一种电池模组的主动均衡方法及装置与流程

本发明属于主动均衡技术领域，尤其涉及一种电池模组的主动均衡方法及装置。

背景技术：

动力锂离子电池多采用串联方式连接，由于各单体锂离子电池在制造、初始容量、电压、内阻以及锂离子电池组中各单体锂离子电池的温度等方面均不完全相同，在使用过程中，会造成某单体锂离子电池的过充电和过放电现象，严重时会造成个别锂离子电池的容量比其他锂离子电池都低，在放电过程中，其能量在放电过程中，其能量首先放完。为了对串联后的动力锂离子电池进行保护，不得不停止整个电池组的放电，对整个锂离子电池使用时间和容量造成极大的伤害。实际上一组锂离子电池中的实际放出的容量是由实际容量最小的那块锂离子电池所决定的，即该锂离子电池容量告终时，其他锂离子电池无法继续工作。

由此可见，动力锂离子电池组在工作过程中，动力锂离子电池间的不均衡是影响动力锂离子电池组正常工作的主要因素，对动力锂离子电池组进行均衡控制是十分必要。现有的电池的均衡处理一般通过单节向整体能量转移或通过单节向供电源转移再向单节能量转移，均衡效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池模组的主动均衡方法及装置，旨在解决传统的技术方案中存在的电池的均衡处理一般通过单节向整体能量转移或通过单节向供电源转移再向单节能量转移，均衡效率低的问题。

一种电池模组的主动均衡方法，所述电池模组包括n个电池单体，所述电池模组的主动均衡方法包括：

循环以下步骤，直至电池模组中的各个电池单体能量均衡：

采集各个电池单体的电压；

计算各个电池单体的电压的平均电压，逐个比较各个电池单体的电压和所述平均电压；

选定第一电池单体和第二电池单体；其中，所述第一电池单体的电压大于所述第二电池单体的电压；

将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移。

在其中一个实施例中，所述选定预均衡的大于所述平均电压的第一电池单体和小于所述平均电压的第二电池单体包括：

根据各个电池单体的电压，从大到小对各个电池单体进行排序；

根据电池单体的排序，选取所述第一电池单体和所述第二电池单体。

在其中一个实施例中，所述第一电池单体为电池单体排序中电压大于所述平均电压的电池单体，所述第二电池单体为电池单体排序中电压小于所述平均电压的电池单体。

在其中一个实施例中，所述将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移包括：

再次采集所述第一电池单体的电压和所述第二电池单体的电压；

比较当前采集第一电池单体的电压与第一次采集的第一电池单体的电压，比较当前采集第二电池单体的电压与第一次采集的第二电池单体的电压，若差值均小于预设差值，则将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移。

在其中一个实施例中，所述将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移之后还包括：

对将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移进行计时，得到能量转移时间；

当所述能量转移时间等于所述预设时间时，停止所述第一电池单体和所述第二电池单体之前的能量转移。

此外，还提供了一种电池模组的主动均衡装置，所述电池模组包括n个电池单体，所述电池模组的主动均衡装置包括：

电压检测单元，与所述电池模组连接，配置为检测所述电池模组中各个电池单体的电压；

控制单元，与所述电压检测单元连接，配置为根据各个电池单体的电压选取预均衡的第一电池单体和第二电池单体；

双向dc-dc变换器，与所述控制单元连接，配置为均衡所述第一电池单体和所述第二电池单体的电压；

均衡阵列开关，与所述电池模组以及所述双向dc-dc变换器连接，配置为在所述控制单元的控制下，连通所述第一电池单体和所述双向dc-dc变换器，以及连通所述第二电池单体和所述双向dc-dc变换器。

在其中一个实施例中，所述均衡阵列开关包括2n个均衡开关，其中，第1个均衡开关至第n均衡开关依次连接于第1个电池单体的正极至第n-1电池单体的负极与所述双向dc-dc变换器的第一端，第n+1均衡开关至第2个n均衡开关依次连接于第2个电池单体的正极至第n电池单体的负极与所述双向dc-dc变换器的第二端。

在其中一个实施例中，还包括辅助检测单元，所述辅助检测单元与所述均衡阵列开关以及所述控制单元连接，配置为采集所述第一电池单体的电压和所述第二电池单体的电压。

在其中一个实施例中，所述辅助检测单元包括第一辅助检测模块和第二辅助检测模块；所述第一辅助检测模块连接于所述均衡阵列开关与所述dc-dc变换器的第一端，所述第二辅助检测模块连接于所述均衡阵列开关与所述dc-dc变换器的第二端。

在其中一个实施例中，还包括：计时单元，配置为对将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移进行计时，得到能量转移时间；当所述能量转移时间等于所述预设时间时，停止所述第一电池单体和所述第二电池单体之前的能量转移。

上述的电池模组的主动均衡方法，通过采集各个电池单体的电压；计算各个电池单体的电压的平均电压，逐个比较各个电池单体的电压和所述平均电压；选定第一电池单体和第二电池单体；其中，所述第一电池单体的电压大于所述第二电池单体的电压；将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移，实现电池模组中电池单体之间的能量转移以使池模组中的各个电池单体能量均衡，均衡效率高，能够延长电池组的工作时间及使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电池模组的主动均衡方法的具体流程图；

图2为本发明一实施例提供的电池模组的主动均衡装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的电池模组的主动均衡装置的结构示意图；

图4为图2所示的电池模组的主动均衡装置中部分示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的电池模组的主动均衡方法的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供了一种电池模组的主动均衡方法，电池模组1包括n个电池单体，该电池模组的主动均衡方法包括：循环以下步骤，直至电池模组中的各个电池单体能量均衡：在步骤s100中，采集各个电池单体的电压。

在其中一实施例中，通过采样电路逐一对电池模组1的各个电池单体进行电压检测，可以实时采集各个电池单体的电压值。具体来说，电压采样电路包括采样芯片和与该采样芯片连接的采样链路，采样链路与各个电池单体一一对应连接，由采样芯片对各个电池单体一一进行电池电压采样。

在步骤s200中，计算各个电池单体电压的平均电压，逐个比较各个电池单体电压和平均电压。

在其中一实施例中，电池模组1充电完成或放电完成后，电池模组1中的电池单体由于状态各异，各个电池单体的电压也不尽相同，通过计算电池单体的平均电压，逐个比较各个电池单体电压和平均电压，进而对各个电池单体的能量状态进行评估，以此将这些电池单体分为高于平均电压的部分和低于平均电压的部分，并依次对电池模组1进行均衡处理。

在步骤s300中，选定第一电池单体和第二电池单体；其中，所述第一电池单体的电压大于所述第二电池单体的电压。

在本实施例中，电池模组1内部的主动均衡时，先选取需要均衡的第一电池单体和第二电池单体，其中，所述第一电池单体的电压大于所述第二电池单体的电压。可选的，第一电池单体的电压大于平均电压，第二电池单体小于平均电压，第一电池单体和第二电池单体的均衡使得第一电池单体的电压和第二电池单体的电压一致。在电池模组1的n个电池单体中，不断选取不同的第一电池单体和第二电池单体，直至所有的电池单体均达到能量均衡，电池模组1中的n个电池单体的能量保持一致。

在步骤s400中，将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移。

在本实施例中，具体的电池模组1的均衡过程为将第一电池单体中的能量转移到第二电池单体中，当然，需要重复选取电池模组1中的n个电池单体中的两个电池单体，并将二者的能量进行上述的均衡处理，实现能量从能量多的电池单体向能量低的电池单体转移，最终使电池模组1中的所有电池单体能量均衡，延长了电池组的工作时间及使用寿命。

在其中一实施例中，选定预均衡的大于平均电压的第一电池单体和小于平均电压的第二电池单体包括：

从大到小对各个电池单体进行排序；

根据电池单体的排序，选取第一电池单体和第二电池单体。

由于电池模组1中的各个电池单体能量状态不相同，各个电池单体与平均电压的差值也不尽相同，根据检测得到的各个电池单体的电压，从大到小对各个电池单体进行排序。而根据该排序选取需要均衡的第一电池单体和第二电池单体，优选地，所述第一电池单体为电池单体排序中电压大于所述平均电压的电池单体，所述第二电池单体为电池单体排序中电压大于所述平均电压的电池单体。，以此，通过一次次的均衡，最终达到电池模组1中的n个电池单体的能量一致。

在其中一个实施例中，将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移包括：

再次采集第一电池单体的电压和第二电池单体的电压；

比较当前采集第一电池单体的电压与第一次采集的第一电池单体的电压，比较当前采集第二电池单体的电压与第一次采集的第二电池单体的电压，若差值均小于预设差值，则将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移。

在实际应用中，对电池单体的电压采集会出现误采集或采集误差，这样会导致对电池单体中能量的错误评估，从而对电池单体进行错误的均衡处理，本实施例中，通过再次采集第一电池单体和第二电池单体的电压，并且对两次采集电压进行比较，若差值均小于预设差值，则认为采集的电压正确无误，将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移。提高电池电压采集的准确性，显著减少由电池电压采集错误导致的误均衡电池管理，保证方案的可靠性。

在其中一个实施例中，将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移之后还包括：

对将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移进行计时，得到能量转移时间；

当能量转移时间等于预设时间时，停止第一电池单体和第二电池单体之前的能量转移。

在实际应用中，电池单体中的能量转移速度各不相同，而且在第一电池单体和第二电池单体的能量转移过程中，能量的转移速度也会发生变化，本实施例对将第一电池单体中的能量向第二电池单体转移进行计时处理，当能量转移时间等于预设时间时，停止第一电池单体和第二电池单体之前的能量转移。这样在保证能量转移充分的前提下，减少了能量转移所需要的时间，提高了能量转移的效率。

本发明另一实施例提供了一种电池模组的主动均衡装置，电池模组1包括n个电池单体(e1、e2…en)，该电池模组的主动均衡装置包括：电压检测单元10、控制单元20、双向dc-dc变换器30和均衡阵列开关40；

电压检测单元10与电池模组1连接，配置为检测电池模组1中各个电池单体的电压。具体来说，采样电路包括采样芯片和与该采样芯片连接的采样链路，采样链路与各个电池单体一一对应连接，由采样芯片对各个电池单体一一进行电池采样。

控制单元20与电压检测单元10连接，配置为根据各个电池单体的电压选取预均衡的第一电池单体和第二电池单体。双向dc-dc变换器30与控制单元20连接，配置为均衡第一电池单体和第二电池单体的电压；均衡阵列开关40与电池模组1以及双向dc-dc变换器30连接，配置为在控制单元20的控制下，连通第一电池单体和双向dc-dc变换器30，以及连通第二电池单体和双向dc-dc变换器30。

均衡阵列开关40包括2n个均衡开关，其中，第1个均衡开关k1至第n均衡开关kn依次连接于第1个电池单体e1的正极至第n-1电池单体en-1的负极与双向dc-dc变换器30的第一端，第n+1均衡kn+1开关至第2个n均衡开关k2n依次连接于第2个电池单体e2的正极至第n电池单体en的负极与双向dc-dc变换器30的第二端。

还包括辅助检测单元50，辅助检测单元50与均衡阵列开关40以及控制单元20连接，配置为采集所述第一电池单体的电压和所述第二电池单体的电压。辅助检测单元50包括第一辅助检测模块51和第二辅助检测模块52，第一辅助检测模块51连接于均衡阵列开关40与dc-dc变换器30的第一端，第二辅助检测模块52连接于所述均衡阵列开关40与所述dc-dc变换器30的第二端。第一辅助检测模块51用于采集所述第一电池单体的电压，第二辅助检测模块52用于采集所述第二电池单体的电压。辅助检测单元50与双向dc-dc变换器30在控制单元20的控制下分时复用，双向dc-dc变换器30工作时辅助检测单元50停止工作，相反，辅助检测单元50工作时双向dc-dc变换器30停止工作。

在其中一个实施例中，还包括：计时单元，配置为对将所述第一电池单体中的能量向所述第二电池单体转移进行计时，得到能量转移时间；当所述能量转移时间等于所述预设时间时，停止所述第一电池单体和所述第二电池单体之前的能量转移。

在实际应用中，本发明还适用于不同电池模组之间的能量均衡，具体实现方式为：先通过上述的方案实现电池模组内部的能量均衡，再将各个电池模组看成为不同的电池单体，利用上述方法实现各个电池模组之间的能量均衡。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。