本發(fā)明涉及電池組均衡控制方法和控制裝置。

背景技術(shù)：

動(dòng)力鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源或儲(chǔ)能系統(tǒng)能量?jī)?chǔ)存載體時(shí)，通常需要通過(guò)串并聯(lián)成組以滿足系統(tǒng)電壓、功率和能量需求。一般情況下，電池組包括有若干個(gè)串并聯(lián)設(shè)置的電池模塊，各電池模塊包括一個(gè)單體電池或者至少兩個(gè)單體電池。而電池成組后由于電池間的不一致性問(wèn)題，使得整組性能差于組內(nèi)單體電池性能的總和。不一致性問(wèn)題產(chǎn)生的原因主要可以分為兩大類(lèi)：(1)初始性能的不一致性，由于電池生產(chǎn)過(guò)程中工藝和材質(zhì)的差異，使得電池在初始容量、直流內(nèi)阻、自放電率和充放電效率等性能存在差異；(2)成組及使用過(guò)程的不一致性，一方面是電池初始性能的差異性在使用過(guò)程逐漸累積和放大，另一方面是電池使用環(huán)境(溫度和通風(fēng)條件等)存在差異，導(dǎo)致各電池以不同速率衰退。隨時(shí)間的推移，電池組不一致性問(wèn)題將持續(xù)加劇，從而嚴(yán)重影響電池組的實(shí)際可用容量、使用壽命和可靠性。電池組均衡技術(shù)作為解決電池組不一致性問(wèn)題的主要手段，對(duì)電池成組應(yīng)用有著重要的意義。

實(shí)現(xiàn)這一保護(hù)功能的核心在于電池組的均衡控制。目前均衡控制電路通常分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，從本質(zhì)上講均衡控制電路通常影響均衡效率及硬件設(shè)計(jì)成本，而均衡控制策略才是決定均衡是否有效的核心內(nèi)容。目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有可以精確估算SOC、SOH及電池內(nèi)阻的BMS，其均衡控制策略仍然以均壓控制為主，但鋰電池端電壓的差異性往往不能夠準(zhǔn)確描述鋰電池之間內(nèi)部的不一致性，即基于端電壓的均衡并不能真正改善鋰電池組間的一致性，這也是導(dǎo)致均衡效果不佳的主要技術(shù)瓶頸。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN101872877A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了一種電池均衡能量轉(zhuǎn)移的方法，首先判斷電池組中單體電池最高電壓與最低電壓是否達(dá)到設(shè)定的電壓差，若達(dá)到設(shè)定的電壓差，則啟動(dòng)電池均衡能量轉(zhuǎn)移。該方法雖然能夠一定程度上實(shí)現(xiàn)電池組的均衡，但是，均衡的判斷條件只是最高電壓和最低電壓的差值，可靠性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電池組均衡控制方法，用以解決傳統(tǒng)的電池組均衡方法可靠性較低的問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)提供一種電池組均衡控制裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種電池組均衡控制方法，包括均衡控制的步驟，所述均衡控制的步驟包括：

(1)獲取在充電過(guò)程中最先完成充電的電池模塊，記為第一電池模塊，以及在放電過(guò)程中最先完成放電的電池模塊，記為第二電池模塊；

(2)判斷第一電池模塊和第二電池模塊是否是同一電池模塊；

(3)如果不是同一電池模塊，則將第一電池模塊中的能量轉(zhuǎn)移到第二電池模塊中；

其中，所述最先完成充電是指：最先發(fā)生充電保護(hù)或者在充電完成前一時(shí)刻電壓最高；所述最先完成放電是指：最先發(fā)生放電保護(hù)或者在放電完成前一時(shí)刻電壓最低。

所述電池模塊中的單體電池的個(gè)數(shù)為一個(gè)。

在所述均衡控制的步驟之前，所述電池組均衡控制方法還包括容量和電壓的判斷的步驟，所述容量和電壓的判斷的步驟包括：

1)計(jì)算電池組的實(shí)際可用容量與設(shè)定的容量閾值的誤差值，記為容量誤差值；

2)當(dāng)所述容量誤差值大于或者等于設(shè)定的第一門(mén)限值時(shí)，計(jì)算任意兩個(gè)電池模塊在充電過(guò)程中或者放電過(guò)程中同一時(shí)刻的電壓誤差值；

3)當(dāng)任意兩個(gè)電池模塊的電壓誤差值中有至少一個(gè)電壓誤差值大于或者等于設(shè)定的第二門(mén)限值時(shí)，實(shí)施所述均衡控制的步驟。

所述同一時(shí)刻為充電完成前一時(shí)刻或者放電完成前一時(shí)刻。

如果第一電池模塊和第二電池模塊是同一電池模塊，則均衡控制結(jié)束，判定該電池模塊為故障電池模塊。

一種電池組均衡控制裝置，包括均衡控制模塊，所述均衡控制模塊包括以下單元：

獲取單元，用于獲取在充電過(guò)程中最先完成充電的電池模塊，記為第一電池模塊，以及在放電過(guò)程中最先完成放電的電池模塊，記為第二電池模塊；

判斷單元，用于判斷第一電池模塊和第二電池模塊是否是同一電池模塊；

均衡單元，用于如果不是同一電池模塊，則將第一電池模塊中的能量轉(zhuǎn)移到第二電池模塊中；

其中，所述最先完成充電是指：最先發(fā)生充電保護(hù)或者在充電完成前一時(shí)刻電壓最高；所述最先完成放電是指：最先發(fā)生放電保護(hù)或者在放電完成前一時(shí)刻電壓最低。

所述電池模塊中的單體電池的個(gè)數(shù)為一個(gè)。

所述控制裝置還包括容量和電壓判斷模塊，所述容量和電壓判斷模塊包括以下單元：

第一處理單元，用于計(jì)算電池組的實(shí)際可用容量與設(shè)定的容量閾值的誤差值，記為容量誤差值；

第二處理單元，用于當(dāng)所述容量誤差值大于或者等于設(shè)定的第一門(mén)限值時(shí)，計(jì)算任意兩個(gè)電池模塊在充電過(guò)程中或者放電過(guò)程中同一時(shí)刻的電壓誤差值；

第三處理單元，用于當(dāng)任意兩個(gè)電池模塊的電壓誤差值中有至少一個(gè)電壓誤差值大于或者等于設(shè)定的第二門(mén)限值時(shí)，實(shí)施均衡控制。

所述同一時(shí)刻為充電完成前一時(shí)刻或者放電完成前一時(shí)刻。

如果第一電池模塊和第二電池模塊是同一電池模塊，則均衡控制結(jié)束，判定該電池模塊為故障電池模塊。

本發(fā)明提供的電池組均衡控制方法中，首先獲取在充電過(guò)程中最先發(fā)生充電保護(hù)或者在充電完成前一時(shí)刻電壓最高的電池模塊，記為第一電池模塊，以及在放電過(guò)程中最先發(fā)生放電保護(hù)或者在放電完成前一時(shí)刻電壓最低的電池模塊，記為第二電池模塊。因?yàn)檫@兩個(gè)電池模塊就是決定電池組可用容量的關(guān)鍵所在，并將這兩個(gè)電池模塊作為均衡控制的依據(jù)；然后，判斷這兩個(gè)電池模塊是否是同一電池模塊，如果不是同一模塊，那么該電池組就有改善的空間，那就將第一電池模塊，即最先完成充電的電池模塊中的能量轉(zhuǎn)移到第二電池模塊，即最先完成放電的電池模塊，這樣平衡了這兩個(gè)電池模塊的能量，提升了電池組的可用容量，實(shí)現(xiàn)了電池組的均衡，所以，這種均衡控制方法針對(duì)影響電池組可用容量的關(guān)鍵所在，以該關(guān)鍵點(diǎn)作為均衡的條件來(lái)實(shí)施均衡控制策略，其可靠性強(qiáng)，能夠有效保證電池組的均衡。

另外，如果第一模塊和第二模塊是同一模塊，那就說(shuō)明該電池模塊的實(shí)際可用容量很小，是構(gòu)成電池組可用容量的短板所在，那就可以判定該電池模塊為故障模塊，所以，該均衡控制方法還可以識(shí)別出電池組中的故障電池模塊，具有故障電池模塊的定位功能，能夠有效提高電池組的一致性和可用容量，進(jìn)一步提升電池組使用的安全性和可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是電池組均衡控制原理示意框圖；

圖2是電池組均衡控制流程圖；

圖3-a是電池組可用容量與各單體電池的關(guān)系圖；

圖3-b是能量轉(zhuǎn)移示意圖；

圖4是均衡結(jié)束流程圖。

具體實(shí)施方式

控制方法實(shí)施例

如圖1所示，其為本發(fā)明電池組均衡控制原理框圖，該圖只是為了大致說(shuō)明電池組均衡控制的原理，具體的控制過(guò)程見(jiàn)下文所述。均衡控制的基本單位是電池模塊，在本實(shí)施例中，電池模塊中的單體電池的個(gè)數(shù)是一個(gè)，也就是說(shuō)，電池模塊就是單體電池。

首先獲取電池組的電壓和容量的信息數(shù)據(jù)，其中，電壓數(shù)據(jù)為電池組在充放電過(guò)程中的各單體電池的電壓，容量數(shù)據(jù)為電池組的實(shí)際可用充放電容量。電壓數(shù)據(jù)的獲取可通過(guò)電壓傳感器進(jìn)行檢測(cè)；而容量數(shù)據(jù)是對(duì)電流和電壓進(jìn)行計(jì)算得到的，所以，還需要在電池組中設(shè)置電流傳感器來(lái)檢測(cè)電池組的相關(guān)電流信息。由于電壓傳感器和電流傳感器屬于常規(guī)技術(shù)，而且，容量的計(jì)算也屬于常規(guī)技術(shù)，這里就不再具體說(shuō)明。

計(jì)算電池組實(shí)際可用容量與設(shè)定的容量閾值的誤差值，以該誤差值滿足的條件作為均衡判定條件1，其中，設(shè)定的容量閾值一般為電池組出廠的額定容量，也稱(chēng)為標(biāo)定容量，但是，電池組在使用一段時(shí)間之后其額定容量將發(fā)生衰減，此時(shí)，就需要對(duì)額定容量進(jìn)行校準(zhǔn)，那么，設(shè)定的容量閾值就為校準(zhǔn)后的容量。另外，容量的誤差值的計(jì)算公式可以為：

容量誤差值百分比＝(設(shè)定的容量閾值-實(shí)際可用容量)/設(shè)定的容量閾值

均衡判定條件1是判斷比較容量誤差值與設(shè)定的容量門(mén)限值的大小，那么，容量誤差值大于或者等于設(shè)定的容量門(mén)限值代表著均衡判定條件1成立。

計(jì)算電池組內(nèi)各單體電池之間的電壓誤差值，即計(jì)算電池組內(nèi)任意兩個(gè)單體電池的電壓誤差值，以該電壓誤差值滿足的條件作為均衡判定條件2。其中，電壓誤差值可以是兩個(gè)電壓值之間的差值，也可以是比值。而且，為了保證后續(xù)判定的準(zhǔn)確性，上述各單體電池的電壓值為同一時(shí)刻的電壓值，并且，進(jìn)一步地，同一時(shí)刻為充放電末期，即充電完成前一時(shí)刻或者放電完成前一時(shí)刻。

均衡判定條件2是判斷比較電壓誤差值與設(shè)定的電壓門(mén)限值的大小，那么，任意兩個(gè)單體電池的電壓誤差值中有至少一個(gè)誤差值大于或者等于設(shè)定的電壓門(mén)限值代表著均衡判定條件2成立。

并且，均衡判定條件1和均衡判定條件2之間存在著先后關(guān)系，如圖2所示，首先進(jìn)行相關(guān)電壓信息和容量信息的獲取，然后進(jìn)行均衡判定條件1的判定，只有在均衡判定條件1成立后，才進(jìn)行均衡判定條件2的判定。而且均衡判定條件2成立后，進(jìn)行下述的策略：

在充電過(guò)程中，找到各單體電池中最先完成充電的單體電池，其中，最先完成充電是指：在充電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻各單體電池的電壓中最高的電壓，或者，如果電池組有充電保護(hù)，那么，最先完成充電還可以指最先達(dá)到觸發(fā)充電保護(hù)(即充電過(guò)程中最先觸發(fā)充電保護(hù)閾值)。在本實(shí)施例中，最先完成充電是指在充電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻各單體電池的電壓中最高的電壓，那么，找到各單體電池中在充電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻電壓最高的單體電池，以下給出一種具體手段：檢測(cè)各單體電池在充電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻的電壓，將各電壓值按照電壓從高到低的順序進(jìn)行排序，考慮實(shí)際過(guò)程中可能存在多個(gè)電池電壓較接近，故可結(jié)合實(shí)際有效均衡路數(shù)，設(shè)定電壓有效區(qū)間(如50mV)以提高均衡效率，那么，按照電壓從高到低的順序排序后的各單體電池的電壓分別為：U_H1、U_H2、U_H3…U_HN，則U_H1為電壓值最高的電壓，該電壓對(duì)應(yīng)的單體電池定義為第一單體電池。

在放電過(guò)程中，找到各單體電池中最先完成放電的單體電池，其中，最先完成放電是指：在放電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻各單體電池的電壓中最低的電壓，或者，如果電池組有放電保護(hù)，那么，最先完成放電還可以指最先達(dá)到觸發(fā)放電保護(hù)(即放電過(guò)程中最先觸發(fā)放電保護(hù)閾值)。在本實(shí)施例中，最先完成放電是指在放電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻各單體電池的電壓中最低的電壓，那么，找到各單體電池中在放電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻電壓最低的單體電池，以下給出一種具體手段：檢測(cè)各單體電池在放電過(guò)程結(jié)束前一時(shí)刻的電壓，將各電壓值按照電壓從低到高的順序進(jìn)行排序，考慮實(shí)際過(guò)程中可能存在多個(gè)電池電壓較接近，故可結(jié)合實(shí)際有效均衡路數(shù)，設(shè)定電壓有效區(qū)間(如50mV)以提高均衡效率，那么，按照電壓從低到高的順序排序后的各單體電池的電壓分別為：U_L1、U_L2、U_L3…U_LN，則U_L1為電壓值最低的電壓，該電壓對(duì)應(yīng)的單體電池定義為第二單體電池。

上述第一單體電池和第二單體電池的獲取過(guò)程并沒(méi)有嚴(yán)格的先后順序，可以按照實(shí)際情況設(shè)置先后順序，也可以同時(shí)進(jìn)行。

對(duì)于獲取了U_H1和U_L1的電池組，很顯然電池組的實(shí)際可用容量取決于U_H1和U_N1這兩只特征電池，如圖3-a所示中的單體電池A和C。

如果第一單體電池和第二單體電池不是相同的單體電池，那么，將第一單體電池中的能量轉(zhuǎn)移至第二單體電池中，從而提高整個(gè)電池組的可用容量，實(shí)現(xiàn)電池組的均衡控制，如圖3-b所示。其中，能量轉(zhuǎn)移的具體實(shí)現(xiàn)手段以及實(shí)現(xiàn)電路均屬于現(xiàn)有技術(shù)，比如：背景技術(shù)中公開(kāi)的申請(qǐng)文件已有一定的說(shuō)明，或者名稱(chēng)為《基于能量轉(zhuǎn)移的電池組均衡模塊研究》的論文中也有相關(guān)說(shuō)明，所以，這里就不再具體說(shuō)明。

因此，均衡開(kāi)啟條件由容量差、電壓差及電壓排序結(jié)果來(lái)判定，當(dāng)確定需要均衡的電池后，結(jié)合圖1所示，由均衡判定單元輸出均衡指令，再由均衡執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行均衡控制。

如圖4所示，均衡控制關(guān)閉條件由高容量和低容量特征電池是否為同一只電池來(lái)判定，即對(duì)于上述U_H1、U_H2、U_H3…U_HN和U_L1、U_L2、U_L3…U_LN序列，當(dāng)判定第一單體電池和第二單體電池為同一只電池時(shí)，認(rèn)為此次均衡控制結(jié)束。由于該電池充電和放電均完成最早，那就說(shuō)明該單體電池的實(shí)際可用容量很小，是構(gòu)成電池組可用容量的短板所在，那就可以判定該單體為短板故障電池，控制器發(fā)出警示，工作人員還可以對(duì)該單體電池進(jìn)行處理和更換。所以，該均衡控制方法還可以識(shí)別出電池組中的故障電池，能夠有效提高電池組的一致性和可用容量。

另外，原則上說(shuō)，根據(jù)最先完成充電和放電的單體電池進(jìn)行均衡控制，其他的電池不是控制的因素，不影響控制的進(jìn)行，所以，如果有兩個(gè)序列中的其他對(duì)應(yīng)位置的電壓對(duì)應(yīng)的電池為同一個(gè)電池的話，比如：當(dāng)U_H3和U_L3對(duì)應(yīng)的單體電池為同一個(gè)電池時(shí)，由于該電池并非是影響電池組可用容量的最關(guān)鍵的因素，那么，電池組容量依然有改善的空間，該條件不能作為均衡結(jié)束條件，則剔除該電池即可，不針對(duì)該電池進(jìn)行均衡，然后按照上述均衡方法進(jìn)行均衡。

該均衡控制方法可同時(shí)適用于目前主流的被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡，若為被動(dòng)均衡，則僅需在充電過(guò)程中開(kāi)啟U_H1、U_H2、U_H3…U_HN電池組的被動(dòng)均衡電路即可，若采用主動(dòng)均衡，由于其沒(méi)有能量損耗、均衡電流較大，故可在充放電過(guò)程中全程開(kāi)啟均衡電路，更高效的完成均衡。

上述均衡控制策略以軟件程序的方式加載在控制器中，該控制器可以為專(zhuān)門(mén)設(shè)置的控制芯片，還可以為電池組的BMS。

上述實(shí)施例中，給出了均衡控制的具體過(guò)程，首先進(jìn)行容量的判斷，接著進(jìn)行電壓的判斷，然后根據(jù)兩個(gè)特征電池進(jìn)行均衡控制，當(dāng)然，在均衡控制之前進(jìn)行容量和電壓的判斷，在容量和電壓均有一定的差異時(shí)才進(jìn)行均衡控制，當(dāng)然，本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于后續(xù)的均衡控制，對(duì)于在均衡之前進(jìn)行容量和電壓的判斷只是更加優(yōu)化的實(shí)施方式，作為一般的實(shí)施方式，比如：不對(duì)容量和電壓的差異作要求，或者事先已進(jìn)行了容量和電壓的判斷，本發(fā)明提供的均衡控制方法可以直接進(jìn)行均衡控制。

上述實(shí)施例中，電池模塊中的單體電池的個(gè)數(shù)為1，作為其他的實(shí)施例，當(dāng)電池模塊中包括至少兩個(gè)單體電池時(shí)，以電池模塊作為一個(gè)最基本的單元進(jìn)行均衡控制，該實(shí)施方式下，均衡控制的過(guò)程與上述實(shí)施方式的過(guò)程相同，這里就不再具體說(shuō)明。

控制裝置實(shí)施例

本實(shí)施例提供一種電池組均衡控制裝置，包括均衡控制模塊，均衡控制模塊包括以下單元：

獲取單元，用于獲取在充電過(guò)程中最先完成充電的電池模塊，記為第一電池模塊，以及在放電過(guò)程中最先完成放電的電池模塊，記為第二電池模塊；

判斷單元，用于判斷第一電池模塊和第二電池模塊是否是同一電池模塊；

均衡單元，用于如果不是同一電池模塊，則將第一電池模塊中的能量轉(zhuǎn)移到第二電池模塊中；

其中，最先完成充電是指：最先發(fā)生充電保護(hù)或者在充電完成前一時(shí)刻電壓最高；最先完成放電是指：最先發(fā)生放電保護(hù)或者在放電完成前一時(shí)刻電壓最低。

所以，該控制裝置中的各單元均為具有相應(yīng)實(shí)施步驟的軟件單元，將各軟件單元加載在控制器中以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，因此，該控制裝置實(shí)質(zhì)上仍為控制方法，由于該控制方法在上述控制方法實(shí)施例中已作為了詳細(xì)地描述，這里就不再具體說(shuō)明。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。