一种电池包的充电平衡方法、系统和电池包与流程

本发明实施例涉及故障检测技术领域，尤其涉及一种电池包的充电平衡方法、系统和电池包。

背景技术：

为了满足电动工具的使用便利性，通常采用电池包为其提供电源，电动工具中的电池包由多个电芯串并联组成，可以为电动工具提供长时间的电源。

当电动工具在反复使用的过程中，由于电池包中各电芯的老化，造成各电芯之间的电压存在差异，使得电池包的寿命变短。现有技术通常采用外加充放电保护电路的方式对电池包进行保护。

但是针对电池包中各电芯的特征存在差异，现有技术不能有效的减小各电芯之间的电压差，不能提高电池包的利用率。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电池包的充电平衡方法、系统和电池包，以实现减小电池包中各电芯之间的电压差异，提高电池包的利用率，延缓电芯衰老。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池包的充电平衡方法，所述电池包用于为电动工具提供电能，所述电池包包括至少一个电芯组，所述电芯组包括多节电芯，所述电芯串联连接；所述充电平衡方法包括：

检测电池包在预设状态下的温度和每一电芯的电压，其中预设状态为电池包充满电后，充电回路断开且所述电池包插在充电器中的状态；

根据所述电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值；

基于所述电压差值和温度确定是否开启均衡操作。

第二方面，本发明实施例提供一种电池包的充电平衡系统，包括：

电压检测模块，用于检测电池包在预设状态下每一电芯的电压；

温度检测模块，用于检测电池包在预设状态下的温度；

控制模块，所述控制模块分别与所述电压检测模块和所述温度检测模块电连接，所述控制模块用于根据所述电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于所述电压差值和温度确定是否开启均衡操作。

第三方面，本发明实施例还提供一种电池包，包括电池包的充电平衡系统，所述电池包还包括壳体和电芯组。

本发明实施例提供的技术方案，在电池包充满电后，充电回路断开且电池包插在充电器中时，通过检测电池包的温度和每一电芯的电压，根据检测到的电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度是否满足预设值来确定是否开启均衡操作。通过对需要开启均衡操作的电芯进行放电，可以减小各电芯之间的电压差异，使电池包在使用过程中各电芯保持相同状态，有利于提高电芯的寿命，从而提高电池包的利用率，延缓电芯衰老。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种电池包的充电平衡方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的另一种电池包的充电平衡系统的结构框图；

图3为本发明实施例三提供的另一种电池包的充电平衡系统的结构框图；

图4为本发明实施例四提供的一种电动工具的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的一种电池包的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的另一种电池包的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种电池包的充电平衡方法的流程图。参考图1，该方法可以由电池包的充电平衡系统来执行，具体可以由电池包的充电平衡系统中的软件和/或硬件来实现，该电池包的充电平衡系统设置于电池包中，本发明实施例提供的电池包的充电平衡方法具体包括如下步骤：

步骤110、检测电池包在预设状态下的温度和每一电芯的电压，其中预设状态为电池包充满电后，充电回路断开且所述电池包插在充电器中的状态。

具体的，电池包在充电过程中随着充电时间的增长，会产生一定的热量，导致电芯的温度升高，在电芯温度较高的情况下，电芯的极化内阻较小，因此电芯的内阻较小，此时测得的电芯电压更加准确。预设状态为电池包充满电后，充电回路断开且电池包依然插在充电器中状态，由电压检测模块检测电池包中每一电芯的电压，温度检测模块检测电池包的温度。示例性的，当电池包充满电后，断开充电回路充电器停止对电池包充电且电池包插在充电器中，立即通过温度检测模块检测电池包的温度，通过电压检测模块对电池包中每一电芯的电芯电压进行测量，例如，此时电池包的温度为45℃，实时测量电池包温度在45℃情况下的一电芯的电压为4v。当然，在电池包充电过程中，电池包的温度不会突变，因此，在预设状态下检测到电池包的温度满足一个温度区间就可以认为该状态下的电芯内阻较小，从而检测到的电芯电压比较准确。

步骤120、根据电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值。

具体的，电池包中包括多个电芯，由于各电芯的特性不完全一致，必定导致在充电过程中，出现各电芯的电压存在差异的现象，因此，可以计算至少两个电芯之间的电压差值。例如，可以通过电池包的充电系统中的控制模块对至少个电芯之间的电压进行差值运算。

步骤130、基于电压差值和温度确定是否开启均衡操作。

具体的，电池包充满电后，由于电池包中各电芯的特性不完全一致，使得某个或某几个电芯出现电压偏高的现象，为了保证电池包中全部电芯的工作状态相同，需要对电芯电压偏高的电芯进行放电，以均衡全部电芯。电池包的均衡操作的开启可以由电池包的充电平衡系统中的控制模块进行确定，由于电芯电压测量的精度与电芯内阻相关联，而电芯内阻又受到电芯温度的影响，因此在预设温度下对电池包中的各电芯的电压进行测量，可以保证测得的电芯电压的精确度较高。当检测到电池包中最大电压的电芯和最小电压的电芯的差值满足预设条件，且电池包温度在预设值范围内，则可以确定开启均衡操作。示例性的，电池包充满电后，检测到电池包的温度为45℃，其中，第一个电芯的电芯电压为4.20v；第二个电芯的电芯电压为4.16v；第一个电芯和第二个电芯的电压差值为40mv，满足电压预设条件，则确定开启均衡操作。

可选的，在上述实施例的基础上，基于电压差值和温度确定是否开启均衡操作，包括：

若电压差值的绝对值大于或等于预设电压值，且电池包的温度满足预设温度值，则开启均衡操作。

具体的，在电池包充满电后，对电池包中各电芯进行均衡操作，其目的在于使全部电芯的电压接近一致性，使各电芯工作在允许电压范围内，避免电池包因各电芯之间的电压差异而影响电池包的使用寿命。当检测到两个电芯之间的电压差值的绝对值大于或等于预设电压值时，则可以确定该两个电芯之间存在电压差异，由于电芯温度对电芯的电芯内阻有较大的影响，如果此时电池包的温度也满足预设温度值，则说明当前状态下的两个电芯电压值的测量结果是准确的，从而可以确定开启均衡操作。

其中，预设电压值为0-100mv，不包括端点0mv，预设温度值为30℃-55℃。示例性的，电池包充满电后，检测到电芯温度为45℃，其中，第一个电芯的电芯电压为4.20v；第二个电芯的电芯电压为4.16v。第一个电芯和第二个电芯的电压差值为40mv，满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，同时电池包的温度也满足预设温度值，则确定开启均衡操作。由于测量设备的精度无法达到零误差，因此在实际应用过程中，预设电压值一般不会选取为0v。对于各电芯的电芯温度要满足预设温度值，其目的在于，在预设温度值的范围内，电芯的极化内阻较小，在这种状态下使得电芯的内阻较小，因而能够提高电芯电压的测量精度，有利于提高电芯的均衡效果。

当然，也可以检测多节电芯的电芯电压。示例性的，设定电池包的预设温度值为30℃-55℃，预设电压值为50mv。电池包充满电后断开充电回路，且电池包仍然插在充电器中时，通过温度检测模块检测出电池包的温度为40℃，其中，第一个电芯的电芯电压为4.20v，第二个电芯的电芯电压为4.18v，第三个电芯的电芯电压为4.08v；第一个电芯与第三个电芯的电压差值为120mv，大于预设电压值，满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，确定开启均衡操作。若第三个电芯的电芯电压为4.19v，且第一个电芯为电池包中电压最大的电芯，第二个电芯为电池包中电芯电压最小的电芯。第一个电芯和第二个电芯电压之间的电压差值为20mv，小于预设电压值的50mv；即电池包中电芯电压最大的电芯与电芯电压最小的电芯之间的电压差值不满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，则电池包中其他电芯之间的电压差值也不满足电压预设条件，则确定不开启均衡操作。

可选的，在上述实施例的基础上，开启均衡操作包括：对满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的电芯中电压高的电芯进行放电操作。

其中，当确定开启均衡操作后，可以由电池包的充电平衡系统对满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的电芯中电压高的电芯进行放电操作，使得各电芯之间的电压接近一致，以保证电池包中的全部电芯的工作状态相同。

本发明实施例提供的技术方案，在电池包充满电后，充电回路断开且电池包插在充电器中时，通过检测电池包的温度和电池包中每一电芯的电压，根据检测到的电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度是否满足预设值来确定是否开启均衡操作。通过对需要开启均衡操作的电芯进行放电，可以减小各电芯之间的电压差异，使电池包在使用过程中各电芯保持相同状态，有利于提高电芯的寿命，从而提高电池包的利用率，延缓电池包的衰老。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种电池包的充电平衡系统的结构框图，参考图2，该电池包的充电平衡系统包括：

电压检测模块11，用于检测电池包在预设状态下每一电芯的电压；

温度检测模块12，用于检测电池包在预设状态下的温度；

控制模块13，控制模块分别与电压检测模块和温度检测模块电连接，控制模块用于根据电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度确定是否开启均衡操作。

具体的，当电池包充满电后，断开充电器的充电回路，由于电池包中的电芯具有内阻，在充电过程中会产生热损耗，使得电芯的温度升高，在电池包充满电后，电池包的温度达到最高，并逐渐降低。通过温度检测模块12对电池包的温度进行测量，同时通过电压检测模块11对各电芯的电压进行测量。当然也可以在温度检测模块12测量各电池包的温度满足预设温度值时，电压检测模块11再对各电芯的电压进行测量。当电压检测模块11和温度检测模块12分别测量到电池包在预设状态下的温度和各电芯的电压时，控制模块13根据测量到的电压分别计算至少两个电芯之间的电压差值，控制模块13并根据计算得到的电压差值与预设电压值之间的大小关系，来确定是否需要开启均衡操作。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图2，该电池包的充电平衡系统还包括充电器检测模块100，用于检测电池包与充电器的连接情况；

预设状态为电池包充满电后，充电回路断开且电池包与充电器连接的状态。

具体的，充电器检测模块100与控制模块13电连接，当电池包充满电后，充电回路自动断开，控制模块13控制充电器检测模块100检测电池包与充电器的连接情况，若电池包不与充电器连接，即电池包不在充电器内，则不对电池包中的电芯进行均衡操作。只有电池包充满电后，充电回路自动断开，并且在电池包仍然插在充电器中时，才进行电芯的均衡操作。由于此时电芯的温度较高，使得电芯的极化内阻较小，从而通过电压检测模块11检测到电芯的电压较为准确，有利于提高电芯的均衡效果。

可选的，控制模块13具体用于：

若电压差值的绝对值大于或等于预设电压值，且电芯的温度满足预设温度值，则开启均衡操作。

具体的，预设电压值可以为0-100mv，预设温度值可以为30℃-55℃。例如，某两个电芯之间的电压差值为40mv，而且电池包的温度为45℃，满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值，且所述电芯的温度满足预设温度值的预设条件，则控制模块13确定开启均衡操作。

本发明实施例提供的技术方案，在电池包充满电后，充电回路断开且电池包插在充电器中时，通过检测电池包的温度和各电芯的电压，根据检测到的电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度是否满足预设值来确定是否开启均衡操作。通过加入温度的限制条件，可以提高电芯电压的测量精度，能够更好地对各电芯进行均衡操作，有利于提高均衡效果。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的另一种电池包的充电平衡系统的结构框图，参考图3，该电池包的充电平衡系统还包括放电模块14，放电模块14与电芯并联，放电模块14的控制端与控制模块13电连接，放电模块14用于对电芯进行放电操作。

具体的，每一电芯均并联一个放电模块14，通过控制模块13对放电模块14进行控制，当检测到两个电芯之间的电压差值的绝对值大于或等于预设电压值时，则可以确定该两个电芯之间存在电压差异，由于电芯温度对电芯的电芯内阻有较大的影响，如果此时该两个电芯的电芯温度也满足预设温度值，则说明当前状态下的两个电芯电压值的测量结果是准确的，从而可以确定开启均衡操作。此时控制模块14控制放电模块13与对应的电芯之间形成闭合回路，将电压较高的电芯中的电压通过放电模块14进行放电，以使两个电芯之间的电压相同或接近。放电结束后，各电芯进行深度休眠。在检测多个电芯的电芯电压时，若电芯电压最大节电芯与电芯电压最小节电芯之间的电压差值不满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，则电池包中其他电芯之间也不满足预设条件，则确定不开启均衡操作，各电芯直接进行深度休眠。

可选的，放电模块14具体用于：

在控制模块13确定开启均衡操作后，对满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的电芯中电压高的电芯进行放电操作。

示例性的，电池包充满电后，检测到电池包的温度为45℃，其中，第一个电芯的电芯电压为4.20v；第二个电芯的电芯电压为4.16v。第一个电芯和第二个电芯的电压差值为40mv，满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，同时电池包的温度也满足预设温度值，则确定开启均衡操作。控制模块13控制放电模块14闭合，对第一个电芯进行放电，使第一个电芯与第二个电芯的电压相同或接近，实现该两个电芯的电压均衡。

若通过温度检测模块检测出电池包的温度为40℃，其中，第一个电芯的电芯电压为4.20v，第二个电芯的电芯电压为4.18v，第三个电芯的电芯电压为4.19v；且第一个电芯为电池包中电压最大的电芯，第二个电芯为电池包中电芯电压最小的电芯。第一个电芯和第二个电芯电压之间的电压差值为20mv，小于预设电压值的50mv；即电池包中电芯电压最大的电芯与电芯电压最小的电芯之间的电压差值不满足电压差值的绝对值大于或等于预设电压值的预设条件，则电池包中其他电芯之间的电压差值也不满足电压预设条件，则确定不开启均衡操作。

在上述实施例的基础上，继续参考图3，放电模块14包括开关k和电阻r；开关k的第一端与电芯的正极电连接，开关k的第二端与电阻r的第一端电连接，电阻r的第二端与电芯的负极电连接，开关k的第三端与控制模块13电连接。

具体的，电阻r用于消耗电芯中的电压，当电压检测模块11检测到两个电芯的电压相同或者接近时，可以由控制模块13控制放电模块14中的开关k断开，停止放电。示例性的，开关k可以为继电器，通过控制模块13控制开关k的导通或关闭；电阻r可以为小阻值的电阻，这样可以使与之并联的电芯的放电速度较快慢，使得电芯均衡效率较高，有利于提高均衡效果。

本发明实施例提供的技术方案，在电池包充满电后，充电回路断开且电池包插在充电器中时，通过检测电池包的温度和各电芯的电压，根据检测到的电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度是否满足预设值来确定是否开启均衡操作。在确定开启均衡操作后，控制模块控制放电模块对相应的电芯进行放电，通过加入温度的限制条件，可以提高电芯电压的测量精度，能够更好地对各电芯进行均衡操作，有利于提高均衡效果。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种电动工具的结构示意图，图5为本发明实施例四提供的一种电池包的结构示意图，参考图4和图5，电动工具为手推式扫雪机30，电池包10可以放置于电池仓体2122中，在电池仓体2122中设有第一腔体2123a和第二腔体2123b用于安装电池包10，电池包10可拆卸连接至手推式扫雪机30。虽然本实施例涉及到扫雪机，但是应该理解本发明不限于所公开的实施例，而是可应用于其他类型的电动工具，包括但不限于割草机，吹风机，角磨机，电钻，电扳手，电锯等。

图6为本发明实施例四提供的另一种电池包的结构示意图，参考图6，该电池包包括上述实施例提供的电池包的充电平衡系统，该电池包还包括壳体20和电芯组(图中未示出)。该电池包可拆卸地安装至电动工具以为电动工具提供电能以及可拆卸地安装至充电器以通过充电器充电，该电池包包括上述任意实施例提供的电池包的充电平衡系统。

具体的，电芯组可拆卸地安装至壳体20中，构成电池包，电池包的充电平衡系统可以安装在电池包的后端。电芯组为电池包中存储电能的电能容器，可以通过电能和化学能的相互转换存储或输出电能，例如，电芯组可以为锂电池组，通过含有锂元素的化合物进行电能与化学能之间的能量转换。

该电池包可拆卸地安装至电动工具中，该电动工具可以为手推式扫雪机。示例性的，该电池包具有安装导轨21，安装导轨21由沿着第一方向延伸的导向槽211构成，导向槽211沿第一方向上的前端敞开，后端封闭。而输出端子201相对的更靠近导向槽211的后端，且位于两个导向槽211之间，这样当电池包从前端至后端安装至充电器或者电动工具上时，能够在后端安装好后，输出端子201才能够与充电器或者电动工具导通，进一步的保证了电池包的安全性能。

壳体凹槽22在第一方向的垂直方向上形成凹陷，且其长度方向平行于电池包的长度方向，用于与充电器或者电动工具上的对应结构匹配。具体的，壳体凹槽22形成于构成梯形长底边的两个电芯之间，且该壳体凹槽22位于两个安装导轨21之间，也就是说两个安装导轨21对应的两个导向槽211位于壳体凹槽22的宽度方向的两侧，且两个导向槽211的槽口相对设置并均朝向壳体凹槽22的一侧。在平行于电芯的横截面的平面内，输出端子201在壳体凹槽22的深度方向上还部分位于壳体凹槽22内，从而方便与充电器和电动工具实现电连接。壳体凹槽22包括平行于第一方向的槽底面221，在该槽底面221上还设有多个镂空的散热孔222，该散热孔222用于对电池壳体20内部的电芯组进行散热，保证电池包的正常运行。

本发明实施例提供的电池包在充电结束后，通过电池包的充电平衡系统对壳体内的电芯的电压和电池包的温度进行检测，并根据检测到的电芯的电压计算电池包中至少两个电芯之间的电压差值，并基于电压差值和温度是否满足预设值来确定是否开启均衡操作。在确定开启均衡操作后，控制模块控制放电模块对相应的电芯进行放电，通过加入温度的限制条件，可以提高电芯电压的测量精度，能够更好地对各电芯进行均衡操作，有利于提高均衡效果，从而提高电池包的利用率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。