CN113183828A - 电池模组的均衡方法和均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模组的均衡方法和均衡装置。该电池模组的均衡方法包括：对一电芯进行充电操作或放电操作；检测电芯的温度是否超过预设温度值，如果电芯的温度超过预设温度值，则停止对电芯进行充电操作或放电操作；检测电芯的电压是否达到预设电压值，若达到预设电压值，则停止对电芯进行充电操作或放电操作，完成对电芯的均衡；重复前述步骤依次对各电芯进行均衡操作，直至电池模组中所有电芯均完成均衡。上述方法，可以精准地电池模组中的每一个电芯进行充电操作或放电操作，实现了对电池模组内各电芯的全面均衡；同时，上述方法还可以对电芯温度进行监测，保证了均衡过程中不会出现电池过热而导致的安全事故，提高了安全性。

Description

电池模组的均衡方法和均衡装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池模组的均衡方法和均衡装置。
背景技术
动力电池包或动力电池模组在长时间贮存或者长时间使用之后，容量会出现明显的偏差。原因之一在于电芯的自放电速率不同，而且保护电路对电芯的耗电也不相同(电芯是组成动力电池包或动力电池模组的最小单元)。动力电池模组在贮存后如果出现容量差异较大，则不适合再成组组装为动力电池系统。如果继续使用，会造成车辆续航能力降低，导致不好的客户体验。严重时甚至会造成电池系统中个别单体电芯的过充或者过放，进而引发安全风险。
因此，需要对电压不均衡的动力电池模组进行定期维护。传统技术方案中，一种常用的维护方式是对电池模组总体进行充电到上限截止电压，或者放电到下限截止电压，期望通过此方法达到动力电池组内各单体电芯的容量和电压的一致。在实际应用中，这种方法无法做到对所有电芯的实现均衡，无法彻底解决电压不均衡的问题。
另一种方案是将电池模组集成为动力电池系统，进而通过电池管理系统对个别高容量电芯进行放电，或对个别低容量电芯从其它电芯获取能量补充，或对个别电芯进行单独充电。这种方案成本较高，无法普及。
发明内容
基于此，有必要针对动力电池模组的维护中存在的电压均衡不彻底和成本过高的问题，提供一种电池模组的均衡方法和均衡装置。
一种电池模组的均衡方法，所述电池模组包括多个电芯，所述方法包括：对一所述电芯进行充电操作或放电操作；检测所述电芯的温度是否超过预设温度值，如果所述电芯的温度超过所述预设温度值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作；检测所述电芯的电压是否达到预设电压值，若达到所述预设电压值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作，完成对所述电芯的均衡；重复前述步骤依次对各所述电芯进行均衡操作，直至所述电池模组中所有电芯均完成均衡。
上述电池模组的均衡方法，可以精准地电池模组中的每一个电芯进行充电操作或放电操作，实现了对电池模组全面而彻底的均衡；同时，在对电池模组的均衡过程中还可以对电芯温度的监测，保证了均衡过程中不会出现电池过热而导致的安全事故，提高了安全性。
在其中一个实施例中，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：通过测试组件将所述电芯的正负传输极与充放电设备相连接；其中，所述测试组件包括电流传输功能、电压探测功能及温度探测功能。
在其中一个实施例中，所述通过测试组件将所述电芯的正负传输极与充放电设备相连接之前还包括：去除所述电池模组的外层保护装置。
在其中一个实施例中，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：获取各所述电芯的电压值；将各所述电芯的电压值与所述预设电压值进行比较，筛选出电压发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
在其中一个实施例中，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：获取各所述电芯的实际电池容量；将各所述电芯的实际电池容量与预设电池容量值进行对比，筛选出电池容量发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
一种电池模组的均衡装置，所述电池模组包括多个电芯，所述均衡装置包括：充放电装置，包括电流端口、电压端口和温度端口，其中，所述电流端口用于输出电流或输入电流，对电芯进行充电操作或放电操作；所述电压端口用于接收所述电芯的电压信号；所述温度端口用于接收所述电芯的温度信号；测试组件，连接于所述充放电装置和所述电芯之间，用于实现所述电流端口和所述电芯之间的电流传输，以及对所述电芯进行电压检测和温度检测，获取所述电压信号和所述温度信号；判断装置，与所述充放电装置相连，用于根据所述温度信号判断所述电芯的温度是否超过预设温度值，如果所述电芯的温度超过所述预设温度值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作；以及根据所述电压信号判断所述电芯的电压是否达到预设电压值，若达到所述预设电压值，则完成对所述电芯的均衡。
在其中一个实施例中，所述测试组件包括：电流传输部件，连接于所述电流端口和所述电芯之间，用于实现所述电流端口和所述电芯之间的电流传输；电压传感器，连接于所述电压端口和所述电芯之间，用于测量所述电芯的电压；温度传感器，连接于所述温度端口和所述电芯之间，用于测量所述电芯的温度。
在其中一个实施例中，所述电流传输部件、所述电压传感器及所述温度传感器集成在一起，所述测试组件的第一端与所述电芯的正负传输极相连接，所述测试组件的第二端与所述充放电设备相连接。
在其中一个实施例中，所述温度传感器包括接触式温度传感器和非接触式温度传感器。
在其中一个实施例中，所述电流传输部件单独连接在所述电芯的正负传输极相和所述充放电设备之间；所述电压传感器和所述温度传感器集成之后，一端与所述电池模组的低压插件相连接，另一端与所述充放电设备相连接。
附图说明
图1为本申请一实施例中一种电池模组的均衡方法的流程框图。
图2为本申请一实施例中一种电池模组的均衡装置的结构框图。
图3为本申请一实施例中一种测试组件与充放电装置相连接的示意图。
图4为本申请一实施例中一种电池模组的均衡装置的应用示意图。
附图标号说明：10、充放电装置；20、测试组件；21、电流传输部件；22电压传感器；23、温度传感器；30、判断装置；40、电池模组；41、电芯。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
本申请的一个实施例提供了一种电池模组的均衡方法。本实施例中的电池模组可应用于电动汽车，为电动汽车提供前进动力。通常，电池模组由多个电芯组成，多个电芯通过同一个外壳框架封装在一起，通过统一的接口对外界进行供电，即可构成一个电池模组；多个电池模组共同构成一个电池包。其中，电芯是电动汽车动力电池的最小单位，任何一颗电芯的损坏，都会导致整个电池模组的损坏。当任何一个电芯的容量由于长时间的使用或贮存而改变时，会降低电池模组的使用效率，影响电池模组的正常使用。所谓均衡，就是指通过一定的电力电子技术，使得电池模组中所有电芯之间的电压偏差保持在预期的范围内，保证电池模组在使用过程中，每个电芯均保持相同或足够相近的工作状态，减少电芯损坏的概率。如果不进行均衡控制，随着充放电循环的随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，电池模组的使用寿命将大大缩减。因此，有必要对电池模组中的每个电芯进行精准的均衡，以完成对整个电池模组的均衡。可选地，上述电池模组的均衡方法不仅限于对电池模组中的电芯进行均衡，还可以适用于对无模组的动力电池包中的电芯进行均衡。本申请中提及的电芯包括方形电芯和/或圆柱电芯。
本实施例提供的电池模组的均衡方法如图1所示，包括：
S1：对一所述电芯进行充电操作或放电操作。
S3：检测所述电芯的温度是否超过预设温度值，如果所述电芯的温度超过所述预设温度值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作。
S5：检测所述电芯的电压是否达到预设电压值，若达到所述预设电压值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作，完成对所述电芯的均衡。
S7：重复前述步骤依次对各所述电芯进行均衡操作，直至所述电池模组中所有电芯均完成均衡。
其中，在步骤S1中，可以使用充放电装置对电芯进行充电操作或者放电操作，其目的在于使得电芯的电压达到预设电压值。通过控制电芯进行充电或放电，可以灵活地调节单个电芯的电压至预设电压值，实现对单个电芯的均衡。同时，预设电压值的设置，可以为后续步骤中对其他电芯进行充放电操作提供参考依据，保证各电芯经过均衡之后的电压保持一致。作为示例，在对电芯进行充电操作时，充电电流为25A-35A，例如25A、30A或35A。
在步骤S3中，在对电池模组的均衡过程中还可以使用温度传感器检测电芯的温度，判断其是否超过预设温度值，如果电芯的温度超过预设温度值，则停止对电芯进行充电操作或放电操作，以避免电芯温度持续升高，引发安全隐患。作为示例，预设温度值可以是35℃-45℃，例如，35℃、40℃或45℃。
通过对电芯温度的监控，可以防止电芯在均衡过程中出现温度过高的情况，为电池模组的均衡过程提供了安全保障。
在步骤S5中，在对电池模组的均衡过程中还可以对电芯的电压进行持续监测，判断电芯的电压是否达到预设电压值。当电芯的电压达到预设电压值，说明该电芯已经完成均衡，充放电装置可以停止工作。作为示例，预设电压值可以是3V-5V，例如3V、4V或5V。
在步骤S7中，重复步骤S1至S5，对其他各个电芯进行相同的均衡操作，直至电池模组中的电芯都完成均衡操作。在针对每个电芯的均衡过程中，由于预设电压值均相同，可以确保经过对电池模组的均衡操作之后，所有电芯的电压均相同，或保持在接近的水平。
上述电池模组的均衡方法，通过对每个电芯进行相同的均衡操作，将各个电芯的电压调节至相同水平，准确地实现了对各个电芯的均衡操作。同时，在均衡操作过程，还兼顾了对电芯温度的测量，确保均衡过程中不会出现电芯温度过高而引发的安全事故，提供了均衡过程的安全性。
在一个实施例中，对电芯进行充电操作或放电操作之前还包括如下步骤：通过测试组件将电芯的正负传输极与充放电设备相连接，其中，测试组件包括电流传输功能、电压探测功能及温度探测功能。
作为示例，测试组件的数量可以是2个，包括第一测试组件和第二测试组件。其中，第一测试组件的第一端连接到电芯的正传输极，第一测试组件的第二端连接到充放电设备。第二测试组件的第二端连接到电芯的负传输极，第二测试组件的第二端连接到充放电设备。
在一个实施例中，通过测试组件将电芯的正负传输极与充放电设备相连接之前还包括：去除所述电池模组的外层保护装置。为了提高电池模组的安全性，避免车辆运行过程中对电芯造成机械碰撞，一般会在电磁模组外层安装保护装置。在将测试组件连接到电芯之前，需要对这些保护装置进行去除。作为示例，将方形电芯或者圆柱电芯组装而成的电池模组的上盖拆卸掉；或者将软包电芯组装而成的电池模组的两侧护板拆卸掉；或者是将动力电池包的上箱体打开。
在一个实施例中，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：获取各所述电芯的电压值；将各所述电芯的电压值与所述预设电压值进行比较，筛选出电压发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
具体地，为了提高电池模组的均衡效率，可以先对电池模组中的各电芯进行电压提取，并将各电芯的电压值与预设电压值进行对比，以筛选出电压偏离的电芯，作为待均衡电芯。
作为示例，首先，对电池模组中的所有电芯进行整体电压检测，以获取各电芯的电压值。具体地，在获取各电芯的电压值之前，默认电池模组处于满电状态，并通过设置于电池模组中的电压获取模块，实时获取和显示各电芯的电压值。将电压值与预设电压值不符的电芯，作为待均衡电芯，进行重点标识或发出待均衡信号，以便于电压均衡设备准确定位至该待均衡电芯。可选地，利用前述实施例中的电池模组的均衡方法，对待均衡电芯进行充电操作，同时检测电芯温度，防止电芯温度超出预设温度值而发生危险。当所有待均衡电芯的电压值到达预设电压值后，完成对电池模组的均衡。
通过提前获取整体电池模组中各电芯的电压值，可以排除电压正常的电芯，无需对这部分电芯进行均衡，仅针对电压发生偏离的电芯进行均衡，从而可以提高均衡效率。
在一个实施例中，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：获取各所述电芯的实际电池容量；将各所述电芯的实际电池容量与预设电池容量值进行对比，筛选出电池容量发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
电池容量是电池性能的重要指标之一，它表示电池存储电量的大小，可用于表征电池在特定条件下持续工作时间的长短。对于电动汽车来说，电芯往往被设计为在特定电量范围内保持额定电压，因此，即使测量到的电芯电压等于预设电压，电芯的实际电池容量也有可能已经低于预设电池容量值。
本实施通过获取电芯的实际电池容量，并将实际电池容量与预设电池容量进行对比，以确定需要均衡的电芯，即待均衡电芯，可以更加准确地识别出待均衡电芯，提高电池模组的均衡方法的可靠性。
作为示例，可以用荷电状态(state of charge，SOC)来表征电芯的实际电池容量，将电芯的额定电池容量作为预设电池容量值。
在一个实施例中，在对电池模组中的电芯进行均衡之前，先通过电压值和实际电池容量值对所有电芯进行筛选，以识别出待均衡电芯，实现对电芯的精准均衡，从而降低均衡操作的工作量，提高均衡操作的效率和可靠性。
本申请的另一个实施例还提供了一种电池模组40的均衡装置，如图2所示，包括：充放电装置10，包括电流端口、电压端口和温度端口，其中，电流端口用于输出电流或输入电流，对电芯41进行充电操作或放电操作；电压端口用于接收电芯41的电压信号；温度端口用于接收电芯41的温度信号；测试组件20，连接于充放电装置10和电芯41之间，用于实现电流端口和电芯41之间的电流传输，以及对电芯41进行电压检测和温度检测，获取电压信号和温度信号；判断装置30，与充放电装置10相连，用于根据温度信号判断电芯41的温度是否超过预设温度值，如果电芯41的温度超过预设温度值，则停止对电芯41进行充电操作或放电操作；以及根据电压信号判断电芯41的电压是否达到预设电压值，若达到预设电压值，则完成对电芯41的均衡。
作为示例，充放电装置10可以设置有两组电流端口、电压端口和温度端口，也可以设置有两组以上的电流端口、电压端口和温度端口，以同时连接两个或多个测试组件20。本申请对电流端口、电压端口和温度端口的数量不做限制。其中，充放电装置10的充放电电流的范围为0A-500A。可选地，充放电装置10还可以为独立的电流传输装置，不具备电压探测和温度探测功能。电压探测和温度探测功能可以用独立于电流传输装置的其他装置实现。
测试组件20连接于充放电装置10和电芯41之间，用于构建两者之间的充电或放电回路，以便于充电的装置对电芯41进行充电操作或放电操作。并且，测试组件20还负责测量电芯41的电压和温度，并将电压信号和温度信号传回充放电装置10。
判断装置30与充放电装置10相连接，对充放电接收到的电压信号和温度信号进行判断。作为示例，判断装置30中存储有预设温度值和预设电压值，当电芯41的电压达到预设电压值且温度未超过预设温度值时，判断装置30向充放电装置10发送均衡完成的信号，充放电装置10接收到信号后主动停止对电芯41进行充电操作或放电操作。可选的，判断装置30还可以设置到充放电装置10内部，以精简电池模组40的均衡装置的结构，提高均衡装置的便携性。可选地，充放电设备还可以包括电压报警功能和/或温度报警功能，当电压超过预设电压值或温度超过预设温度值后，判断装置30产生断电信号，充放电装置10根据该信号停止对电芯41进行充放电操作，同时发出警报，以提醒工作人员进行故障排查。
上述电池模组40的均衡装置，可以对电池模组40中的每个电芯41进行充电操作或放电操作，实现了对电池模组40可靠的均衡操作，同时，上述电池模组40的均衡装置在均衡过程中，兼顾了对电芯41温度的监测，避免电芯41温度过高引发安全隐患，提高了均衡过程的安全性。
在其中一个实施例中，如图3所示，测试组件20包括：电流传输部件21，连接于电流端口和电芯41之间，用于实现电流端口和电芯41之间的电流传输；电压传感器22，连接于电压端口和电芯41之间，用于测量电芯41的电压；温度传感器23，连接于温度端口和电芯41之间，用于测量电芯41的温度。图3所示测试组件20的应用场景示意图如图4所示，一个测试组件20连接在电芯41的正传输极和充放电装置10之间，另一个测试组件20连接在电芯41的负传输极和充放电装置10之间。判断装置30(图中未示出)内置于充放电装置10内部，以精简电池模组40的均衡装置，提高均衡装置的便携性。
具体地，电流传输端子可以选用PGGO PIN形式、棒状或者架子等形式。PGGO PIN是一种精密连接器，广泛应用于电子产品中，起连接作用。电压传感器22的传输端子可以为金属丝状、棒状、弹簧形式、夹子形式或者POGO PIN形式。
在一个实施例中，请继续参考图4，电流传输部件21、电压传感器22及温度传感器23集成在一起，测试组件20的第一端与电芯41的正负传输极相连接，测试组件20的第二端与充放电设备相连接。其中，温度传感器23可以是接触式温度传感器23，例如热敏电阻温度传感器23，也可以是非接触式温度传感器23，例如红外温度传感器23。温度传感器23的探测范围可以是-40℃～60℃。
在一个实施例中，电流传输部件21单独连接在电芯41的正负传输极相和充放电设备之间；电压传感器22和温度传感器23集成之后，一端与电池模组40的低压插件相连接，另一端与充放电设备相连接。
其中，低压插件安装于电池模组40中，可以测量出当前正在充电或放电的电芯41的电压信息和温度信息。因此，将测试组件20中的电压传感器22和温度传感集成之后连接到电池模组40的低压插件中，可以仅通过移动电流传输部件21，即可实现对电芯41的均衡操作以及对电芯41温度和电压的监测，简化了测试组件20中与电芯41连接的部件结构。
可选地，低压插件还可以安装到无模组的电池包中。可以将电压传感器22和温度传感器23集成之后连接到无模组的电池包中的低压插件，以获取被均衡电芯41的电压信息和温度信息。
可选地，低压插件还可以安装到无模组的电池包中。可以将电压传感器和所述温度传感器集成之后连接到无模组的电池包中的低压插件，以获取被均衡电芯的电压和温度信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池模组的均衡方法，所述电池模组包括多个电芯，其特征在于，包括：
对一所述电芯进行充电操作或放电操作；
检测所述电芯的温度是否超过预设温度值，如果所述电芯的温度超过所述预设温度值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作；
检测所述电芯的电压是否达到预设电压值，若达到所述预设电压值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作，完成对所述电芯的均衡；
重复前述步骤依次对各所述电芯进行均衡操作，直至所述电池模组中所有电芯均完成均衡。
2.根据权利要求1所述的电池模组的均衡方法，其特征在于，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：
通过测试组件将所述电芯的正负传输极与充放电设备相连接；
其中，所述测试组件包括电流传输功能、电压探测功能及温度探测功能。
3.根据权利要求2所述的电池模组的均衡方法，其特征在于，所述通过测试组件将所述电芯的正负传输极与充放电设备相连接之前还包括：
去除所述电池模组的外层保护装置。
4.根据权利要求1所述的电池模组的均衡方法，其特征在于，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：
获取各所述电芯的电压值；
将各所述电芯的电压值与所述预设电压值进行比较，筛选出电压发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
5.根据权利要求1所述的电池模组的均衡方法，其特征在于，对一电芯进行充电操作或放电操作之前还包括：
获取各所述电芯的实际电池容量；
将各所述电芯的实际电池容量与预设电池容量值进行对比，筛选出电池容量发生偏离的电芯，作为待均衡电芯。
6.一种电池模组的均衡装置，所述电池模组包括多个电芯，其特征在于，包括：
充放电装置，包括电流端口、电压端口和温度端口，其中，所述电流端口用于输出电流或输入电流，对电芯进行充电操作或放电操作；所述电压端口用于接收所述电芯的电压信号；所述温度端口用于接收所述电芯的温度信号；
测试组件，连接于所述充放电装置和所述电芯之间，用于实现所述电流端口和所述电芯之间的电流传输，以及对所述电芯进行电压检测和温度检测，获取所述电压信号和所述温度信号；
判断装置，与所述充放电装置相连，用于根据所述温度信号判断所述电芯的温度是否超过预设温度值，如果所述电芯的温度超过所述预设温度值，则停止对所述电芯进行所述充电操作或所述放电操作；以及根据所述电压信号判断所述电芯的电压是否达到预设电压值，若达到所述预设电压值，则完成对所述电芯的均衡。
7.根据权利要求6所述的电池模组的均衡装置，其特征在于，所述测试组件包括：
电流传输部件，连接于所述电流端口和所述电芯之间，用于实现所述电流端口和所述电芯之间的电流传输；
电压传感器，连接于所述电压端口和所述电芯之间，用于测量所述电芯的电压；
温度传感器，连接于所述温度端口和所述电芯之间，用于测量所述电芯的温度。
8.根据权利要求7所述的电池模组的均衡装置，其特征在于，所述电流传输部件、所述电压传感器及所述温度传感器集成在一起，所述测试组件的第一端与所述电芯的正负传输极相连接，所述测试组件的第二端与所述充放电设备相连接。
9.根据权利要求8所述的电池模组的均衡装置，其特征在于，所述温度传感器包括接触式温度传感器和非接触式温度传感器。
10.根据权利要求7所述的电池模组的均衡装置，其特征在于，所述电流传输部件单独连接在所述电芯的正负传输极相和所述充放电设备之间；所述电压传感器和所述温度传感器集成之后，一端与所述电池模组的低压插件相连接，另一端与所述充放电设备相连接。
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