动力电池均衡方法、装置及车辆与流程

本公开涉及车辆领域，具体地，涉及一种动力电池均衡方法、装置及车辆。

背景技术

现有技术中，在动力电池的充放电过程中，电池间可能会出现荷电状态值不均衡的状态，又因为电池需要在一定的范围内进行充放电，因此在荷电状态值不均衡的状态下进行充放电时可能会造成电池的损坏。现有技术中对动力电池进行均衡的办法通常会采用令动力电池中的每一个电池单体通过一开关连接到一个负载电阻上，然后通过对该电池单体进行放电，来达到均衡的目的。这样只能对荷电状态值过高的电池单体进行均衡，而且该电池单体的电量也会通过负载电阻损耗掉。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种动力电池均衡方法、装置及车辆，能够使动力电池中的电池单体能够在荷电状态值过高的情况下进行放电，也能在荷电状态值过低的状态下进行充电，以保护动力电池充放电过程中电池单体的安全性。

为了实现上述目的，本公开提供一种动力电池均衡方法，该方法包括：

确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体；

在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡。

可选的，所述第一预设条件包括以下中的一者：

(1)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差最大，且该偏差大于第一预设阈值；

(2)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，且该偏差大于所述第一预设阈值。

可选的，该方法还包括：

在所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，停止利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，其中所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。

可选的，所述第二预设条件包括：所述动力电池的电流、温度和电压都在各自对应的预设阈值范围内。

可选的，所述利用均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，包括以下中的一者：

(1)反复闭合和断开与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方串联的开关，使所述能量供应方的能量转移到变压器的与所述能量供应方串联的线圈上；在与所述能量供应方串联的开关结束反复闭合与断开之后，反复闭合和断开与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量接收方串联的开关，使所述变压器的与所述能量接收方串联的线圈上的能量转移到所述能量接收方；

(2)反复地同时闭合和断开分别与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体串联的开关，使得所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器的与所述能量供应方串联的线圈和与能量接收方串联的线圈转移到所述能量接收方；

(3)反复地执行以下动作，使得所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器的与所述能量供应方串联的线圈和所述变压器的与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量接收方串联的线圈转移到所述能量接收方：闭合与所述能量供应方串联的开关，延迟第一预设时间后断开与所述能量供应方串联的开关，然后立即闭合与所述能量接收方串联的开关，延迟第二预设时间后断开与所述能量接收方串联的开关。

本公开还提供一种动力电池均衡装置，该装置包括：

确定模块，用于确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体；

均衡模块，用于在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡。

可选的，所述第一预设条件包括以下中的一者：

(1)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差最大，且该偏差大于第一预设阈值；

(2)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，且该偏差大于所述第一预设阈值。

可选的，所述均衡模块还用于：

在所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，停止利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，其中所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。

可选的，所述第二预设条件包括：所述动力电池的电流、温度和电压都在各自对应的预设阈值范围内。

可选的，所述均衡模块包括所述均衡电池、第一开关、变压器、多个第二开关和控制子模块，其中：

所述均衡电池、所述第一开关和所述变压器的第一线圈串联；

所述变压器具有多个第二线圈，所述动力电池的每个电池单体与其对应的所述第二开关和所述第二线圈串联；

所述控制子模块，用于控制所述第一开关和所述第二开关的闭合与断开，使得所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器转移到所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量接收方。

本公开还提供一种车辆，该车辆包括上面所述的动力电池均衡装置。

通过上述技术方案，首先确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体，然后在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，这样就能在动力电池中出现需要被均衡的电池单体时及时地对所述电池单体按照其需求对其进行充电或放电操作，以避免电池单体的损坏，并克服了现有技术中利用连接到电池单体上的负载电阻进行均衡导致的能量损耗以及只能对电量最强的电池单体进行放电的缺陷。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的又一动力电池均衡方法的流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡装置的示意框图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡装置中均衡模块的示意框图。

附图标记说明

10确定模块20均衡模块

1均衡电池2第一开关

3变压器4第二开关

5控制子模块7第一线圈

6第二线圈

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开的发明人发现，在动力电池的充放电过程中，电池单体间会出现电量不均衡的情况，如果不做电量均衡的话，会造成电池单体的过充或过放，造成电池损坏。例如，充电过程中，易发生有的电池单体的荷电状态值过高的情况，如果继续进行充电，则会造成该电池单体过充，而如果停止充电，则会造成其他电池单体充不满电的情况，这个时候就需要对该电量最强的电池单体进行均衡放电。再例如，在放电过程中，易发生有的电池单体的荷电状态值过低的情况，如果继续进行放电，则会造成该电池单体的过放，而如果停止放电，则会造成其他电池单体有电，进而浪费能量，降低使用动力电池的车辆的续航里程，因此这个时候，就需要对该最弱的电池单体进行均衡充电。

因此，如果能够使用一块电池作为均衡电池，主动对不均衡的电池单体进行充放电，例如使荷电状态值高的电池单体给均衡电池充电，使均衡电池给荷电状态值低的电池单体充电，那么就能够达到电池单体之间的电量均衡目的，从而既能够避免在充电过程中由于个别电池单体的荷电状态值过高而导致充不满电的情况发生，又能够避免在放电过程中由于个别电池单体的荷电状态值过低而影响车辆续航里程，并且还能够保护动力电池，克服现有技术中利用连接到电池单体上的负载电阻进行均衡导致的能量损耗以及只能对电量最强的电池单体进行放电的缺陷。

以下对根据本公开的实施例进行详细描述。

图1是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡方法的流程图。如图1所示，所述方法包括步骤s101和步骤s102。

在步骤s101中，确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体。

首先确定所述动力电池中需要被均衡的电池单体，所述需要被均衡的电池单体可以是荷电状态值过高需要放电的电池单体，也可以是荷电状态值过低需要充电的电池单体。

在步骤s102中，在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡。

在确定了所述需要被均衡的电池单体之后，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，若所述需要被均衡的电池单体需要放电，则利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行放电操作；若所述需要被均衡的电池单体需要充电，则利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行充电操作。

通过上述技术方案，先确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体；然后在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，这样就能在动力电池中出现需要被均衡的电池单体时及时地对所述电池单体按照其需求进行充电或放电操作，以避免电池单体的损坏，并克服了现有技术中利用连接到电池单体上的负载电阻进行均衡导致的能量损耗以及只能对电量最强的电池单体进行放电的缺陷。

在一种可能的实施方式中，所述第一预设条件可以包括以下两个预设条件中的任意一者。

(1)需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差最大，且该偏差大于第一预设阈值。

其中，需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差最大可以是需要被均衡的电池单体的荷电状态值大于所述荷电状态均值且与所述荷电状态均值的偏差最大，在这种情况下，就会对电池单体中电量最强且需要放电的电池单体进行能量均衡；也可以是所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值小于所述荷电状态均值且与所述荷电状态均值的偏差最大，在这种情况下，就会对电池单体中电量最弱且需要充电的电池单体进行能量均衡。

而且，在该预设条件下，有可能一次只会出现一个需要被均衡的电池单体，这样均衡电池一次也就只会给一个需要被均衡的电池单体进行充电或放电的操作。

另外，第一预设阈值是用于判断需要被均衡的电池单体的荷电状态值是否与荷电状态均值的偏差大至需要被均衡的一个临界值，而且在所确定的需要被均衡的电池单体的荷电状态值大于荷电状态均值情况下的第一预设阈值的设置值可以不同于所确定的需要被均衡的电池单体的荷电状态值小于荷电状态均值情况下的第一预设阈值的设置值。例如，若动力电池中的第一电池单体的荷电状态值与荷电状态均值的偏差最大，则第一电池单体是需要被均衡的电池单体，然后需要判断第一电池单体的荷电状态值是大于荷电状态均值还是小于荷电状态均衡，若大于荷电状态均值，则在第一电池单体的荷电状态值与荷电状态均值的偏差大于例如6％(也即上面所述的第一预设阈值)时才会开始对第一电池单体进行放电的均衡操作，若小于荷电状态均值，则在第一电池单体的荷电状态值与荷电状态均值的偏差大于例如5％(也即上面所述的第一预设阈值)时才会开始对第一电池单体进行充电的均衡操作。也即，开始执行对需要充电的电池单体的充电均衡操作的预设阈值可以不同于开始对需要放电的电池单体的放电均衡操作的预设阈值。

(2)需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，且该偏差大于所述第一预设阈值。

需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，例如在荷电状态均值的5％至10％内等，在这种情况下，可能会同时出现多个满足所述第一预设条件的电池单体，从而能够同时为多个需要均衡的电池单体进行充电或放电操作。例如，假设第一电池单体的荷电状态值大于所述荷电状态均值且与所述荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，而第二电池单体的荷电状态值小于所述荷电状态均值且与所述荷电状态均值的偏差也位于预设偏差范围内，则在这种情况下，能够利用均衡电池来同时执行对第一电池单体的放电操作以及对第二电池单体的充电操作，也即能够同时对两个电池单体进行能量均衡。

另外，在该预设条件下，在需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内的前提下，开始执行对需要充电的电池单体的充电均衡操作的预设阈值同样可以不同于开始对需要放电的电池单体的放电均衡操作的预设阈值。

通过上述技术方案，给出了两种确定需要被均衡的电池单体的可能的第一预设条件，能够准确有效的快速确定动力电池中是否存在需要被均衡的电池单体以及在存在需要被均衡的电池单体时，具体是哪一个或哪些电池单体需要被均衡。

图2是根据一示例性实施例示出的又一动力电池均衡方法的流程图。如图2所示，所述方法除了包括图1所示的步骤s101和s102之外，还包括步骤s103。

在步骤s103中，在需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，停止利用均衡电池对需要被均衡的电池单体进行能量均衡，其中第二预设阈值小于第一预设阈值。

所述第二预设阈值是用于判断需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差已经小至无需再对需要被均衡的电池单体进行均衡的一个临界值，例如，所述第二预设阈值可以是所述荷电状态均值的2％等。所述第二预设阈值是可根据实际情况进行标定的值，只要满足第二预设阈值小于第一预设阈值且不会对电池单体造成损害即可。

另外，结束对需要充电的电池单体的充电均衡操作的预设阈值同样可以不同于结束对需要放电的电池单体的放电均衡操作的预设阈值。

通过上述技术方案，在需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，停止利用均衡电池对需要被均衡的电池单体进行能量均衡，这样就能够避免对电池单体均衡过度导致电池单体或均衡电池的损害，能够将所述均衡控制在安全的荷电状态值范围内。

在一种可能的实施方式中，所述第二预设条件可以包括：所述动力电池的电流、温度和电压都在各自对应的预设阈值范围内。

只有在动力电池的电流、温度和电压都在各自对应的预设阈值范围内时，对动力电池中的电池单体进行能量均衡才是安全的，否则，没有安全的均衡环境，则不进行均衡操作，这更进一步保障了对动力电池进行均衡操作的安全性。

在一种可能的实施方式中，图1和图2中所示的步骤s102可以有多种实现方式。

第一种实现方式是，反复闭合和断开与均衡电池和需要被均衡的电池单体中的能量供应方串联的开关，使所述能量供应方的能量转移到变压器的与所述能量供应方串联的线圈上；在与所述能量供应方串联的开关结束反复闭合与断开之后，反复闭合和断开与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量接收方串联的开关，使所述变压器的与所述能量接收方串联的线圈上的能量转移到所述能量接收方。

例如，在均衡电池是能量供应方且需要被均衡的电池单体是能量接收方的情况下，先闭合与均衡电池串联的开关，然后断开与均衡电池串联的开关，反复重复以上闭合和断开的动作，使得所述均衡电池的能量转移到变压器的与均衡电池串联的线圈上。在上述的均衡电池与变压器之间的能量转移过程结束之后，开始闭合与需要被均衡的电池单体串联的开关，然后断开与需要被均衡的电池单体串联的开关，反复重复以上闭合和断开的动作，使变压器的与需要被均衡的电池单体串联的线圈上的能量转移到需要被均衡的电池单体上。这样，图1和图2中所示的步骤s102中所述的利用具备充放电功能的均衡电池对需要被均衡的电池单体进行能量均衡的过程便完成了。

在均衡电池是能量接收方且需要被均衡的电池单体是能量供应方的情况下，能量转移过程与上面的描述类似，不再赘述。

第二种实现方式是，反复地同时闭合和断开分别与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体串联的开关，使得所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器的与所述能量供应方串联的线圈和与能量接收方串联的线圈转移到所述能量接收方。

例如，在均衡电池是能量供应方且需要被均衡的电池单体是能量接收方的情况下，首先，闭合与均衡电池串联的开关并同时闭合与需要被均衡的电池单体串联的开关，然后断开与均衡电池串联的开关并同时断开与需要被均衡的电池单体串联的开关。反复重复以上闭合和断开的动作，使得均衡电池的能量通过变压器的与均衡电池串联的线圈和与需要被均衡的电池单体串联的线圈转移到需要被均衡的电池单体上。

在均衡电池是能量接收方且需要被均衡的电池单体是能量供应方的情况下，能量转移过程与上面的描述类似，不再赘述。

第三种实现方式是，反复地执行以下动作，使得所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器的与所述能量供应方串联的线圈和所述变压器的与所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体中的能量接收方串联的线圈转移到所述能量接收方：闭合与所述能量供应方串联的开关，延迟第一预设时间后断开与所述能量供应方串联的开关，然后立即闭合与所述能量接收方串联的开关，延迟第二预设时间后断开与所述能量接收方串联的开关。

例如，在均衡电池是能量供应方且需要被均衡的电池单体是能量接收方的情况下，首先，闭合与均衡电池串联的开关并延迟第一预设时间后断开与均衡电池串联的开关，然后，立即闭合与需要被均衡的电池单体串联的开关并延迟第二预设时间后断开与需要被均衡的电池单体串联的开关。反复重复以上闭合和断开的动作，使得均衡电池的能量通过变压器的与均衡电池串联的线圈和与需要被均衡的电池单体串联的线圈转移到需要被均衡的电池单体上去。

其中，所述第一预设时间和第二预设时间可以相同也可以不同。

在均衡电池是能量接收方且需要被均衡的电池单体是能量供应方的情况下，能量转移过程与上面的描述类似，不再赘述。

在以上描述的三种实现方式中，断开和闭合所述开关的操作能够使电流形成方波，从而达到能量在均衡电池、变压器以及需要被均衡的电池单体之间的转移。而且，开关的导通时间决定了能够转移多少能量。

通过上述技术方案，利用对所述均衡电池和所述需要被均衡的电池单体的开关的断开闭合的操作，以及利用所述变压器作为能量的中继站，提供了三种利用均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡的具体的转移能量的方法，进一步保障了动力电池中出现需要均衡的电池单体时能够及时地对其进行均衡，避免电量不均导致的动力电池过充或过放。

图3是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡装置的示意框图。如图3所示，所述装置包括确定模块10和均衡模块20。确定模块10用于确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体；均衡模块20用于在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡。

通过上述技术方案，先由确定模块10确定动力电池中满足第一预设条件的需要被均衡的电池单体；然后由均衡模块20在第二预设条件满足时，利用具备充放电功能的均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，这样就能在动力电池中出现需要被均衡的电池单体时及时地按照需要对电池单体进行充电或放电，以避免电池单体的损坏，并克服了现有技术中利用连接到电池单体上的负载电阻进行均衡导致的能量损耗以及只能对电量最强的电池单体进行放电的缺陷。

在一种可能的实施方式中，所述第一预设条件包括以下中的一者：

(1)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差最大，且该偏差大于第一预设阈值；

(2)所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所有电池单体的荷电状态均值的偏差位于预设偏差范围内，且该偏差大于所述第一预设阈值。

通过上述技术方案，给出了两种确定需要被均衡的电池单体的可能的第一预设条件，能够准确有效的快速确定所述动力电池中是否存在需要被均衡的电池单体以及在存在需要被均衡的电池单体时，具体是哪一个或哪些电池单体需要被均衡。

在一种可能的实施方式中，所述均衡模块20还用于：在所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，停止利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，其中所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。

通过上述技术方案，均衡模块20在所述需要被均衡的电池单体的荷电状态值与所述荷电状态均值的偏差变成小于第二预设阈值之后，会停止利用所述均衡电池对所述需要被均衡的电池单体进行能量均衡，这样就能够避免对所述电池单体均衡过度导致所述电池单体或所述均衡电池的损害，能够将所述均衡控制在安全的荷电状态值的范围内。

在一种可能的实施方式中，所述第二预设条件包括：所述动力电池的电流、温度和电压都在各自对应的预设阈值范围内，这样，就进一步保障了对所述动力电池进行均衡操作的安全性。

图4是根据一示例性实施例示出的一种动力电池均衡装置中均衡模块20的示意框图。如图4所示，所述均衡模块20包括所述均衡电池1、第一开关2、变压器3、多个第二开关4和控制子模块5，其中：

所述均衡电池1、所述第一开关2和所述变压器3的第一线圈7串联；

所述变压器3具有多个第二线圈6，所述动力电池的每个电池单体与其对应的所述第二开关4和所述第二线圈6串联；

所述控制子模块5，用于控制所述第一开关2和所述第二开关4的闭合与断开，使得所述均衡电池1和所述需要被均衡的电池单体中的能量供应方的能量通过所述变压器3转移到均衡电池1和需要被均衡的电池单体中的能量接收方。

其中，为了避免附图的凌乱，在图4中，只示意性地示出了控制子模块5与其中一个第二开关4的连接关系，但实际上控制子模块5与每一个第二开关4都连接，以控制各个第二开关4的断开和闭合。

通过上述技术方案，通过控制子模块5控制所述第一开关2和所述第二开关4的闭合与断开，使得均衡电池1和需要被均衡的电池单体之间能够进行能量转移，从而使得均衡电池1能够起到对动力电池中的电池单体进行均衡的作用，保障了在动力电池中出现需要被均衡的电池单体时及时地对其进行诸如放电或充电的能量均衡操作，进一步避免了电池单体的损坏，并克服了现有技术中利用连接到电池单体上的负载电阻进行均衡导致的能量损耗以及只能对电量最强的电池单体进行放电的缺陷。

另外，根据本公开实施例的装置中各个模块所执行的操作的具体实施方式已经在根据本公开实施例的方法中进行了详细描述，例如控制子模块5所执行的具体操作已经在结合图1和图2的步骤s102的多种实现方式的描述中进行了详细描述，所以此处不再赘述。

本公开还提供一种车辆，该车辆包括上面所述的动力电池均衡装置。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。