一种电池均衡估算法和电池管理系统的制作方法

本发明涉及电动汽车的电池管理技术，尤其涉及一种电池均衡估算法和电池管理系统。

背景技术：

近年来，越来越多的产品采用锂离子电池做为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点；但同时锂离子电池对充放电要求很高，当过充、过放、过电流及短路等情况发生时，锂离子电池压力与热量大量增加，容易产生火花、燃烧甚至爆炸，因此，锂离子电池无一例外地都加有过充放电保护电路。以目前电池的制造水平和工艺，无法保证电池的一致性。如果将这些电池组装成一个模组，由于电池在使用过程中产生的容量个体差异及自放电率产生的电压差异，会导致模组中各电池的参数大相径庭。针对这一问题就必须要求电池管理系统(BMS)配备均衡功能来保证安全性和稳定性。

目前，电池的均衡估算法一般通过比较电池的电压值大小，找出最高一节或最低一节来进行均衡的动作，但是这种算法的缺点是：电池的电压值在一定程度下并不能真实反馈电池的真实容量的大小，如果只用电压值来做判断条件，则有可能出现误均衡的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种电池均衡估算法和电池管理系统，以避免误均衡情况的出现。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电池均衡估算法，通过电池OCV-SOC列表估算单体电池的电池容量值，包括以下步骤：

(1)采集各单体电池当前的电池电压及当前的电池温度；

(2)根据电池OCV-SOC列表，得出各个单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表；

(3)在所述当前电池容量值列表中获取电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池，并对所述单体电池进行均衡操作。

进一步的，步骤(2)中，所述电池OCV-SOC列表为不同电池温度下，单体电池的电池电压及其对应的电池容量值。

进一步的，步骤(2)具体包括以下步骤：

在所述电池OCV-SOC列表中查找在当前的所述电池温度下的所述电池电压，判断所述电池OCV-SOC列表中是否存在当前的所述电池电压：

若是，输出所述单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表；

若否，通过以下公式计算所述电池容量值：

其中，s_x是所述电池容量值，v_x是在当前的所述电池温度下的所述电池电压，v₁和v₂是在当前的所述电池温度下所述电池OCV-SOC列表中存在的两个所述电池电压，s₁是v₁在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，s₂是v₂在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，v_x位于以v₁和v₂为节点的电压区间内。

进一步的，步骤(2)中，当前的所述电池温度采用就近原则在所述电池OCV-SOC列表中选取所述电池温度。

进一步的，步骤(3)中，当前的所述电池容量值一致时，则比较当前的所述电池电压，获取电池电压最大的单体电池和/或电池电压最小的单体电池，并对所述单体电池进行均衡操作。

另一方面，本发明还提供一种电池管理系统，包括：

电压采集模块，用于采集各单体电池当前的电池电压；

温度采集模块，用于采集各单体电池当前的电池温度；

处理模块，用于根据采集的当前的所述电池电压和当前的所述电池温度，通过OCV-SOC列表，得出各单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表，在所述当前电池容量值列表中获取电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池；

控制模块，用于将处理模块获取的电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池做均衡操作。

进一步的，所述处理模块具体用于：

在所述电池OCV-SOC列表中查找在当前的所述电池温度下的所述电池电压，判断所述电池OCV-SOC列表中是否存在当前的所述电池电压：

若是，输出所述单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表。

进一步的，所述处理模块还用于：

若否，通过以下公式计算所述电池容量值：

其中，s_x是所述电池容量值，v_x是在当前的所述电池温度下的所述电池电压，v₁和v₂是在当前的所述电池温度下所述电池OCV-SOC列表中存在的两个所述电池电压，s₁是v₁在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，s₂是v₂在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，v_x位于以v₁和v₂为节点的电压区间内。

进一步的，所述处理模块还用于：

根据采集的当前的所述电池温度，采用就近原则在所述电池OCV-SOC列表中选取所述电池温度。

进一步的，所述处理模块还用于：

当前的所述电池容量值一致时，则比较当前的所述电池电压，获取电池电压最大的单体电池和/或电池电压最小的单体电池。

本发明的有益效果为：

OCV为电池的开路电压(Open Circuit Voltage)，SOC为电池的容量值，在某个温度点下，电池的电压与电池容量呈现一一对应的关系，本发明通过OCV-SOC作为均衡的判断标准；采集各单体电池当前的电池电压和电池温度，就能估算出各单体电池当前的真实电池容量值，然后通过比较各电池的电池容量值，找到容量值较高或容量值较低的单体电池进行均衡，则能有效避免误均衡情况的出现。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电池均衡估算法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的电池均衡估算法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。

实施例一

本实施例提供一种电池均衡估算法，用于估算单体电池的实际电池容量值，并通过比较实际电池容量值，找到容量值较高或容量值较低的单体电池，并进行均衡，一般由一种电池管理系统执行，该电池管理系统由软件和/或硬件实现。

所述电池均衡估算法，通过电池OCV-SOC列表估算单体电池的电池容量值，包括以下步骤：

S11，采集各单体电池当前的电池电压及当前的电池温度。

在电池静置状态下，通过电压采集芯片和温度采集芯片，采集各单体电池当前的电池电压和电池温度；一般静置时间为半小时，具体静置时间根据电池特性决定。

S12，根据电池OCV-SOC列表，得出各个单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表。

在所述电池OCV-SOC列表中查找在当前的所述电池温度下的所述电池电压，对应的得出各个单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表。

进一步的，在其他实施例中，在步骤S12之后，还包括：

S121，在所述电池OCV-SOC列表中查找在当前的所述电池温度下的所述电池电压，判断所述电池OCV-SOC列表中是否存在当前的所述电池电压：

若是，输出所述单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表；

若否，通过以下公式计算所述电池容量值：

其中，s_x是所述电池容量值，v_x是在当前的所述电池温度下的所述电池电压，v₁和v₂是在当前的所述电池温度下所述电池OCV-SOC列表中存在的两个所述电池电压，s₁是v₁在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，s₂是v₂在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，v_x位于以v₁和v₂为节点的电压区间内。

S13，在所述当前电池容量值列表中获取电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池，并对所述单体电池进行均衡操作。

电池的均衡操作需要综合考虑电池的具体参数和电池组的整体性能。可以对电池容量值最大的单体电池进行放电，或者对电池容量值最小的单体电池进行充电，或者将电量从电池容量值最大的单体电池转移到电池容量值最小的单体电池上。

S131，当前的所述电池容量值一致时，则比较当前的所述电池电压，获取电池电压最大的单体电池和/或电池电压最小的单体电池，并对所述单体电池进行均衡操作。

优选的，所述电池OCV-SOC列表为不同电池温度下，单体电池的电池电压及其对应的电池容量值。

优选的，当前的所述电池温度采用就近原则在所述电池OCV-SOC列表中选取所述电池温度。

OCV为电池的开路电压(Open Circuit Voltage)，SOC为电池的容量值，在某个温度点下，电池的电压与电池容量呈现一一对应的关系，本实施例通过OCV-SOC作为均衡的判断标准；在静置状态下，采集各单体电池当前的电池电压和电池温度，就能估算出各单体电池当前的真实电池容量值，然后通过比较各电池的电池容量值，找到容量值较高或容量值较低的单体电池，并在充电或者放电状态下对此电池进行均衡，则能有效避免误均衡情况的出现。

实施例二

本实施例提供一种电池均衡估算法，在上述实施例的基础上，对电池均衡估算法进行举例说明。

表1为电池产商提供的三元电池OCV-SOC列表，它列出了在不同温度点下，不同电池容量(SOC)与电池开路电压值(OCV)的对应关系。

表1

本发明通过采集得到的各单体电池的电池电压(即开路电压值(OCV))及电池温度，依据表1可以找出单体电池的实际电池容量值(SOC)，然后取多节电池的电池容量值(SOC)的进行比较，找到电池容量值较高或电池容量值较低的一节电池进行均衡，具体操作如下：

S21，采集单体电池的电池电压和电池温度，确定列表中电池使用的温度点。由于表1中，只列举了-10℃、0℃、15℃、25℃、30℃、45℃、55℃这7个温度点，所以我们采用就近原则取温度点。若电池温度小于-10度，则使用列表中-10度的一列；若电池温度在-10度到0度之间，则算出-10度到0度的中间值5度，若电池温度小于中间值5度，则使用-10度的一列，否则使用0度的一列；若电池温度大于55度，则使用55度的一列。

S22，依据步骤S21中采集的电池电压和电池温度，算出电池容量值。由于表1中，电池容量值每5％才对应一个电池电压，所以需要根据实际得到的电池电压，找到对应电池容量值(精确到1％)，包括以下步骤：

如电池电压为4.1500V，列表使用温度为25度，则电池容量值取值在95％～100％范围之间。

S221，算出4.1143V(95％对应电池电压)与4.1799V(100％对应电池电压)之间的差值a，差值a为656(放大10000倍后的数值)。

S222，算出4.1143V(95％对应电池电压)与4.1500V(采集的电池电压)之间的差值b，差值b为357(放大10000倍后的数值)。

S223，将差值a拆分成5份，656/5＝131.2，即每百分之一约占131的份额。

S224，将差值b除以步骤S223中份额，得到容量值差额，即357/131＝2.7，对该容量值差额进行取整运算，则该电池容量值为95+2＝97。(精确到1％)。

S23，为每节单体电池算好电池容量值以后，通过冒泡排序算法算出电池容量值最大的电池和/或电池容量值最小的单体电池，若电池容量值一致，则进一步以电池电压做比较，找出最大电压和/或最小电压的单体电池，最后对选出的单体电池进行均衡的操作。

本实施例能准确找到电池的真实容量(SOC)，以电池的真实容量(SOC)进行比较，从而选出容量较高或容量较低的一节电池，然后进行均衡的操作，能够有效避免误均衡情况的出现。

实施例三

本实施例提供一种电池管理系统，用于执行上述实施例所述的电池均衡估算法，解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所述电池管理系统包括：电压采集模块1，温度采集模块2，处理模块3和控制模块4。

电压采集模块1，用于在电池静置状态下采集各单体电池当前的电池电压。

温度采集模块2，用于采集各单体电池当前的电池温度。

处理模块3，用于根据采集的当前的所述电池电压和当前的所述电池温度，通过OCV-SOC列表，得出各单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表，在所述当前电池容量值列表中获取电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池。

控制模块4，用于将处理模块3获取的电池容量值最大的单体电池和/或电池容量值最小的单体电池做均衡操作。

其中，所述处理模块3具体用于：

在所述电池OCV-SOC列表中查找在当前的所述电池温度下的所述电池电压，判断所述电池OCV-SOC列表中是否存在当前的所述电池电压：

若是，输出所述单体电池在当前的所述电池温度下的所述电池电压对应的所述电池容量值，形成当前电池容量值列表。

若否，通过以下公式计算所述电池容量值：

其中，s_x是所述电池容量值，v_x是在当前的所述电池温度下的所述电池电压，v₁和v₂是在当前的所述电池温度下所述电池OCV-SOC列表中存在的两个所述电池电压，s₁是v₁在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，s₂是v₂在当前的所述电池温度下对应的所述电池容量值，v_x位于以v₁和v₂为节点的电压区间内。

进一步的，在其他实施例中，所述处理模块3还用于：

根据采集的当前的所述电池温度，采用就近原则在所述电池OCV-SOC列表中选取所述电池温度。

进一步的，在其他实施例中，所述处理模块3还用于：

当前的所述电池容量值一致时，则比较当前的所述电池电压，获取电池电压最大的单体电池和/或电池电压最小的单体电池。

本实施例通过OCV-SOC作为均衡的判断标准；在电池静置状态下，采集各单体电池当前的电池电压和电池温度，就能估算出各单体电池当前的真实电池容量值，然后通过比较各电池的电池容量值，找到容量值较高或容量值较低的单体电池进行均衡，则能有效避免误均衡情况的出现。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。