CN114919464A - 电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车 - Google Patents

电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，属于电动汽车动力电池均衡控制技术领域，所述均衡系统，包括：动力电池组、超级电容组、均衡控制单元和均衡控制电路；超级电容组中的各超级电容器串联连接，动力电池组中的每个单体电池分别通过均衡控制电路与对应的超级电容器并联连接；均衡控制单元分别与动力电池组、超级电容组和均衡控制电路通信；所述均衡控制单元，被配置为接收各单体电池剩余电量和各超级电容器电压检测值，向均衡电路发出均衡控制指令；本发明通过动力电池组与超级电容组的电量交互，实现了双向互补的电量转移型非耗散均衡。

Description

电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池均衡控制技术领域，特别涉及一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
动力电池组作为电动汽车的主要能量来源，在电池组内每个电池的容量以及剩余电量SOC(State Of Charge)都存在不一致性，这种不一致性会影响动力电池组有效容量的最大利用，增大动力电池组的安全性风险，加速动力电池组的老化，降低动力电池组的使用寿命；并且，串联在一起的单体电池组遵循马太效应，由于其负荷是一致的，越弱的那一个单体电池始终承受着最大的压力，那么在整个动力电池组内这个单体电池也就老化的越快。所以对其进行均衡控制管理是非常有必要的。通过对动力电池组的均衡控制管理可以提升动力电池组的整体容量，提高动力电池组的安全性，延长动力电池组的使用寿命，使得动力电池组均匀的衰老，从而使得老化程度SOH(State Of Health)的一致性提高。
发明人发现，现有的动力电池均衡技术主要为耗散型均衡，耗散型均衡效率较低，容易导致均衡出现偏差，可靠性较差，而且存在控制系统硬件因被动耗散均衡热疲劳而失效的风险；部分电动汽车采用超级电容器组作为辅助电源进行车辆的启动和大负荷运行时的供电，采用动力电池组进行中小负荷时的供电，但是超级电容器组和动力电池组各自实现耗散型均衡，不仅均衡效率较低，而且能量的浪费较多。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，通过动力电池组与超级电容组的电量交互，实现了双向互补的电量转移型非耗散均衡。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡系统。
一种电动汽车动力电池均衡系统，包括：动力电池组、超级电容组、均衡控制单元和均衡控制电路；
超级电容组中的各超级电容器串联连接，动力电池组中的每个单体电池分别通过均衡控制电路与对应的超级电容器并联连接；
均衡控制单元分别与动力电池组、超级电容组和均衡控制电路通信；
所述均衡控制单元，被配置为接收各单体电池剩余电量和各超级电容器电压检测值，向均衡电路发出均衡控制指令。
作为可选的一种实现方式，超级电容器的充电冗余大于或等于各单体电池最大均衡量。
作为可选的一种实现方式，均衡控制指令为单向或者双向均衡控制指令，所述单向均衡控制指令，指的是单纯的动力电池向超级电容器组进行均衡；所述双向均衡控制指令，指的是先进行超级电容器组向动力电池组的均衡，然后再进行动力电池组向超级电容器组的均衡。
第二方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡方法。
一种电动汽车动力电池均衡方法，利用本发明第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
若满足充电截止条件，则停止充电；否则，执行如下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器；
当各单体电池的剩余电量均等于最小剩余电量时，或者各单体电池的剩余电量与最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止均衡，开始对各单体电池进行充电，循环上述过程直至动力电池组充电完成；
动力电池组充电结束后，根据设计冗余对超级电容组的各超级电容器充电，直至完成。
作为可选的一种实现方式，充电截止条件，至少包括：达到单体电池的最高充电电压、达到单体电池的最长充电时间或者达到单体电池的表面最高充电温。
作为可选的一种实现方式，获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡。
作为可选的一种实现方式，逆向均衡，包括：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组的充电过程。
第三方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡方法。
一种电动汽车动力电池均衡方法，利用第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在SOC大于设定值、且BMS无放电回路切断故障、且最小电池单体电压大于设定值时、且各电池单体的压差大于设定值、且电池组SOC与超级电容组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
第四方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡方法。
一种电动汽车动力电池均衡方法，利用本发明第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行放电，包括以下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
当各单体电池中的最大剩余电量与最小剩余电量的差值大于设定值时，进行放电均衡，直至放电截止；
所述放电均衡，包括：将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器。
作为可选的一种实现方式，获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡.
作为可选的一种实现方式，逆向均衡，包括：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组进行放电过程。
第五方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡方法。
一种电动汽车动力电池均衡方法，利用第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在SOC小于设定值、且BMS无放电回路切断故障、且电池单体最大电压小于设定值、且各电池单体的压差大于设定值、且电池组SOC与超级电容组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
第六方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池均衡方法。
一种电动汽车动力电池均衡方法，利用第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在BMS休眠设定时间后，在SOC大于设定值、且最大电池单体电压小于设定值、且各单体电池的压差大于一定值、且超级电容组SOC与电池组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障、且BMS供电电压大于设定值时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
第七方面，本发明提供了一种电动汽车。
一种电动汽车，包括本发明第一方面所述的电动汽车动力电池均衡系统，动力电池组和超级电容组分别与电动汽车的电机驱动控制系统直接或间接连接。
第八方面，本发明提供了一种电动汽车。
一种电动汽车，利用本发明第二方面或者第三方面或者第四方面或者第五方面或者第六方面所述的电动汽车动力电池均衡方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明创新性的提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，通过动力电池组与超级电容组的电量交互，实现了双向互补的电量转移型非耗散均衡。
2、本发明创新性的提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，将所有单体电池中大于最小剩余电量SOC或者平均剩余电流的的剩余电量转移至超级电容器，通过均衡控制单元进行选择性均衡转移，也可以对超级电容组的各超级电容器进行逆向均衡。
3、本发明创新性的提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，组合动力电池组和超级电容组作为电动汽车的能量来源，形成了一个兼有高能量密度和高功率密度输出的储能系统；在电动汽车起动或者大负荷运行时，利用超级电容组的高功率密度特性为电动汽车供电(强电系统)，在中小负荷时，利用动力电池组的高能量密度特性为电动汽车供电(强电和弱电系统)，这样可以很大程度上提高电动汽车的续驶里程，避免动力电池组的大电流输出，从而提高动力电池组的使用性能，延长其使用寿命。
4、本发明创新性的提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，利用超级电容组充电的快速性可以提高均衡的效率，同时非耗散性电荷转移均衡方案，可以避免以往均衡方案中组内和组间不相邻单体电池均衡的困难。
5、本发明创新性的提供了一种电动汽车动力电池均衡系统、方法及电动汽车，直接将不均衡电量从动力电池组转移至超级电容组，避免了以往均衡方案中不均衡电量在动力电池组内转移的弊端；并且，转移电量可以作为超级电容组在不能充电条件下的一种补充。
本发明附加方面的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
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的电动汽车动力电池均衡系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的动力电池组均衡电路示意图。
图3为本发明实施例2提供的电动汽车动力电池均衡方法的流程示意图。
图4为本发明实施例2或实施例3提供的动力电池组均衡电路示意图一。
图5为本发明实施例2或实施例3提供的动力电池组均衡电路示意图二。
图6为本发明实施例3提供的电动汽车动力电池均衡方法的流程示意图。
图7为本发明实施例4提供的动力电池组均衡电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1提供了一种电动汽车动力电池均衡系统，包括：动力电池组、超级电容组、均衡控制单元和均衡控制电路；
超级电容组中的各超级电容器串联连接，动力电池组中的每个单体电池分别通过公共的均衡控制电路与对应的超级电容器并联连接；
均衡控制单元分别与动力电池组、超级电容组和均衡控制电路通信；
所述均衡控制单元，被配置为接收各单体电池剩余电量和各超级电容器电压检测值，向均衡电路发出均衡控制指令；更具体的，均衡控制单元能够实时接收各单体电池剩余电量SOC、各超级电容器电压的检测值以及动力电池组充电截止和动力电池组放电截止信号。
本实施例中，所述单向均衡控制指令，指的是单纯的动力电池向超级电容器组进行均衡；所述双向均衡控制指令，指的是先进行超级电容器组向动力电池组的均衡，然后再进行动力电池组向超级电容器组的均衡。
本实施例中，根据单体电池最大均衡量来设计作为辅助电源的超级电容组的各超级电容充电冗余，以防在放电过程中无均衡容量对单体电池组进行均衡。
本实施例中，各个超级电容器相互串联构成超级电容组，并且每个单体电池通过公共均衡电路与一个超级电容器并联，即电池单体与超级电容器是严格的一对一的关系。超级电容组的工作电压在1V-3V之间(本实施例优选的以2V为例)，根据总电压要求，需要串联多个超级电容器，所以超级电容器数量可多于单体电池数。
具体的，以低速电动汽车为例，当所需要的总电压需求为48V时，则需要至少串联24个2V的超级电容器，而此时如果依然采用三元锂电池单体(标称电压为3.7V)，则至少需要串联13个三元锂电池单体，而每个单体与一个对应的超级电容器通过均衡电路并联，如图2所示。
下面以电池单体为三元锂电池单体为例，假设：各电池单体E1-E13的电压依次为：3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V、3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V和3.4V，各电池单体的最大均衡量为0.5V，采用的超级电容组中的各超级电容器的电压为2V；则各超级电容C1-C13的充电最大限制为1.5V，留出0.5V的冗余作为动力电池单体的均衡容量。
均衡电路中，可以采用在电池单体与超级电容器之间的线路上添加控制开关的方式进行两者的连接。
可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以将一个单体电池对应至少两个超级电容器，例如，可以是每个单体电池与两个相邻串联的超级电容器并联，通过两个超级电容器来实现对一个电池单体的均衡；在另外的一些实施方式中，也可以将每个电池单体通过一个开关电路模块与所有的超级电容器连接，实现单体电池与任意一个超级电容器的均衡连接。
可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以将一个超级电容器对应至少两个单体电池，例如，可以是每个超级电容器与两个相邻串联的电池单体并联，通过一个超级电容器实现两个电池单体的均衡；在另外的一些实施方式中，也可以将每个超级电容器通过一个开关电路模块与所有的电池单体连接，实现超级电容器与任意一个电池单体的均衡连接。
实施例2：
如图3所示，本发明实施例2提供了一种电动汽车动力电池均衡方法，利用本发明实施例1所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
若满足充电截止条件，则停止充电；否则，执行如下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器；
当各单体电池的剩余电量均等于最小剩余电量时，或者各单体电池的剩余电量与最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止均衡，开始对各单体电池进行充电，循环上述过程直至动力电池组充电完成；
动力电池组充电结束后，根据设计冗余对超级电容组的各超级电容器充电，直至完成。
本实施例中，充电截止条件，至少包括：达到单体电池的最高充电电压、达到单体电池的最长充电时间或者达到单体电池的表面最高充电温；可以理解的，在其他一些实施方式中，充电截止的条件可以是任何的不利于充电安全的影响因素，例如充电速度超过预设阈值、充电环境温度超过预设阈值等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
以图2中的电池单体和超级电容器的一对一并联连接为例，各电池单体E1-E13的电压依次为：3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V、3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V和3.4V，则电池单体的最小剩余电量为3.4V，则各电池单体的待均衡量依次为0.1V、0.1V、0.2V、0.3V、0.1V、0V、0.1V、0.1V、0.2V、0.3V、0.2V、0V和0V，将待均衡量转移到对应的超级电容器中。
可选的，在其他一些实施方式中，均衡控制单元获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡。具体的，例如当C4的当前电压为1.8V时，电池单体E4的均衡量为0.3V，超出了C4的均衡能力(假设C4的最大电压为2V)，此时，可以首先进行逆向均衡，即将超级电容器中的电量向电池单体均衡。
具体的，逆向均衡，可以是：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组的充电过程。
例如，C1-C13的电压依次为：1.3V、1.4V、1.4V、1.8V、1.3V、1.4V、1.5V、1.5V、1.4V、1.5V、1.5V、1.4V和1.4V，则C1-C13的均衡量为0V、0.1V、0.1V、0.5V、0V、0.1V、0.2V、0.2V、0.1V、0.2V、0.2V、0.1V和0.1V，均衡完毕后各电池单体E1-E13的电压依次为：3.5V、3.6V、3.7V、4.2V、3.5V、3.5V、3.7V、3.7V、3.7V、3.9V、3.7V、3.5V和3.5V；
再次执行动力电池组的均衡，此时C1-C13的电压均为1.3V，可均衡容量为0.7V，各电池单体C1-C13的均衡量为0V、0.1V、0.2V、0.7V、0V、0V、0.2V、0.2V、0.2V、0.4V、0.2V、0V和0V。
可以理解的，在其他一些实施方式中，这里的逆向均衡也可以采用其他方式，例如不再以超级电容器的最小剩余电量为标准，采用设定的均衡基准，以某一值为基准(此基准小于超级电容器最小剩余电量)，将各超级电容器大于此基准的剩余电量全部转移至对应的电池单体，当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡，继续进行对动力电池组的充电过程。
可以理解的，在其他一些实施方式中，在进行逆向均衡之前或者之后，也可以执行超级电容器组内部的各超级电容器之间的均衡，以保证总有一定的余量能够实现各单体电池的均衡；在另外一些实施方式中，也可以在使得各超级电容器连接一定的耗散元件，从而保证超级电容器能够有效的释放一定的容量以实现各电池单体的均衡，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
如图4所示，也可以是一个电池单体对应两个串联的超级电容器，电池单体E1与串联的超级电容器C1和超级电容器C2并联，电池单体E2与串联的超级电容器C3和超级电容器C4并联，电池单体E3与串联的超级电容器C5和超级电容器C6并联，电池单体E4与串联的超级电容器C7和超级电容器C8并联，电池单体E5与串联的超级电容器C9和超级电容器C10并联，电池单体E6与串联的超级电容器C11和超级电容器C12并联，电池单体E7与串联的超级电容器C13和超级电容器C14并联；
各个电池单体的待均衡量可以是均分到两个串联的超级电容器，例如，电池单体E1的均衡量为0.1V，则超级电容器C1和超级电容器C2各接收0.5V的电量；可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以根据超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量对0.1V进行等比例的分配，例如，超级电容器C1的当前电压为1.3V(当容量上限为2V时，剩余的容量为0.7V)，超级电容器C2的当前电压为1.4V(当容量上限为2V时，剩余的容量为0.6V)，则超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量比值为7:6，按照此比例进行均衡量的划分，则超级电容器C1分得7/130V的电量，超级电容器C2分得6/130V的电量，同样的，上述方式可以适用到其他超级电容器；在更多的一些实施方式中，可以根据超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量随机的进行均衡量的分配，只要不超出各超级电容器的剩余容量即可，如可以优先选择一个超级电容器再使用另一个等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
可以理解的，在另外的一些实施方式中，也可以使得每个电池单体与更多个的超级电容器对应，这里不再赘述。
如图5所示，也可以是一个超级电容器对应两个电池单体，超级电容器C1与串联的电池单体E1和电池单体E2并联，超级电容器C2与串联的电池单体E3和电池单体E4并联，超级电容器C3与串联的电池单体E5和电池单体E6并联，超级电容器C4与串联的电池单体E7和电池单体E8并联，超级电容器C5与串联的电池单体E9和电池单体E10并联，超级电容器C6与串联的电池单体E11和电池单体E12并联，超级电容器C7与串联的电池单体E13和电池单体E14并联。
在进行逆向均衡时，各个超级电容器的待均衡量可以是均分到两个串联的电池单体，例如，超级电容器C2的均衡量为0.1V，则电池单体E3和电池单体E4各接收0.5V的电量；可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以根据电池单体E3和电池单体E4的剩余容量对0.1V进行等比例的分配，例如，电池单体E3的当前电压为3.6V(当容量上限为4.25V时，剩余的容量为0.65V)，电池单体E4的当前电压为3.7V(当容量上限为4.25V时，剩余的容量为0.55V)，则电池单体E3和电池单体E4的剩余容量比值为65：55，按照此比例进行均衡量的划分，则电池单体E3分得6.5/120V的电量，电池单体E4分得5.5/120V的电量，同样的，上述方式可以适用到其他电池单体；在更多的一些实施方式中，可以根据电池单体E3和电池单体E4的剩余容量随机的进行均衡量的分配，只要不超出各电池单体的剩余容量即可，如可以优先选择一个电池单体再使用另一个等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
可以理解的，在另外的一些实施方式中，也可以使得每个超级电容器与更多个的电池单体对应，这里不再赘述。
实施例3：
如图6所示，本发明实施例3提供了一种电动汽车动力电池均衡方法，利用本发明实施例1所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行放电，包括以下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
当各单体电池中的最大剩余电量与最小剩余电量的差值大于设定值时，进行放电均衡，直至放电截止；
所述放电均衡，包括：将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器。
以图2为例，各电池单体E1-E13的电压依次为：3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V、3.5V、3.5V、3.6V、3.7V、3.5V、3.4V和3.4V，则电池单体的最小剩余电量为3.4V，则各电池单体的待均衡量依次为0.1V、0.1V、0.2V、0.3V、0.1V、0V、0.1V、0.1V、0.2V、0.3V、0.2V、0V和0V，将待均衡量转移到对应的超级电容器中。
可选的，在其他一些实施方式中，均衡控制单元获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡。具体的，例如当C4的当前电压为1.8V时，电池单体E4的均衡量为0.3V，超出了C4的均衡能力(假设C4的最大电压为2V)，此时，可以首先进行逆向均衡，即将超级电容器中的电量向电池单体均衡。
具体的，逆向均衡，可以是：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组的充电过程。
例如，C1-C13的电压依次为：1.3V、1.4V、1.4V、1.8V、1.3V、1.4V、1.5V、1.5V、1.4V、1.5V、1.5V、1.4V和1.4V，则C1-C13的均衡量为0V、0.1V、0.1V、0.5V、0V、0.1V、0.2V、0.2V、0.1V、0.2V、0.2V、0.1V和0.1V，均衡完毕后各电池单体E1-E13的电压依次为：3.5V、3.6V、3.7V、4.2V、3.5V、3.5V、3.7V、3.7V、3.7V、3.9V、3.7V、3.5V和3.5V；
再次执行动力电池组的均衡，此时C1-C13的电压均为1.3V，可均衡容量为0.7V，各电池单体C1-C13的均衡量为0V、0.1V、0.2V、0.7V、0V、0V、0.2V、0.2V、0.2V、0.4V、0.2V、0V和0V。
可以理解的，在其他一些实施方式中，这里的逆向均衡也可以采用其他方式，例如不再以超级电容器的最小剩余电量为标准，采用设定的均衡基准，以某一值为基准(此基准小于超级电容器最小剩余电量)，将各超级电容器大于此基准的剩余电量全部转移至对应的电池单体，当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡，继续进行对动力电池组的充电过程。
可以理解的，在其他一些实施方式中，在进行逆向均衡之前或者之后，也可以执行超级电容器组内部的各超级电容器之间的均衡，以保证总有一定的余量能够实现各单体电池的均衡；在另外一些实施方式中，也可以在使得各超级电容器连接一定的耗散元件，从而保证超级电容器能够有效的释放一定的容量以实现各电池单体的均衡，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
如图4所示，也可以是一个电池单体对应两个串联的超级电容器，电池单体E1与串联的超级电容器C1和超级电容器C2并联，电池单体E2与串联的超级电容器C3和超级电容器C4并联，电池单体E3与串联的超级电容器C5和超级电容器C6并联，电池单体E4与串联的超级电容器C7和超级电容器C8并联，电池单体E5与串联的超级电容器C9和超级电容器C10并联，电池单体E6与串联的超级电容器C11和超级电容器C12并联，电池单体E7与串联的超级电容器C13和超级电容器C14并联；
各个电池单体的待均衡量可以是均分到两个串联的超级电容器，例如，电池单体E1的均衡量为0.1V，则超级电容器C1和超级电容器C2各接收0.5V的电量；可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以根据超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量对0.1V进行等比例的分配，例如，超级电容器C1的当前电压为1.3V(当容量上限为2V时，剩余的容量为0.7V)，超级电容器C2的当前电压为1.4V(当容量上限为2V时，剩余的容量为0.6V)，则超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量比值为7:6，按照此比例进行均衡量的划分，则超级电容器C1分得7/130V的电量，超级电容器C2分得6/130V的电量，同样的，上述方式可以适用到其他超级电容器；在更多的一些实施方式中，可以根据超级电容器C1和超级电容器C2的剩余容量随机的进行均衡量的分配，只要不超出各超级电容器的剩余容量即可，如可以优先选择一个超级电容器再使用另一个等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
可以理解的，在另外的一些实施方式中，也可以使得每个电池单体与更多个的超级电容器对应，这里不再赘述。
如图5所示，也可以是一个超级电容器对应两个电池单体，超级电容器C1与串联的电池单体E1和电池单体E2并联，超级电容器C2与串联的电池单体E3和电池单体E4并联，超级电容器C3与串联的电池单体E5和电池单体E6并联，超级电容器C4与串联的电池单体E7和电池单体E8并联，超级电容器C5与串联的电池单体E9和电池单体E10并联，超级电容器C6与串联的电池单体E11和电池单体E12并联，超级电容器C7与串联的电池单体E13和电池单体E14并联。
在进行逆向均衡时，各个超级电容器的待均衡量可以是均分到两个串联的电池单体，例如，超级电容器C2的均衡量为0.1V，则电池单体E3和电池单体E4各接收0.5V的电量；可以理解的，在其他一些实施方式中，也可以根据电池单体E3和电池单体E4的剩余容量对0.1V进行等比例的分配，例如，电池单体E3的当前电压为3.6V(当容量上限为4.25V时，剩余的容量为0.65V)，电池单体E4的当前电压为3.7V(当容量上限为4.25V时，剩余的容量为0.55V)，则电池单体E3和电池单体E4的剩余容量比值为65：55，按照此比例进行均衡量的划分，则电池单体E3分得6.5/120V的电量，电池单体E4分得5.5/120V的电量，同样的，上述方式可以适用到其他电池单体；在更多的一些实施方式中，可以根据电池单体E3和电池单体E4的剩余容量随机的进行均衡量的分配，只要不超出各电池单体的剩余容量即可，如可以优先选择一个电池单体再使用另一个等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
可以理解的，在另外的一些实施方式中，也可以使得每个超级电容器与更多个的电池单体对应，这里不再赘述。
实施例4：
如图7所示，本发明实施例4提供了一种电动汽车动力电池均衡方法，利用本发明实施例1所述的电动汽车动力电池均衡系统，包括以下过程：
(1)电池放电均衡：
放电过程中，控制开关S0-S15通过单个或多个组合变压器向超级电容进行电量转移实现对锂离子电池组的放电均衡；
在SOC大于一定值、且BMS无放电回路切断故障、且Vmin大于一定值时、且压差大于一定值、且电池组SOC-超级电容组SOC大于10％、且无电压采集故障时，计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高10串电池进行标记将电量转移至超级电容最低单体电容至电压大于超级电容组平均单体电容电压。
(2)电池充电均衡；
充电过程中控制开关S0-S15通过单个或多个组合变压器向超级电容进行电量转移实现对锂离子电池组的放电均衡；
在SOC小于一定值、且BMS无放电回路切断故障、且Vmax小于一定值时、且压差大于一定值、且电池组SOC-超级电容组SOC大于10％、且无电压采集故障，计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高10串电池进行标记将电量转移至超级电容最低单体电容至电压大于超级电容组平均单体电容电压。
(3)静默均衡
在BMS休眠一定时间后(电池或超级电容充分静置)后通过时钟控制开关S0-S15通过单个或多个组合变压器向单体电池进行电量转移实现对锂离子电池组的充电均衡；
在SOC大于一定值、且Vmax小于一定值时、且压差大于一定值、且超级电容组SOC-电池组SOC-大于10％、且无电压采集故障、且BMS供电电压大于10V，计算所有单体平均电压，将大于单体电容平均电压的最高10串超级电容进行标记将电量转移至电池组最低单体电池至电压大于电池组平均单体电池电压。
实施例5：
本发明实施例5提供了一种电动汽车，包括本发明实施例1所述的电动汽车动力电池均衡系统，动力电池组和超级电容组分别与电动汽车的电机驱动控制系统直接或间接连接；
例如，可选的，动力电池组可以直接的与电动汽车的电机驱动控制系统连接，超级电容组通过调压器与电动汽车的电机驱动控制系统连接，调压器可以采用现有的调压器设计方案(例如中国专利CN03134523.9，电动车超级电容辅助电源系统)，这里不再赘述。
实施例6：
本发明实施例6提供了一种电动汽车，利用本发明实施例2或者实施例3或者实施例4所述的电动汽车动力电池均衡方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电动汽车动力电池均衡系统，其特征在于：
包括：动力电池组、超级电容组、均衡控制单元和均衡控制电路；
超级电容组中的各超级电容器串联连接，动力电池组中的每个单体电池分别通过均衡控制电路与对应的超级电容器并联连接；
均衡控制单元分别与动力电池组、超级电容组和均衡控制电路通信；
所述均衡控制单元，被配置为接收各单体电池剩余电量和各超级电容器电压检测值，向均衡电路发出均衡控制指令。
2.如权利要求1所述的电动汽车动力电池均衡系统，其特征在于：
超级电容器的充电冗余大于或等于各单体电池最大均衡量。
3.一种电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
利用权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
若满足充电截止条件，则停止充电；否则，执行如下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器；
当各单体电池的剩余电量均等于最小剩余电量时，或者各单体电池的剩余电量与最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止均衡，开始对各单体电池进行充电，循环上述过程直至动力电池组充电完成；
动力电池组充电结束后，根据设计冗余对超级电容组的各超级电容器充电，直至完成。
4.如权利要求3所述的电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
充电截止条件，至少包括：达到单体电池的最高充电电压、达到单体电池的最长充电时间或者达到单体电池的表面最高充电温。
5.如权利要求3所述的电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡。
6.如权利要求3所述的电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
逆向均衡，包括：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组的充电过程。
7.一种电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
利用权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在SOC大于设定值、且BMS无放电回路切断故障、且最小电池单体电压大于设定值时、且各电池单体的压差大于设定值、且电池组SOC与超级电容组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
8.一种电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
利用权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行放电，包括以下过程：
获取动力电池组中各单体电池的剩余电量；
当各单体电池中的最大剩余电量与最小剩余电量的差值大于设定值时，进行放电均衡，直至放电截止；
所述放电均衡，包括：将各单体电池大于最小剩余电量的电量转移至对应的超级电容器。
9.如权利要求8所述的电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
获取超级电容器组中各超级电容器电压检测值，当超级电容器组中的至少一个超级电容器的剩余容量小于对应电池单体的均衡量需求时，对超级电容器组中的各超级电容器向对应的单体电池进行逆向均衡。
10.如权利要求8所述的电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
逆向均衡，包括：
将各超级电容器大于超级电容器最小剩余电量的电量转移至对应的电池单体；
当各超级电容器的剩余电量均等于超级电容器最小剩余电量时，或者各超级电容器的剩余电量与超级电容器最小剩余电量的差值在预设范围内时，停止超级电容器组的均衡；
继续进行对动力电池组进行放电过程。
11.一种电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
利用权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在SOC小于设定值、且BMS无放电回路切断故障、且电池单体最大电压小于设定值、且各电池单体的压差大于设定值、且电池组SOC与超级电容组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
12.一种电动汽车动力电池均衡方法，其特征在于：
利用权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，对动力电池组进行充电，包括以下过程：
在BMS休眠设定时间后，在SOC大于设定值、且最大电池单体电压小于设定值、且各单体电池的压差大于一定值、且超级电容组SOC与电池组SOC的差值大于设定值、且无电压采集故障、且BMS供电电压大于设定值时；
计算所有单体平均电压，将大于单体平均电压的最高N个电池单体的电量转移至电压最低的单体电容，直至单体电容的电压大于超级电容组平均单体电容电压。
13.一种电动汽车，其特征在于：
包括权利要求1或2所述的电动汽车动力电池均衡系统，动力电池组和超级电容组分别与电动汽车的电机驱动控制系统直接或间接连接；
或者，
利用3-12任一项所述的电动汽车动力电池均衡方法。
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