电池稳定可以进行均衡判断，需要特别注意的是，本实施例中D值大小需要考虑电池倍率和实际使用情况，D值太大电池均衡判断误差大，D值太小电池难以满足准稳态条件，一般不大于0.1C。
S105计算电池充放电电流绝对值I小于预设的电流阈值D的累计时间M，并设置一个第二时间阈值E；
若累计时间M大于等于第二时间阈值E，可以认为电池稳定可以进行均衡判断，则启动电池单体均衡。
需要特别说明的是，E值太小电池均衡判断误差大，E值太大电池难以满足准稳态条件，一般不大于10min；D、E两个是相互匹配制约的参数，可以标定形成D-E值查表。
在另一种可能的实施例中，如图3所示，所述步骤S200确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息具体包括：
S201实时获取所有电池单体的电压信息；
例如，本实施例中定义动力电池的电池单体数量为n，n为大于1的自然数，通过监测单元，对电池单体的电压进行监测，实时获取n个电池单体的电压参数；
S202筛选出电压最低的电池单体，并将其定义为F，其电压为VF；
S203将除了电池单体F以外的其它n-1个电池单体的电压分别与电池单体F的电压VF进行比较得到n-1个压差信息；
在另一种可能的实施例中，如图4所示，所述步骤S300根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体包括：
S301设置一个压差阈值B，在获取车载动力电池中所有的压差信息Gj之后，比较Gj和压差阈值B的大小；
其中，Gj表示第j个压差信息，j为大于0的自然数；
S302根据比较结果确定电池单体均衡为拟开启或拟关闭；
若某一电池单体与电压最低的电池单体的压差Gj大于预设的压差阈值B，则确定该某一电池单体均衡拟开启；反之，则确定该某一电池单体均衡拟关闭；
此处，需要特别指出的是所述压差阈值B是根据剩余电量（State of Charge, SOC）来确定的，由于剩余电量是一个动态的值，也就是说压差阈值B也是一个动态的值；压差B需要考虑电池SOC、BMS检测和均衡电路精度的实际情况标定，同时开机均衡和小电流均衡也可以分开标定，形成SOC-压差B值查表。按照不同SOC下的B值大小不同判断均衡条件，例如平台区B值较小，注意过低SOC时均衡不作开启。
S303根据每个电池单体均衡拟开启和拟关闭情况确定电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置；
在一个示例中，一个电池模组中包括12个电池单体，那么本实施例中定义如下：
单体均衡拟开启：判断电池单体均衡需开启，定义为1；
单体均衡拟关闭：判断电池单体均衡不开启，定义为0；
因此可以得到本示例中的电池模组的均衡开启位置可能为101010101010、000111000111、001100110011等情况。
需要指出的是，电池模组的均衡位置在后续均衡中保持固定直至结束，不随电池实时单体压差而改变。本实施例可以针对电压平台区的电压差异表现较小，电压平台区的压差阈值也会设置成与电压差异表现匹配的一个较小值，相对于现有技术根据电池单体实时电压情况进行均衡电路开闭的均衡方案，可以避免均衡关闭或者误判的情况，从而进一步提高均衡效率和效果。
在另一种可能的实施例中，如图4所示，所述步骤S300根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体还包括：
S301筛选出每个电池模组需要均衡时间最短的电池单体Si；
其中，Si表示第i个电池模组均衡时间最短的电池单体，也就是第i个电池模组中需均衡的单体中电压最低的一个，i为大于0的自然数；
S302查表得到第i个电池模组的需要均衡时间最短的电池单体所对应均衡时间为Ti；需要指出的是，这个时间-电压查表应该是电池模组均衡最低电压、电池系统最低电压对应查表差值；
其中，若Ti大于预设的第三时间阈值C，则选择第i个电池模组的电池均衡时间为第三时间阈值；
其中，若Ti小于等于预设的第三时间阈值C，则选择第i个电池模组的电池均衡时间为Ti。
需要特别指出的是，对于需要均衡时间太长的情况进行多次分段均衡设计，C时间的选择考虑两次均衡启动之间执行即可，太短影响效率太长则没有必要，通过多次分段均衡来降低均衡误差，一般不小于6小时；当然，也可以考虑开机均衡和小电流均衡也可以分开标定，其中小电流均衡时间更短一些，减少判断误差的影响。
在另一种可能的实施例中，所述步骤S400根据电池单体的均衡信息进行电池均衡具体包括：
根据每个电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置以及各电池模组的电池均衡时间进行放电均衡；
其中，所述放电均衡的均衡方式可以选用被动均衡；所述被动均衡为对电压较高的单体放电；具体而言，本实施例中所述被动均衡是在采集板设计均衡电路，以便每个电池单体上并联一个放电电阻，通过电池管理系统（Battery management system, BMS）的控制电路开闭实现放电均衡。
需要说明的是，采用均衡启动快照模式替代现有技术中的实时检测判断，增加均衡时间并避免动态判断误差，所述快照模式指的是均衡启动后检测到的需要均衡的电池单体进行均衡结束后即停止；且均衡期间无视电池充放电电流大小和电压变化情况，整车下电后电池管理系统休眠后均衡参数不清零，在下次启动后继续均衡。
在一种示意性实施例中，所述方法还包括：在执行步骤S100之后，执行步骤S200之前，执行如下步骤：
清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。本步骤电池管理系统的原均衡计数时间清零，均衡参数重新确认，可以避免电池管理系统软硬件计算导致的误差累计。
在另一种示意性实施例中，所述方法还包括：记录汽车启动时间根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长；
具体而言，在执行步骤S100之前，执行如下步骤：
整车点火启动，初始化；
初始化完成后读取当前时间，即汽车启动时间；
在汽车熄火下电时，读取并记录汽车熄火下电时间，作为下次均衡启动条件的判断参数。
如图5所示为本发明第二方面实施例提供一种车载动力电池均衡装置的模块结构示意图，具体地，所述装置包括：
第一确定模块1，用于根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
第二确定模块2，用于确定电压最低的电池单体；
压差获取模块3，用于获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
第三确定模块4，用于根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
电池均衡模块5，用于根据电池单体的均衡信息进行电池均衡。
在另一种可能的实施例中，所述装置还包括：数据清零模块6，用于清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。
在另一种可能的实施例中，所述装置还包括：
时间记录模块7，用于记录汽车启动时间和汽车熄火下电时间；
第四确定模块8，用于根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长。
需要说明的是，第二方面的多个实施例所述的装置，其可以至少部分的模块集成于电池管理系统（Battery management system, BMS）中。
对于装置实施例而言，由于其对应于上述方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明第三方面实施例提供一种汽车，其包括如第二方面实施例所述的车载动力电池均衡装置。
通过以上实施例的描述可知，本发明实施例的方法及装置具有如下优点：
（1）本发明实施例根据汽车休眠时长及电池充放电电流值来确定是否启动电池管理系统的电池均衡，因此，相对于现有技术的充电均衡方式，本发明的实施例并不依赖于充电模式下进行电池均衡，因此可以推广到无外接充电的混合动力车型；
（2）本发明实施例通过实时获取车载动力电池的所有电池单体与电压最低的电池单体的压差信息，并据此及时判断哪些电池单体需要进行电池均衡，然后对需要均衡的电池单体的进行电池均衡；从而使得电池的电池单体之间的压差减少，借此可以增加电池系统可使用容量，从而可以保持良好的整车续航指标；同时，压差减少还可以增加电池系统可使用功率，从而可以保持良好的整车动力指标；
（3）本发明实施例克服了现有技术充电均衡方式受限于整车充电时间的缺陷，有效地提高了电池管理系统的均衡效果，有助于可靠地降低电池使用压差，实现电池单体的一致性自修复；尤其对于插电式混合动力汽车，本发明实施例具有重要的积极意义，可以避免插电式混合动力汽车因为不经常充电而无法达到良好的均衡效果；
（4）本发明实施例设置了压差阈值B，在某一电池单体与电压最低的电池单体的压差大于预设的压差阈值B的情况下，确定该某一电池单体需要进行均衡，而该压差阈值B设置成可以变化的值，对应于电压平台区的电压差异表现较小，电压平台区的压差阈值B也会设置成与电压差异表现匹配的值，相对于现有技术根据电池单体实时电压情况进行均衡电路开闭的均衡方案，可以避免均衡关闭或者误判的情况，从而进一步提高均衡效率和效果。
本发明实施例中未展开的部分，可参考以上实施例的对应部分，在此不再详细展开。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
根据所述电池单体的均衡信息进行电池均衡。
2.如权利要求1所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述根据汽车休眠时间及电池充放电电流值确定启动电池单体均衡具体包括：
若汽车休眠时长大于预设的第一时间阈值，则启动电池单体均衡；
若汽车休眠时长小于预设的第一时间阈值，则检测电池充放电电流值；若电池充放电电流值小于预设的电流阈值，且累计小于预设电流阈值的时间大于等于预设的第二时间阈值，则启动电池单体均衡。
3.如权利要求1所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述确定电压最低的电池单体，获取其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息具体包括：
实时获取所有电池单体的电压信息；
筛选出电压最低的电池单体；
将所述电压最低的电池单体与其它电池单体的电压进行比较，得到多个压差信息。
4.如权利要求1所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体包括：
若某一电池单体与电压最低的电池单体的压差大于预设的压差阈值，则确定该某一电池单体均衡拟开启；否则确定该某一电池单体均衡拟关闭；
根据每个电池单体均衡拟开启和拟关闭情况确定电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置。
5.如权利要求4所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息具体还包括：
筛选出每个电池模组需要均衡时间最短的电池单体；
查表得到第i个电池模组的需要均衡时间最短的电池单体所对应均衡时间为Ti，i为大于0的自然数；
若Ti大于预设的第三时间阈值，则第i个电池模组的电池均衡时间为第三时间阈值；
若Ti小于等于预设的第三时间阈值，则第i个电池模组的电池均衡时间为Ti。
6.如权利要求5所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述根据电池单体的均衡信息进行电池均衡具体包括：
根据所述电池模组中多个电池单体的均衡开启位置和均衡关闭位置以及各电池模组的电池均衡时间进行被动放电均衡。
7.如权利要求5所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述方法还包括：在执行获取所有电池单体与电压最低的电池单体的压差信息的步骤之前，清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。
8.如权利要求2所述的车载动力电池均衡方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：记录汽车启动时间和汽车熄火下电时间，根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长。
9.一种车载动力电池均衡装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据汽车休眠时长及电池充放电电流值确定启动电池均衡；
第二确定模块，用于确定电压最低的电池单体；
压差获取模块，其它电池单体与所述电压最低的电池单体的压差信息；
第三确定模块，用于根据所述压差信息确定每个电池模组中电池单体的均衡信息；
电池均衡模块，用于根据电池单体的均衡信息进行电池均衡。
10.如权利要求9所述的车载动力电池均衡装置，其特征在于，所述装置还包括：数据清零模块，用于清零各个电池模组的电池均衡时间，并重新确认电池均衡参数。
11.如权利要求9所述的车载动力电池均衡装置，其特征在于，所述装置还包括：
时间记录模块，用于记录汽车启动时间和汽车熄火下电时间；
第四确定模块，根据当前汽车启动时间和上次汽车熄火下电时间确定所述汽车休眠时长。
12.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9至11任一项所述的车载动力电池均衡装置。
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