用于电池组的被动均衡方法及系统与流程

本发明涉及电池领域，具体地涉及一种用于电池组的被动均衡方法及系统。

背景技术

由于锂电池组在生产、分容时的参数差异，锂电池组的一致性存在差异，并且因为后续电池组实际使用环境的不同，随着电池组循环次数的增加，导致电池的一致性差异逐渐增加，影响电池寿命。通过均衡可以改善电池组的一致性。

当前均衡技术可分为主动均衡与被动均衡。针对被动均衡，当判断某几节电池的单体电压明显高于其他电池时，则对其开启均衡电路，对其进行放电，改善其一致性；针对主动均衡，当判断出某几节电池的单体电压明显低于其他电池时，则对其开启均衡电路，对其进行充电，改善其一致性。从上面可以看出，无论哪种均衡方式，大多通过电池的单体电压，来判断该节电池是否需要开启均衡，因此单体电压检测的准确性直接影响着均衡开启的准确性，然而由于单体电压检测线往往较长，线阻的存在导致电压检测的误差较大，尤其是当均衡开启时，均衡电流的存在导致电池单体电压的测量值与真实值之间存在差异，影响电池均衡的准确性。当前往往通过均衡开启前的单体电压值作为均衡开启的条件，影响均衡开启的有效性与准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于电池组的被动均衡方法及系统，该被动均衡方法及系统可以使得被动均衡后的单体电池的电压的一致性更高。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种用于电池组的被动均衡方法，该被动均衡方法包括：

以第一电流值分别对所述电池组中的每节单体电池进行第一次充电；

分别检测所述每一节单体电池的第一电压；

以第二电流值分别对所述每一节单体电池进行第二次充电；

分别检测所述每一节单体电池的第二电压；

根据方程(1)分别计算用于执行所述被动均衡方法的电路连接在每节所述单体电池两端的线路的阻值总和(r1+r2)，

其中，vc1为所述第一电压，vc2为所述第二电压，i1为所述第一电流值，i2为所述第二电流值，r1为所述电路连接在所述单体电池的一端的线路的阻值，r2为所述电路连接在所述单体电池的另一端的线路的阻值，vt为所述单体电池的真实电压；

分别检测每节所述单体电池的第三电压；

根据每节单体电池的所述第三电压和所述阻值总和分别计算每节单体电池的真实电压；

将每节所述单体电池的所述真实电压进行比对，确定所述电池组的单体电池的真实电压的最大值和最小值之间的差值；

判断所述差值是否大于需要开启所述被动均衡的启动电压阈值；

在判断所述差值大于所述启动电压阈值的情况下，执行被动均衡操作。

可选地，所述执行被动均衡操作包括：

从所述电池组中筛选出真实电压最高的至少一节单体电池进行被动均衡；

实时检测所述被被动均衡的单体电池的电压；

判断所述被被动均衡的单体电池的电压是否大于剩余的所述单体电池的真实电压；

在判断所述被被动均衡的单体电池的电压不大于剩余的所述单体电池的真实电压中的至少一者的情况下，重新检测每节所述单体电池的第三电压直到所述差值不大于所述启动电压阈值。

可选地，所述被动均衡包括：将所述真实电压最高的至少一节所述单体电池放电。

可选地，所述第一次充电和所述第二次充电的充电时间为0.1秒至1秒。

可选地，所述分别检测所述每一节单体电池的第一电压包括：

采用电池管理系统bms检测所述第一电压。

本发明的另一方面还提供一种用于电池组的被动均衡系统，所述被动均衡系统包括：

电压传感器，用于检测所述电池组的每节单体电池的电压；

开关电源；

控制器，分别与所述电压传感器、所述开关电源连接，用于：

控制所述开关电源以第一电流值分别对所述电池组中的每节单体电池进行第一次充电；

通过所述电压传感器获取每节所述单体电池的第一电压；

控制所述开关电源以第二电流值分别向每节所述单体电池进行第二次充电；

通过所述电压传感器获取每节所述单体电池的第二电压；

根据公式(1)计算所述被动均衡系统连接在每节所述单体电池两端的线路的阻值总和(r1+r2)，

其中，vc1为所述第一电压，vc2为所述第二电压，i1为所述第一电流值，i2为所述第二电流值，r1为所述电路连接在所述单体电池的一端的线路的阻值，r2为所述电路连接在所述单体电池的另一端的线路的阻值，vt为所述单体电池的真实电压；

通过电压传感器获取每节所述单体电池的第三电压；

根据每节单体电池的所述第三电压和所述阻值总和分别计算每节单体电池的真实电压；

将每节所述单体电池的所述真实电压进行比对，确定所述电池组的单体电池的真实电压的最大值和最小值之间的差值；

判断所述差值是否大于需要开启所述被动均衡的启动电压阈值；

在判断所述差值大于所述启动电压阈值的情况下，执行被动均衡操作。

可选地，所述执行被动均衡操作包括：

从所述电池组中筛选出真实电压最高的至少一节单体电池进行被动均衡；

通过电压传感器实时获取所述被被动均衡的单体电池的电压；

判断所述被被动均衡的单体电池的电压是否大于剩余的所述单体电池的真实电压；

在判断所述被被动均衡的单体电池的电压不大于剩余的所述单体电池的真实电压中的至少一者的情况下，重新检测每节所述单体电池的第三电压直到所述差值不大于所述启动电压阈值。

可选地，所述被动均衡包括：

将所述真实电压最高的至少一节所述单体电池放电。

可选地，所述第一次充电和所述第二次充电的充电时间为0.1秒至1秒。

可选地，所述电压传感器包括：bms。

通过上述技术方案，本发明提供的用于电池组的被动均衡方法和系统通过改变单体电池的充电电流的大小来计算连接在单体电池两端的电路的线阻，从而使得对单体电池的真实电压的检测更加精确，从而提高经过被动均衡后的单体电池的电压的一致性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的用于电池组的被动均衡方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施方式的用于电池组的被动均衡系统的结构框图；以及

图3是根据本发明的一个实施方式的电池组的线路的电阻的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示是根据本发明的一个实施方式的用于电池组的被动均衡方法的流程图。在图1中，该被动均衡方法可以包括：

在步骤s01中，以第一电流值分别对电池组中的每一节单体电池进行第一次充电。在本发明的该实施方式中，该第一电流值的取值范围可以是例如1毫安(ma)至100ma。该步骤01可以是例如通过控制器控制开关电源以第一电流值对电池组的每一节单体电池进行充电来执行。在本发明的一个示例中，为了避免由于充电时间过长而对该单体电池的电压造成影响，同时考虑到电压检测设备的反应时间，该第一次充电的充电时间可以例如为0.1秒(s)至1s。

在步骤s02中，分别检测每一节单体电池的第一电压。在本发明的该实施方式中，该步骤s02可以是例如将电压传感器通过连接在每一节单体电池的两端的线路(这样便于检测出该线路的电阻)接入每节单体电池的正负极以检测该单体电池的第一电压。此外，考虑到实际电路设计的成本，也可以直接通过bms来检测该第一电压。

在步骤s03中，以第二电流值分别对每一节单体电池进行第二次充电。在本发明的该实施方式中，该第二电流值的取值范围可以是例如1毫安(ma)至100ma。该步骤03可以是例如通过控制器控制开关电源以第二电流值对电池组的每一节单体电池进行充电来执行。在本发明的一个示例中，为了避免由于充电时间过长而对该单体电池的电压造成影响，同时考虑到电压检测设备的反应时间，该第二次充电的充电时间可以例如为0.1秒(s)至1s。

在步骤s04中，分别检测每一节单体电池的第二电压。在本发明的该实施方式中，该步骤s04可以是例如将电压传感器通过连接在每一节单体电池的两端的线路(这样便于检测出该线路的电阻)接入每节单体电池的正负极以检测该单体电池的第二电压。此外，考虑到实际电路设计的成本，也可以直接通过bms来检测该第二电压。

在步骤s05中，根据方程(1)计算用于执行该被动均衡方法的电路连接在单体电池两端的线路的阻值总和(r1+r2)，

其中，vc1为第一电压，vc2为第二电压，i1为第一电流值，i2为第二电流值，r1为连接在该单体电池(例如图3中示出的单体电池b1)的一端的线路的阻值(如图3所示)，r2为连接在该单体电池的另一端的线路的阻值(如图3所示)，vt为单体电池的真实电压。

在步骤s06中，检测每个单体电池的第三电压。在本发明的该实施方式中，虽然在上述步骤s02和步骤s04已经对每个单体电池的电压进行检测，但是，上述两个步骤中的检测是为了计算连接在单体电池的两端的线路的阻值总和。在计算出该阻值总和后，为了计算该单体电池的真实电压，需要再次对该单体电池的两端的电压进行检测。考虑到此时不需要对电池两端的电流大小进行限定，所以，可以采用电压传感器通过单体电池的两端的线路直接与该单体电池的两端连接来实现。

在步骤s07中，根据阻值总和计算真实电压。在本发明的该实施方式中，考虑到每个单体电池两端的线路的阻值总和可能不同，所以可以将检测到的第三电压分别减去对应的单体电池的两端的阻值总和以获取该单体电池的真实电压。

在步骤s08中，将每一节单体电池的真实电压进行比对，确定该电池组的单体电池的真实电压的最大值和最小值之间的差值。在本发明的一个实施方式中，可以是例如控制器将每一节单体电池的真实电压进行比对，从而确定该单体电池的真实电压的最大值和最小值之间的差值。

在步骤s09中，判断差值是否大于需要开启被动均衡的启动电压阈值。在本发明的该实施方式中，由于开启被动均衡需要一定的启动条件，例如电池组中的各节单体电池的电压差大于需要开启被动均衡的启动电压阈值。此时，电池组中的各节单体电池的不一致性会严重影响电池组整体的输出效率，因此需要开启被动均衡。所以在步骤s08中计算出差值后，在该步骤s09中将该差值与启动电压阈值进行比对，判断该差值是否大于该启动电压阈值，从而判断该电池组是否需要开启被动均衡。对于该启动电压阈值的取值，可以是根据实际电池组中的单体电池的数量以及输出电压来确定，在本发明的该实施方式中，在该电池组为锂电池组的情况下，可以将该启动电压阈值设定为20毫伏(mv)至60mv。在其他材料的电池组的情况下，该启动电压阈值也可以设定为其他数值。此外，在判断该差值不大于启动电压阈值的情况下，此时说明该电池组不满足该被动均衡的启动条件，因此可以直接结束本次被动均衡。考虑到在该电路工作的过程中需要触发检测单体电池的真实电压的条件，所以可以是例如在人为启动该电路后，该电路通过检测真实电压来判断该电池组是否满足启动条件，在满足启动条件的情况下再进一步判断是否需要开启被动均衡操作。在本发明的另一个示例中，也可以是例如预先设定一个时间周期，每隔一个该时间周期启动检测该单体电池的真实电压的机制，并进一步判断该电池组是否满足被动均衡的条件，该时间周期可以是例如1小时、2小时或24小时。上述列举的数值例如“1小时”等仅限于解释本发明，并不对本发明的保护范围造成限制。在本发明的同一技术构思下，根据不同的使用条件(例如电池的数量、设备的使用频率等)，上述各节数值均可以相应改变。

在判断差值大于启动电压阈值的情况下，执行被动均衡操作。在本发明的该实施方式中，在判断该差值大于启动电压阈值的情况下，此时说明该电池需要开启被动均衡，因此可以开启该被动均衡操作。在本发明的一个示例中，该被动均衡操作可以是例如步骤s10、步骤s11和步骤s12。

在步骤s10中，从电池组中筛选出真实电压最高的至少一节单体电池进行被动均衡。在本发明的该实施方式中，该步骤s10可以是例如将该电池组中的至少一节真实电压最高的单体电池进行被动均衡(例如将该至少一节单体电池进行放电以降低该单体电池的电压)。

在步骤s11中，实时检测被被动均衡的单体电池的电压。在本发明的该实施方式中，该步骤s11可以是例如通过bms实时检测该被被动均衡的单体电池的电压。

在步骤s12中，判断该被均衡的单体电池的电压是否大于电池组中所有单体电池的真实电压。在该实施方式中，bms实时检测该被被动均衡的单体电池的电压，该单体电池的电压由于被被动均衡(放电)后会随着放电时间的增加而减少，当该被均衡的单体电池的电压不大于电池组中所有单体电池的真实电压中的至少一者时，说明该单体电池并非该电池组中的电压最高的单体电池，因此不需要再对该单体电池进行均衡。但是，此时已然无法判断该电池组是否已经不满足被动均衡的条件，所以需要重新检测该电池组中每一节单体电池的真实电压，故在判断该被均衡的单体电池不大于所有单体电池的真实电压中的至少一者的情况下，重新开启检测该电池组的每个单体电池的第三电压并根据线路的阻值总和计算每个单体电池的真实电压(即返回步骤s06)。此外，在判断该被均衡的单体电池大于所有单体电池的真实电压的情况下，此时说明该单体电池依然需要被动均衡，所以继续对该单体电池进行被动均衡(放电)直到该被均衡的单体电池不大于所有单体电池的真实电压中的至少一者。

本发明的另一方面还提供一种用于电池组的被动均衡系统。如图2所示，该被动均衡系统可以包括电压传感器01、开关电源02和控制器03。

该电压传感器01可以用于检测电池组的每一节单体电池的电压。由于需要考虑该被动均衡系统连接在每个单体电池两端的线路的阻值，因此，该电压传感器01可以是例如通过该被动均衡系统连接在单体电池两端的线路接入该单体电池的正极和负极。

控制器03可以分别与电压传感器01、开关电源02连接，可以用于执行如图1所示的被动均衡方法：

在步骤s01中，控制开关电源02以第一电流值分别对电池组中的每一节单体电池进行第一次充电。在本发明的该实施方式中，该第一电流值的取值范围可以是例如1毫安(ma)至100ma。此外，为了避免由于充电时间过长而对该单体电池的电压造成影响，同时考虑到电压检测设备(例如电压传感器01)的反应时间，该第一次充电的充电时间可以例如为0.1秒(s)至1s。

在步骤s02中，通过电压传感器01获取每一节单体电池的第一电压。此外，考虑到实际电路设计的成本，也可以采用bms替代该电压传感器01来检测该第一电压。

在步骤s03中，控制开关电源02以第二电流值分别对每一节单体电池进行第二次充电。在本发明的该实施方式中，该第二电流值的取值范围可以例如为1毫安(ma)至100ma，该第二次充电的充电时间可以例如为0.1秒(s)至1s。

在步骤s04中，通过电压传感器01获取每一节单体电池的第二电压。在本发明的该实施方式中，该步骤s04可以是例如将电压传感器通过连接在每一节单体电池的两端的线路(这样便于检测出该线路的电阻)接入每节单体电池的正负极以检测该单体电池的第二电压。

在步骤s05中，根据方程(1)计算用于执行该被动均衡方法的电路连接在单体电池两端的线路的阻值总和(r1+r2)，

其中，vc1为第一电压，vc2为第二电压，i1为第一电流值，i2为第二电流值，r1为连接在该单体电池(例如图3中示出的单体电池b1)的一端的线路的阻值(如图3所示)，r2为连接在该单体电池的另一端的线路的阻值(如图3所示)，vt为单体电池的真实电压。

在步骤s06中，通过电压传感器01获取每个单体电池的第三电压。在本发明的该实施方式中，虽然在上述步骤s02和步骤s04已经对每个单体电池的电压进行检测，但是，上述两个步骤中的检测是为了计算连接在单体电池的两端的线路的阻值总和。在计算出该阻值总和后，为了计算该单体电池的真实电压，需要再次对该单体电池的两端的电压进行检测。考虑到此时不需要对电池两端的电流大小进行限定，所以，可以采用电压传感器01通过单体电池的两端的线路直接与该单体电池的两端连接来实现。

在步骤s07中，控制器03根据阻值总和计算真实电压。在本发明的该实施方式中，考虑到每个单体电池两端的线路的阻值总和可能不同，所以控制器03可以将检测到的第三电压分别减去对应的单体电池的两端的阻值总和以获取该单体电池的真实电压。

在步骤s08中，控制器03将每一节单体电池的真实电压进行比对，确定该电池组的单体电池的真实电压的最大值和最小值之间的差值。

在步骤s09中，控制器03判断差值是否大于需要开启被动均衡的启动电压阈值。在本发明的该实施方式中，由于开启被动均衡需要一定的启动条件，例如电池组中的各节单体电池的电压差大于需要开启被动均衡的启动电压阈值。此时，电池组中的各节单体电池的不一致性会严重影响电池组整体的输出效率，因此需要开启被动均衡。所以在步骤s08中计算出差值后，在该步骤s09中将该差值与启动电压阈值进行比对，判断该差值是否大于该启动电压阈值，从而判断该电池组是否需要开启被动均衡。对于该启动电压阈值的取值，可以是根据实际电池组中的单体电池的数量以及输出电压来确定，在本发明的该实施方式中，在该电池组为锂电池组的情况下，可以将该启动电压阈值设定为20毫伏(mv)至60mv。在其他材料的电池组的情况下，该启动电压阈值也可以设定为其他数值。此外，在判断该差值不大于启动电压阈值的情况下，此时说明该电池组不满足该被动均衡的启动条件，因此可以直接结束本次被动均衡。考虑到在该被动均衡系统工作的过程中需要触发检测单体电池的真实电压的条件，所以可以是例如在人为启动该系统后，该系统通过检测真实电压来判断该电池组是否满足启动条件，在满足启动条件的情况下再进一步判断是否需要开启被动均衡操作。在本发明的另一个示例中，也可以是例如预先设定一个时间周期，每隔一个该时间周期启动检测该单体电池的真实电压的机制，并进一步判断该电池组是否满足被动均衡的条件，该时间周期可以是例如1小时、2小时或24小时。上述列举的数值例如“1小时”等仅限于解释本发明，并不对本发明的保护范围造成限制。在本发明的同一技术构思下，根据不同的使用条件(例如电池的数量、设备的使用频率等)，上述各节数值均可以相应改变。

在判断差值大于启动电压阈值的情况下，执行被动均衡操作。在本发明的该实施方式中，在判断该差值大于启动电压阈值的情况下，此时说明该电池需要开启被动均衡，因此可以开启该被动均衡操作。在本发明的一个示例中，该被动均衡操作可以是例如步骤s10、步骤s11和步骤s12。

在步骤s10中，控制器03从电池组中筛选出真实电压最高的至少一节单体电池进行被动均衡。在本发明的该实施方式中，该步骤s10可以是例如将该电池组中的至少一节真实电压最高的单体电池进行被动均衡(例如将该至少一节单体电池进行放电以降低该单体电池的电压)。在本发明的一个示例中，将该单体电池放电可以是例如将该单体电池的两端分别通过可控开关与放电电阻连接，在该可控开关闭合时，放电电阻消耗单体电池的电量以使得该单体电池放电。

在步骤s11中，控制器03通过电压传感器01实时获取被被动均衡的单体电池的电压。在本发明的该实施方式中，也可以是例如控制器03通过bms实时检测该被被动均衡的单体电池的电压。

在步骤s12中，控制器03判断该被均衡的单体电池的电压是否大于电池组中所有单体电池的真实电压。在该实施方式中，bms(或电压传感器01)实时检测该被被动均衡的单体电池的电压，该单体电池的电压由于被被动均衡(放电)后会随着放电时间的增加而减少，当该被均衡的单体电池的电压不大于电池组中所有单体电池的真实电压中的至少一者时，说明该单体电池并非该电池组中的电压最高的单体电池，因此不需要再对该单体电池进行均衡。但是，此时已然无法判断该电池组是否已经不满足被动均衡的条件，所以需要重新检测该电池组中每一节单体电池的真实电压，故在判断该被均衡的单体电池不大于所有单体电池的真实电压中的至少一者的情况下，重新开启检测该电池组的每个单体电池的第三电压并根据线路的阻值总和计算每个单体电池的真实电压(即返回步骤s06)。此外，在判断该被均衡的单体电池大于所有单体电池的真实电压的情况下，此时说明该单体电池依然需要被动均衡，所以继续对该单体电池进行被动均衡(放电)直到该被均衡的单体电池不大于所有单体电池的真实电压中的至少一者。

在本发明的一个实施方式中，该控制器03可以为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多节微处理器、与dsp核心相关联的一节或多节微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、任何其它类型的集成电路(ic)、状态机等。

通过上述技术方案，本发明提供的用于电池组的被动均衡方法和系统通过改变单体电池的充电电流的大小来计算被动均衡电路的线阻，从而使得对单体电池的真实电压的检测更加精确，从而提高经过被动均衡后的单体电池的电压的一致性。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述可选实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各节具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一节存储介质中，包括若干指令用以使得一节(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各节实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。