自变周期被动均衡方法及被动均衡系统

摘要

本发明公开一种自变周期被动均衡方法及系统，其在电池组为放电状态，且放电电流小于电流阈值时，以第一均衡周期进行被动均衡；在电池组为充电状态，且最大单体电池电压小于第四电压阈值，以第二均衡周期进行被动均衡，否则，以第一均衡周期进行被动均衡；在电池组为静置状态，以第三均衡周期进行被动均衡；第三均衡周期的均衡速度大于第二均衡周期的均衡速度，第二均衡周期的均衡速度大于第一均衡周期的均衡速度。本发明实现了针对电池组的不同状态以相适应的均衡速度进行均衡，提升了电池组的被动均衡效果和均衡效率。且无论电池组在何种状态，均可以开启均衡，缩小了静置状态时各单体电池之间的压差，解决了因为压差过大导致不能充电的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电池组均衡技术领域，尤其涉及一种自变周期被动均衡方法及被动均衡系统。

背景技术

为满足电压和容量需求，在实际应用中通常将单体电池通过串联的方式组成大型的电池组。在对电池组中的单体电池进行充放电时，由于无法保证各个单体电池的各项电气及理化指标完全一致，因此，在充放电过程中会出现某一单体电池先于其它单体电池达到充放截至条件的情况。

为减小电池组内各单体电池的差异，可以采用被动均衡方式。现有技术中，往往是在电池组充电末端单体电池电压较高时进行均衡，充电结束后就停止均衡，均衡时间短，均衡容量小，均衡速度慢，电池组没有得到充分均衡。而且，如果电池组一直没有进行充电，则不能消除电池组单体电池间的电压差值，而电压差值过大会反过来导致电池组不能开启充电。

中国专利CN202011224568.3公开一种电池组的自适应均衡的控制方法、装置、设备及存储介质，其针对后备电源进行间歇充电即浮充应用场景，经过至少两次充电过程，通过复杂的均衡算法，实现电池组被动均衡的自适应控制，从而使电池组达到长期浮充的状态。但，该方法不适用于没有浮充的应用场景，例如，电动汽车电池充电、电动两轮车电池充电等应用场景，应用范围局限。

因此，亟需提供一种新的被动均衡方法及均衡系统，以解决上述现有技术中所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自变周期被动均衡方法，以提升电池组的被动均衡效果。

本发明的另一目的在于提供一种自变周期被动均衡系统，以提升电池组的被动均衡效果。

为实现上述目的之一，本发明提供一种自变周期被动均衡方法，包括：

实时采集电池组中各单体电池电压，并对单体电池电压进行大小排序；

计算最大单体电池电压与最小单体电池电压的差值，若所述差值大于或等于预设的第一电压阈值，进一步判断是否存在电压大于预设的第二电压阈值且小于预设的第三电压阈值的单体电池，若是，根据单体电池电压大小选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道；

获取电池组的状态，若电池组为放电状态，判断电池组的放电电流是否小于预设的电流阈值，若是，使选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为充电状态，判断电池组的最大单体电池电压是否小于预设的第四电压阈值，若是，使选择的均衡通道以第二均衡周期进行被动均衡，所述第二均衡周期的均衡速度大于所述第一均衡周期的均衡速度，若否，使选择的均衡通道以所述第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为静置状态，使选择的均衡通道以第三均衡周期进行被动均衡，所述第三均衡周期的均衡速度大于所述第二均衡周期的均衡速度。

较佳地，所述“根据单体电池电压大小选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道”为：选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中电压最大的多个单体电池对应的均衡通道，以同时开启多个均衡通道进行被动均衡。

较佳地，所述“获取电池组的状态”为：获取电池组的电流值大小及电流方向，若电流值持续为零，判定电池组为静置状态；若电流值持续大于零，依据电流方向判定电池组为放电状态或充电状态。

为实现上述目的之二，本发明提供一种自变周期被动均衡系统，包括被动均衡单元、模拟前端单元、通信单元、充放电信号采集单元以及控制单元，所述被动均衡单元与模拟前端单元电连接，所述通信单元与所述模拟前端单元、控制单元电连接，所述充放电信号采集单元与所述控制单元电连接。所述被动均衡单元包括有多个均衡通道，每一所述均衡通道对应一单体电池。所述模拟前端单元用于采集电池组的单体电池电压、充放电电流并通过所述通信单元发送至所述控制单元。所述充放电信号采集单元用于获取电池组的状态信息。所述控制单元被配置为：对单体电池电压进行大小排序，并计算最大单体电池电压与最小单体电池电压的差值，若所述差值大于或等于预设的第一电压阈值，进一步判断是否存在电压大于预设的第二电压阈值且小于预设的第三电压阈值的单体电池，若是，根据单体电池电压大小选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道。然后，接收电池组的状态信息，若电池组为放电状态，判断电池组的放电电流是否小于预设的电流阈值，若是，发送控制指令至所述模拟前端单元控制选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为充电状态，判断电池组的最大单体电池电压是否小于预设的第四电压阈值，若是，控制选择的均衡通道以第二均衡周期进行被动均衡，所述第二均衡周期的均衡速度大于所述第一均衡周期的均衡速度，若否，控制选择的均衡通道以所述第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为静置状态，控制选择的均衡通道以第三均衡周期进行被动均衡，所述第三均衡周期的均衡速度大于所述第二均衡周期的均衡速度。

较佳地，所述“根据单体电池电压大小选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道”为选择大于所述第二电压阈值且小于所述第三电压阈值的单体电池中电压最大的多个单体电池对应的均衡通道，所述控制单元控制多个均衡通道同时开启进行被动均衡。

较佳地，所述“获取电池组的状态”为：获取电池组的电流值大小及电流方向，若电流值持续为零，判定电池组为静置状态；若电流值持续大于零，依据电流方向判定电池组为放电状态或充电状态。

较佳地，所述被动均衡系统还包括外部通信单元，所述外部通信单元与所述控制单元电连接，用于输出所述被动均衡系统的工作状态信息以及接收参数配置。

与现有技术相比，本发明通过识别电池组的状态，根据电池组的不同状态自动改变被动均衡周期，实现了针对电池组的不同状态以相适应的被动均衡速度进行均衡，提升了电池组的被动均衡效果和均衡效率。本发明无论电池组在充电状态、放电状态还是静置状态，均可以开启被动均衡，缩小了静置状态时电池组的各单体电池之间的电压差值，解决了因为电压差值过大导致不能充电的问题，扩大了可用性，确保电池组在全生命使用周期内保持良好的一致性。

附图说明

图1是本发明一实施例自变周期被动均衡方法的流程图。

图2是本发明一实施例被动均衡自变周期的原理示意图。

图3是本发明一实施例自变周期被动均衡系统的组成结构框图。

图4是本发明一实施例自变周期被动均衡系统的部分结构原理图。

具体实施方式

为详细说明本发明的内容、构造特征、所实现目的及效果，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。

请参阅图1，图1所示实施例所提供的自变周期被动均衡方法包括步骤：

S1，实时采集电池组中各单体电池电压，并对单体电池电压进行大小排序。

S2，计算最大单体电池电压与最小单体电池电压的差值，若差值大于或等于预设的第一电压阈值V1(通常取值30mV～100mV，本实施例中第一电压阈值V1为30mV)，说明需要启动被动均衡来减少单体电池之间的压差，因此，进入步骤S3。若差值小于第一电压阈值V1，说明无需进行被动均衡，此时，若当前正处于被动均衡状态，则停止被动均衡；若当前处于未开启被动均衡的状态，则返回步骤S1继续轮询单体电池电压。

S3，判断是否存在电压大于预设的第二电压阈值V2(本实施例为3V)且小于预设的第三电压阈值V3(本实施例为4V)的单体电池，若是，根据单体电池电压大小排序结果选择大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道，并进入步骤S4。若单体电池的电压不满足大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3，则不允许进行被动均衡，此时，若当前正处于被动均衡状态，则停止被动均衡；若当前处于未开启被动均衡的状态，则返回步骤S1继续轮询单体电池电压。借由设置大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3这一条件，确保均衡通道的均衡开关能安全及可靠地受控通断。

S4，获取电池组的状态，若电池组为放电状态，进一步判断电池组的放电电流是否小于预设的电流阈值I(本实施例为5A)，以避免快速大电流变化过程中，由于电压瞬态响应快而电压采集速度滞后从而导致误判断。若电池组的放电电流小于电流阈值I，电压变化较为平缓，使选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡。若电池组的放电电流没有小于电流阈值I，此时，不宜进行被动均衡。若当前正处于被动均衡状态，则停止被动均衡；若电池组当前处于未开启被动均衡的状态，则返回步骤S1继续轮询单体电池电压。若电池组为充电状态，进一步判断电池组的最大单体电池电压是否小于预设的第四电压阈值V4(本实施例为3.6V)。若是，使选择的均衡通道以第二均衡周期进行被动均衡，第二均衡周期的均衡速度大于第一均衡周期的均衡速度，若否，使选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡。以此，保障均衡速度和防止电池过充，通常，第四电压阈值V4+50mV即为过充保护值。若电池组为静置状态，由于静置时电流为零，电压变化最平稳，可以选取最大的均衡速度进行被动均衡，因此，使选择的均衡通道以第三均衡周期进行被动均衡，第三均衡周期的均衡速度大于第二均衡周期、第一均衡周期的均衡速度。

在该实施例中，在步骤S3中，是选择大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3的单体电池中电压最大的多个单体电池对应的均衡通道，例如，由20串磷酸铁锂单体电池构成的电池组中，有6个单体电池的电压符合大于第二电压阈值V2而小于第三电压阈值V3的要求，在该实施例中，则是选择6个单体电池中电压最大的4个单体电池所对应的均衡通道，在步骤S4中，同时开启这4个均衡通道进行被动均衡。借此，既能达到较佳的被动均衡效果和均衡效率，也能避免因为过多的单体电池同时进行被动均衡导致电池组温度过高。当然，在其它实施例中，也可以是同时开启符合大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3这一条件的所有单体电池对应的均衡通道进行被动均衡。

可以理解的是，所设定的第二电压阈值V2、第三电压阈值V3、第四电压阈值V4必然是大于最小单体电池电压。第一电压阈值V1、第二电压阈值V2、第三电压阈值V3、第四电压阈值V4的具体数值为根据具体情况灵活设置，并不限于某一具体的数值。

在该实施例中，在步骤S4中，“获取电池组的状态”为：获取电池组的电流值大小及电流方向，若电流值持续为零，判定电池组为静置状态；若电流值持续大于零，电流方向持续为正，判定电池组为放电状态；若电流值持续大于零，电流方向持续为负，判定电池组为充电状态。当然，也可以通过其它方式获取电池组的状态，例如，在一实施例中，是通过获取放电钥匙信号以及供电电源的辅源信号，若获取到钥匙信号，判定电池组为放电状态；若获取到辅源信号，判定电池组为充电状态；若既没有获取到钥匙信号也没有获取到辅源信号，判定电池组为静置状态。

接下来请参阅图2，图2示出了被动均衡自变周期的原理图。如图2所示，总的均衡周期设为T，T由T1和T2两大部分组成。其中停止均衡扫描电压及电流的时间(停止均衡时间)为T1，恢复均衡及读取单体电池电压信息及电流信息的时间(均衡时间)为T2，通常T2≥T1。T1的大小通常取决于硬件设计电路，如模拟前端芯片的扫描速度，T1在10mS～50mS不等。T2则可以根据被动均衡系统的响应需求进行动态调整。以本实施例为例，由于放电过程中电流变化剧烈，电压变化速度快，对采集的响应速度要求快，因此要求总的均衡周期T较小，从而也要求T2较小。充电状态的恒流充电阶段，电压变化值波动小，对采集的响应速度要求不高，因此可以适当延长T2的时间，从而延长被动均衡时间，加快均衡的速度。相较于充电状态，静置状态可以进一步延长T2的时间，从而使被动均衡速度最大化。

举例说明，设电池组单体电池之间的电量差异Q＝200mAh，被动均衡电流最大值IB＝100mA。放电状态下的被动均衡采用第一均衡周期，停止均衡时间T1＝30mS，均衡时间T2＝30mS，总的均衡周期(第一均衡周期)T＝60mS，则均衡时间t1＝(Q/(IB*T2/T)＝(200mAh/(100mA*30mS/60mS)＝4h。充电状态下的被动均衡采用第二均衡周期时，停止均衡时间T1＝30mS，均衡时间T2＝120mS，总的均衡周期(第二均衡周期)T＝150mS，则均衡时间t1＝(Q/(IB*T2/T)＝(200mAh/(100mA*120mS/150mS)＝2.5h。静置状态下的被动均衡采用第三均衡周期，停止均衡时间T1＝30mS，均衡时间T2＝270mS,总的均衡周期(第三均衡周期)T＝300mS，则均衡时间t1＝(Q/(IB*T2/T)＝(200mAh/(100mA*270mS/300mS)≤2.23h。即是，第三均衡周期＞第二均衡周期＞第一均衡周期，均衡速度为：第三均衡周期＞第二均衡周期＞第一均衡周期。即，在考虑电池组不同状态下的特性的基础上，在静置状态，以最大的均衡速度进行被动均衡，充电状态次之，放电状态下均衡速度最慢。

接下来请参阅图3，如图3所示，自变周期被动均衡系统100包括被动均衡单元10、模拟前端单元20、通信单元30、充放电信号采集单元40以及控制单元50，被动均衡单元10与模拟前端单元20电连接，通信单元30与模拟前端单元20、控制单元50电连接，充放电信号采集单元40与控制单元50电连接。被动均衡单元10包括有多个均衡通道，每一均衡通道对应一单体电池。模拟前端单元20用于采集电池组的单体电池电压、充放电电流并通过通信单元30发送至控制单元50。充放电信号采集单元40用于获取电池组的状态信息。控制单元50被配置为：对单体电池电压进行大小排序，并计算最大单体电池电压与最小单体电池电压的差值，若差值大于或等于预设的第一电压阈值V1，进一步判断是否存在电压大于预设的第二电压阈值V2且小于预设的第三电压阈值V3的单体电池，若是，根据单体电池电压大小选择大于第二电压阈值V2且小于第三电压阈值V3的单体电池中的若干个单体电池对应的均衡通道。然后，接收电池组的状态信息，若电池组为放电状态，判断电池组的放电电流是否小于预设的电流阈值I，若是，发送控制指令至模拟前端单元20控制选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为充电状态，判断电池组的最大单体电池电压是否小于预设的第四电压阈值V4，若是，控制选择的均衡通道以第二均衡周期进行被动均衡，第二均衡周期的均衡速度大于第一均衡周期的均衡速度，若否，控制选择的均衡通道以第一均衡周期进行被动均衡；若电池组为静置状态，控制选择的均衡通道以第三均衡周期进行被动均衡，第三均衡周期的均衡速度大于第二均衡周期的均衡速度。

进一步地，被动均衡系统100还包括外部通信单元60，外部通信单元60与控制单元50电连接，用于输出被动均衡系统100的工作状态信息以及接收参数配置。具体的，参数配置可以是固化在控制单元50中，通过设置外部通信单元60进行修改配置，实现依据不同的电池类型修改合适的参数。同时，通过外部通信单元60输出被动均衡系统100的工作状态信息，方便获取被动均衡系统100的工作状态。

其中，通信单元30为数字隔离通信单元。外部通信单元60为CAN通信单元或者RS485通信单元。各个电压阈值及电流阈值的具体取值、均衡通道的选择、电池组的状态具体获取方式、以及被动均衡自变周期的原理等详见上述对于被动均衡方法的描述，在此不再赘述。

接下来请参阅图4，图4示出了被动均衡单元10、模拟前端单元20的部分组成元件以及电池组的其中两个单体电池B1、B2。如图4所示，被动均衡单元10的其中一均衡通道包括有均衡开关Q1、均衡电阻Rbal以及一些辅助元器件，如电阻Rn、电阻Rbn、电容Cn、齐纳二极管Dbase等，均衡电阻Rbal对应电连接一单体电池B1。在需要进行被动均衡时，模拟前端单元20通过控制均衡开关Q1导通而使对应的均衡电阻Rbal消耗与其对应的单体电池B1的电能，从而实现均衡；无需进行被动均衡时，模拟前端单元20控制均衡开关Q1截止而停止被动均衡。

综上，本发明通过识别电池组的状态，根据电池组的不同状态自动改变被动均衡周期，实现了针对电池组的不同状态以相适应的被动均衡速度进行均衡，提升了电池组的被动均衡效果和均衡效率。本发明无论电池组在充电状态、放电状态还是静置状态，均可以开启被动均衡，缩小了静置状态时电池组的各单体电池之间的电压差值，解决了因为电压差值过大导致不能充电的问题，扩大了可用性，确保电池组在全生命使用周期内保持良好的一致性。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，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，均属于本发明所涵盖的范围。