电池主动均衡方法及存储介质与流程

本发明涉及电池管理，特别涉及一种电池主动均衡方法及存储介质。

背景技术：

1、随着新能源技术的快速发展和进步，电子设备对于电池的需求也日益增强，如何将电池模组的体积进一步的小型化、便携化、轻量化，如何减少线缆过度连接造成的生产资源浪费，如何避免均衡电流过大时过多的线缆和连接件引入的接触电阻所引起的线压降影响电池的电压检测，如何将电池的寿命进一步提高，减少和延缓电池废弃或者拆解对于生态环境的影响，是电池发展中不可避免的问题。

2、通常由于电池单体之间存在的差异性，串联或者并联形成的电池模组在充电过程中电池容量较低的电池会最先充满，从而导致电池模组的其他电池无法继续充电，此时整个电池模组只有部分电池容量处于相对饱和状态，部分电池容量还处于未充满状态，即未达到其标称的电池容量，从而导致整个电池模组的总体电池容量偏低，不满足电池模组的标称状态，也不符合能量转化效率最大的要求。电池模组的放电过程亦是如此，电池容量最小的电池最先放电完成，而部分电池容量还有富余，但由于容量最小的电池已经完成了放电，导致电池模组的其他还有一定容量的电池无法继续放电，继而导致电池模组整体放电的利用率偏低。

3、为解决上述问题中电池单体之间的差异问题，针对电池的均衡系统应运而生，利用电池系统将减少电池模组中电池的差异，通过减少电池的差异来延长电池模组的使用寿命，同时提高能量转化的利用率，通过电池均衡的方式将电池模组内电池之间的能量相互传递和转移，以使每个电池都能够在充电时达到最佳容量状态，放电时也能使每个电池都在安全可控的范围内尽可能的输出足够多的能量。

4、因此，电池均衡芯片应运而生，由于电池均衡芯片总是伴随着电池模组出现的，所以如何减少电池均衡芯片的体积，如何减少电池与均衡芯片的连接线束，如何提高电池寿命降低发热量等问题成为电路设计者面临的关键问题，因此对电池均衡的研究工作显得尤为重要和迫切。

5、目前，在传统电池系统的应用场合，绝大多数的电池系统是利用功率电阻放电式的被动电池均衡方式，使用功率电阻对充电较快的电池进行放电，从而使整个电池模组中其他容量的电池能够继续进一步充电，继而使整个电池模组达到最佳的容量状态，同时这种方案需要将电池的电压检测和电阻的放电路径分开配置，需要用到较多的线束，否则会导致在电池在充电过程中线缆上的电压降，从而导致电池端的电压检测芯片检测到的电压不准，与实际值会有差异，从而导致均衡系统可能判断失误，可能导致均衡策略方向相反。同时过多的线束连接和配置也会在电池的端子上使用垫片或者其他固定方式而造成更多的接触电阻，继而进一步导致电压检测的不准确性，同时线束的连接对于电池模组的体积的影响是不可避免的。

6、由于需要采样电池两端的电压以及需要保证电池通过大电流时电压不受影响，所有的电池均衡芯片和电池的线束必须将电池的电压采样和电池的均衡线缆路径分开设置，否则必然导致电压检测的差异性会更多，损耗也会随着电池模组中电池的增加而增多，进而导致在一些小体积或者有对空间有一定要求的场合应用受限。进一步的，由于现有技术中使用被动的功率电阻放电的方式，会导致发热量较大，限制了均衡电流的最大使用范围，从根本上无法使用大电流均衡，均衡效率和均衡效果的时间会较长，能量间转化的利用率也较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池主动均衡方法及存储介质，可以实现将电池组内电池单元之间的能量相互传递和转移，以通过减少电池单元的差异来延长电池组的使用寿命并提高能量转化的利用率，通过电池均衡的方式使每个电池单元都能够在充电时充到最佳容量状态，放电时也能使每个电池单元都在安全可控的范围内尽可能的输出足够多的能量，还可以实现减少电池单元上用来检测电池单元的电压的连线端子，避免引额外的接触电阻，保证电池单元的电压检测的准确性，并可进一步提高电池单元的均衡电流、减少发热。

2、基于本发明的一个方面，本发明提供一种电池系统，所述电池系统包括电池串、多个电感和至少一片均衡芯片，所述电池串包括依次串联的至少两个电池单元，且任意相邻的两个所述电池单元为一电池组，所述电池组与所述电感一一对应，所述电池组与所述均衡芯片一一对应；所述均衡芯片包括两个功率管，两个所述功率管彼此串联后并联在对应的所述电池组的两端，且两个所述功率管之间的连接点通过所述电感连接至所述电池组中的两个电池单元之间的连接点。

3、可选的，所述电池系统还包括多个电容，每个所述电池单元的两端并联至少一个所述电容。

4、可选的，所述均衡芯片包括两个电压检测单元，两个所述电压检测单元用于分别检测对应的所述电池组中两个电池单元的电压。

5、可选的，所述均衡芯片包括两个所述电压驱动单元，两个所述电压驱动单元用于分别控制两个所述功率管的导通或截止。

6、可选的，所述均衡芯片包括电流检测单元，所述电流检测单元用于检测流经所述功率管的电流。

7、可选的，所述均衡芯片包括断续模式控制器，所述断续模式控制器用于驱使所述电压驱动单元控制两个所述功率管交替导通的频率逐渐降低，比如由第一开关频率逐渐降低。

8、可选的，所述均衡芯片还包括基准电压调节器，所述电压检测单元以所述基准电压调节器提供的电压为基准参考值来检测所述电池单元的电压。

9、可选的，所述电池系统包括至少两组所述电池组和至少两片所述均衡芯片，所述均衡芯片之间通信连接，实现将每个所述均衡芯片的基准电压调节器提供的电压调整为相同。

10、可选的，所述均衡芯片包括数据控制单元，所述数据控制单元实现所述均衡芯片之间的数据交互，交互的数据包括所述电池单元的电压和所述基准电压调节器提供的电压。

11、可选的，所述均衡芯片之间的通信方式为串行通信。

12、可选的，所述均衡芯片的其中一个所述功率管为pmos管，另一个所述功率管为nmos管。

13、基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种电池主动均衡方法，所述电池主动均衡方法包括第一均衡策略，所述第一均衡策略包括：

14、s11：利用两个电压检测单元分别检测所述电池组中的两个所述电池单元各自的电压，并将电压高的一者作为高压电池以及将电压低的一者作为低压电池，且得到二者电压的差值的绝对值为第一绝对值，其中，两个所述电压检测单元各自的一端均通过所述电感连接至两个所述电池单元之间的连接点，两个所述电压检测单元各自的另一端分别连接至所述电池组的两端；

15、s12：当所述第一绝对值大于电压检测阈值时，根据第一时间控制两个所述功率管工作以使所述高压电池给所述低压电池充电；

16、s13：控制两个所述功率管交替导通的频率逐渐降低，直至检测到所述电感的峰值电流为第三电流阈值时控制两个所述功率管均截止；

17、s14：重复s11至s13，直至检测到所述第一绝对值小于或等于所述电压检测阈值。

18、可选的，s12包括：

19、s121：当所述第一绝对值大于所述电压检测阈值时根据第一时间开始计时，且控制两个所述功率管以固定的频率（比如固定为第一开关频率）交替导通，直至检测到所述电感的峰值电流达到第一电流阈值时控制与所述高压电池连接的功率管截止；

20、s122：与所述高压电池连接的功率管截止后检测到所述电感的峰值电流达到第二电流阈值时控制与所述低压电池连接的功率管截止；

21、s123：重复所述s121至所述s122，直至所述第一时间计时结束；

22、其中，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述第三电流阈值。

23、可选的，所述第三电流阈值为零。

24、可选的，所述电池系统包括至少两组所述电池组和至少两片所述均衡芯片，所述电池主动均衡方法还包括第二均衡策略，所述第二均衡策略包括：

25、s21：利用所述电池单元各自对应的所述电压检测单元检测获取所有所述电池单元的电压，并将其中电压的最大者对应的电池单元作为电量最大电池，以及将其中电压的最小者对应的电池单元作为电量最小电池；

26、s22：所述电量最大电池的电压与所述电量最小电池的电压之间的差值的绝对值大于所述电压检测阈值时，将所述电量最大电池、所述电量最小电池以及所述电量最大电池和所述电量最小电池之间的所有电池单元作为感兴趣电池包，并按照所述电量最大电池到所述电量最小电池的方向控制所述感兴趣电池包中的所有所述电池组依次执行所述第一均衡策略；

27、s23：重复所述s21至所述s22，直至检测到任意两个所述电池单元之间的电压的差值的绝对值小于或等于所述电压检测阈值。

28、可选的，所述电池系统包括至少两组所述电池组和至少两片所述均衡芯片，所述电池主动均衡方法还包括第三均衡策略，所述第三均衡策略包括：

29、s31：利用所述电池单元各自对应的所述电压检测单元检测获取所有所述电池单元的电压，并将其中电压的最大者对应的电池单元作为电量最大电池，以及将其中电压的最小者对应的电池单元作为电量最小电池；

30、s32：所述电量最大电池的电压与所述电量最小电池的电压之间的差值的绝对值大于所述电压检测阈值时，将所述电量最大电池、所述电量最小电池以及所述电量最大电池和所述电量最小电池之间的所有电池单元作为感兴趣电池包，并按照所述电量最大电池到所述电量最小电池的方向给所述感兴趣电池包中的所有电池单元依次排序；

31、s33：按照所述电量最大电池到所述电量最小电池的方向控制所述感兴趣电池包中的所述电池组依次执行电压转移策略，所述电压转移策略被配置为控制对应的两个所述功率管交替导通以使得所述电池组中排序在前的所述电池单元给排序在后的所述电池单元转移预设的感兴趣电压；

32、s34：重复所述s31至所述s33，直至检测到任意两个所述电池单元之间的电压的差值的绝对值小于或等于所述电压检测阈值。

33、可选的，所述电量最大电池的电压为vmax，所述电量最小电池的电压为vmin，所述感兴趣电压vx=（vmax-vmin）/2。

34、可选的，所述电压转移策略包括：

35、s331：根据所述第一时间控制两个所述功率管工作以使所述电池组中排序在前的所述电池单元给排序在后的所述电池单元转移电压；

36、s332：控制两个所述功率管交替导通，且二者交替导通的频率逐渐降低，直至检测到所述电感的峰值电流达到所述第三电流阈值时控制两个所述功率管均截止；

37、s333：重复s331至s332，直至所述电池组中的两个电池单元的电压之间的差值的绝对值为所述感兴趣电压。

38、可选的，s331包括：

39、s3311：根据所述第一时间开始计时，控制两个所述功率管以固定的频率交替导通（比如固定的频率是第一开关频率）交替导通，直至检测到所述电感的峰值电流达到第一电流阈值时控制与排序在前的所述电池单元连接的功率管截止；

40、s3312：在与排序在前的所述电池单元连接的功率管截止后检测到所述电感的峰值电流达到第二电流阈值时控制与排序在后的所述电池单元连接的功率管截止；

41、s3313：重复所述s3311至所述s3312，直至所述第一时间计时结束。

42、可选的，检测到所述电感的峰值电流达到第三电流阈值时控制两个所述功率管同时截止，且同时截止的时间持续为第二时间。

43、可选的，所述s121中，在所述第一时间计时开始时最先控制与所述高压电池连接的功率管导通；

44、所述s13中，在所述第一时间计时结束后最先控制与所述高压电池连接的功率管截止；

45、所述s3311中，在所述第一时间计时开始时最先控制与排序在前的所述电池单元连接的功率管导通；

46、所述s332中，在所述第一时间计时结束后最先控制与排序在后的所述电池单元连接的功率管截止。

47、可选的，通过检测导通的所述功率管的电流从而得到所述电感的峰值电流。

48、可选的，所述电池主动均衡方法还包括：

49、给每个所述电池组均配置一基准电压调节器，并将各个所述基准电压调节器提供的电压调整为相同，从而将所述基准电压调节器提供的电压作为基准参考值来检测所有所述电池单元的电压。

50、可选的，所述电池主动均衡方法还包括：将所有所述均衡芯片按照自上而下的方向依次堆叠设置。

51、可选的，给每个所述电池组均配置一基准电压调节器，并将各个所述基准电压调节器提供的电压调整为相同；

52、将所述基准电压调节器提供的电压作为基准参考值来检测所有所述电池单元的电压。

53、可选的，所述电池主动均衡方法还包括：

54、将所述均衡芯片的其中一个所述功率管配置为pmos管，以及将另一个所述功率管配置为nmos管。

55、基于本发明的再一个方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有可被读写的程序，所述程序被执行时实现上述的电池主动均衡方法。

56、如上的电池主动均衡方法，至少具有如下三方面的技术效果：

57、第一方面，利用电感储能的特性，可在两个功率管工作而使得高压电池给低压电池充电的过程中对高压电池进行放电管理以及对低压电池进行充电管理，从而将高压电池的能量转移到低压电池上，能量的损失只限定在可忽略不计的功率管的内阻和寄生电容上，极大降低了电池系统的发热，并提高了能量转化的利用率，电池单元进行了多次的充放电管理，可延长电池系统的使用寿命。

58、第二方面，两个电压检测单元各自的一端均通过所述电感连接至两个电池单元之间的连接点，以及两个电压检测单元各自的另一端分别连接至电池组的两端，从而利用两个电压检测单元分别检测电池组中两个电池单元各自的电压。如此，在两个功率管均截止时，以及在第一时间结束后控制两个功率管的交替导通的频率逐渐降低而直到检测到电感的电流达到第三电流阈值时，电感可等效为导线，电压检测单元可直接通过等效为导线的电感连接至电池单元的两端，从而对电池单元两端的电压进行检测，相较于现有技术中的均衡芯片中的电压检测模块需要额外的引脚连接至电池单元的两端来进行电压的检测，本发明将电池单元的电压采样的线缆路径和电池单元的电池均衡路径集成在一起，可有效地减小均衡芯片引脚数量的配置，当然也减小了电池组上的连接端子的数量，具体可将现有技术中电池组的4线连接端子减少至2线连接端子。由此，连接端子的减少，也即线缆的减少，可以减少因为线缆的接触电阻等引起的电压偏差，可极大提高电池单元所检测的电压的一致性和准确性，并可进一步提高电池单元的均衡电流、减少发热，避免均衡芯片在对电池组进行均衡控制过程中出现误判。

59、第三方面，进一步地，检测到电感的峰值电流达到第三电流阈值时控制两个功率管同时截止，且同时截止的时间持续第二时间，也即在s13中，检测到电感的峰值电流达到第三电流阈值时控制两个功率管同时截止，并同时根据第二时间开始计时，且在第二时间计时结束后再返回执行s11，也即在第二时间计时结束后再次检测电池组中两个电池单元各自的电压，并判断是否进行后续的步骤。通常地，第三电流阈值设置为零，而通过第二时间的配置可以将电感的电流为零的时间段强制拉长，可以克服回路中的寄生电容或寄生电阻而导致的振铃电压波动，并且第二时间内两个功率管均截止，不会对电池单元进行充放电管理，自然也不会出现充电和放电导致的“惯性”线性，这里的“惯性”线性指的是充电过程中电池单元的电压会偏高，但是停止充电后电池单元的电压会有一定的回落。另外，电感经过第二时间的放电，完全可等效为导线，电压检测单元可进行电池单元的电压的检测。