CN115940332A - 电化学装置及其均衡方法、电池管理系统、用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电化学装置均衡方法、电池管理系统、电化学装置及用电设备，方法包括：响应于所述电化学装置处于第一状态时满足均衡条件，启动所述电化学装置均衡；其中，所述第一状态为以下状态中的一种：所述电化学装置处于静置状态；所述电化学装置处于满充状态。本申请通过在电化学装置处于静置状态或电化学装置处于满充状态时，启动电化学装置均衡，从而可以在电化学装置处于静置状态或满充状态时，就尽可能使得电化学装置内的各电芯之间电压差处于设定的可接受范围内，从而使得在下一次进行充电时，电化学装置内的各个电芯之间电压尽可能是一致的，从而使得充电时可以尽可能达到所有电芯均可满充的效果，提高电化学装置的续航能力。

Description

电化学装置及其均衡方法、电池管理系统、用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电化学装置及其均衡方法、电池管理系统、用电设备。

背景技术

在电化学装置中，各电芯之间的性能往往存在差异，这可能导致电化学装置内各电芯之间的电压不同。而在充电过程中，为保证充电过程的安全性，当电化学装置中的任一电芯充满后，会结束充电，防止电芯过充而出现安全问题。但是，这会导致电化学装置的充电效果受限于电化学装置中电压最高的电芯，电芯之间的电压一致性越差，电化学装置中未被充满的电芯越多，进而影响电化学装置的续航能力。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种电化学装置均衡方法、电池管理系统、电化学装置及用电设备，用以改善上述问题。

本申请实施例提供了一种电化学装置均衡方法，包括：响应于所述电化学装置处于第一状态时满足均衡条件，启动所述电化学装置均衡。所述第一状态为以下状态中的一种：所述电化学装置处于静置状态；所述电化学装置处于满充状态。

在上述实现过程中，在电化学装置处于静置状态或电化学装置处于满充状态时，启动电化学装置均衡，使得电化学装置内的各电芯之间电压差处于设定范围内，从而在下一次进行充电时，电化学装置内的各个电芯之间电压尽可能一致，从而在充电时可以使所有电芯尽量达到满充状态，提高电化学装置的续航能力。

进一步地，所述电化学装置处于静置状态下的均衡条件包括：所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第二电压阈值，且所述电化学装置的温度在第一温度范围内；或，所述电化学装置处于静置状态下的均衡条件包括：所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于所述第一电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大容量差大于或等于第一容量阈值，且所述电化学装置的温度在第二温度范围内。

在上述实现方式中，当电化学装置处于静置状态时：若电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，表明电化学装置中电芯的剩余容量比较充足，可以根据电芯之间的电压差情况来确定电芯之间是否存在均衡需求；若电化学装置中单个电芯的最小电压小于第一电压阈值，则表明电化学装置中最小电压电芯的剩余容量较低，此时可能出现电芯之间电压差很大，但是电芯之间的剩余容量相差不大，仍旧需要进行均衡的情况。如果在电化学装置中单个电芯的最小电压小于第一电压阈值时，仍用第二电压阈值来判断是否开启均衡，在电芯剩余容量存在不同阶段，例如电芯剩余容量分别为20％和5％，会出现误均衡和不均衡的效果。为此，在上述实现方式中通过判断电化学装置中电芯之间的最大容量差是否大于或等于第一容量阈值的方式，可以较为准确地确定上述情况下电芯之间是否存在均衡需求。而考虑到电化学装置的温度，可有效防止电化学装置在高温环境下进行均衡，从而造成热失控等问题。综上，通过上述条件的设置，可以准确、安全地识别出电化学装置处于静置状态下的均衡需求。

进一步地，所述电化学装置处于满充状态下的均衡条件包括：所述电化学装置中单个电芯的最大电压大于或等于充电截止电压，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于或等于第三电压阈值，且所述电化学装置的温度在第三温度范围内。

在上述实现方式中，在单个电芯的最大电压大于或等于充电截止电压时，可以认定电化学装置处于满充状态，实现充电状态与满充状态的区分，通过判断电化学装置中电芯之间的最大电压差是否大于或等于第三电压阈值，可以确定出电芯之间是否存在均衡需求，而考虑到电化学装置的温度，可有效防止电化学装置在高温环境下进行均衡，从而造成热失控等问题。综上，通过上述条件的设置，可以准确、安全地识别出电化学装置处于满充状态下的均衡需求。

进一步地，所述方法还包括：响应于所述电化学装置处于第二状态时满足均衡条件，启动所述电化学装置均衡；所述第二状态用于表征所述电化学装置处于充电状态；所述电化学装置处于第二状态时满足的均衡条件包括：所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第四电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第五电压阈值，且所述电化学装置的温度在第四温度范围内。

在上述实现方式中，一方面通过在充电过程中启动电化学装置均衡，可以进一步地改善电化学装置内的各个电芯之间电压的一致性，使得充电时所有电芯均尽量达到满充状态，提高电化学装置的续航能力。另一方面，通过设置电化学装置处于第二状态时满足的均衡条件包括：电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第四电压阈值，且电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第五电压阈值，且电化学装置的温度在第四温度范围内，从而综合考虑了充电过程中，电芯之间的均衡需求的识别准确性以及进行均衡的安全性，可以准确、安全地识别出电化学装置处于充电状态下的均衡需求。

进一步地，所述启动电化学装置均衡包括：开启与所述电化学装置中第一电芯电连接的电压均衡电路，对所述第一电芯均衡；其中，所述第一电芯为所述电化学装置中与最小电压的电芯之间的电压差大于第六电压阈值的电芯。

在上述实现方式中，对电化学装置中与最小电压的电芯之间的电压差大于第六电压阈值的第一电芯进行均衡，可以使得各个电芯与最小电压的电芯之间的电压差超过第六电压阈值时，即对第一电芯开始均衡，从而可以改善电化学装置中各电芯电压的一致性。

进一步地，所述开启与所述电化学装置中第一电芯电连接的电压均衡电路，对所述电化学装置中的第一电芯均衡，包括：从所述第一电芯中选出第一目标电芯，且各所述第一目标电芯之间不相邻；开启与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路，对所述第一目标电芯均衡；响应于与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路的开启时长达到预设时长阈值，断开与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路；重新执行上述过程。

在上述实现方式中，通过选出互补相邻的第一目标电芯进行均衡，这样在每一次进行均衡时，进行均衡的各第一目标电芯之间不会相互影响，从而可以保证均衡效果的可靠性。

进一步地，从所述第一电芯中选出第一目标电芯，包括：以所述第一电芯为初始的待选电芯集合，从所述待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的所述电压最大的电芯以及所述电压最大的电芯相邻的电芯从所述待选电芯集合中去除；从最新的所述待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的所述电压最大的电芯以及所述电压最大的电芯相邻的电芯从最新的所述待选电芯集合中去除，并重复上述过程，直至所述待选电芯集合为空；其中，所述第一目标电芯为从所述待选电芯集合选出的电芯。

通过上述实现方式可以使得每一次进行第一目标电芯的选择时，选择出的第一目标电芯都是第一电芯中相互间隔，且与电化学装置中电压最小的电芯之间电压差最大的那一些电芯，这就可以使得每一轮进行第一目标电芯的均衡时，都是优先使电化学装置中与电化学装置中电压最小的电芯之间电压差最大的那一些电芯均衡，从而使得即使在电压均衡未结束的情况下进行充电，那么电化学装置中的最高电芯电压也必然可以相较于均衡前得以降低，从而提高充电效果。

进一步地，响应于所述电化学装置处于静置状态且满足第一均衡退出条件，所述电化学装置中的所述第一电芯退出均衡；其中，所述第一均衡退出条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且满足以下条件至少之一：

所述第一电芯与所述电化学装置中电压最低的电芯的电压差小于第七电压阈值；所述电化学装置中电芯的温度超过第一温度范围；所述第一电芯超过第一时长未开启均衡；

或，

所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于所述第一电压阈值，且满足以下条件中的至少之一：

所述第一电芯与所述电化学装置中容量最小的电芯之间的容量差小于第二容量阈值；所述电化学装置中电芯的温度超过第二温度范围；所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于第八电压阈值，且所述第八电压阈值小于所述第一电压阈值。

在上述实现方式中，电化学装置处于静置状态且满足第一均衡退出条件与前述电化学装置处于静置状态下的均衡条件是相对应的，因此可以准确、安全地识别出均衡退出的时机，避免放电过度导致出现新的电压不一致的情况。

进一步地，响应于所述电化学装置处于充电状态或满充状态，并满足第二均衡退出条件，所述电化学装置中的所述第一电芯退出均衡；其中，所述第二均衡退出条件包括以下条件中的至少之一：所述第一电芯与所述电化学装置中电压最低的电芯之间的电压差小于第九电压阈值；所述电化学装置中电芯的温度超过第三温度范围；所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于第十电压阈值。

在上述实现方式中，电化学装置处于充电状态或满充状态且满足第二均衡退出条件与前述电化学装置处于充电状态或满充状态下的均衡条件是相对应的，因此也可以准确、安全地识别出均衡退出的时机，避免放电过度导致出现新的电压不一致的情况。

进一步地，所述电化学装置均衡方法应用于电池管理系统中的微控制器，响应于所述电化学装置处于静置状态，所述微控制器按照第二时长被唤醒。

在上述实现方式中，当电化学装置处于休眠模式时，电池管理系统按照第二时长间隔被定期唤醒，从而可以定期对电化学装置的状态进行检测，可以在兼顾电化学装置的电能消耗的情况下，保证电化学装置的性能。

本申请实施例还提供了一种电池管理系统，包括：微控制器，所述微控制器被配置为执行前述任一种的电化学装置均衡方法。

进一步地，所述电池管理系统还包括：多条电压均衡电路，每条所述电压均衡电路的受控开关与所述微控制器电连接，所述受控开关被配置为响应于所述微控制器的控制信号执行通断，且每条所述电压均衡电路还被配置为与所述电化学装置内的不同电芯电连接。

在上述实现结构中，通过为每一个电芯配置一条电压均衡电路，这样就可以实现，从而可以有效支持上述电化学装置均衡方法。

进一步地，所述电池管理系统还包括：时钟模块，与所述微控制器电连接，或集成于所述微控制器内，被配置为按照第二时长唤醒所述微控制器。

本申请实施例还提供了一种电化学装置，包括：电芯，以及前述电池管理系统；所述电芯与所述电池管理系统的电压均衡电路电连接。

本申请实施例还提供了一种用电设备，包括前述电池管理系统，或包括前述电化学装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本申请实施例提供的一种电化学装置均衡方法的基本流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电化学装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种电化学装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种具有采集单元的电化学装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种具有采集单元的电化学装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种示例出的电化学装置均衡控制流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“电连接”可以是直接电性相连，也可以通过中间媒介间接电性相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

目前二次电池被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、无人机、电动工具(例如吸尘器、扫地机器人、电钻、园林器械等)、电动汽车等用电设备中。随着二次电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

本发明人注意到，在许多场景下，配置有二次电池的电化学装置中，受电芯的生产批次、生产环境、老化性能等影响，不同电芯之间的性能往往存在差异，这可能导致同一时刻电化学装置内各电芯的电压和剩余容量可能不同。而在充电过程中，为保证充电过程的安全性，当电化学装置中的任一电芯充满后，会结束充电，防止电芯过充而出现安全问题。一般而言，电化学装置中电压最高的电芯会最先被充满，电化学装置的充电效果可以受限于电化学装置中电压最高的电芯。而对于电化学装置中的任一电芯而言，其与电压最高的电芯之间电压差越大，在停止充电时，该电芯距离充电截止电压和满充容量相差越大。因此，电化学装置中电芯之间的电压一致性越差，充电效果就越差，进而影响电化学装置的续航能力。在本申请的一个具体实现方式中，电化学装置长期静置不使用，若某一电芯的漏电流相比其它电芯大，则随着时间推移使得该电芯与其他电芯之间的电压差越来越大，最终可能导致该电芯失效(即无法充电)或者该电芯一直无法被充满，从而严重影响电化学装置的续航能力。

为此，本申请实施例中，发明人提出了一种电化学装置均衡方法以及可以执行上述电化学装置均衡方法的电池管理系统，通过在静置状态或满充状态下启动电化学装置均衡，从而可以在电化学装置处于静置状态或满充状态时，使得电化学装置内的各电芯之间电压差处于设定范围内，从而在下一次进行充电时，电化学装置内的各个电芯之间电压尽可能一致，进而电化学装置在充电时所有电芯尽量处于满充状态，提高电化学装置的续航能力。

请参见图1所示，图1示出了本申请实施例中提供的电化学装置均衡方法的流程示意图，包括：

S301：响应于电化学装置处于第一状态时满足均衡条件，启动电化学装置均衡。

其中，第一状态为以下状态中的一种：

电化学装置处于静置状态；

电化学装置处于满充状态。

可以理解，本申请的一实施例中，电化学装置处于静置状态下的均衡条件可以包括以下两种条件中的至少一种：

第一种条件：电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第二电压阈值，且电化学装置的温度在第一温度范围内。

其中，电化学装置中电芯之间的最大电压差是指：电化学装置中具有最大电压的电芯和具有最小电压的电芯之间的电压差。

第二种条件：电化学装置中单个电芯的最小电压小于第一电压阈值，且电化学装置中电芯之间的最大容量差大于或等于第一容量阈值，且电化学装置的温度在第二温度范围内。

其中，电化学装置中电芯之间的最大容量差是指：电化学装置中具有最大容量的电芯和具有最小容量的电芯之间的容量差。

可以理解，电化学装置处于静置状态下的均衡条件可以仅包括以上两种条件中的一种，但是也可以同时包括以上两种条件。

在本申请实施例中，第一电压阈值可以根据电芯的电压特性以及电芯中的剩余电量进行设置。在本申请的一种具体实现方式中，可以根据电芯剩余容量为30％时对应的电压作为第一电压阈值。例如，在电芯为三元材料时，该第一电压阈值可以约为3600mv，但不作为限制。可以理解的是，也可以根据电芯剩余容量为25％～30％时对应的电压作为第一电压阈值。

在本申请实施例中，第二电压阈值可以根据AFE(Analog Front End，模拟前端)和MCU的采集电芯电压的精度确定，AFE和MCU的采样精度越高，则第二电压阈值可以设置的越小。示例性的，第二电压阈值可以设置为30mV，但不作为限制。

在本申请实施例中，第一容量阈值可以根据电芯的容差特性进行设置，例如可以设置为10％×R cap，但不作为限制。其中，R cap是指电化学装置的额定容量。

在本申请实施例中，第一温度范围和第二温度范围可以根据电芯的耐热性能进行设置，且第一温度范围和第二温度范围可以设置为相同温度范围，也可以设置为不同温度范围。示例性的，第一温度范围和第二温度范围可以均设置为小于70摄氏度，但不作为限制。

在本申请的一实施例中，电化学装置处于满充状态下的均衡条件可以包括：

电化学装置中单个电芯的最大电压大于或等于充电截止电压，且电化学装置中电芯之间的最大电压差大于或等于第三电压阈值，且电化学装置的温度在第三温度范围内。

可以理解，充电截止电压的具体取值可以根据电芯的充电特性确定，为电芯充电截止时的电压。

还可以理解，第三电压阈值可以根据AFE和MCU的采集电芯电压的精度确定，AFE和MCU的采样精度越高，则第二电压阈值可以设置的越小。例如，第三电压阈值可以设置为30mV，但不作为限制。

还可以理解，第三温度范围可以根据电芯的耐热性能进行设置，例如可以设置为小于70摄氏度，但同样不作为限制。

在本申请实施例的另外一些实施例中，电化学装置均衡方法还可以包括：响应于电化学装置处于第二状态时满足均衡条件，启动电化学装置均衡。其中，第二状态用于表征电化学装置处于充电状态。

这样，通过在充电过程中启动电化学装置均衡，可以进一步地提高电化学装置内的各个电芯之间电压的一致性，使得充电时尽可能达到所有电芯均可满充的效果，提高电化学装置的续航能力。

在本申请实施例中，电化学装置处于第二状态时满足的均衡条件可以包括：电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第四电压阈值，且电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第五电压阈值，且电化学装置的温度在第四温度范围内。

可以理解，第四电压阈值可以根据电芯在充电过程中的电学特性进行确定。示例性的，可以取电芯充电过程中的电压变化曲线的平台区下限值作为第四电压阈值。例如，第四电压阈值可以取3600mV，但不作为限制。

还可以理解，第五电压阈值可以根据AFE和MCU的采集电芯电压的精度确定，AFE和MCU的采样精度越高，则第二电压阈值可以设置的越小。例如，第五电压阈值可以设置为30mV，但不作为限制。

还可以理解，第四温度范围可以根据电芯的耐热性能进行设置，例如可以设置为小于70摄氏度，但同样不作为限制。

在本申请实施例中，启动电化学装置均衡时，可以是通过开启与电化学装置中第一电芯电连接的电压均衡电路，对第一电芯均衡。其中，第一电芯为电化学装置中与最小电压的电芯之间的电压差大于第六电压阈值的电芯。

示例性的，假设电化学装置中存在1至6号共6个电芯，3号电芯为具有最小电压的电芯，1、2、4、5号电芯与3号电芯之间的电压差大于第六电压阈值，则1、2、4、5号电芯即为第一电芯。

可以理解，第六电压阈值可以根据电芯之间的AFE和MCU的采集电芯电压的精度确定，AFE和MCU的采样精度越高，则第二电压阈值可以设置的越小。例如，第六电压阈值可以设置为30mV，但不作为限制。

而为了提高均衡过程的可靠性，在本申请实施例中，可以分批对第一电芯进行均衡。

示例性的，可以从第一电芯中选出互不相邻的第一目标电芯，然后开启与第一目标电芯电连接的电压均衡电路，对第一目标电芯均衡。此后，响应于与第一目标电芯电连接的电压均衡电路的开启时长达到预设时长阈值，断开与第一目标电芯电连接的电压均衡电路。然后，重新执行上述过程(即重新进行第一目标电芯的选取以及对第一目标电芯均衡)。

这样，在每一次进行均衡时，进行均衡的各第一目标电芯之间不会相互影响，从而可以保证均衡效果的可靠性。此外，由于第一目标电芯在均衡后，由于电量被消耗，第一目标电芯的电压会降低，这会导致各第一电芯之间的电压情况发生变化，使得基于同一选择标准再次选出的第一目标电芯就会发生变化，进而随着时间的流逝，各第一电芯均可能被选中为第一目标电芯，从而实现对于所有第一电芯的均衡。

可选的，上述预设时长阈值可以根据实际需要进行设置，例如可以设置为30秒，但不作为限制。

可选的，一种从第一电芯中选出第一目标电芯的方式可以是：以第一电芯为初始的待选电芯集合，从待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的电压最大的电芯以及电压最大的电芯相邻的电芯从待选电芯集合中去除。然后从最新的待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的电压最大的电芯以及电压最大的电芯相邻的电芯从最新的待选电芯集合中去除，并重复上述过程，直至待选电芯集合为空。其中，第一目标电芯为从待选电芯集合选出的电芯。

这样可以使得每一次进行第一目标电芯的选择时，选择出的第一目标电芯都是第一电芯中相互间隔，且与电化学装置中电压最小的电芯之间电压差最大的那一些电芯，这就可以使得每一轮进行第一目标电芯的均衡时，都是优先使电化学装置中与电化学装置中电压最小的电芯之间电压差最大的那一些电芯均衡，从而使得即使在电压均衡未结束的情况下进行充电，那么电化学装置中的最高电芯电压也必然可以相较于均衡前得以降低，从而提高充电效果。

示例性的，假设电化学装置中存在依次排布的1至10号电芯，其中4号电芯电压最低，其余电芯与4号电芯的压差均超过第六电压阈值，也即1～3电芯和5～10号电芯均为第一电芯。那么按照上述逻辑，假设1～3电芯和5～10号电芯中2号电芯的电压最大，则首先选取2号电芯作为一个第一目标电芯，并排除1号电芯和3号电芯。然后，假设在5～10号电芯中7号电芯的电压最大，则选取7号电芯作为第二个第一目标电芯，并排除6号电芯和8号电芯。然后，假设在5号、9号和10号电芯中9号电芯的电压最大，则选取9号电芯作为第三个第一目标电芯，并排除10号电芯。最后，选取剩下的在5号作为第四个第一目标电芯。然后，分别开启与2号电芯、5号电芯、7号电芯、9号电芯电连接的电压均衡电路，对2号电芯、5号电芯、7号电芯、9号电芯均衡。假设预设时长阈值为30秒。在30秒后，断开与2号电芯、5号电芯、7号电芯、9号电芯电连接的电压均衡电路。然后重新按照上述过程选取出新的第一目标电芯并进行均衡。此时由于2号电芯、5号电芯、7号电芯、9号电芯经过了均衡，电压会降低，从而新一轮选取的第一目标电芯可能发生变化。

在本申请实施例中，为了避免对电芯一直进行放电，需要设置均衡退出条件。为此，在本申请的一些实施例中，可以响应于电化学装置处于静置状态且满足第一均衡退出条件，电化学装置中的第一电芯退出均衡。其中，第一均衡退出条件可以至少包括以下两种退出条件之一：

第一种退出条件：电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且满足以下条件至少之一：

第一电芯与电化学装置中电压最低的电芯的电压差小于第七电压阈值；

电化学装置中电芯的温度超过第一温度范围；

第一电芯超过第一时长未开启均衡。

第二种退出条件：电化学装置中单个电芯的最小电压小于第一电压阈值，且满足以下条件中的至少之一：

第一电芯与电化学装置中容量最小的电芯之间的容量差小于第二容量阈值；

电化学装置中电芯的温度超过第二温度范围；

电化学装置中单个电芯的最小电压小于第八电压阈值，且第八电压阈值小于第一电压阈值。

可以理解，第一均衡退出条件可以仅采用上述两种退出条件中的一种，但也可以同时采用上述两种退出条件，对此本申请实施例不做限制。

还可以理解，第七电压阈值可以根据电芯之间的电压一致性规范进行设置，可以将第七电压阈值设置为小于等于规范允许的误差范围的值。例如，第七电压阈值可以设置为20mV，但不作为限制。

还可以理解，第八电压阈值可以根据电化学装置中期望保留的最小容量进行设置，例如可以设置为3000mV，但不作为限制。

还可以理解，第二容量阈值可以根据电芯的容差特性进行设置，例如可以设置为5％×R cap，但不作为限制。其中，第二容量阈值小于第一容量阈值。

还可以理解，第一时长可以根据电路可接受的重复尝试启动均衡的时长进行设置，例如可以设置为6小时，但不作为限制。

在本申请的另一些实施例中，还可以响应于电化学装置处于充电状态或满充状态，并满足第二均衡退出条件，电化学装置中的第一电芯退出均衡。其中，第二均衡退出条件可以包括以下条件中的至少之一：

第一电芯与电化学装置中电压最低的电芯之间的电压差小于第九电压阈值；

电化学装置中电芯的温度超过第三温度范围；

电化学装置中单个电芯的最小电压小于第十电压阈值。

可以理解，第九电压阈值可以根据电芯之间的电压一致性规范进行设置，可以将第九电压阈值设置为小于等于规范允许的误差范围的值。例如，第九电压阈值可以设置为20mV，但不作为限制。

可以理解，第十电压阈值可以根据电芯在充电过程中的电学特性进行确定。示例性的，可以取电芯充电过程中的电压变化曲线的平台区下限值作为第十电压阈值。例如，第十电压阈值可以取3600mV，但不作为限制。

在本申请实施例中，电化学装置均衡方法可以应用于电池管理系统中的微控制器，并响应于电化学装置处于静置状态，微控制器按照第二时长被唤醒。

可以理解，当电化学装置处于静置状态，并超过一定时长后，电化学装置的电池管理系统可进入休眠模式，以降低电池管理系统的运行所造成电化学装置的电能消耗。在一些具体实现方式中，一定时长可以是10秒，30秒，1分钟，2分钟。可以理解，上述时间只是对一定时长的列举，本申请对一定时长并不限于此。还可以理解，休眠模式下电池管理系统的微控制器不进行工作，以节约功耗。

在本申请实施例中，电池管理系统进入休眠模式后，微控制器按照第二时长被唤醒，这样电池管理系统即可在兼顾功耗的情况下，实现对电化学装置的不断均衡，从而持续保持电化学装置中电芯电压的一致性。

示例性的，在一些实施例中，电池管理系统还可以包括采集单元(例如AFE)，采集单元与微控制器电连接，且被配置为与各电芯连接，以采集各电芯的电压、温度等数据，并将这些数据传输给微控制器。在这些实施例中，当电池管理系统进入休眠模式后，微控制器不进行工作，但是采集单元可以持续工作。此时，可以由采集单元负责对于电压均衡电路的开启与断开控制，从而使得在微控制器休眠过程中，仍旧可以持续进行对电芯的均衡。而当微控制器被唤醒后，由微控制器进行诸如重新选择第一目标电芯、判断第一电芯是否满足第一均衡退出条件等操作，从而在一方面解决了电化学装置长期静置下造成的压差大的问题，另一方面由于微控制器是定期唤醒的，因此也不会过多的造成电化学装置额外的电量损耗，保证了电化学装置的存储时长。

为了实现电池管理系统按照第二时长间隔被唤醒，在本申请实施例的一种可选实施方式中，电池管理系统中还可以设置时钟模块，且时钟模块与微控制器电连接，或集成于微控制器内。从而通过将时钟模块配置为响应于电化学装置满足进入休眠模式的条件，按照第二时长间隔唤醒微控制器，实现对于电池管理系统的定时唤醒。

可以理解，时钟模块可以是RTC(Real_Time Clock，实时时钟)电路实现，但不作为限制。

为了配合上述电化学装置均衡方法的实施，本申请实施例中还提供了一种电池管理系统，其包括有微控制器。微控制器被配置为执行前述电化学装置均衡方法。

可以理解，电池管理系统中还可以具有电压均衡电路，从而通过电压均衡电路实现对于各第一电芯的放电控制，实现电化学装置均衡功能。

可选的，电池管理系统可以包括多条电压均衡电路，每条电压均衡电路的受控开关与微控制器电连接，例如图2所示，受控开关被配置为响应于微控制器的控制信号执行通断，且每条电压均衡电路还被配置为与电化学装置内的不同电芯电连接。这样，通过每一条电压均衡电路单独与一个电芯电连接，从而只需通过控制电压均衡电路的受控开关闭合，即可利用该电压均衡电路实现对其所连接的电芯的放电。

可选的，电池管理系统可以包括一条电压均衡电路，该电压均衡电路被配置为通过多个受控开关分别与不同的电芯电连接，例如图3所示，受控开关被配置为响应于微控制器的控制信号执行通断。这样，通过控制受控开关的闭合与断开，可以实现对于受控开关所连接的电芯的放电与否的控制，从而实现对于各电芯的均衡控制。

可选的，电池管理系统还可以包括采集单元(例如AFE)，采集单元与微控制器电连接，且与电压均衡电路的受控开关电连接，例如图4或图5所示。此时，微控制器可以将针对不同电压均衡电路的控制信号发送给采集单元，由采集单元根据该控制信号，控制微控制器所指示的电压均衡电路的受控开关闭合或断开。

可以理解，以上仅为本申请实施例示例出的四种可选的实现方式，不作为对本申请实施例的限制。而电压均衡电路可采用各种已知的负载电路实现，具体结构本申请实施例不做限制。

下面，为便于理解本申请实施例的方案，以一个具体的实现过程为例，对本申请实施例的方案进行示例说明。

参见图6所示，假设第一电压阈值、第四电压阈值和第十电压阈值为3600mV，第二电压阈值、第三电压阈值、第五电压阈值、第六电压阈值为30mV，第七电压阈值和第九电压阈值为20mV，第八电压阈值为3000mV，第一容量阈值为10％×R cap，第二容量阈值为5％×R cap，第一温度范围、第二温度范围、第三温度范围、第四温度范围均为小于70℃，第一时长为6小时。整个均衡过程包括：

首先，进行电化学装置的状态判断。

若电化学装置处于静置状态，则进行静置状态下的均衡条件判断：

判断电化学装置中单个电芯的最小电压Vmin是否大于或等于3600mV。

若电化学装置中Vmin大于或等于3600mV，则判断电化学装置中电芯之间的最大电压差△Vmax是否大于30mV，以及判断电化学装置的温度T是否小于70℃。在△Vmax大于30mV，且T小于70℃时，启动电化学装置均衡。否则，不启动电化学装置均衡。

若电化学装置中Vmin小于3600mV，则判断电化学装置中电芯之间的最大容量差△capmax是否大于或等于10％×R cap，以及判断电化学装置的温度T是否小于70℃。在△capmax大于或等于10％×R cap，且T小于70℃时，启动电化学装置均衡。否则，不启动电化学装置均衡。

若电化学装置处于满充状态，则进行满充状态下的均衡条件判断：

判断电化学装置中单个电芯的最大电压Vmax是否大于或等于充电截止电压V_截止，判断电化学装置中电芯之间的最大电压差△Vmax是否大于或等于30mV，以及判断电化学装置的温度T是否小于70℃。

若Vmax大于或等于V_截止，且△Vmax大于30mV，且T小于70℃时，启动电化学装置均衡。否则，不启动电化学装置均衡。

若电化学装置处于充电状态，则进行充电状态下的均衡条件判断：

判断电化学装置中单个电芯的最小电压Vmin是否大于或等于3600mV，并判断电化学装置中电芯之间的最大电压差△Vmax是否大于30mV，以及判断电化学装置的温度T是否小于70℃。

若Vmin大于或等于3600mV，且△Vmax大于30mV，以及T小于70℃，启动电化学装置均衡。否则，不启动电化学装置均衡。

启动电化学装置均衡的过程如下：

识别出电化学装置中所有与第二电芯之间的电压差大于30mV的第一电芯。其中，第二电芯为电化学装置中电压最小的电芯。

开启与第一目标电芯电连接的电压均衡电路，对第一目标电芯均衡。其中，第一目标电芯为根据下述过程从第一电芯中选出的电芯：以第一电芯为初始的待选电芯集合，从待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的电压最大的电芯以及电压最大的电芯相邻的电芯从待选电芯集合中去除。然后从最新的待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的电压最大的电芯以及电压最大的电芯相邻的电芯从最新的待选电芯集合中去除，并重复上述过程，直至待选电芯集合为空。

在对第一目标电芯均衡的过程中，根据电化学装置的状态，进行各第一目标电芯的均衡退出控制：

若电化学装置处于静置状态，则对各第一目标电芯进行以下静置状态下的均衡退出条件判断：

判断电化学装置中单个电芯的最小电压Vmin是否大于或等于3600mV。

若Vmin大于或等于3600mV，则针对正在进行均衡的每一个第一目标电芯进行以下判断：

该第一目标电芯与电化学装置中第二电芯的电压差△V是否小于20mV，以及电化学装置中电芯的温度T是否超过70℃，以及该第一目标电芯是否超过6个小时一直未能开启均衡。

若△V小于20mV，或T超过70℃，或者该第一目标电芯超过6个小时一直未能开启均衡(即time大于6h)，则退出对该第一目标电芯的均衡，也即断开与该第一目标电芯电连接的电压均衡电路。否则，继续进行均衡并进行以上判断。

若Vmin小于3600mV，则针对每一个第一目标电芯进行以下判断：

该第一目标电芯与电化学装置中第二电芯之间的容量差的△cap是否小于5％×Rcap，以及电化学装置中电芯的温度T是否超过70℃，以及电化学装置中单个电芯的最小电压Vmin是否小于3000mV。

若△cap小于5％×R cap，或者T超过70℃，或者Vmin小于3000mV，则退出对该第一目标电芯的均衡，也即断开与该第一目标电芯电连接的电压均衡电路。否则，继续进行均衡并进行以上判断。

若电化学装置处于充电状态或满充状态，则对各第一目标电芯进行以下充电状态或满充状态下的均衡退出条件判断：

针对正在进行均衡的每一个第一目标电芯：

判断该第一目标电芯与电化学装置中第二电芯之间的电压差△V是否小于20mV，以及判断电化学装置中电芯的温度T是否超过70℃，以及判断电化学装置中单个电芯的最小电压Vmin是否小于3600mV。

若△V小于20mV，或者T超过70℃，或者Vmin小于3600mV，则退出对该第一目标电芯的均衡，也即断开与该第一目标电芯电连接的电压均衡电路。否则，继续进行均衡并进行以上判断。

在所有第一目标电芯均退出均衡后，或者在与第一目标电芯电连接的电压均衡电路开启30s从而断开各与第一目标电芯电连接的电压均衡电路后，重新按照前述方式从现存的第一电芯中(可以理解，第一目标电芯退出均衡后即不再作为第一电芯了)重新选出第一目标电芯进行均衡，并继续按照上述方式判断是否存在第一目标电芯需要均衡退出。

通过不断重复上述过程，当所有第一电芯中的其余电芯均退出均衡后，本次均衡即全部结束。

可以理解的是，在电化学装置处于静置状态时，电化学装置的电池管理系统可以进入休眠模式，并按照第二时长间隔(例如5分钟、或10分钟、或1个小时、或1天等，但不作为限制)进行唤醒。当电池管理系统被唤醒后，微控制器可以主动执行上述电化学装置均衡方法中的相关条件判断以及第一目标电芯的选取操作。而电池管理系统的AFE无论是在电池管理系统处于休眠模式还是处于唤醒状态下均可持续工作，从而可以通过AFE实现对于电压均衡电路的通断控制，使得在电池管理系统处于休眠模式时仍旧可以持续进行电芯均衡。可以理解的是，电池管理系统的微控制器进入休眠模式可以使电池管理系统进入休眠模式。

本申请实施例的方案，通过在电化学装置处于静置状态或电化学装置处于满充状态时，启动电化学装置均衡，从而可以在电化学装置处于静置状态或满充状态时，尽可能使得电化学装置内的各电芯之间电压差处于设定范围内，从而使得在下一次进行充电时，电化学装置内的各个电芯之间电压尽量一致，从而使得充电时所有电芯尽可能满充，提高电化学装置的续航能力。

此外，针对电化学装置长期静置存储的场景，也可以通过主动唤醒微控制器的方式判断电化学装置中的电芯是否需要均衡，保证电化学装置长期存储的电压的一致性，改善电芯失效或者某个或多个电芯无法充满，提高电化学装置的续航能力。

此外，本申请实施例的方案，在静置状态、满充状态和充电状态都可以启动均衡，从而提高了电化学装置在单个循环内的均衡效率。同时，由于电化学装置的均衡能力提升了，在此基础上可以使得各电芯之间的电压差一致性更好，从而即使放宽K值(K值与电芯漏电流对应，K为单位时间电芯压降)对于整个电化学装置的电压表现的影响也不会太大，这也就使得可以放宽生产过程中电芯的K值标准，从而可以提升良品率。

本申请实施例中还提供了一种电化学装置，包括电芯以及本申请实施例提供的电池管理系统，且电芯与电池管理系统的电压均衡电路电连接，从而电池管理系统可以执行上述电化学装置均衡方法，管理电芯的自放电。

可以理解，本申请实施例中所述的电化学装置可以是电池包或者其他含有电芯以及电池管理系统在内的电化学结构。在本申请实施例中，电芯可以钴酸锂电芯，镍钴锰电芯。电芯可以是但不限于锂电池电芯，可以是钠离子电芯等。

本申请实施例中还提供了一种用电设备，包括前述电池管理系统，或包括前述电化学装置。用电设备还可以具有用电主体，电化学装置的电芯可以为用电主体供电。本申请实施例的用电设备可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、无人机、电动两轮车(如电动摩托车、电动自行车等)、电动三轮车、电动汽车、轮船等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电化学装置均衡方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于所述电化学装置处于第一状态时满足均衡条件，启动所述电化学装置均衡；其中，所述第一状态为以下状态中的一种：

所述电化学装置处于静置状态；

所述电化学装置处于满充状态。

2.如权利要求1所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述电化学装置处于静置状态下的均衡条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第二电压阈值，且所述电化学装置的温度在第一温度范围内；

或，所述电化学装置处于静置状态下的均衡条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于所述第一电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大容量差大于或等于第一容量阈值，且所述电化学装置的温度在第二温度范围内。

3.如权利要求1所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述电化学装置处于满充状态下的均衡条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最大电压大于或等于充电截止电压，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于或等于第三电压阈值，且所述电化学装置的温度在第三温度范围内。

4.如权利要求1所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于所述电化学装置处于第二状态时满足均衡条件，启动所述电化学装置均衡；所述第二状态用于表征所述电化学装置处于充电状态；

所述电化学装置处于第二状态时满足的均衡条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第四电压阈值，且所述电化学装置中电芯之间的最大电压差大于第五电压阈值，且所述电化学装置的温度在第四温度范围内。

5.如权利要求1-4任一项所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述启动电化学装置均衡包括：

开启与所述电化学装置中第一电芯电连接的电压均衡电路，对所述第一电芯均衡；

其中，所述第一电芯为所述电化学装置中与最小电压的电芯之间的电压差大于第六电压阈值的电芯。

6.如权利要求5所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述开启与所述电化学装置中第一电芯电连接的电压均衡电路，对所述电化学装置中的第一电芯均衡，包括：

从所述第一电芯中选出第一目标电芯，且各所述第一目标电芯之间不相邻；

开启与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路，对所述第一目标电芯均衡；

响应于与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路的开启时长达到预设时长阈值，断开与所述第一目标电芯电连接的电压均衡电路；

重新执行上述过程。

7.如权利要求6所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，从所述第一电芯中选出第一目标电芯，包括：

以所述第一电芯为初始的待选电芯集合，从所述待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的所述电压最大的电芯以及所述电压最大的电芯相邻的电芯从所述待选电芯集合中去除；

从最新的所述待选电芯集合中选出电压最大的电芯，并将选出的所述电压最大的电芯以及所述电压最大的电芯相邻的电芯从最新的所述待选电芯集合中去除，并重复上述过程，直至所述待选电芯集合为空；

其中，所述第一目标电芯为从所述待选电芯集合选出的电芯。

8.如权利要求6所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，响应于所述电化学装置处于静置状态且满足第一均衡退出条件，所述电化学装置中的所述第一电芯退出均衡；

其中，所述第一均衡退出条件包括：

所述电化学装置中单个电芯的最小电压大于或等于第一电压阈值，且满足以下条件至少之一：

所述第一电芯与所述电化学装置中电压最低的电芯的电压差小于第七电压阈值；

所述电化学装置中电芯的温度超过第一温度范围；

所述第一电芯超过第一时长未开启均衡；

或，

所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于所述第一电压阈值，且满足以下条件中的至少之一：

所述第一电芯与所述电化学装置中容量最小的电芯之间的容量差小于第二容量阈值；

所述电化学装置中电芯的温度超过第二温度范围；

所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于第八电压阈值，且所述第八电压阈值小于所述第一电压阈值。

9.如权利要求6所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，

响应于所述电化学装置处于充电状态或满充状态，并满足第二均衡退出条件，所述电化学装置中的所述第一电芯退出均衡；

其中，所述第二均衡退出条件包括以下条件中的至少之一：

所述第一电芯与所述电化学装置中电压最低的电芯之间的电压差小于第九电压阈值；

所述电化学装置中电芯的温度超过第三温度范围；

所述电化学装置中单个电芯的最小电压小于第十电压阈值。

10.如权利要求1-4任一项所述的电化学装置均衡方法，其特征在于，所述电化学装置均衡方法应用于电池管理系统中的微控制器，响应于所述电化学装置处于静置状态，所述微控制器按照第二时长被唤醒。

11.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

微控制器，所述微控制器被配置为执行如权利要求1-10任一项所述的电化学装置均衡方法。

12.如权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：

多条电压均衡电路，每条所述电压均衡电路的受控开关与所述微控制器电连接，所述受控开关被配置为响应于所述微控制器的控制信号执行通断，且每条所述电压均衡电路还被配置为与所述电化学装置内的不同电芯电连接。

13.如权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：

时钟模块，与所述微控制器电连接，或集成于所述微控制器内，被配置为按照第二时长唤醒所述微控制器。

14.一种电化学装置，其特征在于，包括：电芯，以及如权利要求11至13任一项所述的电池管理系统；所述电芯与所述电池管理系统电连接。

15.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求11至13任一项所述的电池管理系统，或包括如权利要求14所述的电化学装置。

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