一种电池均衡方法与流程

本发明属于电池技术领域，特别是涉及一种电池均衡方法。

背景技术：

电新能源电动汽车具有低噪声、几乎零排放的优点，是解决能源短缺、环境污染问题的重要途径。动力电池是电动汽车的重要组成部分，在很大程度上决定了电动汽车的性能。电动汽车的大功率需求需要将大量的单体动力电池串联成电池组，并将其作为一个整体进行充电。由于电池组中单体电池的内部特性差异、工作环境以及充放电使用次数的不同，充放电过程中会导致各单体电池充电状态不一致，从而造成电池组单体间表现出不均衡现象，结果使电池组的使用寿命大大缩短，严重影响汽车电池性能。这就需要对串联电池组进行均衡控制，以确保各单体电池不会因个体差异而在充放电过程中提前出现过充或过放的现象，从而保证了电池组充放电的可靠性。

然而，目前均衡控制方法容易造成电池的过充或过放。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电池均衡方法，因soc在0-10％与90％-100％这两个阶段之间时开路电压变化较快。如果soc较低时，即是在锂电池端电压从电压下限值上升到额定电压段，以soc作为唯一均衡变量，在大电流放电情况，工作电压会急剧衰减，导致个别电池单体出现过放。如果soc较高时，即是在锂电池端电压从额定电压上升到电压上限值段，以soc作为唯一均衡变量，容易导致高电量的单体出现过充。soc在10％-90％之间是处于电压平台期内，开路电压变化很小，如果以电压作为唯一均衡变量，会出现电池单体之间电压差距很小，但soc相差很大，将严重降低均衡速度，在电流急剧变化的工况下容易出现误均衡操作。说明单一的选取电压或者soc作为均衡变量不能完整充分的表征电池单体之间的不一致性，而该方法是采用一种综合电压及soc两个变量来对电池组中的每一电池进行评估是否需要进行充放电，解决了传统电池均衡方法容易出现过充及过放的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种电池均衡方法，其包括：

s1.获取多个电池中的每一电池的soc，所述多个电池构成一电池组；

s2.根据第一均衡条件，对所述soc小于10％及所述soc大于90％的每一所述电池判断是否进行快速充放电；

s3.根据第二均衡条件，对所述soc大于10％且所述soc小于90％的每一所述电池判断是否进行修正充放电；及

s4.根据第三均衡条件，对所述电池组中每一所述电池判断是否进行充放电。

在本发明的一个实施例中，所述多个电池之间为串联连接组成一电池组。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s2中还包括以下步骤：

s21、设定第一阈值；

s22、筛选出所述soc小于10％及所述soc大于90％的电池，否则，进入步骤s3；

s23、筛选出满足第一均衡电路条件的电池后对筛选出的电压最大值的所述电池进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的所述电池进行快速充电，否则，进入步骤s3。

在本发明的一个实施例中，所述第一均衡电路条件为：

筛选出的所述电池电压最大值与筛选出的所述电池电压最小值的差大于等于所述第一阈值。。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s3中还包括以下步骤：

s31:设定第二阈值；

s32：筛选出所述soc大于10％且所述soc小于90％的电池；

s33、筛选出满足第二均衡电路条件的所述电池后对筛选出的电压最大值的所述电池进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的所述电池进行快速充电，否则，进入步骤s4。

在本发明的一个实施例中，所述第二均衡电路条件为：筛选出的电池电压最大值与筛选出的所述电池电压最小值的差大于等于所述第二阈值。

在本发明的一个实施例中，所述第一阈值大于所述第二阈值。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s1中还包括：根据获取的所述多个电池中的每一所述电池的所述soc来计算所述电池组的平均soc。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s4中还包括：

s41：设定第三阈值；

s42：获取所述多个电池中的每一所述电池的所述soc；

s43：筛选出满足第三均衡电路条件的所述电池后对筛选出的所述电池的所述soc大于所述平均soc与所述第三阈值的和的所述电池进行放电，同时对筛选出的所述电池的所述soc小于所述平均soc与所述第三阈值的差的所述电池进行充电，否则，所述电池均衡方法中止工作。

本发明还提供一种电池均衡系统，其包括：

至少一电池组，包括多个电池；

电池荷电状态检测装置，用以获取所述多个电池中的每一电池的荷电状态；

充放电模块，用以对所述多个电池进行充放电；

其中，当所述荷电状态小于10％及所述荷电状态大于90％时，所述充放电模块根据第一均衡条件对每一所述电池判断是否进行快速充放电；

其中，当所述荷电状态大于10％且所述荷电状态小于90％时，所述充放电模块根据第二均衡条件对每一所述电池判断是否进行快速充放电；

其中，所述充放电模块根据第三均衡条件对每一所述电池判断是否进行快速充放电。

在本发明的一个实施例中，第三均衡条件为：所述第三均衡条件为：所述电池的所soc大于所述平均soc与所述第三阈值的和或所述电池的所述soc小于所述平均soc与所述第三阈值的差。

在本发明的一个实施例中，第一阈值可为一范围，例如为45mv至55mv之间。

在本发明的一个实施例中，第二阈值可为一范围，例如为5mv至15mv之间。

在本发明的一个实施例中，第三阈值可为一范围，例如为1％至10％。

在本发明的一个实施例中，在步骤s1中，获取多个电池中的每一电池的soc的方法可为开路电压法。

在本发明的一个实施例中，所述一种电池均衡方法适用于多种电路，例如为能量耗散性均衡电路、能量转移性均衡电路、分流电阻耗散型均衡电路、电容型均衡电路、电感型均衡电路及变压型均衡电路。

本发明的一种电池均衡方法，提出以电压与soc同时作为均衡变量来综合制定均衡方法，通过分阶段对电压、soc进行分析判断，进而对单体电池进行充放电均衡，最终实现电池组内各单体电池电压与soc的一致性满足预期要求。解决了传统电池均衡方法容易出现过充及过放的问题。

本发明同时以电池电压、soc作为均衡变量，能够从根本上提高电池组内各个单体电池的一致性，通过三次均衡，在不增加程序运算和控制复杂度的前提下，同时实现了电池组各个单体电池之间电压与soc的均衡。本发明所提供的一种电池均衡方法简单可靠、在线运算量小、可显着提高电池组的安全可靠性、提高电池组能量利用率以及延长电池组的使用寿命。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种电池均衡方法的流程示意图；

图2为本发明一种电池均衡方法的流程示意图；

图3为本发明一种电池均衡方法的系统方块图。

组件标号：

1-充电机，2-电池组，201-电池，3-电池电荷状态检测装置，4-均衡电路模块，5-均衡控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明同时以电池电压、soc作为均衡变量，能够从根本上提高电池组2内各个单体电池201的一致性，通过多次均衡，在不增加程序运算和控制复杂度的前提下，同时实现了电池组2各个单体电池201之间电压与soc的均衡。本发明所提供的一种电池均衡方法简单可靠、在线运算量小、可显着提高电池组2的安全可靠性、提高电池组2能量利用率以及延长电池组2的使用寿命。

请参阅图1-2所示，在本实施例中，所述电池均衡方法至少包括以下步骤：获取多个电池201中的每一电池201的soc，所述多个电池201构成一电池组2；(步骤s1)；根据第一均衡条件，对所述soc小于10％及所述soc大于90％的每一所述电池201判断是否进行快速充放电(步骤s2)；根据第二均衡条件，对所述soc大于10％且所述soc小于90％的每一所述电池判断是否进行修正充放电(步骤s3)；根据第三均衡条件，对所述电池组2中每一所述电池201判断是否进行充放电(步骤s4)。

请参阅图1-3所示，在本实施例中，首先获取多个电池201中的每一电池201的soc，多个电池201构成一电池组2，接着筛选出soc小于10％及soc大于90％的电池201，进入步骤s2，在步骤s2则包括：s21、设定第一阈值；s22、筛选出所述soc小于10％及所述soc大于90％的电池201，否则，进入步骤s3；s23、筛选出满足第一均衡电路条件的电池201后对筛选出的电压最大值的所述电池201进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的所述电池201进行快速充电，否则，进入步骤s3，第一均衡条件包括：筛选出的所述电池201电压最大值与筛选出的所述电池201电压最小值的差大于等于所述第一阈值。在步骤2中，是以电压作为判断是否需要对单体电池201进行均衡的量，是因为在电池soc小于10％的情况下，即电池soc较低的情况下，是电池201的端电压从电压下限值上升到额定电压端，若以电池soc作为唯一均衡变量，在大电流放电情况下，工作工作电压会急剧衰减，导致有些单体电池201可能出现过放情况；在电池soc大于90％的情况下，即电池soc较高的情况下，是电池201的端电压从额定电压上升到电压上限值段，若以soc作为唯一均衡变量，容易导致高电量的单体电池201出现过充。余下的soc大于10％且小于90％电池201则进入步骤s3，步骤s3至少包括：31：设定第二阈值；s32：筛选出所述soc大于10％且soc小于90％的电池201；s33：筛选出满足第二均衡电路条件的电池201后对筛选出的电压最大值的电池201进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的所述电池201进行快速充电，否则，进入步骤s4，第二均衡条件为：筛选出的电池电压最大值与筛选出的电池201电压最小值的差大于等于所述第二阈值。在步骤s3中，仍以电压作为判断是否需要对单体电池201进行均衡的量，则是为了进一步缩小电池组2内部各个单体电池201之间的电量差距。步骤s4则进行所有电池201的均衡筛查，步骤s4包括：s41：设定第三阈值；s42：获取多个电池201中的每一电池201的soc；s43：筛选出满足第三均衡电路条件的所述电池201后对筛选出的电池201的所述soc大于所述平均soc与所述第三阈值的和的电池201进行放电，同时对筛选出的电池201的soc小于平均soc与第三阈值的差的所述电池进行充电，否则，电池均衡方法中止工作，第三均衡条件为：电池201的soc大于平均soc与所述第三阈值的和或所述电池201的所述soc小于所述平均soc与所述第三阈值的差。在步骤s4中，以soc作为判断是否需要对单体电池201进行均衡的量，是因为在电池soc在10％至90％的情况下，即为电压平台期，开路电压变化很小，如果以电压作为唯一的均衡变量，会出现单体电池201之间的差异很小，但单体电池201之间的soc差异很大，这将会严重降低整体均衡速度，在电流急剧变化的工况下很容易出现错误的均衡操作。

请参阅图3所示，在本实施例中，具体地，在本实施例中，多个电池201串联连接构成一电池组2。

请参阅图3所示，在本实施例中，具体的，在本实施例中，电池201可为铝酸电池或锂电池。

请参阅图1-2所示，在本实施例中，具体的，步骤s2中还包括以下步骤：

s21、设定第一阈值，第一阈值可根据实际情况决定，第一阈值可为一范围，例如为45mv至55mv之间，第一阈值设置的较大，因为参与均衡的单体电池201端电压差异较大，如果电压阈值设置过小，则会导致均衡电路频繁启动，造成能量损耗较大。

s22、筛选出所述soc小于10％及所述soc大于90％的电池，否则，进入步骤s3；

s23、筛选出满足第一均衡电路条件的电池201后对筛选出的电压最大值的电池201进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的电池201进行快速充电，第一均衡电路条件为：筛选出的电池201的电压最大值与筛选出的电池201的电压最小值的差大于等于第一阈值否则，进入步骤s3。

请参阅图1-3所示，在本实施例中，步骤s3还包括以下步骤：

s31：设定第二阈值，第二阈值可根据实际情况决定，第二阈值可为一范围，例如为5mv至15mv之间，第二阈值可以设置的较小，是因为经过步骤s2的均衡后的单体电池201端电压的差异较小，如果在这里第二阈值设置过大，则会导致均衡电路很少启动，进而造成均衡效果不明显，达不到预定要求。

s32：筛选出所述soc大于10％且所述soc小于90％的电池201；

s33：筛选出满足第二均衡电路条件的电池201后对筛选出的电压最大值的电池201进行快速放电，同时对筛选出的电压最小值的电池201进行快速充电，第二均衡条件为：筛选出的电池201的电压最大值与筛选出的电池201的电压最小值的差大于等于第二阈值，否则，进入步骤s4。

请参阅图1-3所示，在本实施例中，第一阈值大于第二阈值，第一阈值的设定较第二阈值大，是因为在步骤s2中，均衡主体为soc小于10％及soc大于90％的电池201，且在soc小于10％及soc大于90％这个范围内的电压差异也较大，如果第一阈值设置较大，则会导致均衡电路频繁启动，造成能量损耗较大。第二阈值较第一阈值小，是因为在步骤s3中，均衡主体为soc大于10％且soc小于90％的电池201，且在此范围内参与均衡的单体电池端电压差异较小，如果第二阈值设置过大，则会导致均衡电路很少启动，均衡效果不够明显，达不到预定要求。

请参阅图1-2所示，在本实施例中，步骤s1中还包括：根据获取的多个电池201中的每一电池201的soc来计算电池组2的平均soc。

请参阅图1-2所示，在本实施例中，所述步骤s4中还包括：

s41：设定第三阈值，第三阈值可根据实际情况决定，，第三阈值可为一范围，例如为1％-10％，对电压均衡要求高的可设置较小值，例如为1％，对电压均衡要求较低的可设置较大值，例如为10％。

s42：获取多个电池201中的每一电池201的soc；

s43：满足第三均衡电路条件则对电池201的soc大于平均soc与第三阈值的和的电池201进行放电，同时对电池201的soc小于平均soc与第三阈值的差的电池201进行充电，第三均衡条件为：电池201的soc大于平均soc与第三阈值的和或电池201的soc小于平均soc与第三阈值的差，否则，均衡电路中止工作。

请参阅图3所示，在本实施例中，本发明还提供一种电池均衡系统，其包括：

至少一电池组2，包括多个电池201，电池201可为电池可为铝酸电池或锂电池

电池荷电状态检测装置3，用以获取多个电池201中的每一电池201的荷电状态，电池荷电状态检测装置3连接电池组2，电池荷电状态检测装置3由电压传感器、电流传感器、通信芯片及存储芯片组成，用于采集各节单体电池201的端电压和工作电流，并将采集的数据传输到均衡控制模块5。

充放电模块，用以对多个电池201进行充放电，充放电模块与电池组2及电池荷电状态检测装置3连接,充放电模块包括充电机1、均衡电路模块4以及均衡控制模块5。均衡控制模块5接收电池荷电状态监测装置传输的数据信号，并根据电池组2所在的不同阶段选择不同的均衡控制方法。均衡电路模块4可为一种基于反激直流变换器的均衡电路，包括不少于一个隔离多绕组变压器，多个开关管，多个整流二极管以及多个滤波电容，用于均衡各单体电池201的电量。

其中，当所述荷电状态小于10％及荷电状态大于90％时，充放电模块根据第一均衡条件对每一电池201判断是否进行快速充放电；

其中，当荷电状态大于10％且所述荷电状态小于90％时，充放电模块根据第二均衡条件对每一电池201判断是否进行快速充放电；

其中，充放电模块根据第三均衡条件对每一电池201判断是否进行快速充放电。

请参阅图1-3所示，在本实施例中，一种电池均衡方法适用于多种电路，例如为能量耗散性均衡电路、能量转移性均衡电路、分流电阻耗散型均衡电路、电容型均衡电路、电感型均衡电路及变压型均衡电路。

具体的，在一具体实施例中，有一电池组2，为5个磷酸铁锂电池串联而成，采用开路电压法对电池201的soc进行估计，筛选出soc小于10％

及soc大于90％的电池201进入步骤2中，在此实施例中例如为两个电池201，其中一电池soc为95％，另一电池soc为5％，经过对soc为95％的电池201进行放电处理，此电池201的soc变为45％，经过对soc为5％的电池201进行充电处理，此电池201的soc变为35％，从而两电池201满足第一均衡条件，进而这两电池201进入步骤s3中，在步骤s3中，根据第二均衡条件判断是否有电池201满足条件，若存在，则对满足条件电压最大值的电池201进行放电。，同时对电压最小值的电池201进行充电，重复判断是否满足第二均衡条件，直至判断不满足第二均衡条件的5个电池201跳转至步骤s4。在步骤s4中，对满足第三均衡电路条件则对电池201的soc大于平均soc与第三阈值的和的电池201进行放电，同时对电池201的soc小于平均soc与第三阈值的差的电池201进行充电，第三均衡条件为：电池201的soc大于平均soc与第三阈值的和或电池201的soc小于平均soc与第三阈值的差，直至5个电池201满足soc小于平均soc与第三阈值的和且5个电池201的soc大于平均soc与第三阈值的差，否则，第三均衡电路中止工作。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。