CN111864844A

CN111864844A - 电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备

Info

Publication number: CN111864844A
Application number: CN202010730784.9A
Authority: CN
Inventors: 乔培培
Original assignee: China Aviation Lithium Battery Co Ltd
Current assignee: China Lithium Battery Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN111864844B

Abstract

本申请公开了电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备，在电池系统处于静态状态，并确定出电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，可以对电池系统进行均衡处理，通过该均衡处理，可以减少两个电池之间的状态参数的差异，有利于提高两个电池的状态参数的一致性，从而可以提高电池系统的使用寿命。

Description

电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤指电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备。

背景技术

随着新能源技术的发展，以新能源汽车为例，对电池系统的容量需求不断提升，要求电池系统可以提供稳定的、持久的、大容量的电能，以保证新能源汽车的正常使用。

其中，电池系统中包括多个电池，由于各电池的放电率等因素的影响，使得各电池的电压会有所区别，甚至各电池之间的电压存在较大差异，进而使得电池系统出现木桶效应，导致电池系统的寿命减少。

那么，如何减少各电池之间的电压的差异，提高电池系统的寿命，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备，用以解决各电池之间的电压存在较大差异的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池系统的均衡方法，包括：

确定所述电池系统当前处于静态状态，所述静态状态为：所述电池系统当前未处于放电模式，同时未处于充电模式，且已完成充电；

确定所述电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，对所述电池系统进行均衡处理；

其中，所述状态参数包括：电压或荷电状态。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池系统的均衡装置，包括：

确定单元，用于确定所述电池系统当前处于静态状态，所述静态状态为：所述电池系统当前未处于放电模式，同时未处于充电模式，且已完成充电；

处理单元，用于确定所述电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，对所述电池系统进行均衡处理；

其中，所述状态参数包括：电压或荷电状态。

第三方面，本申请实施例提供了智能设备，包括：如本申请实施例提供的上述均衡装置、以及电池系统。

上述的技术方案具有的有益效果如下：

本申请实施例提供的电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备，在电池系统处于静态状态，并确定出电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，可以对电池系统进行均衡处理，通过该均衡处理，可以减少电池之间的状态参数的差异，有利于提高电池的状态参数的一致性，从而可以提高电池系统的使用寿命。

附图说明

图1为均衡处理的原理示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种均衡方法的流程图；

图3为本申请实施例中提供的一种电池的等效电路图；

图4为本申请实施例中提供的电池系统的充电电压和电流的曲线示意图；

图5为本申请实施例中提供的电池系统的放电电压和电流的曲线示意图；

图6为本申请实施例中提供的具体实施例的流程图；

图7为本申请实施例中提供的一种均衡装置的结构示意图；

图8为本申请实施例中提供的一种智能设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例提供的电池系统的均衡方法、均衡装置及智能设备的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

发明人在研究中发现，均衡处理可以包括被动均衡处理，一般可以通过均衡电阻对某个电池中未使用的多余电量进行放电，如图1所示，虚线框1内表示电池中多余的电量，以减少电池的荷电状态的差异，提高一致性，从而消除木桶效应，提高电池系统的可用电量，提高电池系统的供电能力。

其中，均衡处理依据的原理包括：电池的荷电状态与电压正相关；以充电过程为例，可以对电压较高的电池进行放电，以热量形式释放电量，为其相邻的电池争取更多的充电时间，以提高两个电池的荷电状态的一致性。

在相关技术中，在进行均衡处理时，以商用车为例，可以包括以下特点：

1、在充电模式下进行均衡处理。

其中，商用车的使用模式包括：充电模式、行车模式、驻车模式。

行车模式的工况比较复杂，电池的电压波动比较剧烈，所以一般不开启均衡处理过程。

驻车模式下，电池管理系统一般处于下电且不工作状态，无法开启均衡处理过程；

在充电模式下，在温度、充电倍率、直流内阻相同的情况下，理论电量与电压之间呈正相关，所以行业内一般会选择在充电模式下开启均衡处理过程。

2、均衡处理的时间短。

其中，商用车大多采用快充模式(即快速充电模式)进行充电，且充电时间一般可以在3个小时之内完成；由于均衡处理过程的开启，需要电压或压差等作为触发条件，若在充电开始时不能触发均衡处理过程，那么可能会出现均衡处理时间较短的情况，导致均衡处理不够充分。

3、容易出现误操作。

其中，在充电模式下，电池处于极化状态，电池的电压受到直流内阻的影响较大，使得电池的电压往往不能体现出电池的真实容量，从而容易出现误均衡、乱均衡等误操作的现象，导致均衡处理的准确性降低。

基于此，本申请实施例提供了一种电池系统的均衡方法，用于在提高均衡处理的准确性的同时，使得均衡处理具有充足的时间，从而提高均衡处理的效果。

具体地，本申请实施例提供的一种电池系统的均衡方法，如图2所示，可以包括：

S201、确定电池系统当前处于静态状态，静态状态为：电池系统当前未处于放电模式，同时未处于充电模式，且已完成充电；

S202、确定电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，对电池系统进行均衡处理；其中，状态参数包括：电压或荷电状态。

说明一点，荷电状态可以理解为：在电池使用或放置一段时间之后，剩余电量与初始电量之间的比值；荷电量可以理解为：在电池使用或放置一段时间之后的剩余电量。

在实际情况中，在电池系统的充电过程中，电池的等效电路结构图，如图3所示，此时，电池k的电压可以用以下关系式进行表示：

U_k＝OCV(S_k(t))+R_k×i_k(t) 关系式1；

其中，OCV(S_k(t))表示电池k在当前的荷电状态下的开路电压，R_k表示电池k的内阻，且内阻可以包括欧姆内阻和极化内阻，U_k表示电池k的电压。

若任意两个电池的压差用△U表示，预设阈值用U₀表示，且以两个电池的电压的差值不小于预设阈值为例时：

假设电池k与电池k+1相邻，且电池k的电压OCV(S_k(t))小于等于电池k+1的电压OCV(S_k+1(t))，电池k的内阻R_k大于电池k+1的内阻R_k+1；在充电过程中，i_k(t)＝i_k+1(t)；此时：

U_k＝OCV(S_k(t))+R_k×i_k(t) 关系式1；

U_k+1＝OCV(S_k+1(t))+R_k+1×i_k+1(t) 关系式2；

在关系式1与关系式2做减法后，得到U_k-U_k+1≥U₀时，若此时开启均衡处理过程，由于电流的存在可能会导致电池中的极化内阻增加，虽然电池的电压与电量依然呈正相关，但电压高并非一定是荷电量高，最终导致出现误均衡的现象。

在i_k(t)＝i_k+1(t)＝0时，关系式1和关系式2可以调整为以下形式：

U_k＝OCV(S_k(t))；

U_k+1＝OCV(S_k+1(t))；

此时，电池的电压等于开路电压，去除了电池中的极化内阻的干扰，使得电池的电压与电量正相关，且电压高即为荷电量高。

因此，在i_k(t)＝i_k+1(t)＝0时，开启均衡处理过程，可以避免出现误均衡的现象。

基于此，在电池系统处于静态状态，并确定出电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，可以对电池系统进行均衡处理，通过该均衡处理，可以减少两个电池之间的状态参数的差异，有利于提高两个电池的状态参数的一致性，从而可以提高电池系统的使用寿命。

并且，在对电池进行均衡处理时，是在电池系统处于静态状态时进行的，此时电池系统向外并未提供电能(即未处于放电模式)，同时也没有进行充电(即未处于充电模式)，且在未对电池系统中的电池进行电压采集时，电池系统中无电流通过；并且，即使对电池系统中电池的电压进行采集时，因电压采集器(例如但不限于电池管理系统)的内阻一般设置的较大，所以此时流过电池的电压很小，可以忽略不计；所以电池具有较高电压时，即为具有较高电量，避免了电池中的极化内阻的干扰，从而可以提高均衡处理的准确性，减少误操作。

说明一点，在实际情况中，由于不同电池之间的放电率不同、以及电池容量的保持率不同，即使在某一时刻不同电池的荷电状态(或电压)的差异较小，但在经过一段时间之后，这种荷电状态(或电压)的差异可能被扩大，从而导致荷电状态(或电压)的差异变化，电池系统的可用电量减少，此时可以通过均衡处理，均衡不同电池之间的荷电状态(或电压)的差异。

例如，在t1时刻，假设在该时刻，电池k与电池k+1均处于高荷电状态，且电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)大于预设阈值，那么此时可以开启均衡处理过程(即第一次均衡处理)，也即对电池k与电池k+1中荷电状态(或电压)比较高的那个电池进行放电，以减少电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)。

在经过一段时间的放电之后到达t2时刻，此时电池k与电池k+1可能均处于低荷电状态，虽然在高荷电状态时均衡处理后电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)减少，但是到了低荷电状态时，这种差异会被扩大，使得电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)再次大于预设阈值，因此仍然需要开启均衡处理过程(即第二次均衡处理)，也即对电池k与电池k+1中荷电状态(或电压)比较高的那个电池进行放电，以减少电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)。

假设在经过第二次均衡处理后，电池k与电池k+1的荷电状态(或电压)比较低，且需要为电池k与电池k+1进行充电时，在经过一段时间的充电之后，电池k与电池k+1的荷电状态增加，随之而来的是，电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)再次大于预设阈值，所以此时需要进行第三次均衡处理，也即对电池k与电池k+1中荷电状态(或电压)比较高的那个电池进行放电，以减少电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)。

或者，假设在经过第二次均衡处理后，电池k与电池k+1的荷电状态虽然处于低荷电状态，但是并没有到达最低，且当前并不需要进行充电时，在经过一段时间的放电之后，这种差异再次被扩大，使得电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)再次大于预设阈值，所以此时也需要进行第三次均衡处理，也即对电池k与电池k+1中荷电状态(或电压)比较高的那个电池进行放电，以减少电池k与电池k+1之间的荷电状态的差值(或压差)。

也就是说，在实际情况中，若电池k与电池k+1均处于高荷电状态，且荷电状态的差值(或压差)较小，一致性较好时，待电池k与电池k+1均变到低荷电状态时，这种差异会被扩大；若电池k与电池k+1均处于低荷电状态，且荷电状态的差值(或压差)较小，一致性较好时，待电池k与电池k+1均变到高荷电状态时，这种差异依然会被扩大。

从而，电池在高荷电状态与低荷电状态之间改变时，会不停的进行均衡处理，导致摇摆均衡出现，不利于电池系统的使用。

在本申请实施例中，在对电池进行均衡处理时，是在电池系统完成充电过程时进行的，此时：不仅更加有机会触发均衡处理，使得均衡处理具有充足的时间，从而可以提高均衡处理的效果，进一步提高电池系统的使用寿命；还可以在特定状态下开启均衡处理，避免出现摇摆均衡的问题出现，进而消除对电池系统的使用过程造成干扰和不良影响。

例如，如图4所示，以锂离子电池系统为例，锂离子电池系统在充电前期和充电中期，电压的一致性较好，而在充电末期，电池系统的荷电状态较高，电池系统中不同电池之间表现出较大的电压差异，因此，可以选择在充电末端触发均衡处理过程。

或者，如图5所示，同样以锂离子电池系统为例，锂离子电池系统在放电前期和放电中期，电压的一致性较好，而在放电末期，电池系统的荷电状态较低，电池系统中不同电池之间表现出较大的电压差异，因此，可以选择在放电末端触发均衡处理过程。

在本申请实施例中，对不同地区、不同类型的商用车电池系统的荷电使用情况进行统计，结果表明：电池系统的荷电使用窗口在20％-100％之间，甚至有的车辆的荷电使用窗口在65％-100％，由于荷电使用窗口维持在较高的比例，即荷电状态较高，所以若要在低荷电状态时，开启均衡处理可能会难以实现，即难以实现在放电末端触发均衡处理过程。

因此，选择在充电完成后的电池系统处于高荷电状态时开启均衡处理，更容易实现。

可选地，在本申请实施例中，在确定电池系统当前处于静态状态之前，还包括：

按照预设周期，唤醒电池系统。

其中，预设周期的设置，可以根据实际需要、监控的严格程度、以及均衡处理所需要的时间等因素进行设置，在此并不限定。

也就是说，需要对电池系统进行定期唤醒(唤醒可以理解为：对用于管理电池系统的电池管理系统进行上电，以便于电池管理系统可以确定电池系统当前处于何种状态)，在唤醒电池系统后，确定出电池系统满足条件(该条件可以包括：电池系统处于静态状态、以及电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值)时，即可开启均衡处理过程，从而，可以在任一天之内对电池系统进行24小时的监控，使得在电池系统需要开启均衡处理时即可开启均衡处理过程，保证电池系统可以提高较高的电量，提高电池系统的供电能力。

并且，对于唤醒的方式，可以采用现有技术中任何可以实现唤醒的方式，在此不再详述。

可选地，在本申请实施例中，对电池系统进行均衡处理之前，还包括：

确定与电池系统连接的电路板的温度是否不小于预设温度；

若否，则对电池系统进行均衡处理；

若是，则禁止对电池系统进行均衡处理。

其中，在实际情况中，为了实现均衡处理，其中一种均衡处理方式可以为：对荷电状态(或电压)较高的电池进行放电，且放电的方式可以通过并联于该电池的电阻来实现。

也就是说，通过并联的电阻的放热，降低该电池的荷电状态(或电压)。

并且，与电池并联的电阻通常设置在电路板之上，如果电阻未放热之前，电路板的温度较高，在电阻放热之后，会增加电路板的温度，最终可能会导致电路板被烧坏，影响后续的均衡处理效果。

因此，在进行均衡处理之前，需要判断电路板的当前温度，在电路板的当前温度处于安全范围时，则可以进行均衡处理，在提高电池系统寿命的同时，提高电路板的安全性。

当然，对于预设温度的设置，可以根据安全性要求、以及电路板中各元件的耐热温度等因素来设置，在此并不限定。

具体地，在本申请实施例中，在判断出电池系统当前处于放电模式时，还包括：

将预设的第一标志位赋值为第一数值，第一数值表示电池系统当前未完成充电。

其中，第一数值可以设置为数字，例如但不限于数字0，或者设置为符号，例如但不限于符号#，又或者设置为数字和符号的组合等，可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。

如此，在后续进行均衡处理时，可以根据第一标志位的数值，确定电池系统当前处于何种状态，以便于确定是否需要进行均衡处理。

具体地，在本申请实施例中，在判断电池系统当前处于充电模式时，包括：

判断电池系统当前是否完成充电；

若完成充电，则将第二标志位赋值为第二数值；

若未完成充电，则将第二标志位赋值为第三数值。

其中，第二数值、第三数值同样可以设置为数字，例如但不限于：第二数值设置为数字1，第三数值设置为数字0；

或者设置为符号，例如但不限于：第二数值设置为符号*，第三数值设置为符号&；

又或者设置为数字和符号的组合等；

可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。

并且，第二数值可以用于表示电池系统当前已完成充电过程。

此外，第一标志位与第二标志位可以为同一标志位，或者为不同的标志位，可以根据实际需要进行设置，以满足不同应用场景的需要，提高设计的灵活性。

具体地，在本申请实施例中，确定电池系统完成充电，具体包括：

若第二标志位的数值为第二数值，则判断电池系统完成充电。

如此，可以根据第二标志位的数值，确定电池系统是否已经完成充电过程，从而有利于确定是否开启均衡处理过程，提高均衡处理的精确度，减少误操作。

下面结合具体实施例，对本申请实施例提供的均衡方法进行说明。

结合图6所示，以状态参数为电压，且第一标志位与第二标志位为同一标志位为例进行说明。

S601、按照预设周期，唤醒电池系统；

S602、判断电池系统当前是否处于放电模式；若是，执行S603；若否，执行S604；

其中，判断电池系统当前是否处于放电模式时，可以通过以下方式实现：

判断用于表示放电模式的on信号当前是否在线；

若在线，表示当前处于放电模式；

若不在线，表示当前未处于放电模式。

S603、将第一标志位赋值为0；回到S602；

S604、判断电池系统当前是否处于充电模式；若是，执行S605；若否，执行S608；

其中，判断电池系统当前是否处于充电模式时，可以通过以下方式实现：

判断用于表示充电模式的CC2信号当前是否在线；

若在线，表示当前处于充电模式；

若不在线，表示当前未处于充电模式。

S605、判断电池系统当前是否已充电完成；若是，执行S606；若否，执行S607；

S606、将第一标志位赋值为1；回到S604；

S607、将第一标志位赋值为0；回到S604；

S608、控制电池系统进入唤醒模式；

S609、判断第一标志位是否为1；若是，执行S610；若否，继续执行本步骤；

其中，此时判断第一标志位是否为1的原因在于：

在实际情况中，可能会存在以下情况：

在电池系统完成充电之后进行放电，此时将第一标志位赋值为0；

并且，在放电结束之后，用于表示放电模式的on信号不在线，且此时用于表示充电模式的CC2信号同样不在线，但因第一标志位此时依然为0而不是1，所以若此时不判断第一标志位是否为1，而是直接判断任意两个电池的压差是否大于预设阈值，那么此时判断的结构可能会不准确，出现误判，从而影响均衡效果。

因此，此时需要判断第一标志位是否为1，以便于提高后续判断结果的准确性，提高均衡效果。

S610、判断电池系统任意两个电池的压差是否大于预设阈值；若是，执行S611；若否，回到S609；

S611、判断电路板的当前温度是否大于预设温度；若否，执行S612；若是，停止均衡处理，回到S609；

S612、对电池系统进行均衡处理。

其中，可选地，在进行均衡处理时，可以采用以下方式进行均衡处理：

1、通过外接电阻的方式实现均衡。

其中，电池系统中的每个电池都可以并联有一个开关和一个电阻，且各开关在未进行均衡处理时均处于关闭状态；

在确定出需要对哪些电池(例如电池m和电池m+1之间的压差不小于预设阈值，且电池m+1的电压高于电池m的电压)进行均衡处理时，那么可以打开电池m+1连接的开关，以使电池m+1和连接的电阻之间形成回路，通过电阻放热，降低电池m+1的电压，从而降低电池m和电池m+1之间的压差。

2、向其他电池充电的方式实现均衡。

其中，假设电池m和电池m+1之间的压差不小于预设阈值，且电池m+1的电压高于电池m的电压，那么可以控制电池m+1向电池m充电，以降低电池m+1的电压，增加电池m的电压，从而降低电池m和电池m+1之间的压差。

当然，在实际情况中，在进行均衡处理时，并不限于上述两种方式，还可以采用本领域技术人员所熟知的其他可以实现降低电池m和电池m+1之间的压差的方式，在此并不限定。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电池系统的均衡装置，该装置的实现原理与前述一种均衡方法的实现原理类似，该装置的具体实施方式可参见均衡方法的具体实施例，重复之处不再赘述。

具体地，本申请实施例提供了一种电池系统的均衡装置，如图7所示，包括：

确定单元701，用于确定电池系统当前处于静态状态，静态状态为：电池系统当前未处于放电模式，同时未处于充电模式，且已完成充电；

处理单元702，用于定电池系统中任意两个电池的状态参数的差值不小于预设阈值时，对电池系统进行均衡处理；

其中，状态参数包括：电压或荷电状态。

可选地，在本申请实施例中，确定单元还用于：

在确定电池系统当前处于静态状态之前，按照预设周期，唤醒电池系统。

可选地，在本申请实施例中，确定单元还用于：

对电池系统进行均衡处理之前，确定与电池系统连接的电路板的温度是否不小于预设温度。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种智能设备，如图8所示，包括：如本申请实施例提供的上述均衡装置801。

可选地，在本申请实施例中，智能设备还可以包括电池系统。

当然，在实际情况中，智能设备除了可以包括均衡装置和电池系统之外，还可以包括其他可以实现智能设备功能的结构，具体可参见现有技术，在此不再详述。

可选地，在本申请实施例中，智能设备可以为：电池系统驱动的设备，例如但不限于电动汽车。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种电池系统的均衡方法，其特征在于，包括：

其中，所述状态参数包括：电压或荷电状态。

2.如权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，在确定所述电池系统当前处于静态状态之前，还包括：

按照预设周期，唤醒所述电池系统。

3.如权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，对所述电池系统进行均衡处理之前，还包括：

确定与所述电池系统连接的电路板的温度是否不小于预设温度；

若否，则对所述电池系统进行均衡处理；

若是，则禁止对所述电池系统进行均衡处理。

4.如权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，在判断出所述电池系统当前处于所述放电模式时，还包括：

将预设的第一标志位赋值为第一数值，所述第一数值表示所述电池系统当前未完成所述充电。

5.如权利要求1所述的均衡方法，其特征在于，在判断所述电池系统当前处于所述充电模式时，包括：

判断所述电池系统当前是否完成充电；

若完成充电，则将第二标志位赋值为第二数值；

若未完成充电，则将所述第二标志位赋值为所述第三数值。

6.如权利要求5所述的均衡方法，其特征在于，确定所述电池系统完成充电，具体包括：

若所述第二标志位的数值为所述第二数值，则判断所述电池系统完成充电。

7.一种电池系统的均衡装置，其特征在于，包括：

其中，所述状态参数包括：电压或荷电状态。

8.如权利要求7所述的均衡装置，其特征在于，所述确定单元还用于：

在确定所述电池系统当前处于静态状态之前，按照预设周期，唤醒所述电池系统。

9.如权利要求7所述的均衡装置，其特征在于，所述确定单元还用于：

对所述电池系统进行均衡处理之前，确定与所述电池系统连接的电路板的温度是否不小于预设温度。

10.一种智能设备，其特征在于，包括：如权利要求7-9任一项所述的均衡装置。