CN115377527A - 一种动力电池休眠均衡系统、方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池休眠均衡系统、方法、车辆及存储介质，属于动力电池技术领域，电池管理系统和电芯管理单元，所述电池管理系统包括分别与电池管理控制终端电性连接的数据存储模块、电池管理SPI通信模块和休眠唤醒模块，所述电芯管理单元包括分别与电芯管理控制终端电性连接的反向唤醒模块、电芯管理SPI通信模块、单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块。本专利通过对待均衡单体、待均衡时间、均衡开启占空比的控制，实现休眠均衡过程中均衡效率最优、电池系统安全可靠、整车低压电池能耗最小的目的。
Description
技术领域
本发明公开了一种动力电池休眠均衡系统、方法、车辆及存储介质，属于动力电池技术领域。
背景技术
为了缓解纯电动汽车续航里程焦虑，动力锂离子电池密度和电池容量设计不断增大，针对同样的自放电差异，电池包待均衡容量也急剧增大。根据能量的转移方式的不同，电池均衡方法可分为主动均衡和被动均衡，其中使用电阻耗散较高剩余电量电芯能量的均衡称为被动均衡，通过将较高剩余电量电芯能量转移到较低剩余电量电芯的均衡称为主动均衡。
由于主动均衡可靠性差，成本高且当前电芯产品的出厂一致性高等因素。目前绝大多数电动汽车采用的是被动均衡系统，通过均衡电阻将容量高的电池单体多余容量通过均衡电阻以热能的方式耗散，且只在电池包工作时进行工作，已不满足大容量电池包的一致性均衡需求。故需充分利用车辆静置的时间对待均衡容量进行均衡，其中需解决的问题主要是车辆静置过程中，只有电芯管理单元进行休眠均衡时的如下问题：(1)休眠均衡过程中未对均衡电路温度、模组温度和单体电压进行监控，可能导致均衡电路过温、电池欠压甚至热失控等风险(2)为了追求均衡效率及保证休眠均衡过程的安全，休眠均衡过程中，电芯管理单元需频繁反向唤醒电池管理系统或电池管理系统需持续低功耗唤醒工作，都会大量消耗整车低压电能，并可能引起低压电池馈电。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出一种动力电池休眠均衡系统、方法及车辆，通过对待均衡单体、待均衡时间、均衡开启占空比的控制，实现休眠均衡过程中均衡效率最优、电池系统安全可靠、整车低压电池能耗最小的目的。
本发明的技术方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种动力电池休眠均衡系统，包括：电池管理系统和电芯管理单元，所述电池管理系统包括分别与电池管理控制终端电性连接的数据存储模块、电池管理SPI通信模块和休眠唤醒模块，所述电芯管理单元包括分别与电芯管理控制终端电性连接的反向唤醒模块、电芯管理SPI通信模块、单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，其中：
所述电池管理控制终端，用于获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据，根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给数据存储模块和电池管理SPI通信模块后进入休眠模式；
所述数据存储模块，用于存储所述均衡容量数据、待均衡单体数据、待休眠均衡时间和初始均衡开启占空比；
所述电池管理SPI通信模块，用于接收到所述电池管理控制终端发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并发送给电芯管理SPI通信模块；
所述电芯管理SPI通信模块，用于接收到所述电池管理SPI通信模块发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比发送给电芯管理控制终端；
所述电芯管理控制终端用于接收到动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比后，进入相应的动力电池休眠均衡模式并生成电压采样命令和温度采样命令分别发送给单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，根据所述初始待均衡时间和初始均衡开启占空比向相应的待均衡单体发送均衡指令；
所述单体电压检测模块，用于接收到所述电压采样命令后执行相应操作，并将单体电压监测数据发送给电芯管理控制终端；
所述均衡电路温度及电池模组温度检测模块用于接收到所述温度采样命令后执行相应操作，并将均衡电路温度和电池模组温度发送给电芯管理控制终端；
所述电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，若是生成唤醒信号发送给反向唤醒模块后将所述温度异常数据或电压异常数据发送给电芯管理SPI通信模块；
所述反向唤醒模块用于接收到唤醒信号后并发送给休眠唤醒模块；
所述休眠唤醒模块用于接收到反向唤醒模块发送的唤醒信号后并发送给电池管理控制终端将其唤醒；
所述电芯管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理控制终端发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理SPI通信模块；
所述电池管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理SPI通信模块发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理控制终端；
所述电池管理控制终端还用于当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
优选的是，所述电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，包括：
分别接收单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度；
判断所述单体电压监测数据是否低于单体电压阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述电池模组温度是否高于电池模组设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述均衡电路温度是否高于均衡电路设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤。
优选的是，所述电芯管理控制终端还用于当单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度均未出现异常时，判断均衡时间是否到达初始待均衡时间：
是，所述电芯管理控制终端向相应的待均衡单体发送停止均衡指令并进入休眠状态；
否，执行下一步骤；
判断电池管理控制终端是否满足唤醒条件：
是，重新获取电池包待均衡时间及待均衡单体数据，重复执行判断休眠条件；
否，继续休眠模式。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种动力电池休眠均衡方法，应用于第一方面所述的一种动力电池休眠均衡系统，包括：
获取所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据；
根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给电池管理SPI通信模块；
当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
优选的是，在根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比之前还包括：
判断是否满足休眠条件：
是，执行下一步骤；
否，重新判断；
判断均衡电路温度传感器和电池模组温度传感器是否有故障：
是，所述动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤。
优选的是，所述根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给电池管理SPI通信模块，包括：
根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据确定动力电池休眠均衡模式；
根据动力电池休眠均衡模式确定初始待均衡时间和初始均衡开启占空比。
优选的是，根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据确定动力电池休眠均衡模式，包括：
根据所述电池包待均衡容量数据判断是否小于第一待均衡容量阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
判断所述电池包待均衡容量数据是否小于第二待均衡容量阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
根据所述电池包待均衡容量数据和待均衡单体数据确定电池包一致性偏差较大单体数目；
判断所述电池包一致性偏差较大单体数目是否大于等于待均衡单体数目设定阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式；
否，则所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式。
优选的是，所述根据动力电池休眠均衡模式确定初始待均衡时间和初始均衡开启占空比，包括：
当所述动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式时，选择所有待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为正常初始待均衡时间通过公式(1)得到：
T正常＝min(Td/A，T初) (1)
其中，T正常为正常初始待均衡时间，Td为平均每日均衡时间＝月自放电差异折算出的初始待均衡时间/30天，A为平均每日休眠次数＝近一个月休眠次数/30天，T初为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间；
所述正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比根据公式(2)和(3)得到：
Rth(n)＝(Tj(n)-Ta)÷Pd(n) (2)
其中，DutyCyc为均衡开启占空比，Tj为休眠均衡时均衡电路的目标温度，Ta为进入休眠唤醒时环境温度，
为休眠均衡时所有待均衡单体平均电压，
为休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值，Rth(n)为第n类均衡电阻的热阻，
且3≤n≤5，Tj(n)为第n类均衡电阻对应均衡通道开启时，达到热平衡时的均衡电路实际温度，Ta为试验时环境温度，Pd(n)为第n类均衡电阻的功耗，R为等效均衡电阻阻值；
当所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式时，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为第二动力电池休眠均衡时间通过公式(4)得出：
T第二＝min(B第二Td/A，T初) (4)
其中，T第二为第二动力电池休眠均衡时间，B第二为第二快速均衡系数，且2.5≤B第二≤3；
所述第二动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比与正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比相同；
当所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为第一动力电池休眠均衡时间通过公式(5)得出：
T第一＝min(B第一Td/A，T初) (5)
其中，T第一为第一动力电池休眠均衡时间，B第一为第一快速均衡系数，且1.5≤B第二≤2。
所述第一动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比为100％。
优选的是，所述对初始待均衡时间、待均衡单体和均衡开启占空比进行调整，包括：
当接收到所述温度异常数据时，包括：
获取休眠时间并判断是否大于初始待均衡时间：
是，则新待均衡时间为待休眠均衡时间，所述待休眠均衡时间为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间与初始待均衡时间的差值；
否，则所述新待均衡时间为初始待均衡时间和休眠时间的差值与待休眠均衡时间的和；
当所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式时，减少待均衡容量少的待均衡单体数量，均衡开启占空比不变；
当所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式和正常休眠均衡模式时，重新计算均衡开启占空比，并与初始均衡开启占空比降低比例后取较小值；
当接收到所述电压异常数据时，包括：
所述待均衡单体和初始待均衡时间清零，禁止所述电芯管理控制终端休眠均衡，所述电池管理控制终端和电芯管理控制终端进入休眠，并禁止休眠均衡再次反向提醒电池管理控制终端。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种车辆，包括第一方面所述的一种动力电池休眠均衡系统。
本发明的有益效果在于：
本专利提供一种动力电池休眠均衡系统、方法及车辆，可实现在不额外增加硬件成本前提下实现电池包的安全可靠休眠均衡。实现休眠均衡过程中最小成本实现了休眠均衡过程中的安全管理，不需要增加硬件电路和消耗较少的电动汽车低压电能，规避了休眠均衡过程中可能发生的均衡电路、模组温度过温及单体电压欠压风险；在休眠均衡模式下设置待均衡单体和均衡开启占空比，实现了休眠均衡效率最优；根据电池包的不一致性情况，进行不同的休眠均衡设置方法，实现均衡效率最优，且兼顾休眠均衡安全管理，减少休眠均衡对整车低压电能的消耗，规避休眠均衡导致低压电池馈电的风险。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种动力电池休眠均衡系统的结构示意框图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种动力电池休眠均衡方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
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。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的一种动力电池休眠均衡系统100的结构示意框图，包括：电池管理系统和电芯管理单元，电池管理系统包括分别与电池管理控制终端电性连接的数据存储模块、电池管理SPI通信模块和休眠唤醒模块，其中：
电池管理控制终端，用于获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据，根据电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给数据存储模块和电池管理SPI通信模块后进入休眠模式。数据存储模块，用于存储所述均衡容量数据、待均衡单体数据、待休眠均衡时间和初始均衡开启占空比。电池管理SPI通信模块，用于接收到电池管理控制终端发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并发送给电芯管理SPI通信模块。
电芯管理单元包括分别与电芯管理控制终端电性连接的反向唤醒模块、电芯管理SPI通信模块、单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块。其中，电芯管理SPI通信模块用于接收到电池管理SPI通信模块发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比发送给电芯管理控制终端。电芯管理控制终端用于接收到动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比后，进入相应的动力电池休眠均衡模式并生成电压采样命令和温度采样命令分别发送给单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，根据初始待均衡时间和初始均衡开启占空比向相应的待均衡单体发送均衡指令。单体电压检测模块，用于接收到电压采样命令后执行相应操作，并将单体电压监测数据发送给电芯管理控制终端。均衡电路温度及电池模组温度检测模块用于接收到所述温度采样命令后执行相应操作，并将均衡电路温度和电池模组温度发送给电芯管理控制终端。电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，具体步骤包括：
分别接收单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度；
判断所述单体电压监测数据是否低于单体电压阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述电池模组温度是否高于电池模组设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述均衡电路温度是否高于均衡电路设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断均衡时间是否到达初始待均衡时间：
是，所述电芯管理控制终端向相应的待均衡单体发送停止均衡指令并进入休眠状态；
否，执行下一步骤；
判断电池管理控制终端是否满足唤醒条件：
是，重新获取电池包待均衡时间及待均衡单体数据，重复执行判断休眠条件；
否，继续休眠模式。
若是生成唤醒信号发送给反向唤醒模块后将所述温度异常数据或电压异常数据发送给电芯管理SPI通信模块。反向唤醒模块用于接收到唤醒信号后并发送给休眠唤醒模块，休眠唤醒模块用于接收到反向唤醒模块发送的唤醒信号后并发送给电池管理控制终端将其唤醒。电芯管理SPI通信模块接收电芯管理控制终端发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理SPI通信模块。
电池管理SPI通信模块还用于接收电芯管理SPI通信模块发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理控制终端；电池管理控制终端还用于当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
实施例二
图1是根据一示例性实施例示出的一种动力电池休眠均衡方法的流程图，包括：
步骤101，获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据，具体内容如下：
通过选择合适的时机识别电池包不同单体的一致性差异，识别获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据后，判断是否满足休眠条件：
是，执行下一步骤；
否，重新判断；
判断均衡电路温度传感器和电池模组温度传感器是否有故障：
是，所述动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤。
步骤102，根据电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给电池管理SPI通信模块，具体内容如下：
根据电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据确定动力电池休眠均衡模式，具体步骤包括：
根据所述电池包待均衡容量数据判断是否小于第一待均衡容量阈值：
是，则动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
判断电池包待均衡容量数据是否小于第二待均衡容量阈值：
是，则动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
根据所述电池包待均衡容量数据和待均衡单体数据确定电池包一致性偏差较大单体数目；
判断所述电池包一致性偏差较大单体数目是否大于等于待均衡单体数目设定阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式；
否，则所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式。
根据上述步骤列举如下具体示例：
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，第一待均衡容量阈值为0.8AH，第二待均衡容量阈值为4AH，待均衡单体数目设定阈值为3，若电池管理控制终端满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障：
若电池管理控制终端工作过程判断出1～5号单体为待均衡单体，待均衡容量均为0.5AH，小于0.8A(第一待均衡容量阈值)，动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式。
若电池管理控制终端工作过程判断出1～5号单体为待均衡单体，待均衡容量均为1AH，大于0.8A(第一待均衡容量阈值)，但不大于4AH(第二待均衡容量阈值)，动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式。
若电池管理控制终端工作过程判断出1～5号单体为待均衡单体，待均衡容量均为5AH，大于4AH(第二待均衡容量阈值)，但待均衡单体数目5不小于3(待均衡单体数目设定阈值)，故进入第二动力电池休眠均衡模式。
若电池管理控制终端工作过程判断出1～5号单体为待均衡单体，其中1号和2号单体待均衡容量为5AH，3～5号单体待均衡容量为1AH，故只有1号和2号单体待均衡容量5AH大于4AH(第二待均衡容量阈值)，且待均衡单体数目2小于3(待均衡单体数目设定阈值)，故进入快速休眠均衡模式1。
根据动力电池休眠均衡模式确定初始待均衡时间和初始均衡开启占空比，具体内容如下：
当动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式时，选择所有待均衡单体进行均衡，初始待均衡时间为正常初始待均衡时间通过公式(1)得到：
T正常＝min(Td/A，T初) (1)
其中，T正常为正常初始待均衡时间，Td为平均每日均衡时间＝月自放电差异折算出的初始待均衡时间/30天，A为平均每日休眠次数＝近一个月休眠次数/30天，T初为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间。
继续根据上述步骤列举如下具体示例：
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，若电池管理控制终端满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障，电池管理控制终端工作过程已判断出1～5号单体为待均衡单体，待均衡容量均为1AH，待均衡单体对应的待均衡时间为20小时，电池包均衡需求一般，进入正常休眠均衡模式。
设置所有待均衡单体进行休眠均衡，假设自放电率差异折算出的每月均衡时间150个小时，平均每日待均衡时间5个小时；近一个月休眠次数60次，平均每日休眠次数为2次；则正常初始待均衡时间T正常＝min(Td/A，T初)＝min(5小时/2次，20小时)＝2.5小时。
由于均衡电路中产热元器件主要是均衡电阻，均衡电路温度传感器一般布置在均衡电路中间位置，以较好地表征均衡电路温度模式。基于硬件成本和布置空间的限制，均衡电路的设计的散热能力一般无法满足所有单体同时开启均衡的情况，尤其是休眠均衡时电芯管理单元均衡效率高的情况，故本实施例，以获得休眠均衡工况最优待均衡单体数目或均衡开启占空比，以实现最快速度提升电池一致性，最大化利用均衡电路散热能力。
正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比根据公式(2)和(3)得到：
Rth(n)＝(Tj(n)-Ta)÷Pd(n) (2)
其中，DutyCyc为均衡开启占空比，Tj为休眠均衡时均衡电路的目标温度，Ta为进入休眠唤醒时环境温度，
为休眠均衡时所有待均衡单体平均电压，
为休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值，本专利将一个均衡电路中所有的均衡电阻简化为一个等效的均衡电阻，由于均衡电阻阻值都相等，故假设该等效均衡电阻阻值为R，由于不同均衡电阻的焊盘及PCB的散热热阻不同，本实施例根据其在均衡电路中的位置关系，将均衡电路中均衡电阻按相似程度划分为几类，之后分别测试每类均衡电阻及其相关焊盘及PCB热阻，Rth(n)为第n类均衡电阻的热阻，
且3≤n≤5，Tj(n)为第n类均衡电阻对应均衡通道开启时，达到热平衡时的均衡电路实际温度，Ta为试验时环境温度，Pd(n)为第n类均衡电阻的功耗。
继续根据上述步骤列举如下具体示例：
设定环境温度为25℃，待均衡单体电压为4.2V，均衡开启占空比为33％，均衡电阻阻值为33Ω，则均衡电阻功率为33％*4.2V*4.2V/33Ω＝0.5345W。若第一类均衡电阻达到热平衡时的温度为75℃，第二类均衡电阻达到热平衡时的温度为72℃，第三类均衡电阻达到热平衡时的温度为70℃，则第一类均衡电阻的热阻为(75-25)/0.5345＝283.4℃/W；第二类均衡电阻的热阻为(72-25)/0.5345＝266.4℃/W；第三类均衡电阻的热阻为(70-25)/0.5345＝255.1℃/W。则休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值为(283.4*2+266.4+255.1*2)/5＝268.7℃/W。
衡电阻平均热阻计算方法可变换为测量出每一个均衡电阻热阻后计算平均热阻或通过排列组合提前测试出不同均衡电阻组合下热阻。
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，若电池管理控制终端满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障，均衡电阻为33Ω，环境温度为25℃，均衡电路休眠均衡设定阈值设为89℃，休眠均衡时均衡电路的目标温度为79℃；电池管理控制终端工作过程已判断出1～5号单体为待均衡单体，满足正常休眠均衡模式进入条件，其电压值分别为3.69VV，3.71V，3.7V，3.68V，3.72V，故休眠均衡待均衡单体平均电压为3.7V；1～5号待均衡单体热阻分别为298℃/W,302℃/W,298℃/W,300℃/W,302℃/W,则休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值为300℃/W；则均衡开启占空比为
休眠均衡开启占空比计算方法可变换为提前通过设计试验获得不同电压、不同环境温度下，均衡电路达到设定目标温度热平衡时，休眠均衡开启占空比，进而电池管理系统可以通过查表方式获得休眠均衡开启占空比。
当动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式时，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，初始待均衡时间为第二动力电池休眠均衡时间通过公式(4)得出：
T第二＝min(B第二Td/A，T初) (4)
其中，T第二为第二动力电池休眠均衡时间，B第二为第二快速均衡系数，且2.5≤B第二≤3；
第二动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比与正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比相同；
继续根据上述步骤列举如下具体示例：
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，第二待均衡容量阈值为5AH，待均衡单体数目设置阈值为5，若电池管理控制终端满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障，电池管理系统工作过程已判断出40个待均衡单体，其中待均衡容量为1AH的电池单体20个，待均衡容量为6AH的电池单体20个，待均衡容量为6AH的单体对应的待均衡时间为120小时，满足进入第二动力电池休眠均衡模式条件，第二快速均衡系数为2.8。
设置待均衡容量超过5AH的20个待均衡单体进行休眠均衡，假设自放电率差异折算出的每月均衡时间150个小时，平均每日待均衡时间5个小时；近一个月休眠次数60次，平均每日休眠次数为2次；则T第二＝min(B第二Td/A，T初)＝min(2.8*5小时/2次，120小时)＝7小时。
当动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，初始待均衡时间为第一动力电池休眠均衡时间通过公式(5)得出：
T第一＝min(B第一Td/A，T初) (5)
其中，T第一为第一动力电池休眠均衡时间，B第一为第一快速均衡系数，且1.5≤B第二≤2。
第一动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比为100％，由于针对电池一致性状况较差，差异大电芯数目较少的情况，通过仅均衡超过设定阈值的待均衡单体，并采用最大的均衡开启占空比100％，来快速消除电池包不一致性。待均衡容量设定阈值2需根据电池一致性差异情况而定，其代表电池一致性状况较差；超过待均衡容量设定阈值2的均衡单体数目设定阈值基于均衡电路的最大散热能力而定，可通过标定试验确定，其可取电池电压为上限电压、环境温度55摄氏度，均衡开启占空比为100％时，均衡电路达到设定阈值热平衡时的均衡开启通道数目。
继续根据上述步骤列举如下具体示例：
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，第二待均衡容量阈值为5AH，待均衡单体数目设置阈值为5，若电池管理控制终端满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障，电池管理控制终端工作过程已判断出40个待均衡单体，其中待均衡容量为1AH的电池单体36个，待均衡容量为6AH的电池单体4个，待均衡容量为6AH的单体对应的待均衡时间为120小时，满足进入快速休眠均衡模式1条件，第一快速均衡系数为1.8。
设置待均衡容量超过5AH的4个待均衡单体进行休眠均衡，假设自放电率差异折算出的每月均衡时间150个小时，平均每日待均衡时间5个小时；近一个月休眠次数60次，平均每日休眠次数为2次；则
T第一＝min(B第一Td/A，T初)＝min(1.8*5小时/2次，120小时)＝4.5小时。
步骤103，根据当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块，具体步骤如下：
当接收到温度异常数据时，包括：
获取休眠时间并判断是否大于初始待均衡时间：
是，则新待均衡时间为待休眠均衡时间，待休眠均衡时间为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间与初始待均衡时间的差值；
否，则所述新待均衡时间为初始待均衡时间和休眠时间的差值与待休眠均衡时间的和；
继续根据上述步骤列举如下具体示例：
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间为20小时，初始待均衡时间为2.5小时，满足进入正常休眠均衡模式条件，则电池管理控制终端下电时存入数据存储模块的的待休眠均衡时间为17.5小时，之后进行休眠均衡，若1个小时之后电池管理控制终端被唤醒，则新待均衡时间＝待休眠均衡时间+(初始待均衡时间-休眠时间)＝17.5+(2.5-1)＝19小时；若3个小时之后电池管理控制终端被唤醒，则待均衡时间＝待休眠均衡时间＝17.5小时。
当动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式时，减少待均衡容量少的待均衡单体数量，均衡开启占空比不变；
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，均衡电路休眠均衡设定阈值89℃，模组温度休眠均衡设定阈值55℃，若休眠均衡过程中，电芯管理控制终端检测到均衡电路温度90℃高于均衡电路休眠均衡设定阈值89℃，则反向唤醒电池管理控制终端，电池管理控制终端即停止待均衡容量相对小的2号待均衡单体均衡，重新设置电芯管理控制终端待均衡通路，均衡开启占空比100％维持不变。
当所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式和正常休眠均衡模式时，重新计算均衡开启占空比，并与初始均衡开启占空比降低比例后取较小值；
假设电池包有96节电芯，额定容量为152AH，若电池管理系统满足休眠条件，且均衡电路温度传感器和模组温度传感器无故障，均衡电阻为33Ω，环境温度为25℃，均衡电路休眠均衡设定阈值设为89℃，休眠均衡时均衡电路的目标温度为79℃；电池管理系统工作过程已判断出1～5号单体为待均衡单体，满足正常休眠均衡模式进入条件，其电压值分别为3.69VV，3.71V，3.7V，3.68V，3.72V，故休眠均衡待均衡单体平均电压为3.7V；1～5号待均衡单体热阻分别为298℃/W,302℃/W,298℃/W,300℃/W,302℃/W,则休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值为300℃/W；则均衡开启占空比为DutyCyc43.4％。
正常休眠均衡模式过程中，若电芯管理单元检测到均衡电路温度90℃高于均衡电路休眠均衡设定阈值89℃，则电芯管理单元反向唤醒电池管理系统，电池管理系统重新计算均衡开启占空比，假设此时环境温度变为40℃，则重新计算的均衡开启占空比为
重新计算的均衡开启占空比需与之前的均衡开启占空比的80％取小，可得出：DutyCyc＝min(31.3％，43.4％*80％)＝min(31.3％，34.7％)＝31.3％，之后电池管理系统再次休眠，电芯管理单元重新进入正常休眠均衡模式。
当接收到电压异常数据时，包括：
待均衡单体和初始待均衡时间清零，禁止电芯管理控制终端休眠均衡，电池管理控制终端和电芯管理控制终端进入休眠，并禁止休眠均衡再次反向提醒电池管理控制终端。
实施例三
图3是本发明实施例三提供的一种车辆的结构示意图。
如图3所示，该车辆200包括动力电池休眠均衡系统100。
本实施例中，该车辆200可为纯电动汽车或者混合动力汽车。
本发明实施例提供的车辆，设置动力电池休眠均衡系统100，包括：电池管理系统和电芯管理单元，电池管理系统包括分别与电池管理控制终端电性连接的数据存储模块、电池管理SPI通信模块和休眠唤醒模块，电芯管理单元包括分别与电芯管理控制终端电性连接的反向唤醒模块、电芯管理SPI通信模块、单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，其中：
电池管理控制终端，用于获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据，根据电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给数据存储模块和电池管理SPI通信模块后进入休眠模式；
数据存储模块，用于存储所述均衡容量数据、待均衡单体数据、待休眠均衡时间和初始均衡开启占空比；
电池管理SPI通信模块，用于接收到电池管理控制终端发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并发送给电芯管理SPI通信模块；
电芯管理SPI通信模块，用于接收到电池管理SPI通信模块发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比发送给电芯管理控制终端；
电芯管理控制终端用于接收到动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比后，进入相应的动力电池休眠均衡模式并生成电压采样命令和温度采样命令分别发送给单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，根据所述初始待均衡时间和初始均衡开启占空比向相应的待均衡单体发送均衡指令；
单体电压检测模块，用于接收到电压采样命令后执行相应操作，并将单体电压监测数据发送给电芯管理控制终端；
均衡电路温度及电池模组温度检测模块用于接收到所述温度采样命令后执行相应操作，并将均衡电路温度和电池模组温度发送给电芯管理控制终端；
电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，若是生成唤醒信号发送给反向唤醒模块后将温度异常数据或电压异常数据发送给电芯管理SPI通信模块；
反向唤醒模块用于接收到唤醒信号后并发送给休眠唤醒模块；
休眠唤醒模块用于接收到反向唤醒模块发送的唤醒信号后并发送给电池管理控制终端将其唤醒；
电芯管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理控制终端发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理SPI通信模块；
电池管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理SPI通信模块发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理控制终端；
电池管理控制终端还用于当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种动力电池休眠均衡系统，其特征在于，包括：电池管理系统和电芯管理单元，所述电池管理系统包括分别与电池管理控制终端电性连接的数据存储模块、电池管理SPI通信模块和休眠唤醒模块，所述电芯管理单元包括分别与电芯管理控制终端电性连接的反向唤醒模块、电芯管理SPI通信模块、单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，其中：
所述电池管理控制终端，用于获取电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据，根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给数据存储模块和电池管理SPI通信模块后进入休眠模式；
所述数据存储模块，用于存储所述均衡容量数据、待均衡单体数据、待休眠均衡时间和初始均衡开启占空比；
所述电池管理SPI通信模块，用于接收到所述电池管理控制终端发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并发送给电芯管理SPI通信模块；
所述电芯管理SPI通信模块，用于接收到所述电池管理SPI通信模块发送的动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比发送给电芯管理控制终端；
所述电芯管理控制终端用于接收到动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比后，进入相应的动力电池休眠均衡模式并生成电压采样命令和温度采样命令分别发送给单体电压检测模块和均衡电路温度及电池模组温度检测模块，根据所述初始待均衡时间和初始均衡开启占空比向相应的待均衡单体发送均衡指令；
所述单体电压检测模块，用于接收到所述电压采样命令后执行相应操作，并将单体电压监测数据发送给电芯管理控制终端；
所述均衡电路温度及电池模组温度检测模块用于接收到所述温度采样命令后执行相应操作，并将均衡电路温度和电池模组温度发送给电芯管理控制终端；
所述电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，若是生成唤醒信号发送给反向唤醒模块后将所述温度异常数据或电压异常数据发送给电芯管理SPI通信模块；
所述反向唤醒模块用于接收到唤醒信号后并发送给休眠唤醒模块；
所述休眠唤醒模块用于接收到反向唤醒模块发送的唤醒信号后并发送给电池管理控制终端将其唤醒；
所述电芯管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理控制终端发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理SPI通信模块；
所述电池管理SPI通信模块还用于接收所述电芯管理SPI通信模块发送的温度异常数据或电压异常数据并发送给电池管理控制终端；
所述电池管理控制终端还用于当接收到温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池休眠均衡系统，其特征在于，所述电芯管理控制终端还用于分别接收到单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度并进行判断是否有异常，包括：
分别接收单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度；
判断所述单体电压监测数据是否低于单体电压阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述电池模组温度是否高于电池模组设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤；
判断所述均衡电路温度是否高于均衡电路设定阈值：
是，生成所述唤醒信号发送给反向唤醒模块；
否，执行下一步骤。
3.根据权利要求2所述的一种动力电池休眠均衡系统，其特征在于，所述电芯管理控制终端还用于当单体电压监测数据、均衡电路温度和电池模组温度均未出现异常时，判断均衡时间是否到达初始待均衡时间：
是，所述电芯管理控制终端向相应的待均衡单体发送停止均衡指令并进入休眠状态；
否，执行下一步骤；
判断电池管理控制终端是否满足唤醒条件：
是，重新获取电池包待均衡时间及待均衡单体数据，重复执行判断休眠条件；
否，继续休眠模式。
4.一种动力电池休眠均衡方法，应用于权利要求1-3中任一项所述的一种动力电池休眠均衡系统，其特征在于，包括：
获取所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据；
根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给电池管理SPI通信模块；
当接收到所述温度异常数据或电压异常数据时，对初始待均衡时间、待均衡单体和初始均衡开启占空比进行调整重新发送给电池管理SPI通信模块。
5.根据权利要求4所述的一种动力电池休眠均衡方法，其特征在于，在根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比之前还包括：
判断是否满足休眠条件：
是，执行下一步骤；
否，重新判断；
判断均衡电路温度传感器和电池模组温度传感器是否有故障：
是，所述动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤。
6.根据权利要求5所述的一种动力电池休眠均衡方法，其特征在于，所述根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据分别确定动力电池休眠均衡模式、初始待均衡时间和初始均衡开启占空比并分别发送给电池管理SPI通信模块，包括：
根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据确定动力电池休眠均衡模式；
根据动力电池休眠均衡模式确定初始待均衡时间和初始均衡开启占空比。
7.根据权利要求6所述的一种动力电池休眠均衡方法，其特征在于，根据所述电池包待均衡容量数据及待均衡单体数据确定动力电池休眠均衡模式，包括：
根据所述电池包待均衡容量数据判断是否小于第一待均衡容量阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为不执行休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
判断所述电池包待均衡容量数据是否小于第二待均衡容量阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式；
否，执行下一步骤；
根据所述电池包待均衡容量数据和待均衡单体数据确定电池包一致性偏差较大单体数目；
判断所述电池包一致性偏差较大单体数目是否大于等于待均衡单体数目设定阈值：
是，则所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式；
否，则所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式。
8.根据权利要求7所述的一种动力电池休眠均衡方法，其特征在于，所述根据动力电池休眠均衡模式确定初始待均衡时间和初始均衡开启占空比，包括：
当所述动力电池休眠均衡模式为正常休眠均衡模式时，选择所有待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为正常初始待均衡时间通过公式(1)得到：
T正常＝min(Td/A，T初) (1)
其中，T正常为正常初始待均衡时间，Td为平均每日均衡时间＝月自放电差异折算出的初始待均衡时间/30天，A为平均每日休眠次数＝近一个月休眠次数/30天，T初为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间；
所述正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比根据公式(2)和(3)得到：
Rth(n)＝(Tj(n)-Ta)÷Pd(n) (2)
其中，DutyCyc为均衡开启占空比，Tj为休眠均衡时均衡电路的目标温度，Ta为进入休眠唤醒时环境温度，
为休眠均衡时所有待均衡单体平均电压，
为休眠均衡时所有均衡电阻对应的平均热阻值，Rth(n)为第n类均衡电阻的热阻，
且3≤n≤5，Tj(n)为第n类均衡电阻对应均衡通道开启时，达到热平衡时的均衡电路实际温度，Ta为试验时环境温度，Pd(n)为第n类均衡电阻的功耗，R为等效均衡电阻阻值；
当所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式时，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为第二动力电池休眠均衡时间通过公式(4)得出：
T第二＝min(B第二Td/A，T初) (4)其中，T第二为第二动力电池休眠均衡时间，B第二为第二快速均衡系数，且2.5≤B第二≤3；
所述第二动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比与正常休眠均衡模式下的均衡开启占空比相同；
当所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式，仅对超出第二待均衡容量阈值的待均衡单体进行均衡，所述初始待均衡时间为第一动力电池休眠均衡时间通过公式(5)得出：
T第一＝min(B第一Td/A，T初) (5)其中，T第一为第一动力电池休眠均衡时间，B第一为第一快速均衡系数，且1.5≤B第二≤2。
所述第一动力电池休眠均衡模式下的均衡开启占空比为100％。
9.根据权利要求7所述的一种动力电池休眠均衡方法，其特征在于，所述对初始待均衡时间、待均衡单体和均衡开启占空比进行调整，包括：
当接收到所述温度异常数据时，包括：
获取休眠时间并判断是否大于初始待均衡时间：
是，则新待均衡时间为待休眠均衡时间，所述待休眠均衡时间为电池管理系统唤醒工作过程中估算出的待均衡容量折算的初始待均衡时间与初始待均衡时间的差值；
否，则所述新待均衡时间为初始待均衡时间和休眠时间的差值与待休眠均衡时间的和；
当所述动力电池休眠均衡模式为第一动力电池休眠均衡模式时，减少待均衡容量少的待均衡单体数量，均衡开启占空比不变；
当所述动力电池休眠均衡模式为第二动力电池休眠均衡模式和正常休眠均衡模式时，重新计算均衡开启占空比，并与初始均衡开启占空比降低比例后取较小值；
当接收到所述电压异常数据时，包括：
所述待均衡单体和初始待均衡时间清零，禁止所述电芯管理控制终端休眠均衡，所述电池管理控制终端和电芯管理控制终端进入休眠，并禁止休眠均衡再次反向提醒电池管理控制终端。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-3中任一项所述的一种动力电池休眠均衡系统。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116093472A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-05-09 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 动力电池的保护方法及装置 |
-
2022
- 2022-09-01 CN CN202211067162.8A patent/CN115377527A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116093472A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-05-09 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 动力电池的保护方法及装置 |
| CN116093472B (zh) * | 2022-12-15 | 2024-02-13 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 动力电池的保护方法及装置 |
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