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)：

動力鋰離子電池作為電動汽車的能量來源或儲能系統(tǒng)能量儲存載體時，通常需要通過串并聯(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串并聯(lián)設(shè)置的電池模塊，各電池模塊包括一個單體電池或者至少兩個單體電池。而電池成組后由于電池間的不一致性問題，使得整組性能差于組內(nèi)單體電池性能的總和。不一致性問題產(chǎn)生的原因主要可以分為兩大類：(1)初始性能的不一致性，由于電池生產(chǎn)過程中工藝和材質(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)成組及使用過程的不一致性，一方面是電池初始性能的差異性在使用過程逐漸累積和放大，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。隨時間的推移，電池組不一致性問題將持續(xù)加劇，從而嚴重影響電池組的實際可用容量、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題的主要手段，對電池成組應(yīng)用有著重要的意義。

實現(xiàn)這一保護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均衡和被動均衡，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。目前國內(nèi)尚沒有可以精確估算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。

申請公布號為CN101872877A的中國專利申請文件中公開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到設(shè)定的電壓差，若達到設(shè)定的電壓差，則啟動電池均衡能量轉(zhuǎn)移。該方法雖然能夠一定程度上實現(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題。本發(fā)明同時提供一種電池組均衡控制裝置。

為實現(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)生充電保護或者在充電完成前一時刻電壓最高；所述最先完成放電是指：最先發(fā)生放電保護或者在放電完成前一時刻電壓最低。

所述電池模塊中的單體電池的個數(shù)為一個。

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

2)當所述容量誤差值大于或者等于設(shè)定的第一門限值時，計算任意兩個電池模塊在充電過程中或者放電過程中同一時刻的電壓誤差值；

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

所述同一時刻為充電完成前一時刻或者放電完成前一時刻。

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

所述電池模塊中的單體電池的個數(shù)為一個。

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，用于計算電池組的實際可用容量與設(shè)定的容量閾值的誤差值，記為容量誤差值；

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

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

所述同一時刻為充電完成前一時刻或者放電完成前一時刻。

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，首先獲取在充電過程中最先發(fā)生充電保護或者在充電完成前一時刻電壓最高的電池模塊，記為第一電池模塊，以及在放電過程中最先發(fā)生放電保護或者在放電完成前一時刻電壓最低的電池模塊，記為第二電池模塊。因為這兩個電池模塊就是決定電池組可用容量的關(guān)鍵所在，并將這兩個電池模塊作為均衡控制的依據(jù)；然后，判斷這兩個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，這樣平衡了這兩個電池模塊的能量，提升了電池組的可用容量，實現(xiàn)了電池組的均衡，所以，這種均衡控制方法針對影響電池組可用容量的關(guān)鍵所在，以該關(guān)鍵點作為均衡的條件來實施均衡控制策略，其可靠性強，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，那就說明該電池模塊的實際可用容量很小，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，進一步提升電池組使用的安全性和可靠性。

附圖說明

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。

具體實施方式

控制方法實施例

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明電池組均衡控制的原理，具體的控制過程見下文所述。均衡控制的基本單位是電池模塊，在本實施例中，電池模塊中的單體電池的個數(shù)是一個，也就是說，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程中的各單體電池的電壓，容量數(shù)據(jù)為電池組的實際可用充放電容量。電壓數(shù)據(jù)的獲取可通過電壓傳感器進行檢測；而容量數(shù)據(jù)是對電流和電壓進行計算得到的，所以，還需要在電池組中設(shè)置電流傳感器來檢測電池組的相關(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，容量的計算也屬于常規(guī)技術(shù)，這里就不再具體說明。

計算電池組實際可用容量與設(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，也稱為標定容量，但是，電池組在使用一段時間之后其額定容量將發(fā)生衰減，此時，就需要對額定容量進行校準，那么，設(shè)定的容量閾值就為校準后的容量。另外，容量的誤差值的計算公式可以為：

容量誤差值百分比＝(設(shè)定的容量閾值-實際可用容量)/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)定的容量門限值代表著均衡判定條件1成立。

計算電池組內(nèi)各單體電池之間的電壓誤差值，即計算電池組內(nèi)任意兩個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)判定的準確性，上述各單體電池的電壓值為同一時刻的電壓值，并且，進一步地，同一時刻為充放電末期，即充電完成前一時刻或者放電完成前一時刻。

均衡判定條件2是判斷比較電壓誤差值與設(shè)定的電壓門限值的大小，那么，任意兩個單體電池的電壓誤差值中有至少一個誤差值大于或者等于設(shè)定的電壓門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，首先進行相關(guān)電壓信息和容量信息的獲取，然后進行均衡判定條件1的判定，只有在均衡判定條件1成立后，才進行均衡判定條件2的判定。而且均衡判定條件2成立后，進行下述的策略：

在充電過程中，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：在充電過程結(jié)束前一時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，那么，最先完成充電還可以指最先達到觸發(fā)充電保護(即充電過程中最先觸發(fā)充電保護閾值)。在本實施例中，最先完成充電是指在充電過程結(jié)束前一時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程結(jié)束前一時刻電壓最高的單體電池，以下給出一種具體手段：檢測各單體電池在充電過程結(jié)束前一時刻的電壓，將各電壓值按照電壓從高到低的順序進行排序，考慮實際過程中可能存在多個電池電壓較接近，故可結(jié)合實際有效均衡路數(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，該電壓對應(yīng)的單體電池定義為第一單體電池。

在放電過程中，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：在放電過程結(jié)束前一時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，那么，最先完成放電還可以指最先達到觸發(fā)放電保護(即放電過程中最先觸發(fā)放電保護閾值)。在本實施例中，最先完成放電是指在放電過程結(jié)束前一時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程結(jié)束前一時刻電壓最低的單體電池，以下給出一種具體手段：檢測各單體電池在放電過程結(jié)束前一時刻的電壓，將各電壓值按照電壓從低到高的順序進行排序，考慮實際過程中可能存在多個電池電壓較接近，故可結(jié)合實際有效均衡路數(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程并沒有嚴格的先后順序，可以按照實際情況設(shè)置先后順序，也可以同時進行。

對于獲取了U_H1和U_L1的電池組，很顯然電池組的實際可用容量取決于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，從而提高整個電池組的可用容量，實現(xiàn)電池組的均衡控制，如圖3-b所示。其中，能量轉(zhuǎn)移的具體實現(xiàn)手段以及實現(xiàn)電路均屬于現(xiàn)有技術(shù)，比如：背景技術(shù)中公開的申請文件已有一定的說明，或者名稱為《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)說明，所以，這里就不再具體說明。

因此，均衡開啟條件由容量差、電壓差及電壓排序結(jié)果來判定，當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)行機構(gòu)進行均衡控制。

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判定，即對于上述U_H1、U_H2、U_H3…U_HN和U_L1、U_L2、U_L3…U_LN序列，當判定第一單體電池和第二單體電池為同一只電池時，認為此次均衡控制結(jié)束。由于該電池充電和放電均完成最早，那就說明該單體電池的實際可用容量很小，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，工作人員還可以對該單體電池進行處理和更換。所以，該均衡控制方法還可以識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，根據(jù)最先完成充電和放電的單體電池進行均衡控制，其他的電池不是控制的因素，不影響控制的進行，所以，如果有兩個序列中的其他對應(yīng)位置的電壓對應(yīng)的電池為同一個電池的話，比如：當U_H3和U_L3對應(yīng)的單體電池為同一個電池時，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，不針對該電池進行均衡，然后按照上述均衡方法進行均衡。

該均衡控制方法可同時適用于目前主流的被動均衡和主動均衡，若為被動均衡，則僅需在充電過程中開啟U_H1、U_H2、U_H3…U_HN電池組的被動均衡電路即可，若采用主動均衡，由于其沒有能量損耗、均衡電流較大，故可在充放電過程中全程開啟均衡電路，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，該控制器可以為專門設(shè)置的控制芯片，還可以為電池組的BMS。

上述實施例中，給出了均衡控制的具體過程，首先進行容量的判斷，接著進行電壓的判斷，然后根據(jù)兩個特征電池進行均衡控制，當然，在均衡控制之前進行容量和電壓的判斷，在容量和電壓均有一定的差異時才進行均衡控制，當然，本發(fā)明的發(fā)明點在于后續(xù)的均衡控制，對于在均衡之前進行容量和電壓的判斷只是更加優(yōu)化的實施方式，作為一般的實施方式，比如：不對容量和電壓的差異作要求，或者事先已進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行均衡控制。

上述實施例中，電池模塊中的單體電池的個數(shù)為1，作為其他的實施例，當電池模塊中包括至少兩個單體電池時，以電池模塊作為一個最基本的單元進行均衡控制，該實施方式下，均衡控制的過程與上述實施方式的過程相同，這里就不再具體說明。

控制裝置實施例

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

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

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