WO2012113221A1

WO2012113221A1 - 动力锂离子电池组放电均衡方法以及均衡系统

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Publication number: WO2012113221A1
Application number: PCT/CN2011/079357
Authority: WO
Inventors: 王明旺; 李武歧; 李载波
Original assignee: 欣旺达电子股份有限公司
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN102651560A

Abstract

本发明属于动力电池管理技术领域，具体公开了一种动力锂离子电池组放电均衡方法以及均衡系统。本发明是针对电池组快放空时，提供的一种实现均衡的方法以及系统。本发明在放电快结束时，即电池组剩余电荷量在20%～30%时，开始启动放电均衡措施：将电池组正负极两端的输出电压适当降低加载到少部分低压单体电池正负极两端为其补电，减缓低压电池放空的速度，使得所有单体电池几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。本发明在均衡各个单体电池之间的差异、延长电池组寿命的同时，能耗更低、效率更高、效果更好。

Description

动力锂离子电池组放电均衡方法以及均衡系统技术领域本发明属于动力电池管理技术领域，具体涉及一种汽车锂离子电池放电均衡方法以及均衡系统。背景技术为达到电动汽车等大功率设备运行时电压、功率及能量的要求，电池组多由大量动力电池串接组成使用。虽然随着技术工艺的提高，电池之间的差异逐渐减小，但是，在当前制作工艺水平下，仍难保证每节电池特性完全一致。尤其是在工况运行条件下，频繁地进行不规则的充电、放电，电池组工作一段时间后电池之间的差异会恶化，从而，使得电池组的使用效率降低，寿命减小。

电池之间的不一致性不可能完全消除，尤其这种不一致性是在其生产之初便已存在。为了保障电池组的应用寿命，电池管理系统就应运而生，它主要工作就是发现电池之间的差异并缩小，也就是通常所称的电池均衡技术。

通常所述的均衡状态，即是：各个单体电池的平均电压与各个单体电池的电压绝对差值小于设定的阈值，根据均衡系统的精度要求不同，所述设定的阈值可能是 0.1V, 也可能为其他人为设定的数值，如 0.08V、 0.12V等。目前，解决放电过程中的不一致性的主要方法是通过旁路电阻对电压相对较高的单体电池放电，此种均衡方式是将电压相对较高的单体电池电压降低，加快高电压电池的放电速度，使得所有单体电池几乎同时到达放空状态。此种方式，不仅仅会产生电能消耗，而且实际上是缩短了电池组的放电时间，因为，此种均衡方式的放电时间是由容量最低的单体电池决定。而且，放电电阻大小固定，其放电电流不可调节，可能导致部分放的太少或部分过放的情况发生，最终导致电池均衡更差。

更正页（细则第 91条) 发明内容本发明的第一目的在于提供：一种放电时间更长、均衡效果更好的动力锂离子电池组放电均衡方法。

本发明的第二目的在于提供：一种动力锂离子电池组放电均衡系统，应用该系统有利于使得该动力锂离子电池组的放电时间更长，放电过程中的均衡效果更佳均衡均衡。

本发明实施例提供的一种动力锂离子电池组放电均衡方法，所述锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池，各所述单体电池的正负极两端分别通过开关电路共同与一直流到直流的直流变换电路的输出端共同电连接，所述直流变换电路的输入端与所述锂离子电池组的电压输出端电连接；在所述 4里离子电池组放电过程中，实时监测所述锂离子电池组的剩余电荷量二当所述锂离子电池组的剩余电荷量占本锂离子电池组总容量的比值达到预定的下限时，则顺序执行以下步骤：

采集各所述单体电池的电压信号 , 获取各单体电池的电压测量值；才据各单体电池的电压测量值，确定当前需补偿充电的单体电池；接通与所述当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使所述直流变换电路的输出端与所述当前需补偿充电的单体电池的正负极电连通，以使所述直流变换电路对当前需补偿充电的单体电池补偿充电，直至所述锂离子电池组放电结束。

可选地，所述预设的下限选自 20%至 30%之间的任一数值。可选地，根据各个单体电池的电压测量值，按照预定的程序计算确定当前需补偿充电的单体电池，具体是：

更正页（细则第 91条) 根据所有单体电池的电压测量值，计算确定当前所述电压测量值的平均值，

分别比较计算获取各单体电池的电压测量值与所述电压测量值的平均值的绝对差值，将所述绝对差值大于预定阈值的单体电池作为候选待均衡单体电池，由高到低排序所述候选待均衡单体电池的电压测量值，得到排序队列，将电压测量值排序在所述排序队列末端的预定数量的单体电池，作为所述当前需补偿充电的单体电池。可选地，所述预定数量为：总单体电池数量的 10%的取整数值。本发明实施例提供的一种动力锂离子电池组放电均衡系统，所述动力锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池，所述均衡系统包括: 复数个下位机、复数个开关电路、一个上位机以及一个直流到直流的直流变换电路；

电路的输出端共同电连接，所述直流变换电路的输入端与所述锂离子电池组的电压输出端电连接；

各所述下位机分别与各所述单体电池的正负极电连接，分别用于采集各所述单体电池的电压信号，获取各单体电池的电压测量值，并且将各单体电池的电压测量值传递给所述上位机；所述上位机包括：电池组剩余电量探测模块、补偿充电电池判定模块以及补偿充电控制模块，其中，所述卜偿充电电池判定模块与各所述下位机电连接，用于根据各单体电池的电压测量值，按照预定的程序确定当前需补偿充电的单体电池，所述电池组剩余电量探测模块与所述娌离子电池组的母线电连接，用于

更正页（细则第 91条) 根据母线电压、母线电流，确定所述锂离子电池组的剩余电荷量，所述补偿充电控制模块与所述池组剩余电量探测模块、补偿充电电池判定模块、各下位机以及各开关电路分别电连接，用于当所述锂离子电池组的剩余电荷量占本裡离子电池组总容量的比值小于或等于预设的下限时 .· 启动各所述下位机、补偿充电电池判定模块，并且连通当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使所述直流变换电路的输出端与所述当前需补偿充电的单体电池的正负极电连通，以使所述直流变换电路对当前需补偿充电的单体电池补偿充电，直至所述锂离子电池组放电结束。可选地，所述预设的下限选自 20%至 30%之间的任一数值。可选地，所述补偿充电电池判定模块包括：阈值比较模块，与各所述下位机分别电连接，用于比较计算获取各单体电池的电压测量值与所述电压测量值的平均值的绝对差值；排序子模块，分别与阈值比较模块以及各下位机电连接，用于由高到低排序各候选待均衡单体电池的电压值，得到排序队列，其中，所述候选待均衡单体电池为：所述阈值比较模块中确定的、绝对差值大于预定阔值的单体电池；补偿充电电池判定子模块，与所述排序子模块电连接，用于将所述排序队列末端的预定数量的单体电池，作为所述当前需补偿充电的单体电池可选地，所述预定数量为：总单体电池数量的 10%的取整数值。所述上位机还电连接有一温度传感器。可选地，在所述上位机上还电连接有显示模块。可选地，各所述下位机为可编程逻辑控制器或单片机。可选地，各所述开关电路为场效应管。

更正页（细则第 91条) 由上可见，应用本发明实施例技术方案，本发明为了达到使得动力锂离子电池组内的所有单体电池一起放空，从而保证整体动力锂离子电池组的均衡性能并保证提供长时间的放电供电，在本发明实施例采取的措施就是在放电快结束时，启动放电均衡措施：通过直流变换电路将动力锂离子电池组的输出电压信号（即动力锂离子电池组的母线电压信号）进行直流变压转换，从而由直流变换电路通过开关切换电路，输入至当前需补偿充电的单体电池

(当前单体电池电压较低的单体电池），从而为其充电补偿，以减緩这些单体电池电荷量放空的速度 , 以使锂离子电池组内的所有单体电池可以几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。并且，在本发明均衡措施中为当前需要补偿充电的单体电池提供补偿充电的电压来源为动力锂离子电池组（所有单体电池的集合），故本发明实施例中的补偿充电实际是一种动力电池组内能量的自我转移，相对现有技术中采用额外的直流电源进行补偿充电的均衡措施 , 采用本技术方案中耗能更少。本发明的锂离子电池组放电均衡系统，通过复数个下位机，各下位机分别采集各单体电池的电压信号获取各单体电池的电压测量值，而在本实施例中，各因此，本发明对锂离子电池组的放电均衡控制更加精确灵活，效率更高。另外，在本实施例中，由于整个锂离子电池组放电均衡系统中采用由下到上的模块化结构，比如各下位机负责各单体电池电压采集，上位机负责整个动力电池的实际剩余容量检测以及整体集控管理，该由上到下的分层模块化设置使得锂离子电池组放电均衡系统维护更加方便，系统的升级以及兼容性更佳。综上所述，本发明实施例技术方案相对于现有的汽车理电池组放电均衡方法与装置，在均街各个单体电池之间的差异、延长电池组寿命的同时，能耗更低、效率更高、效果更好。

更正页（细则第 91条) 附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图 1为本发明实施例 1提供的一种在放电过程中的动力锂离子电池组放电均衡方法流程示意图；

图 2为本发明实施例 1、2中的提供的一种动力锂离子电池组与开关电路、直流转换电路的连接电路原理示意图；

图 3为本发明实施例 2中的提供的一种动力锂离子电池组均街系统的结构原理示意图；

图 4为本发明实施例 3 中的提供的一种动力锂离子电池组均衡系统的结构原理示意图。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例 1:

本实施例公开了一种动力锂离子电池组放电均衡方法，该锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池，这些单体电池串联起来以提供较高的电压对外供电，该动力锂离子电池组可以但不限于应用于汽车等。本实施例的动力锂离子电池组放电均衡方法主要应用于均衡动力锂离子电池组处于放电状态时各单体电池之间的差异，从而使得放电过程中各单体电池的电荷量保持较高的一致性，以企达到锂离子电池组内的各单体电池同时达到放空状态。

本实施例的动力锂离子电池组放电均衡方法的应用实施连接电路主要如

更正页（细则第 91条) 下：

每个单体电池正负极两端分别通过一个开关电路共同与一直流到直流

( DC-DC ) 的直流变换电路的输出端共同电连接，即各开关电路连接在各单体电池与直流变换电路输出端之间，可以通过控制开关电路的通 /断而控制单体电池与直流变换电路的通 /端。上述的直流变换电路的输入端与锂离子电池组的电压输出端电连接，即本实施例的直流变换电路主要将本锂离子电池组的输出直流电信号通过 DC-DC变换，而输出适合于对单体电池充电的直流电压信号。

参见图 1所示，在锂离子电池组的放电过程中，本实施例的放电均衡方法流程主要包括以下步骤：步骤 101: 实时监测锂离子电池组的剩余电荷量。在锂离子电池组的放电过程中，以预定的频率定时监测锂离子电池组的剩余电荷量。

该锂离子电池组的剩余电荷量的确定可以但不限于通过测量该锂离子电池组的母线电压以及母线电流，然后通过当前的母线电压 U ( t ) 以及母线电流 I ( 0，计算确定锂离子电池组当前的剩余电荷量： Q ( t ) = U ( t ) * I ( t )。

步骤 102:判定该锂离子电池组的剩余电荷量占本娌离子电池组总容量的比值是否达到预定的下限，如果是，执行步骤 103 , 否则返回步骤 101。在本发明实施例中该剩余电荷量可以但不限于采用该剩余电荷量相对于本动力锂离子电池组的额定电容的比例表征。

在每确定锂离子电池组当前的剩余电荷量之后，均判定该锂离子电池组当前的剩余电荷量占本锂离子电池组总容量的比值是否达到预定的下限，如果是，则执行步骤 103, 启动补偿充电策略，否则，返回步骤 101，继续进行锂离子电池组的剩余电量监测。

更正页（细则第 91条) 在本实施例中可以但不限于当锂离子电池组当前的剩余电荷量达到本锂离子电池组容量的 30%时，判定当前需要执行初补偿充电策略，执行步骤 103。需要说明的是，经过本发明人的多次试验研究，确定在本实施例中该预定的下限数值还可以选取 20% ~ 30%之间的任一，具体可以根据实际使用的经验总结确定该下限数值。步骤 103: 采集各单体电池的电压信号，获取各单体电池的电压测量值。通过电压测量模块或者带该电压测量模块的装置在各单体电池侧探测各各单体电池的电压信号，获取各单体电池的当前的电压测量值。在具体实施时，可以但不限于单片机、或者可编程逻辑控制（ Programmable Logic Controller, 筒称 PLC )等模块分别连接在各个单体电池的正负极两端，实时采集各个单体电池正负极两端的电压信号，然后将当前采集到的模拟电压信号通过放大、数模转换等信号处理而转换为计算机可以识别的数字信号，得到各单体电池的电压测量值。步骤 104: 根据各单体电池的电压测量值，确定当前需补偿充电的单体电池因为单体电池当前的电压测量值反映当前单体电池当前的剩余电荷量情况，在本步骤中居各单体电池的电压测量值，将当前电压测量值较低（即其当前的剩余电荷量较 ^的单体电池）确定为: 当前需补偿充电的单体电池。其中，在本实施例中可以但不限于按照现有技术的锂离子电池组的均衡方法确定当前应该对哪些单体电池进行均衡处理，比如：居所有单体电池的电压测量值，计算确定当前所述电压测量值的平均值，然后分别比较计算获取各单体电池的电压测量值与所述电压测量值的平均值的绝对差值，将其中绝对差值大于预定阈值的单体电池作为当前需要均衡（需补偿充电）处理的电池。但是，本发明人在进行本发明的研究中发现，在本发明实施例技术方案

更正页（细则第 91条) 中，采用上述通过阈值比较方案往往得到的结果可能是，当前数量较多的单体电池为需要均衡处理的电池。而如果需要均衡的单体电池数量较多的话，则该锂离子电池组内的自我均衡所需的能量较多，使得整个锂离子电池组的输出电能变少，不利于实际推广。为此, 本发明人研发出以下的一种如何确定当前需补偿充电的单体电池的判别方案，具体是：首先，根据所有单体电池的电压测量值，计算确定当前电压测量值的平均值。比如：当前具有 100个单体电池，单体电池 D0、 D2 D99当前的电压测量值分别是 V0、 VI、 V2...... V99, 则计算平均值：

V _Ave=SUM(V0:V99)/100。然后，分别比较计算获取各单体电池的电压测量值（ V0、 VI、 V2...... V99 ) 与平均值 V _Ave的绝对差值，将绝对差值大于预定阈值的单体电池作为候选待均衡单体电池。其中该阔值的大小可以根据实际情况确定，比如但不限于确定为 0.1V, " 也可能为其他人为设定的数值，如 0.08V、 0.12V等。本发明人在本发明实施例中将该阈值设定为 0.2V。再然后，将候选待均衡单体电池的电压测量值进行由高到低的排序，得到一排序队列。在该排序队列中，位于队列队首的电压测量值较高，位于排序队列末端的电压测量值较低，位于排序队列最末端一位的电压测量值较低。最后，将电压测量值排序在该排序队列末端的预定数量的 N个单体电池，作为当前需补偿充电的单体电池。将位于排序队列尾部的当前电压量最低（即当前剩余电荷量最低）这部分单体电池作为当前需补偿充电的单体电池。其中，该 N值可以但不限于设定为：总单体电池数量的 10%池的取整数值。比如，当前锂离子电池组的单体电池数量为 100时，则总单体电池数量的 10%池的取整数值为 100*10%=10., 即选取排序队列中的最后 10个电压测

更正页（细则第 91条) 试值对应的单体电池作为当前需补偿充电的单体电池。采用上述技术方案在进行阔值比较之后，进一步对阈值比较确定的结果: 候选待均衡单体电池的电压测量值进行由高到低排序，仅仅将其中电压测量值最低的预定个数的单体电池作为实际当前需补偿充电的单体电池。采用本实施例技术方案，一方面确保可以在锂离子电池组放电过程中利用本锂离子电池组的输出电能对本锂离子电池组内的单体电池进行 ^卜偿充电，以避免部分锂离子电池过早放空而导致整体锂离子电池组的放电时间较短；又避免使用过多的能量进行电池组内的单体电池补偿充电而导致整个锂离子电池组的输出电能不足的情况，故本实施例提供的确定当前需补偿充电的单体电池的技术方案更适合实际推广实施。

步骤 105: 接通与当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使直流变换电路的输出端与当前需补偿充电的单体电池的正负极电连通。

当在步骤 104中确定了当前需补偿充电的单体电池之后，在本步骤中对这些当前需补偿充电的单体电池启动补偿充电，具体是：

切换与当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使这些开关电路处于接通状态，即使得这些开关电路一侧的直流变换电路的输出端与开关电路另一侧的单体电池的正负极处于电连通状态。

比如在图 2所示的动力电池组中，在步骤 104中确定的：当前需补偿充电的单体电池为 D9、 D8 Dl、 DO，分别点连接在单体电池 D9、 D8 Dl、

DO与直流转换电路之间的开关电路分別为 K 9、 Κ8...... K l、 Κ 0。

在本实施例中具体是切换开关电路 Κ 9、 Κ8 Κ 1、 Κ 0, 使开关电路 Κ

9、 Κ8...... Κ 1、 Κ 0处于接通状态，此时直流转换电路将输入端的锂离子电池组的输出电信号进行 DC-DC转换之后输出的直流信号分别通过接通的开关

更正页（细则第 91条) 电路 K 9、 Κ8 K l、 Κ 0输入至单体电池 D9、 D8 Dl、 DO, 对单体电池 D9、 D8 Dl、 DO进行补偿充电，直至整个锂离子电池组放电结束。由于锂离子电池组的放电时间依照木桶的短板效应原理（一只水桶能盛多少水，并不取决于最长的那块木板，而是取决于最短的那块木板）：即整个动力电池组的放电时间的长短取决于最早放空的单体电池，只要整个锂离子电池组的某单体电池放空时，整个锂离子电池组停止放电。而在本实施例中，通过上述的技术方案，在整个锂离子电池组快放空时 (即整个锂离子电池组当前剩余电量达到一预定的下限时）对当前电压测量值较低（即当前单体电池的剩余电荷量较低）的单体电池进行补偿充电的方式，以减緩这些单体电池电荷量放空的速度，以使锂离子电池组内的所有单体电池可以几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。在现有技术中，主要采用外加直流电源进行补电的技术方案，由于外加电源在提供电流时会发热，且提供的直流电源流过固定电阻时，电阻会消耗部分能源，且由于电阻固定，故补充充电的电源电流不可调，所以不能精确对电池放电，在进行补偿充电，有时会补偿过大有时会补偿过少的情况，反而进一步加剧锂离子电池组的均街性更差，且现有技术中的补偿充电电路结构复杂不易于实现。

在本实施例中直流变换电路可以将锂离子电池组整体的正负极两端的电压降低到可用于对当前需补偿充电的单体电池进行补电的充电电压，而对当前需补偿充电的单体电池进行充电，实现能量的转移，且在实现时该直流变换电路通过可控的开关电路与各单体电池电连接，可以实现精准地对某单体电池的补偿充电。且在对某单体电池补偿充电过程中，其他单体电池由于其所电连接的开关电路处于断开状态，即他们与直流电路相互隔离，工作状态不受影响。

需要说明地是，本发明实施例之所以在电池组剩余电荷量只有 20% ~ 30% 时启动均衡措施，而不是在放电一开始就启动均衡措施，具体是本发明人在更正页（细则第 91条) 进行本发明的长期试验过程中发现：本发明采取的能量转移均衡措施，在能量转移过程中客观上也存在一定程度上的消耗。如果一开始就启动均衡措施，将使得电池组不断消耗自身能量，反而降低了电池组的放电时间。而且，均衡的目的就是使得所有单体电池能够同时满充、满放，那么在放电后期采取均衡措施，不仅仅可以实现均衡目的，而且可以使得用于自身均衡所消耗的能量更少，从而延长放电时间。综上，应用本发明实施例技术方案，本发明为了达到使得动力锂离子电池组内的所有单体电池一起放空，从而保证整体动力锂离子电池组的均衡性能并保证提供长时间的放电供电，在本发明实施例采取的措施就是在放电快结束时，启动放电均衡措施：通过直流变换电路将动力锂离子电池组的输出电压信号（即动力锂离子电池组的母线电压信号）进行直流变压转换，从而由直流变换电路通过开关切换电路，输入至当前需补偿充电的单体电池（当前单体电池电压较低的单体电池），从而为其充电补偿，以减缓这些单体电池电荷量放空的速度，以使锂离子电池组内的所有单体电池可以几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。并且，在本发明均衡措施中为当前需要补偿充电的单体电池提供补偿充电的电压来源为动力锂离子电池组（所有单体电池的集合），故本发明实施例中的补偿充电实际是一种动力电池组内能量的自我转移，相对现有技术中采用额外的直流电源进行卜偿充电的均衡措施，采用本技术方案中耗能更少。实施例 2:

如图 2所示，本实施例公开了一种动力锂离子电池组的放电均衡系统。该锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池（D0、 D1...... DN), 这些单体电池（D0、 D1...... DN)串联起来以提供较高的电压对外供电，该动力锂离子电池组可以但不限于应用于汽车等。本实施例的动力锂离子电池组放电均衡系统主要应用于均衡动力锂离子电池组处于放电状态时各单体电池（D0、 D1...... DN)之间的差异，从而使得放

更正页（细则第 91条) 电过程中各单体电池（D0、 Dl ...... DN)的电荷量保持较高的一致性，以企达到锂离子电池组内的各单体电池（D0、 Dl ...... DN)同时达到放空状态。本实施例提供的一种动力锂离子电池组放电均衡系统，主要包括：复数个下位机（J0、 J1...... JN)、复数个开关电路（K0、 1...... ΚΝ)、一个上位机 300 以及一个直流到直流的直流变换电路 S0。其中下位机（J0、 J1...... JN)、以及开关电路（K0、 K1...... ΚΝ)的数量与单体电池（D0、 Dl ...... DN)的数量一致。各部件的连接关系主要如下：各下位机（J0、 J1...... JN)分别与各单体电池（D0、 Dl ...... DN)的正负极电连接，分別用于采集各单体电池（D0、 Dl ...... DN)的电压信号，获取各单体电池（ DO、 Dl ...... DN)的电压测量值，并且将各单体电池（ DO、 Dl ...... DN)的电压测量值传递给上位机 300,各下位机（ J0、 J1...... JN)对单体电池（ D0、D1...... DN) 电压信号的采集可以但不限于参见实施例 1中的步骤 103所示，在此不作赘述。各下位机（J0、 J1...... JN)为 PLC或单片机。各所述开关电路（ K0、 K1...... ΚΝ)分别电连接在各单体电池（ D0、 Dl ...... DN) 的正负极与直流变换电路 SO的输出端之间，该直流变换电路 SO的输入端与所述锂离子电池组的电压输出端电连接。各开关电路（K0、 K1...... ΚΝ)可为场效应管。在具体实施时可以将各下位机（ J0、 J1...... JN)分别设置在各单体电池（ D0、

Dl ...... DN)处，避免长线走线带来的测量误差导致均衡精度不够，这样测量得到的各单体电池（D0、 Dl ...... DN)的电压参数精度更高，故后续根据这些电压参数执行的均衡方案的精度相应也更高，更符合实际需求。上位机 300主要是作为整个锂离子电池组集控的上位机 300主要用于监控动力锂离子电池组的实际剩余容量，并且，根据各下位机（J0、 J1...... JN) 上报的各单体锂离子电池的电压测量值，通过程序计算，确定当前需补偿充电的低压单体电池（D0、 Dl ...... DN), 以及居补偿充电策略启动对当前需补偿充电的低压单体电池（D0、 Dl…… DN)进行及时补电，进而实现电池均衡目

更正页（细则第 91条) 的。其中上位机 300为一包含有 CPU的主控模块。

上位机 300主要包括：电池组剩余电量探测模块 301、补偿充电电池判定模块 302以及补偿充电控制模块 303。其中各模块的连接关系以及工作原理如下：

补偿充电电池判定模块 302与各下位机（J0、 J1...... JN)电连接，用于根据各单体电池（D0、 D1...... DN)的电压测量值，按照预定的程序确定当前需补偿充电的单体电池（D0、 D1...... DN)。补偿充电电池判定模块 302的工作原理可以但不限于参见实施例步骤 104所述，在此不作赘述。电池组剩余电量探测模块 301与锂离子电池组的母线电连接，用于根据母线电压、母线电流，确定所述锂离子电池組的剩余电荷量。电池组剩余电量探测模块 301的工作原理可以但不限于参见实施例 1中的步骤 101所示，在此不作赘述。补偿充电控制模块 303与电池组剩余电量探测模块 301、补偿充电电池判定模块 302、各下位机（J0、 J1...... JN)以及各开关电路（K0、 K1...... ΚΝ)分别电连接，用于当锂离子电池组的剩余电荷量占本锂离子电池组总容量的比值小于或等于预设的下限（该预设的下限可以但不限于选自 20%至 30%之间的任一数值）时，启动各下位机（J0、 J1...... JN)、补偿充电电池判定模块 302，并且连通当前需补偿充电的单体电池（D0、D1...... DN)电连接的开关电路（K0、

K1...... ΚΝ), 使直流变换电路 SO的输出端与所述当前需补偿充电的单体电池

( D0、 D1...... DN)的正负极电连通，以使所述直流变换电路 SO对当前需补偿充电的单体电池（D0、 D1...... DN)补偿充电，直至所述锂离子电池组放电结束。补偿充电控制模块 303的工作原理具体可以但不限于参见实施例 1中的步骤 102、 105中的描述，在此不作赘述。由于锂离子电池组的放电时间依照木桶的短板效应原理（一只水桶能盛多少水，并不取决于最长的那块木板，而是取决于最短的那块木板）：即整个

更正页（细则第 91条) 动力电池组的放电时间的长短取决于最早放空的单体电池（ DO、 D1...... DN)，只要整个锂离子电池组的某单体电池（D0、 D1...... DN)放空时，整个锂离子电池组停止放电。由上可见，采用本实施例技术方案，整个锂离子电池组放电均衡系统中采用由下到上的模块化结构，各下位机（J0、 J1...... JN)负责各单体电池（D0、

D1...... DN)电压采集，上位机 300负责整个动力电池的实际剩余容量检测以及整体集控管理，该由上到下的分层模块化设置使得锂离子电池组放电均衡系统维护更加方便，系统的升级以及兼容性更佳，控制更加精确灵活，效率更高。

采用上述的锂离子电池组放电均衡系统，通过下位机（J0、 J1...... JN), 上位机 300、. 开关电路（K0、 K1......KN)以及直流变换电路 SO的配合，从而可以在放电快结束时，启动放电均衡措施：通过直流变换电路 SO将动力锂离子电池组的输出电压信号 (即动力锂离子电池组的母线电压信号）进行直流变压转换，从而由直流变换电路 SO通过开关切换电路，输入至当前需补偿充电的单体电池（当前单体电池电压较低的单体电池），从而为其充电补偿，以减緩这些单体电池电荷量放空的速度，以使锂离子电池组内的所有单体电池 ( D0、 D1...... DN)可以几乎同时达到放空的状态，进而延长放电时间。并且，在本发明均衡措施中为当前需要补偿充电的单体电池提供补偿充电的电压来源为动力锂离子电池组（所有单体电池 D0、 D1...... DN)的集合），故本发明实施例中的补偿充电实际是一种动力电池组内能量的自我转移，相对现有技术中采用额外的直流电源进行补偿充电的均衡措施，采用本技术方案中耗能更少。实施例 3: 参见图 4所示，本实施例提供的动力锂离子电池组放电均衡系统与图 3 所示系统所不同之处在于：

更正页（细则第 91条) 本实施例的补偿充电电池判定模块 302包括：阈值比较模块 405、排序子模块 401、补偿充电电池判定子模块 402。阈值比较模块 405，与各下位机（J0、 J1...... JN)分别电连接，用于比较计算获取各单体电池（D0、 D1...... DN)池的电压测量值与电压测量值的平均值的绝对差值；排序子模块 401分别与阈值比较模块以及各下位机（ J0、 J1...... JN)电连接，用于由高到低排序由高到低排序各候选待均衡单体电池的电压值，得到排序队列；其中，候选待均衡单体电池为：阈值比较模块中确定的、绝对差值大于预定阈值的单体电池。

补偿充电电池判定子模块 402与排序子模块 401电连接，用于将排序队列末端的预定数量 N的单体电池，作为所述当前需补偿充电的单体电池。

可以但不限于如实施例 1中所述该将排序队列末端的总单体电池数量的 10%的取整数值个数的单体电池作为当前需补偿充电的单体电池。比如当前电池组内单体电池总数量为 100时，则将 10个电压测量值对应的额单体电池作为当前需补偿充电的单体电池。

具体可以但不限于参考实施例 1中步骤 104中的相应描述。比如在图 2所示的动力电池组中，在步骤 104中确定的：当前需补偿充电的单体电池为 D9、 D8 Dl、 DO,分别点连接在单体电池 D9、 D8 Dl、

DO与直流转换电路之间的开关电路分别为 K 9、 Κ8...... K l、 Κ 0。

9、 8...... Κ 1、 Κ 0处于接通状态，此时直流转换电路将输入端的锂离子电池组的输出电信号进行 DC-DC转换之后输出的直流信号分别通过接通的开关电路 K 9、 Κ8......Κ Κ 0输入至单体电池 D9、 D8 Dl、 DO, 对单体电池 D9、 D8 Dl、 DO进行补偿充电，直至整个锂离子电池组放电结束。采用上述的将各单体电压值由高到低排序，将位于排序队列尾部的当前

更正页（细则第 91条) 电压量最低（即当前剩余电荷量最低）这部分单体电池作为当前需补偿充电的单体电池。釆用该方法简便、准确且易于实现。如图 4所示，为了进一步管控电池组的温度，在上位机 300端还连接有一温度传感器 403，该温度传感器 403向上位机 300 艮送 4里离子电池组所在环境的温度参见，以便实现温度控制。

如图 4所示，为了方便上位机 300监控管理，在上位机 300上还设置有一显示模块 404，以便用户随时查看当前锂离子电池组的各项性能参数，比如当前的剩余电荷量、温度参数等等，以实现更好的锂离子电池组控制。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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Claims

1、一种动力锂离子电池组放电均衡方法，所述锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池，其特征在于：

直流变换电路的输出端共同电连接，所述直流变换电路的输入端与所述锂离子电池组的电压输出端电连接；在所述锂离子电池组放电过程中，实时监测所述锂离子电池组的剩余电荷量：

当所述锂离子电池组的剩余电荷量占本锂离子电池组总容量的比值达到预定的下限时，则顺序执行以下步骤：采集各所述单体电池的电压信号，获取各单体电池的电压测量值； · 根据各单体电池的电压测量值，确定当前需补偿充电的单体电池；接通与所述当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使所述直流变换电路的输出端与所述当前需补偿充电的单体电池的正负极电连通，以使所述直流变换电路对当前需补偿充电的单体电池补偿充电，直至所述锂离子电池组放电结束。

2、根据权利要求 1所述的动力锂离子电池组放电均衡方法，其特征在于：所述预设的下限选自 20%至 30%之间的任一数值。

3、根据权利要求 1或 2所述的动力锂离子电池组放电均衡方法，其特征在于：

根据各个单体电池的电压测量值，按照预定的程序计算确定当前需补偿充电的单体电池，具体是：根据所有单体电池的电压测量值，计算确定当前所述电压测量值的平均值，

分别比较计算获取各单体电池的电压测量值与所述电压测量值的平均值

更正页（细则第 91条) 的绝对差值，将所述绝对差值大于预定阈值的单体电池作为候选待均衡单体电池，

由高到低排序所述候选待均衡单体电池的电压测量值，得到排序队列，将电压测量值排序在所述排序队列末端的预定数量的单体电池，作为所述当前需补偿充电的单体电池。

4、根据权利要求 1或 2所述的动力锂离子电池组放电均衡方法，其特征在于：

所述预定数量为：总单体电池数量的 10%的取整数值。

5、一种动力锂离子电池组放电均衡系统，所述动力锂离子电池组包括串联在一起的复数个单体电池，其特征在于：

所述均衡系统包括：复数个下位机、复数个开关电路、一个上位机以及一个直流到直流的直流变换电路；

各所述下位机分别与各所述单体电池的正负极电连接，分别用于采集各所述单体电池的电压信号，获取各单体电池的电压测量值，并且将各单体电池的电压测量值传递给所述上位机；

所述上位机包括：电池组剩余电量探测模块、补偿充电电池判定模块以及补偿充电控制模块，其中，

所述补偿充电电池判定模块与各所述下位机电连接，用于根据各单体电池的电压测量值，按照预定的程序确定当前需补偿充电的单体电池，

所述电池组剩余电量探测模块与所述锂离子电池组的母线电连接，用于根据母线电压、母线电流，确定所述锂离子电池组的剩余电荷量，

更正页（细则第 91条) 所述补偿充电控制模块与所述电池组剩余电量探测模块、补偿充电电池判定模块、各下位机以及各开关电路分别电连接，用于当所述锂离子电池组的剩余电荷量占本锂离子电池组总容量的比值小于或等于预设的下限时：启动各所述下位机、补偿充电电池判定模块，并且连通当前需补偿充电的单体电池电连接的开关电路，使所述直流变换电路的输出端与所述当前需补偿充电的单体电池的正负极电连通，以使所述直流变换电路对当前需补偿充电的单体电池补偿充电，直至所述锂离子电池组放电结束。

6、根据权利要求 5所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，其特征在于：所述预设的下限选自 20%至 30%之间的任一数值。

7、根据权利要求 5或 6所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，其特征在于：

所述补偿充电电池判定模块包括：阈值比较模块，与各所述下位机分别电连接，用于比较计算获取各单体电池的电压测量值与所述电压测量值的平均值的绝对差值；排序子模块，分别与阈值比较模块以及各下位机电连接，用于由高到低排序各候选待均衡单体电池的电压值，得到排序队列，其中，所述候选待均衡单体电池为：所述阈值比较模块中确定的、绝对差值大于预定阈值的单体电池；补偿充电电池判定子模块，与所述排序子模块电连接，用于将所述排序队列末端的预定数量的单体电池，作为所述当前需补偿充电的单体电池

8、根据权利要求 7所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，其特征在于：所述预定数量为：总单体电池数量的 10%的取整数值。

9、根据权利要求 5至 8之任一所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，

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权利要求书其特征在于：所述上位机还电连接有一温度传感器。

10、根据权利要求 5至 8之任一所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，其特征在于：在所述上位机上还电连接有显示模块。

11、根据权利要求 5至 8之任一所述的动力锂离子电池组放电均衡系统 , 其特征在于：各所述下位机为可编程逻辑控制器或单片机。

12、根据权利要求 5至 8之任一所述的动力锂离子电池组放电均衡系统，其特征在于：各所述开关电路为场效应管。

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