一种动力电池均衡控制方法及相应电池管理系统与流程

本发明属于电动汽车的动力电池被动均衡领域，特别是涉及一种动力电池均衡控制方法及相应的电池管理系统。

背景技术：

电动汽车动力电池通常由多个单体电池串联组成。由于单体电池容量、内阻、自放电率的不一致性，导致单体电压出现不一致性。而在实际使用中，动力电池能够实际放出的容量是由性能最差的单体电池所决定的，当该单体电池容量放完时，必须切断动力电池回路以保护整个动力电池；充电过程也是类似，当其中一个单体电池充电完成后，即达到预定的充电保护点（如4.2V），则必须切断动力电池回路以保护整个动力电池。在电动汽车的动力电池使用过程中，单体电池不均衡是影响电池组工作的重要因素，因此对电池组进行均衡控制是十分必要的。

现有技术中，对电池进行均衡主要分为两类方法：主动均衡和被动均衡。利用硬件电路和相关的软件控制方法，可以对单体电池进行放电或者补电，称为主动均衡；对单体电池只能进行放电，称为被动均衡。

目前被动均衡控制方法通常采用上电均衡法或充电均衡法：

其中，上电均衡法指在电动汽车上电时，读取各单体电池的电压，根据静态OCV关系，判断是否对电池进行均衡，若符合均衡条件，则在车辆行驶过程中对电池包进行均衡操作。

而充电均衡法指在电动汽车充电时，读取各单体电池的电压，当最高单体电池电压达到预设的判断点时，根据动态充电SOC-V曲线关系，判断是否对电池包进行均衡，若符合均衡条件，则在充电至单体电池电压达到充电保护点的过程中对电池包进行均衡操作。

但是，现有的这两种被动均衡法分别存在不同的不足之处，其中，上电均衡法必须读取准确的静态单体电压值，才能根据静态OCV关系曲线，确定单体电池容量差，从而确定均衡时间。由于电池电压有回落现象，为获取准确的静态单体电压值，车辆停止后必须静置足够长的时间。目前的车辆基本上没有停车熄火计时功能，而为了获取车辆静置时间，必须额外添加计时硬件模块，增加硬件成本。

而充电均衡法在充电条件下，电池单体电压由判断点充至电压保护点的时间比较短，为达到均衡效果，必须增大均衡电流，从而带来硬件成本的增加以及硬件电路散热问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种动力电池均衡控制方法及相应电池管理系统，可以实现小电流均衡，降低硬件均衡成本以及散热风险。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电动汽车动力电池均衡控制方法，包括如下步骤：

在电动汽车处于充电状态或放电状态时，判断其电池组是否需要进行均衡处理；

当需要进行均衡处理时，确定在所有电池组中需要进行均衡处理的各电池单体；

从存储有所述各电池单体的均衡时间的存储器中读取所述需要进行均衡处理的各电池单体的均衡时间，并对所述各电池单体以对应的均衡时间进行均衡处理。

其中，所述在电动汽车处于充电状态或放电状态时，判断其电池组是否需要进行均衡处理的步骤进一步包括：

在电动汽车处于充电状态时，当所有电池组的当前电压未达到电池单体保护电压，且当所述电池组中任一电池单体对应的均衡时间大于零，则确定电池组需要进行均衡处理；

在电动汽车处于放电状态时，当所述电池组中任一电池单体对应的均衡时间大于零，则确定电池组需要进行均衡处理。

其中，进一步包括步骤：

在电动汽车处于充状态时，当任一电池组的当前电压达到了电池单体的保护电压时，则重新确定电池组的每一电池单体的均衡时间，并将所述每一电池单体的均衡时间存储进可擦写存储器中；

其中，所述重新确定电池组的每一电池单体的均衡时间的步骤包括：

判断电池组中各电池单体的最大电压差值是否大于一预定电压差阈值；

如果判断结果为否，则将所述电池组中每一电池单体的均衡时间均更新为零，并存储进可擦写存储器中；

如果判断结果为是，则记录每一电池组的各电池单体的当前电压值，并分别与其中最低电压值进行求差，获得每一电池单体与最低电压值之间的电压差值；根据每一电池单体的电压差值，重新确定所述每一电池单体对应的均衡时间；将所述每一电池单体的均衡时间存储进可擦写存储器中。

其中，根据每一电池单体的电压差值，重新确定所述每一电池单体对应的均衡时间的步骤具体为：

根据电芯动态充电SOC-V曲线获得所述每一电池单体电压差值对应的容量差，根据所述容量差与预定的均衡电流值进行计算获得均衡时间。

其中，所述从存储有所述各电池单体的均衡时间的存储器中读取所述需要进行均衡处理的各电池单体的均衡时间，并对所述各电池单体以对应的均衡时间进行均衡处理的步骤进一步包括：

从所述可擦写存储器中，读出每一电池单体的均衡时间；

判断所述均衡时间是否为零，如果判断结果为否，则启动对相应电池单体的电池均衡；

定时对所述每一电池单体的均衡时间进行递减更新处理，将更新后的最新均衡时间替换所述可擦写存储器中所述电池单体的对应的均衡时间；

重复上述步骤，若判断到某一电池单体的均衡时间为零，则停止对相应的电池单体进行电池均衡。

相应地，本发明实施例的另一方面，还提供一种电池管理系统，其包括：

电池组，所述电池组包括多个电池单体；

多个电池管理单元，每个所述电池管理单元分别与一个电池单体相对应，用于采集每个所述单体电池的电池参数；以及

可擦写存储器，用于存储每一个电池单体的均衡时间；

电池控制单元，与所述多个电池管理单元相连接，用于收集所述电池单体的电池参数，并根据所述电池参数生成所述单体电池的均衡控制命令，

其中，所述电池电子控制单元根据如前述电池均衡方法生成均衡控制指令，所述电池管理单元根据所述均衡控制命令对所述电池单体进行均衡。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

本发明的实施例所提供的电动汽车动力电池均衡控制方法，可以利用充电时电池单体电压未到达电池保护和放电时这两个时间段进行均衡，由于电动汽车几乎每天都需要充电，在充电时判断是否需要均衡操作，使得进入均衡判断的次数比较多，能够及时对电池进行均衡操作；

同时，在充电时判断是否需要均衡操作，不需要考虑电池静置时间；而且由于充电电流可控，根据电芯动态充电SOC-V曲线，可以比较准确的获取均衡时间；

另外，在充电未到达电池保护点电压之前以及放电时进行均衡，通过长均衡时间，可以实现小电流（均衡电流=容量差/均衡时间）均衡功能，有效降低硬件成本，并且减少了硬件电路散热风险，并且小电流均衡对电池寿命有一定的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种电动汽车动力电池均衡控制方法的主流程示意图；

图2是图1中步骤S10的一个实施例的更详细的流程示意图；

图3是本发明提供的一种电动汽车动力电池均衡控制方法计算均衡时间所采用的SOC-V曲线示意图；

图4是图1中步骤S14的一个实施例的更详细的流程示意图；

图5是本发明提供的一种电动汽车动力电池均衡控制方法应用于电动汽车处于充电状态时的更详细的流程示意图；

图6是本发明提供的一种电动汽车动力电池均衡控制方法应用于电动汽车处于放电状态时的更详细的流程示意图；

图7是本发明提供的一种电池管理系统的一个实施例的电路拓扑结构示意图；

图8是图7的电池管理单元中所采用的进行均衡的电路一个实施例的结构示意图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明提供的一种电动汽车动力电池均衡控制方法的主流程示意图；在该实施例中，该方法包括如下的步骤：

步骤S10，在电动汽车处于充电状态或放电状态时，且当所述电池组中任一电池单体对应的均衡时间大于零，判断其电池组是否需要进行均衡处理；具体地，当电动汽车处于充电状态时，当所有电池组的当前电压均未达到电池单体保护点电压（如，4.2V），根据存储有所述各电池单体的均衡时间的存储器中读取每一电池单体对应的均衡时间，当所述电池组中任一电池单体的均衡时间大于零，则确定电池组需要进行均衡处理；

在电动汽车处于放电状态时，当电池组中任一电池单体对应的均衡时间大于零，则确定电池组需要进行均衡处理。

步骤S12，当需要进行均衡处理时，确定在所有电池组中需要进行均衡处理的各电池单体；具体地，根据存储有所述各电池单体的均衡时间的存储器中读取每一电池单体对应的均衡时间，当所述电池组中任一电池单体的均衡时间大于零，则确定与该均衡时间相对应的电池单体需要进行均衡处理；

步骤S14，从存储有所述各电池单体的均衡时间的存储器中读取所述需要进行均衡处理的各电池单体的均衡时间，并对所述各电池单体以对应的均衡时间进行均衡处理。

请参考如2所示，是图1中步骤S10中的一个实施例的更详细的流程示意图，具体地，其是步骤S10中进一步包括的步骤：在电动汽车处于充状态时，当任一电池组的当前电压达到了电池单体的保护电压时，则重新确定电池组的每一电池单体的均衡时间，并将所述每一电池单体的均衡时间存储进可擦写存储器中；

其中，所述重新确定电池组的每一电池单体的均衡时间的步骤包括：

步骤S20，判断电池组中各电池单体的最大电压差值是否大于一预定电压差阈值（如50mv）；

步骤S21，如果判断结果为否，则将所述电池组中每一电池单体的均衡时间均更新为零，并存储进可擦写存储器中；

步骤S22，如果判断结果为是，则记录每一电池组的各电池单体的当前电压值，并分别与其中最低电压值进行求差，获得每一电池单体与最低电压值之间的电压差值；根据每一电池单体的电压差值，重新确定所述每一电池单体对应的均衡时间；将所述每一电池单体的均衡时间存储进可擦写存储器中；

其中，根据每一电池单体的电压差值，重新确定所述每一电池单体对应的均衡时间的步骤具体为：根据电芯动态充电SOC-V曲线获得所述每一电池单体电压差值对应的容量差，根据所述容量差与预定的均衡电流值进行计算获得均衡时间。下述以一个例子进行说明，如图3所示，示出了一种动态充电SOC-V曲线，其是在环境温度为25摄氏度，以1C的充电电流进行充电，经过测试获得的。在该实施例中，当其一电池组的当前电压达到了电池单体保护点电压（如，4.2V）时，其中一个电池单体的当前电压值为4.1V，而假设当前电池单体最低的电压值为3.6V，故两者的差值为0.5V，通过该动态充电SOC-V曲线可知其对应的相差65%左右的容量差，将该容量差与均衡电流进行计算（如相除），即可以获得该电池单体的均衡时间，采用同样的方法，可以获得其它电池单体的均衡时间。

同时，将所述每一电池单体的均衡时间存储进一个可擦写存储器中时，可以同时写入校验信息。

如图4所示，是图1中步骤S14的一个实施例的更详细的流程示意图；该步骤S14进一步包括：

步骤S30，从所述可擦写存储器中，读出每一电池单体的均衡时间；

步骤S32，判断所述均衡时间是否为零，如果判断结果为否，则启动对相应电池单体的电池均衡；

步骤S34，定时对所述每一电池单体的均衡时间进行递减更新处理（例如每隔3秒更新一次，即将当前的均衡时间减去3秒钟获得最新的均衡时间），将更新后的最新均衡时间替换所述可擦写存储器中所述电池单体的对应的均衡时间；

步骤S36，重复上述步骤，若判断到某一电池单体的均衡时间为零，则停止对相应的电池单体进行电池均衡。

为了便于对本发明的工作原理进行理解，在图5示出了本发明应用于电动汽车处于充电状态时的更详细的流程示意图；

在图5中，当汽车进入充电流程时，首先在步骤S51中判断任一电池单体的电压是否达到了充电保护点电压（如，4.2V）；当判断结果为是，则进入步骤S52；否则进入步骤S56；

在步骤S52中，判断电池组中电池单体的最高、最低电压是否处于正常范围，以及电压采集线没有断线的情形，如果判断结果为否，则在步骤S54中，停止均衡流程；如果判断结果为是，则进入步骤S59；

在步骤S59中，判断电池组中各电池单体的最大电压差值是否大于一预定电压差阈值（如50mv），其中具体地预定电压差阈值可以根据需要进行设置；

如果判断结果为否，则在步骤S60中将所述电池组中每一电池单体的均衡时间均更新为零，并存储进可擦写存储器（如EEPROM）中，然后转至步骤S57；

如果判断结果为是，则在步骤S53中，记录所有电池组的各电池单体的当前电压值，并与最低电压求差，通过换算获得各电池单体的最新均衡时间；

在步骤S55中，将各电池单体的最新均衡时间记录到步骤S60中提及的可擦写存储器中，并写入校验信息；

在步骤S56中，判断各电池单体的均衡时间是否为0，如判断结果为是，则在步骤S57中，停止对相应电池单体进行均衡，即给对所述电池单体进行控制的从板发送均衡停止命令； 如判断结果为否，则进行步骤S58；

在步骤S58中，判断当前是否满足均衡条件，例如当前的电池温度是否处于预定的范围内，如否，则在步骤S57中，停止对相应电池单体进行均衡；如是，则在步骤S59中，对相应的电池单体进行均衡，即给对所述电池单体进行控制的从板发送均衡开启命令，同时定时更新该电池单体对应的均衡时间，并把最新的均衡时间写入到该可擦写存储器的相应位置中。

在图6示出了本发明应用于电动汽车处于放电状态时的更详细的流程示意图；

在图6中，当汽车进入放电流程时，首先在步骤S61中读取可擦除存储器（EEPROM）中的信息，如位置信息、校验信息等；

在步骤S62中，对校验信息进行判断，确定该校验信息是否正常；

如果步骤S62中的判断结果为是，则在步骤S64中，读取电池组中各电池单体对应的均衡时间；如果步骤S62中的判断结果为否，则在步骤S63中停止均衡流程；

在步骤S65中，判断各电池单体的均衡时间是否为0，如判断结果为是，则在步骤S66中，停止对相应电池单体进行均衡，即给对所述电池单体进行控制的从板发送均衡停止命令； 如判断结果为否，则进行步骤S67；

在步骤S67中，判断当前是否满足均衡条件，例如当前的电池温度是否处于预定的范围内，如否，则在步骤S66中，停止对相应电池单体进行均衡；如是，则对相应的电池单体进行均衡，即给对所述电池单体进行控制的从板发送均衡开启命令，同时定时更新该电池单体对应的均衡时间，并在步骤S69中把最新的均衡时间写入到该可擦写存储器的相应位置中，并同时写入校验信息。

结合图1至图6的介绍，本发明的实施例所提供的电动汽车动力电池均衡控制方法，可以利用充电时电池单体电压未到达电池保护和放电时这两个时间段进行均衡，由于电动汽车几乎每天都需要充电，在充电时判断是否需要均衡操作，使得进入均衡判断的次数比较多，能够及时对电池进行均衡操作；

同时，在充电时判断是否需要均衡操作，不需要考虑电池静置时间；而且由于充电电流可控，根据电芯动态充电SOC-V曲线，可以比较准确的获取均衡时间；

另外，在充电未到达电池保护点电压之前以及放电时进行均衡，通过长均衡时间，可以实现小电流（均衡电流=容量差/均衡时间）均衡功能，有效降低硬件成本，并且减少了硬件电路散热风险，并且小电流均衡对电池寿命有一定的保护作用。

如图7所示，示出了本发明提供的一种电池管理系统的一个实施例的电路拓扑结构示意图；如图7所示，本发明实施例的电池管理系统包括控制板1、多个采集从板2以及多个电池组3。其中，每个电池组中包括多个电池单体30，采集从板2中包含有多个电池管理单元20，每个电池管理单元20分别与一个电池单体30相对应，用于采集每个电池单体的电池参数，如电池电压、温度等。控制板1通过CAN总线与多个采集从板2相连接，在控制板1中包含有电池电子控制单元10以及可擦写存储单元12。可擦写存储器12用于存储每一个电池单体的均衡时间；电池电子控制单元10用于通过采集从板中的电池管理单元20收集电池单体30的电池参数，并根据电池参数生成电池单体均衡控制指令，包括计算获得各电池单体的均衡时间，以及控制电池管理单元20对相应的电池单体开启均衡或停止均衡处理过程；其中，该均衡控制指令可以包括均衡停止命令以及均衡开启命令。具体的生成电池单体的均衡控制指令，以及控制对电池单体开启均衡或停止均衡的过程，可以参见前述对图1至图6的介绍。

图8是图7的电池管理单元中所采用的进行均衡的电路一个实施例的结构示意图。其中，该进行均衡的电路包括有MOS开关管200、均衡电阻R1；通过均衡控制指令可以控制MOS开关管的通断，当均衡控制指令为均衡开启命令，则MOS开关管200连通，则均衡电阻R1上有电池通过，可以对电池单体30实现均衡的作用；当均衡控制指令为均衡停止命令，则MOS开关管200断开，则均衡电阻R1上没有电池通过，可以实现对电池单体30停止均衡。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

本发明的实施例所提供的电动汽车动力电池均衡控制方法，可以利用充电时电池单体电压未到达电池保护和放电时这两个时间段进行均衡，由于电动汽车几乎每天都需要充电，在充电时判断是否需要均衡操作，使得进入均衡判断的次数比较多，能够及时对电池进行均衡操作；

同时，在充电时判断是否需要均衡操作，不需要考虑电池静置时间；而且由于充电电流可控，根据电芯动态充电SOC-V曲线，可以比较准确的获取均衡时间；

另外，在充电未到达电池保护点电压之前以及放电时进行均衡，通过长均衡时间，可以实现小电流（均衡电流=容量差/均衡时间）均衡功能，有效降低硬件成本，并且减少了硬件电路散热风险，并且小电流均衡对电池寿命有一定的保护作用。

发明以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。