电池组均衡电路、方法及装置与流程

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池组均衡电路、方法及装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，电池在我们日常生活中起了十分重要的作用，被广泛的应用于手机、电脑、电动汽车、无人机等各个行业。而随着人们对待电量的要求越来越高，各类终端中都开始采用将多节电池电芯串联起来的电池组作为充电电池，从而提高电池的容量。

通常，由于工艺、成本、老化等原因，电池组中的各电芯可能会存在差异，造成电池组中电芯的性能严重不均衡，这就导致了电池组的可用容量和性能不断下降，影响电池组的寿命。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种电池组均衡电路，通过控制电池组均衡电路中各开关组件的导通时间，实现了对电池组的均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

本发明的第二个目的在于提出一种电池组均衡方法。

本发明的第三个目的在于提出一种电池组均衡装置。

本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第五个目的在于提出一种计算机程序产品。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电池组均衡电路，所述电池组中包括n个互相串联的电芯，其中，n为大于或等于1的正整数；

所述均衡电路包括：变压器组件及n+1个开关组件，其中，所述变压器组件包括n个副边绕组；

所述变压器组件中原边绕组的一端，与所述电池组的一端连接，所述原边绕组的另一端与第一开关组件的一端连接；

所述第一开关组件的另一端与所述电池组的另一端连接；

所述变压器组件中的第i个副边绕组的一端，与所述电池组中第i个电芯的一端连接，所述第i个副边绕组的另一端，与第i+1个开关组件的一端连接，其中，i为大于或等于1，且小于或等于n的正整数；

所述第i+1个开关组件的另一端与所述第i个电芯的另一端连接。

在第一方面的一种可能的实现形式中，该电路，还包括：二极管、电阻及电容；

所述二极管的阳极与所述第一开关组件的一端、及所述变压器组件中原边绕组的另一端连接；

所述二极管的阴极与所述电阻的一端及所述电容的一端连接；

所述电阻的另一端，与所述电容的另一端及所述原边绕组的一端连接。

在第一方面的另一种可能的实现形式中，所述变压器组件为同轴多绕组变压器。

本实施例提出的电池组均衡电路中，电池组中包括n个互相串联的电芯；均衡电路包括：变压器组件及n+1个开关组件；变压器组件中原边绕组的一端，与电池组的一端连接，所述原边绕组的另一端与第一开关组件的一端连接；所述第一开关组件的另一端与所述电池组的另一端连接；所述变压器组件中的第i个副边绕组的一端，与所述电池组中第i个电芯的一端连接，所述第i个副边绕组的另一端，与第i+1个开关组件的一端连接，其中，i为大于或等于1，且小于或等于n的正整数；所述第i+1个开关组件的另一端与所述第i个电芯的另一端连接。由此，通过控制电池组均衡电路中各开关组件的导通时间，实现了对电池组的均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电池组均衡方法，应用于如第一方面所述的电池组均衡电路，所述方法包括：

获取所述电池组中的各电芯的内部参数，其中各电芯的内部参数包括各电芯的内阻、极电阻和极电容；

依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与所述电池组对应的目标均衡策略；

依据所述目标均衡策略，对所述电池组进行均衡处理。

在第二方面的一种可能的实现形式中，所述获取所述电池组的中各电芯的内部参数，包括：

对所述电池组进行定容实验，确定所述电池组当前的容量及电荷状态-开路电压曲线；

根据所述电荷状态-开路电压曲线，计算所述电池组中各电芯的内部参数。

在第二方面的另一种可能的实现形式中，所述依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与所述电池组对应的目标均衡策略之前，还包括：

获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数；

依据预设的规则，确定目标均衡容量值；

分别在预设的各均衡策略下，控制所述实验电池组完成所述目标均衡容量值的均衡；

记录所述各均衡策略下，所述实验电池组对应的均衡时间及效率；

根据所述均衡时间及效率，确定与所述第一内部结构参数对应的均衡策略。

在第二方面的另一种可能的实现形式中，所述依据预设的规则，确定目标均衡容量值，包括：

根据历史使用信息，确定电池组容量均衡最大值及容量均衡最小值；

在所述容量均衡最大值及容量均衡最小值之间，以固定的步长依次选取至少2个目标均衡容量值。

在第二方面的另一种可能的实现形式中，所述目标均衡策略中，包括开关组件与占空比参数的对应关系；

依据所述目标均衡策略，对所述电池组进行均衡处理，包括：

依据所述目标均衡策略中包括的开关组件与占空比参数的对应关系，对均衡电路中的各开关组件的导通时间进行控制。

本发明实施例提供的电池组均衡方法，首先获取电池组均衡电路中的各电芯的内部参数，然后依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与电池组对应的目标均衡策略，最后依据目标均衡策略，对电池组进行均衡处理。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数对应的目标均衡策略，对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电池组均衡装置，应用于如第一方面所述的电池组均衡电路，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取所述电池组中的各电芯的内部参数，其中各电芯的内部参数包括各电芯的内阻、极电阻和极电容；

第一确定模块，用于依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与所述电池组对应的目标均衡策略；

第一处理模块，用于依据所述目标均衡策略，对所述电池组进行均衡处理。

在第三方面的一种可能的实现形式中，所述第一获取模块，具体用于：

对所述电池组进行定容实验，确定所述电池组当前的容量及电荷状态-开路电压曲线；

根据所述电荷状态-开路电压曲线，计算所述电池组中各电芯的内部参数。

在第三方面的另一种可能的实现形式中，该装置，还包括：

第二获取模块，用于获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数；

第二确定模块，用于依据预设的规则，确定目标均衡容量值；

控制模块，用于分别在预设的各均衡策略下，控制所述实验电池组完成所述目标均衡容量值的均衡；

第二处理模块，用于记录所述各均衡策略下，所述实验电池组对应的均衡时间及效率；

第三确定模块，用于根据所述均衡时间及效率，确定与所述第一内部结构参数对应的均衡策略。

在第三方面的另一种可能的实现形式中，所述第二确定模块，具体用于：

根据历史使用信息，确定电池组容量均衡最大值及容量均衡最小值；

在所述容量均衡最大值及容量均衡最小值之间，以固定的步长依次选取至少2个目标均衡容量值。

在第三方面的另一种可能的实现形式中，所述目标均衡策略中，包括开关组件与占空比参数的对应关系；

所述第一处理模块，具体用于：

依据所述目标均衡策略中包括的开关组件与占空比参数的对应关系，对均衡电路中的各开关组件的导通时间进行控制。

本发明实施例提供的电池组均衡装置，首先获取电池组均衡电路中的各电芯的内部参数，然后依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与电池组对应的目标均衡策略，最后依据目标均衡策略，对电池组进行均衡处理。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数对应的目标均衡策略，对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的电池组均衡方法。

为达上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行如第一方面所述的电池组均衡方法。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本发明一个实施例的电池组均衡电路的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的电池组均衡电路的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的电池组均衡方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例提供的电池组均衡方法的实验数据图；

图5是根据本发明另一个实施例的电池组均衡方法的流程图；

图6是根据本发明另一个实施例提供的电池组均衡方法的实验数据图；

图7是根据本发明一个实施例的电池组均衡装置的结构图；

图8是根据本发明一个实施例的电池组均衡装置的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

具体的，本发明各实施例针对电池组中的各电芯存在差异时，易造成电池组中电芯的性能严重不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，影响电池组的寿命的问题，提出一种电池组均衡电路及电池组均衡方法。电池组均衡电路中包括变压器组件及开关组件，通过根据电池组中的各电芯的内部参数，确定对应的目标均衡策略，从而根据目标均衡策略，控制电池组均衡电路中各开关组件的导通时间，实现了对电池组的均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

下面参考附图描述根据本发明实施例的电池组均衡电路、方法及装置。

首先结合附图，对本发明实施例提供的电池组均衡电路进行具体说明。

图1是根据本发明一个实施例的电池组均衡电路的结构示意图。

如图1所示，电池组v中包括n个互相串联的电芯，其中，n为大于1或等于1的正整数，图1中以n为3进行示意。

电池组均衡电路包括：

变压器组件t及n+1个开关组件，其中，所述变压器组件包括n个副边绕组；

所述变压器组件t中原边绕组的一端，与所述电池组v的一端连接，所述原边绕组的另一端与第一开关组件k的一端连接；

所述第一开关组件k的另一端与所述电池组v的另一端连接；

所述变压器组件t中的第i个副边绕组的一端，与所述电池组v中第i个电芯的一端连接，所述第i个副边绕组的另一端，与第i+1个开关组件的一端连接，其中，i为大于或等于1，且小于或等于n的正整数；

所述第i+1个开关组件的另一端与所述第i个电芯的另一端连接。

其中，变压器组件t可以为同轴多绕组变压器或其它类型的变压器，此处不作限制。

开关组件，可以是与继电器线圈关联的单刀双掷开关，单刀单掷开关，或三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，简称mosfet)等。

可以理解的是，图1中所示的变压器与开关组件，可以构成反激式dc-dc和同轴多绕组变压器电路。当与原边绕组连接的第一开关组件k闭合时，电池组v的电能被转移到变压器组件t中。当第一开关组件k断开时，若电池组v中电芯v1为低电压电芯，则可以控制与该电芯连接的开关组件闭合，使磁化电感中的电能转移到该低电压电芯中，从而实现电池组的均衡。

具体实现时，可以利用本发明实施例提供的电池组均衡方法，根据电池组v中各电芯的内部参数，确定与电池组对应的目标均衡策略，其中，目标均衡策略包括各开关组件与占空比参数的对应关系，从而依据目标均衡策略，控制电池组均衡电路中，各开关组件的导通时间，以实现对电池组v的均衡。

可以理解的是，当第一开关组件k断开时，电路中会产生很高的电动势，若第一开关组件k为三极管、mosfet等组件，可能会因高电压造成损坏。因此，在本发明实施例提供的电池组均衡电路中，还可以包括二极管d、电阻r及电容c，以限制第一开关组件k断开后产生的高电压。

其中，所述二极管d的阳极与所述第一开关组件k的一端、及所述变压器组件t中原边绕组的另一端连接；

所述二极管d的阴极与所述电阻r的一端及所述电容c的一端连接；

所述电阻r的另一端，与所述电容c的另一端及所述原边绕组的一端连接。

本发明实施例提供的电池组均衡电路中，电池组中包括n个互相串联的电芯；均衡电路包括：变压器组件及n+1个开关组件；变压器组件中原边绕组的一端，与电池组的一端连接，所述原边绕组的另一端与第一开关组件的一端连接；所述第一开关组件的另一端与所述电池组的另一端连接；所述变压器组件中的第i个副边绕组的一端，与所述电池组中第i个电芯的一端连接，所述第i个副边绕组的另一端，与第i+1个开关组件的一端连接，其中，i为大于或等于1，且小于或等于n的正整数；所述第i+1个开关组件的另一端与所述第i个电芯的另一端连接。由此，通过控制电池组均衡电路中各开关组件的导通时间，实现了对电池组的均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

基于上述实施例，本发明实施例还提出一种电池组均衡方法。

图3是根据本发明一个实施例的电池组均衡方法的流程图。

如图3所示，电池组均衡方法应用于上述实施例所述的电池组均衡电路，该包括以下步骤：

步骤301，获取所述电池组中的各电芯的内部参数，其中各电芯的内部参数包括各电芯的内阻、极电阻和极电容。

其中，本发明实施例提供的电池组均衡方法，可以由本发明实施例提供的电池组均衡装置执行，该电池组均衡装置可以被配置在如电动汽车、混合动力汽车等任意配置有电池组的终端中，以对电池组进行均衡。

具体实现时，可以将电池组中的各电芯采用thevenin等效电路模型进行等效，如图4-1所示。用理想电压源uoc表示电芯的开路电压，电阻rto表示电芯的内阻，电容ctp表示电芯的极电容，电阻rtp表示电芯的极电阻，电容ctp与电阻rtp并联，表示电芯的超电势utp。并通过以下步骤301a-步骤301b，确定电芯的thevenin等效电路模型的各参数。

或者，也可以将电池组中的各电芯采用pngv等效电路模型或其它模型进行等效，此处不作限制。

具体的，步骤301可以包括：

步骤301a，对电池组进行定容实验，确定电池组当前的容量及电荷状态(stateofcharge，简称soc)-开路电压(opencircuitvoltage，简称ocv)曲线；

步骤301b，根据电荷状态-开路电压曲线，计算电池组中各电芯的内部参数。

具体实现时，确定了电池组的soc-ocv曲线后，可以通过最小二乘法或其它算法，计算电池组中各电芯的thevenin等效电路模型的各参数。

下面以由3节三洋18650型号的锂离子电池串联成的电池组为例，对获取电池组中各电芯的内部参数的过程进行详细说明。

首先，可以对电池组进行定容实验，确定电池组实际安时容量，并对电池组进行标准放电，即恒流1.75安(a)放电至单体电压小于2.8伏(v)为止，放电结束后将电池组静置1小时，可以确定电池组实际放电2.45安时(ah)。

然后，对满充的电池组进行脉冲放电实验，估计电池组内部参数。具体的，可以将电池组以0.5a的电流放电，每放10％的soc，电池组静止10分钟，从而得到如图4-2所示的电池组的电流和端电压曲线，及如图4-3所示的电池组脉冲放电的容量曲线。

根据电池组静止时的开路电压，即可确定如图4-4所示的电池组的soc-ocv曲线，通过对图4-4所示的曲线进行三次多项式函数拟合，根据拟合出的函数表达式y＝0.48x³-0.5x²+0.54x+3.6，即可由电池中各电芯的soc计算出电芯开路端电压，从而计算出各电芯的内部参数。其中，y表示电池组的ocv，x表示电池组的soc。

需要说明的是，在本发明实施例中，可以通过充放电机对电池组进行定容实验和充放电实验，且将电池组置于恒温箱中，以保证电池组持续工作在恒温条件，避免不同温度下电池内部实际参数的变化。

步骤302，根据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与所述电池组对应的目标均衡策略。

具体的，可以预先通过实验、仿真等，确定电池组中的各电芯的内部参数与均衡策略的映射关系，从而在获取了电池组中的各电芯的内部参数后，可以根据预设的映射关系，确定与电池组对应的目标均衡策略。

其中，目标均衡策略中，包括开关组件与占空比参数的对应关系。

步骤303，依据所述目标均衡策略，对所述电池组进行均衡处理。

具体的，确定了电池组对应的目标均衡策略后，即可依据目标均衡策略中包括的开关组件与占空比参数的对应关系，对上述实施例中的电池组均衡电路中，各开关组件的导通时间进行控制，以实现对电池组的均衡处理。

本实施例提出的电池组均衡方法，首先获取电池组均衡电路中的各电芯的内部参数，然后依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与电池组对应的目标均衡策略，最后依据目标均衡策略，对电池组进行均衡处理。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数对应的目标均衡策略，对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

通过上述分析可知，可以依据预设的电池组中的各电芯的内部参数，与均衡策略的映射关系，确定电池组对应的目标均衡策略，从而依据目标均衡策略，对电池组进行均衡处理。下面结合图5，对本发明实施例提供的电池组均衡方法中，确定电池组中的各电芯的内部参数，与均衡策略的映射关系的方法，进行具体说明。

图5是根据本发明另一个实施例的电池组均衡方法的流程图。

如图5所示，电池组均衡方法中，还可以包括以下步骤：

步骤501，获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数。

其中，获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数的具体实现过程及原理，可以参照上述实施例步骤301中，获取电池组中的各电芯的内部参数的具体描述，此处不再赘述。

步骤502，依据预设的规则，确定目标均衡容量值。

其中，目标均衡容量值，指实验电池组的初始soc。

具体的，步骤502可以包括：

步骤502a，根据历史使用信息，确定电池组容量均衡最大值及容量均衡最小值。

步骤502b，在容量均衡最大值及容量均衡最小值之间，以固定的步长依次选取至少2个目标均衡容量值。

比如，可以选取容量均衡最大值的2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％作为目标均衡容量值；也可以选取容量均衡最大值的4％、8％、12％作为目标均衡容量值。

步骤503，分别在预设的各均衡策略下，控制所述实验电池组完成所述目标均衡容量值的均衡。

具体实现时，可以预先设置多个均衡策略，及多个目标均衡容量值，从而在每个均衡策略下，控制实验电池组完成多个目标均衡容量值的均衡。

比如，可以设置均衡策略为高端(top)均衡、低端(bottom)均衡、bottom-top混合均衡策略及top-bottom混合均衡策略，若目标均衡容量值为容量均衡最大值的4％、8％及12％，则可以在每个均衡策略下，控制实验电池组分别从容量均衡最大值的4％、8％、12％降至1％，从而完成4种均衡策略下，实验电池组的3个目标均衡容量值的均衡。

步骤504，记录所述各均衡策略下，所述实验电池组对应的均衡时间及效率。

步骤505，根据所述均衡时间及效率，确定与所述第一内部结构参数对应的均衡策略。

具体的，可以将对实验电池组进行均衡时，均衡时间短，且效率高的均衡策略，确定为第一内部结构参数对应的均衡策略。

具体实现时，为了确保实验的成功，减少实验的成本及实验过程中存在的危险，提高实验的效率，在本发明实施例中，可以先在仿真环境中，依据预设的各个均衡策略，分别控制与实验电池组参数相同的仿真电池组完成多个目标均衡容量的均衡，并根据各均衡策略下，仿真电池组对应的均衡时间及效率，确定仿真电池组中各电芯的内部结构参数对应的均衡策略。

然后根据从仿真环境确定的，仿真电池组对应的均衡时间及效率，建立各均衡策略下，均衡时间及效率的数学模型。

再根据仿真环境下确定的仿真电池组的内部结构参数对应的均衡策略，对实验电池组进行实际实验，并将实际实验结果与数学模型预测的结果进行比对，根据模型预测结果与实际实验结果的误差分析，最终确定实验电池组中各电芯的第一内部结构参数对应的均衡策略。

需要说明的是，为了证明均衡时间及效率的数学模型的正确性，在本发明实施例中，还可以将数学模型预测的均衡时间及效率，与仿真环境下确定的均衡时间及效率进行比对，并在数学模型预测的结果与仿真环境下得到的结果近似一致时，确定数学模型正确。

值得注意的是，在本发明实施例中，第一内部构造参数对应的均衡策略，还可以包括开关组件与占空比参数的对应关系。

具体实现时，可以先通过理论计算，得到变压器组件原边的开关组件的pwm占空比及副边的开关组件的pwm占空比，然后通过电路仿真，对理论结果进行验证，从而得到开关组件与占空比参数的对应关系。

下面结合具体实例，对确定与实验电池组中的各电芯的内部参数对应的均衡策略的映射关系的方法，进行具体说明。

首先，可以在20度室温下，对实验电池组进行定容实验，获取实验电池组中包括的电芯的thevenin等效电路模型的参数和如图6-1所示ocv-soc曲线，其中，x指soc，y指ocv，进而确定电芯的第一内部结构参数为：内阻为rto＝0.0039ω，极电阻rtp＝0.1376ω，极电容ctp＝26.8482f(法拉)。

然后通过理论计算，确定变压器原边最大占空比为dp＝30％，变压器副边占空比确定为ds＝10％。

再通过仿真，对理论计算的占空比进行验证。

具体的，设置电池组均衡电路中，开关组件为mos管。在psim环境下，基于本发明实施例提供的电池组均衡电路进行仿真时，可以采用图6-2所示的仿真模型。

如图6-2所示，左侧为变压器原边，两端与串联电池组正负极相接，rp为原边电路等效电阻，与开关并联的电容c_ds为mos管的等效结电容cds。电阻r_s、电容c_s及二极管d_s组成原边电压关断缓冲电路，限制原边的漏极在开关断开之后产生的高电压。右侧为多绕组变压器的副边，分别与每个电芯的两端相连。每个支路都由电路等效电阻、滤波电容、mos管等效结电容组成。

电池组均衡电路的psim仿真参数的开关频率设置为5千赫兹(khz)，原边rp＝0.6欧姆(ω)，rs＝0.5ω；原边电压关断缓冲电路的r_s＝4700ω，c_s＝100纳法/100伏(100n/100v)，d_s采用stps1h100a/u型号的二极管；原边、副边开关组件分别为ipd70n10和ipg20n04；变压器匝比n＝4，原边励磁电感lm＝48微亨(μh)，漏感＝lk＝9μh，具体数据如表1所示。

表1电池组均衡电路仿真参数

仿真时的仿真电池组由3节锂电池串联组成，仿真电池组电压vp＝11.6v，各电芯电压分别为vs1＝3.6v、vs2＝4.1v、vs1＝3.9v。分别对原边占空比为dp＝30％、副边占空比为ds＝8％，原边占空比为dp＝30％、副边占空比为ds＝10％，原边占空比为dp＝30％、副边占空比为ds＝12％三种情况进行仿真，得到不同占空比的pwm仿真波形如图6-3、6-4和6-5所示。其中，图6-3为原边占空比为dp＝30％，副边占空比为ds＝8％的pwm仿真波形；图6-4为原边占空比为dp＝30％，副边占空比为ds＝10％的pwm仿真波形；图6-5为原边占空比为dp＝30％，副边占空比为ds＝12％的pwm仿真波形。

通过对图6-3、6-4及6-5进行分析可知，原边电流平均值为2.4a，非常接近原边保险丝的熔断值2.5a。这说明在dp＝30％的情况下，实现了原边mos管的pwm最大占空比的控制方法。

图6-3、6-4及6-5中，副边mos管的占空比分别为ds＝8％、ds＝10％和ds＝12％。在图6-3中，由于副边mos管的占空比过小，mos管提前关断，导致副边电流没有被电芯充分吸收，在mos管提前关断时电流值突降为零，有一个明显的突降瞬间。图6-4中副边mos管的占空比最优，副边电流被电芯充分吸收，电流逐渐降为零。图6-5中副边mos管的占空比过大，mos管推迟关断，副边电流被电芯充分吸收之后，电芯出现了放电现象，即副边电流的曲线在一个周期结束时出现了负值。因此，说明在ds＝10％的情况下，实现了副边最大占空比的控制方法。

通过上述三组仿真实验对比，可以证明在dp＝30％和ds＝10％的情况下，均衡电路均实现了原边和副边绕组的mos管pwm最大占空比的控制方法。同时，仿真结果也验证了理论占空比设计方法的正确性；在保证电池组均衡电路正常工作的情况下，实现了均衡电流的最大化，提高了系统的均衡效能。

确定了开关组件与占空比参数的对应关系后，可以分别在预设的bottom-top均衡策略和top-bottom均衡策略下，控制仿真电池组完成目标均衡容量值的均衡。

具体的，可以设置仿真电池组的容量均衡最大值的2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％作为目标均衡容量值socmsep，并设置仿真电池组中的电芯b1为低电压电芯，电芯b3为高电压电芯。仿真电池组的目标均衡容量值及各电芯的soc情况如下表2所示。

表2仿真电池组的目标均衡容量值及各电芯的soc数据

其中，top-bottom均衡策略，指先针对高电压电芯b3进行top均衡策略，将其多余能量转移到电芯b1、b2中，top均衡过程中电芯b3的电压不断下降，电芯b1和b2的电压不断上升，直到电芯b3的电芯与电芯b2相等时，top均衡策略结束。之后，针对低电压电芯b1进行bottom均衡策略，均衡过程中b3与b2的电压持续下降，电芯b1的电压不断上升，直到仿真电池组整体socmsep＝1％为止。

bottom-top的均衡策略，即针对低电压电芯b1进行bottom均衡策略，将电芯b2、b3的能量转移到电芯b1中，bottom均衡过程中电芯b1的电压不断上升，b2和b3的电压不断下降，直到b1的电压和b2相等时，bottom均衡策略结束。之后，针对高电压电芯b3进行top均衡策略，均衡过程中b3的能量持续下降，电芯b1和b2的能量不断上升，直到仿真电池组整体socmsep＝1％为止。

通过仿真，可以得到如图6-6所示的bottom-top均衡策略和top-bottom均衡策略下的均衡时间图，及如图6-7所示的bottom-top均衡策略和top-bottom均衡策略下的均衡效率图。从仿真图6-6和6-7中可以看出，两种均衡策略整体所需时间相近，但是bottom-top均衡策略的效率相对较高。基于对系统效率和时间的综合考虑，可以将bottom-top的均衡策略确定为仿真电池组中电芯的内部结构参数对应的均衡策略。

基于电池组均衡策略的仿真结果和理论分析，可以确定各均衡策略下，均衡时间及效率的数学模型，以预测不同初始socmsep情况下，电池组的均衡时间及均衡效率。

具体的，可以针对单一的top均衡策略和bottom均衡策略下的电池组均衡过程，直接通过对均衡效率和时间的仿真结果进行多项式拟合，得出相应的均衡结果数学模型图，如图6-8和6-9所示。其中，图6-8分别为top均衡策略的均衡时间数学模型及均衡效率数学模型。图6-9分别为bottom均衡策略下的均衡时间数学模型及均衡效率数学模型。图中，t(即公式中的y)为时间，x为socmsep。

分别根据bottom均衡策略和top均衡策略的仿真结果，可以得到bottom均衡策略和top均衡策略下的转移能量与时间的关系，分别如图6-10所示。其中，图6-10中的第一幅图为bottom均衡策略下的转移能量与时间曲线，图6-10中的第二幅图为top均衡策略下的转移能量与时间曲线。

为了建立bottom-top均衡策略和top-bottom均衡策略的电池组均衡时间和效率的数学模型，实现相应效率与时间的预测，可以假设：

1)在bottom均衡策略下，电池组中所有电芯贡献出近乎相等的电能用于支持老化电芯，系统的均衡效率恒定。

2)在top均衡策略下，电池组中所有电芯从高电能电芯吸收近乎相等的电能，系统的均衡效率恒定。

3)在均衡结束时，电芯之间的能量误差为零。

基于对电池组的均衡时间和效率的综合考虑，在电池组能量或者电压出现等差分布的情况下，采用bottom-top的混合均衡策略。首先，在采用bottom均衡策略时，电池组中只有电量最低的电芯能量在增加，其余的电芯电量都在减少，即电池组其余电芯都在为老化电芯提供能量支持。通过bottom均衡策略的能量转移与时间模型，从电池组的初始状态可以估计出bottom均衡策略完成的最终状态，这也是top均衡策略的电池组的初始状态。由top均衡策略的电池组的能量转移与时间模型，可以估计出电池组完成所有均衡所需要的时间与效率。将两个均衡过程有机结合，就可以得到bottom-top混合均衡策略的时间和效率的数学模型。

在bottom-top混合均衡策略下，由3节电池单体串联而成的电池组的能量变化路径如图6-11所示，可以分为两个部分进行研究。

1)在bottom均衡策略下，电池b3与b2的能量不断下降，b1的能量不断上升，直到b2等于b1时，bottom策略下的电池组均衡结束。

2)在top均衡策略下，b3的能量不断下降，电池b2与b1的能量不断上升，直到b1、b2、b3能量相等时，top策略下的电池组均衡结束。电芯的初始状态可以通过检测其开路电压和ocv-soc曲线确定。根据均衡策略的效率曲线和能量转移时间曲线，得到混合均衡的电池组均衡的时间数学模型。

b2-x＝b3+2xηbottom

tbottom＝3200x³-1400x²+440x-3.4

b1-x-y＝b2-x+yηtop/2

ttop＝-14y²+32y-1.7

t＝ttop+ttottom

式中，b1、b2、b3为电池电量，x、y分别为bottom、top均衡过程转移的电能，单位均为ah；tbottom、ttop分别为bottom、top均衡过程所用时间，单位为秒(s)；η分别为bottom、top均衡过程的整体效率。

由公式t＝ttop+ttottom可知，混合均衡策略的电池组均衡的时间为top均衡策略与bottom均衡策略的电池组均衡时间之和，则可以得到如图6-12所示的bottom-top混合策略的电池组均衡的时间曲线。图6-12中，仿真电路得到的均衡时间与数学模型预测的时间趋势一致，因此，可以确定bottom-top均衡策略的电池组均衡时间数学模型正确。

类似的，可以根据bottom与top均衡策略的电池组均衡效率，得到如图6-13所示的bottom-top混合均衡策略的均衡效率数学模型。图6-13中，仿真电路得到的均衡效率与数学模型预测的效率趋势一致，因此，可以确定bottom-top均衡策略的电池组均衡效率数学模型正确。

确定了bottom-top均衡策略的电池组均衡时间及效率数学模型后，即可再根据仿真环境下确定的仿真电池组的内部结构参数对应的均衡策略，对实验电池组进行实际实验，并将实际实验结果与数学模型预测的结果进行比对，根据模型预测结果与实际实验结果的误差分析，最终确定实验电池组中各电芯的第一内部结构参数对应的均衡策略。

具体的，实验电池组的均衡实验平台由5个部分组成：充放电机、温箱、锂离子电池组、均衡系统、信号采集系统，如图6-14所示。

其中，通过充放电机对实验电池组进行定容实验和充放电实验，获取电池组的soc-ocv曲线，估计电池组的等效电路模型参数。温箱保证电池组持续工作20℃的恒温条件，避免不同温度下电池内部实际参数的变化，使电路仿真参数与实际参数尽可能一致。锂离子电池组由3节三洋18650型号的锂离子电池串联而成，信号采集为直接采集每节单体电池的端电压，将数据实时储存在pc端。

首先对仿真确定的脉冲变压器的原边和副边占空比进行验证。

具体的，进行实际实验时，实验参数与仿真参数一致，在mos管驱动电路中，电容c与电阻r乘积的取值范围为：

60×10-⁶≤rc(ω×f)≤70×10-⁶

选取r为10kω、电容c为22(纳法)nf，保证mos管具有定时关断的功能且不影响变压器正常工作，防止由于系统故障使变压器绕组长时间导通，因此造成变压器磁饱和绕组电流过大，有效避免电路元器件烧坏。

脉冲变压器的原边和副边占空比分别为dp＝30％和ds＝10％，得到变压器绕组的电流电压波形如图6-15至图6-18所示。其中，图6-15和图6-16分别为原边电流和电压波形，图6-17和图6-18分别为副边电流和电压波形。

从图6-15和6-17中可以看出，仿真与实测波形的变化一致，表明了理论分析与仿真模型的正确性；副边绕组充分释放了变压器储存的能量并且单体电池没有发生放电现象，表明了控制占空比设计的正确性，图6-15和6-17中，原边电流的最大值ipmax＝12a，副边电流的最大值ismax＝15a。对电流进行时间积分，原边电流的有效值ip＝2.4a，副边电流的有效值is＝2.1a。在dp＝30％的情况下，原边电流的有效值2.4a非常接近原边保险丝的熔断值2.5a，实现了原边最大占空比的控制方法。

从图6-16和6-18中可以看出，在原边充磁及副边放磁过程的电压波形基本一致；mos管关断之后由于电路的寄生参数引起电压震荡，寄生参数值变化导致波形存在误差。图6-16中，初级绕组的充磁过程持续了58us，初始电压从15.8v下降到5.2v，变压器充电rl阶跃模型理论的充电时间为60.3u，理论与实际充电时间的相对误差为3.8％，说明了模型的有效性。

然后，通过最大误差公式和均方误差百分比公式，可以得到表3所示的仿真与实验结果的误差分析。

其中，最大误差公式为emax＝max|xreal-xsimulation|。

式中，xreal为实际实验数值，xsimulation为仿真数值，emax为实验数值与仿真数值的最大误差。

均方误差百分比公式为：

式中，xreal为实际实验数值，xsimulation为仿真数值，n为离散数据的数目，emsep为实验数值与仿真数值的均方误差百分比。

由表3所示的误差分析表可知，最大占空比设计方法与电路仿真结果正确。

表3电压、电流误差分析

接下来进行均衡策略的实验，可以选用具有如表4所示的目标均衡容量值socmsep及各电芯的soc的实验电池组进行bottom-top均衡策略的实验。

表4实验电池组初始状态

可以根据电池组的混合均衡策略的仿真方法，进行实验电池组bottom-top的混合均衡实验。实验结果如图6-19、6-20及6-21所示。

由图6-19、6-20及6-21可知，在bottom-top的均衡策略下，3组计算数据与实验数据的曲线变化趋势一致，即在bottom均衡下，系统将电池组的能量转移到弱体电芯，图中电池b2、b3的能量均在下降，而弱体电芯b1的能量在增加。在之后的top均衡下，系统将高电压电芯的能量转移到电池组中，图中高电压电芯b3的能量继续下降，而此时电芯b1、b2的能量都在增加，实验结果与理论分析的均衡能量流动轨迹符合。

且，电池组中各电池单体的能量与电压持续趋于一致，整体离散度不断降低，预测计算与实验结果的具体误差分析如下表5和表6所示，bottom-top混合均衡策略下，实验误差与预测误差均在10％下，整体上验证了均衡策略设计的正确性与有效性。

表5bottom均衡过程误差分析

表6top均衡过程误差分析

通过上述过程，即可确定与实验电池组中各电芯的第一内部结构参数对应的均衡策略为bottom-top混合均衡策略，且脉冲变压器的原边和副边占空比分别为dp＝30％和ds＝10％。

本实施例提出的电池组均衡方法，首先获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数，然后依据预设的规则，确定目标均衡容量值，再分别在预设的各均衡策略下，控制实验电池组完成目标均衡容量值的均衡，并记录各均衡策略下，实验电池组对应的均衡时间及效率，最后根据均衡时间及效率，确定与第一内部结构参数对应的均衡策略。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数，确定对应的目标均衡策略，以对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

基于上述实施例，本发明实施例还提出一种电池组均衡装置。

图7是根据本发明一个实施例的电池组均衡装置的结构图。

如图7所示，该电池组均衡装置，应用于上述实施例提供的电池组均衡电路，所述装置包括：

第一获取模块71，用于获取所述电池组中的各电芯的内部参数，其中各电芯的内部参数包括各电芯的内阻、极电阻和极电容；

第一确定模块72，用于依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与所述电池组对应的目标均衡策略；

第一处理模块73，用于依据所述目标均衡策略，对所述电池组进行均衡处理。

具体的，本发明实施例提供的电池组均衡装置，可以执行本发明实施例提供的电池组均衡方法，该电池组均衡装置可以被配置在如电动汽车、混合动力汽车等任意配置有电池组的终端中，以对电池组进行均衡。

在一种可能的实现形式中，上述第一获取模块71，具体用于：

对所述电池组进行定容实验，确定所述电池组当前的容量及电荷状态-开路电压曲线；

根据所述电荷状态-开路电压曲线，计算所述电池组中各电芯的内部参数。

在另一种可能的实现形式中，上述目标均衡策略中，包括开关组件与占空比参数的对应关系；

上述第一处理模块73，具体用于：

依据所述目标均衡策略中包括的开关组件与占空比参数的对应关系，对均衡电路中的各开关组件的导通时间进行控制。

需要说明的是，上述对电池组均衡电路及电池组均衡电路方法实施例的说明，也适用于本实施例提供的电池组均衡装置，此处不再赘述。

本实施例提供的电池组均衡装置，首先获取电池组均衡电路中的各电芯的内部参数，然后依据预设的内部参数与均衡策略的映射关系，确定与电池组对应的目标均衡策略，最后依据目标均衡策略，对电池组进行均衡处理。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数对应的目标均衡策略，对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

图8是根据本发明另一个实施例的电池组均衡装置的结构图。

如图8所示，该电池组均衡装置中，还包括：

第二获取模块81，用于获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数；

第二确定模块82，用于依据预设的规则，确定目标均衡容量值；

控制模块83，用于分别在预设的各均衡策略下，控制所述实验电池组完成所述目标均衡容量值的均衡；

第二处理模块84，用于记录所述各均衡策略下，所述实验电池组对应的均衡时间及效率；

第三确定模块85，用于根据所述均衡时间及效率，确定与所述第一内部结构参数对应的均衡策略。

具体的，上述第二确定模块82，具体用于：

根据历史使用信息，确定电池组容量均衡最大值及容量均衡最小值；

在所述容量均衡最大值及容量均衡最小值之间，以固定的步长依次选取至少2个目标均衡容量值。

需要说明的是，上述对电池组均衡电路及电池组均衡电路方法实施例的说明，也适用于本实施例提供的电池组均衡装置，此处不再赘述。

本实施例提供的电池组均衡装置，首先获取实验电池组中各电芯的第一内部结构参数，然后依据预设的规则，确定目标均衡容量值，再分别在预设的各均衡策略下，控制实验电池组完成目标均衡容量值的均衡，并记录各均衡策略下，实验电池组对应的均衡时间及效率，最后根据均衡时间及效率，确定与第一内部结构参数对应的均衡策略。由此，实现了根据电池组中的各电芯的内部参数，确定对应的目标均衡策略，以对电池组进行均衡，避免了电池组因电芯的性能不均衡，导致电池组的可用容量和性能不断下降，延长了电池组的使用寿命。

为达上述目的，本发明再一方面还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的电池组均衡方法。

为达上述目的，本发明又一方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行如第一方面所述的电池组均衡方法。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。