CN102570526A - 电池均衡控制方法、装置及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例为一种涉及一种电池均衡控制方法、装置及依赖于该方法、装置的电动汽车，涉及电源管理技术领域，其中所述方法包括在电池组正常工作时，实时获取串并联的电池组中每串电池的电压；根据实时获取到的每串电池的电压，计算电压均值；实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于预定差值，则进行降压控制，以使降压后的大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值小于预定差值。本发明的优点在于，可以对电池组中的每节电池的电能进行实时监控，一旦发现某节电池不符合预设要求，即可对其进行降压控制，从而可以实时保证电池组整体电压的均衡。

Description

电池均衡控制方法、装置及电动汽车

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种电池均衡控制方法、装置及依赖于该方法、装置的电动汽车。

背景技术

随着石油资源的消耗以及现有汽车对环境污染的日趋严重，人们希望用一种无污染的新能源汽车作为未来人们出行的主要交通工具，这其中电动汽车成为人们普遍青睐的一种新能源汽车。所谓电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，而作为动力源泉的蓄电池则成为电动汽车中必不可少的装置。现有电动汽车中的蓄电池大都是由锂电池组组成的，因为锂电池具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，所以逐渐成为电动汽车中动力蓄电池的主流电池。

然而当锂离子电池串并联使用于动力设备中时，由于各单节锂电池间内部特性的不一致，从而导致各节锂电池充、放电的不一致。特别是一节锂电池性能恶化时，整个锂电池组的行为特征都会受到此电池的限制，降低整体电池组性能，而现有的电池组管理方案并不能很好的对其进行均衡控制，不能有效维护锂电池的性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池均衡控制方法、装置及依赖于该方法、装置的电动汽车，其中该电池均衡控制方法、装置可以有效对电池组中的每个电池进行管理，使得电池组达到动态均衡，这样就能保证每节电池相对的充放电强度和深度的一致性，渐进达到共同的寿命终点，从而在电动汽车中也能实现稳定的使用。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种电池均衡控制方法，所述方法包括：

在电池组正常工作时，实时获取电池组中每节电池的电压；

根据实时获取到的每节电池的电压，计算电压均值；

实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，则对与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压进行降压控制，以使降压后的大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值小于预定差值。

为了防止因个别电池故障而影响本方法对电池的均衡控制，所述方法还包括：在计算电压均值时，根据实时获取到的每节电池的电压，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则屏蔽对与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压进行降压控制的功能。

为了有效判断电池组是否正常工作，所述方法还包括：

通过电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作；和/或

通过电压采集模块实时采集到对应所述电池组的电压以及根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作。

通过温度采集板实时采集到对应所述电池单体的温度并判断电池单体是否正常工作。比如判断采集到的对应所述电池单体的温度是否在预定温度范围内，若在预定温度范围内，说明电池温度正常；若不在预定温度范围内，说明电池温度不正常，不能进行均衡控制，要屏蔽均衡控制。

为了实现上述发明目的，本发明还提供一种电池均衡控制装置，所述装置包括：

数个电压采样均衡电路，每个电压采样均衡电路连接电池组中的一节电池，用于实时采集对应电池上的电压；还用于当接收到处理单元的降压指令时，对对应电池进行降压；

信号转换电路，用于将每个电压采样均衡电路实时采集到的电压转换为电压数字信号向处理单元发送；

处理单元，用于向电控单元实时转发接收到的对应每个电池的电压数字信号；还用于根据接收到的电压均值实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，则向对应与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压的电压采样均衡电路发送降压指令；

电控单元，用于接收处理单元实时转发的对应每个电池的电压数字信号，并实时计算出电压均值向所述处理单元发送。

为了防止因个别电池故障而影响本装置对电池的均衡控制，电控单元，还用于在计算电压均值时，根据实时转发的对应每个电池的电压数字信号，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则向所述处理单元发送屏蔽指令；

处理单元，还用于根据所述电控单元发送的屏蔽指令，屏蔽发送所述降压指令的功能。

为了有效采样电压以及对电池进行均衡控制，电压采样均衡电路包括：采样支路以及与所述采样支路并联的均衡控制支路，所述均衡控制支路通过场效应晶体管接收所述降压指令来实现导通并使所述均衡控制支路上的耗电元件消耗电能。

为了有效判断电池组是否正常工作，所述装置还包括：

电流传感器，用于实时采集所述电池组的总电流；

电控单元，还用于通过所述电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作。和/或

电压采样模块，用于实时采集所述电池组的总电压；

电控单元，还用于通过所述电压采样模块实时采集到对应所述电池组的总电压以及每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作。

为了实现上述发明目的，本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括如上述任一项所述的电池均衡控制装置。

本发明的优点在于，可以对电池组中的每节电池的电压进行实时监控，一旦发现某节电池不符合预设要求，即可对其进行降压控制，从而可以实时保证电池组整体电压的均衡。更好的保证了每节电池相对的充放电强度和深度的一致性，渐进达到共同的寿命终点，从而在电动汽车中也能实现稳定的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种电池均衡控制方法的示意流程图。

图2为本发明实施例的另一种电池均衡控制方法的示意流程图。

图3为本实施例提供的电池均衡控制装置功能结构框图。

图4为图3中一种电压采样均衡电路的电路图。

具体实施方式

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做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。

本发明实施例主要为一种电池均衡控制技术，以电动汽车用电池组为例说明，通过对电池组中每节电池的监控管理，来达到电池组整体充放电的一致性，从而在电动汽车中也能实现稳定的使用。

在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种电池均衡控制方法，如图1所示，图1为本发明实施例的一种电池均衡控制方法的示意流程图。该方法包括如下步骤：

101.在电池组正常工作时，实时获取电池组中每节电池的电压；

本步骤中的电池组是由数个单体电池串并联组成的整体电池模组，可作为电动交通工具的电动来源，所以对其进行监测并根据监测结果进行适当控制，以保证电池组充放电的稳定。本步骤在电池组正常工作时，会实时获取电池组中每节电池的电压，比如通过采样、稳压稳流及模数转换的方式获取电池组中每节电池的电压。

102.根据实时获取到的每节电池的电压，计算电压均值；

获取到每节电池的电压后，即可计算当前的电压均值。比如将每节电池的电压累加后除以电池总数即可计算出电压均值。

103.根据电压均值判断是否需要均衡控制，若需要进行均衡控制，则根据均衡控制策略执行。

本步骤即可根据电压均值判断是否需要均衡控制。由于在步骤102中计算出了电压均值，同时获取到了每节电池的电压，所以即可获知大于电压均值的电池电压有哪些。这样既可实时判断大于电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，说明大于所述电压均值的电池电压对应的电池状态和电池箱内其他电池状态不一致，需要对其进行均衡控制，以保证电池组整体的一致性，所以对与电压均值的差值大于预定差值的大于电压均值的电池电压进行降压，比如通过将电池切换至主要由耗电元件组成的电路上，耗电元件即可消耗一定的电能，从而使降压后的大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值小于预定差值。这样每节电池的电压都会被监测，一旦出现电池放电过高影响电池组安全的隐患，本实施例所述的方法就会对相应的电池进行降压控制，以使电池组整体放电均衡。由于这种方法是实时进行的，所以能有效保证电池组整体放电强度和深度的一致性渐进达到共同的寿命终点，从而在电动汽车中也能实现稳定的使用。

本发明实施例还提供了一种电池均衡控制方法，如图2所示，图2为本发明实施例的另一种电池均衡控制方法的示意流程图。该方法包括如下步骤：

201.通过电流传感器或/和电压传感器实时采集到对应所述电池组的电信号判断电池组是否正常工作，若正常工作，则转入步骤202；若不正常工作，则转入步骤203；

本步骤是判断电池组是否正常工作。由于电池组是电动汽车的动力源，所以电池组稳定工作非常必要，若电池组充放电不正常，则电池组充放电电流或电压必然不正常，所以本步骤会实时对电池组进行检测，以确定电池组是否处于正常工作的状态。本步骤可以通过电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作。比如判断电流传感器实时采集到对应电池组的总电流是否在预定安全电流值内，若电流传感器实时采集到对应电池组的总电流在预定安全电流值内，说明当前电池组的总电流正常，则转入步骤202；若电流传感器实时采集到对应电池组的总电流不在预定安全电流值内，比如高于预定安全电流值，说明当前电池组的总电流不正常，则转入步骤203。本步骤还可以根据电压采集模块实时采集到对应电池组的电信号判断电池组是否正常工作，比如根据电压采集模块实时采集到对应电池组的电压以及根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作，若电压采集模块实时采集到对应电池组的电压与根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压的差值在预定安全电压范围内，说明当前电池组充放电正常，则转入步骤202；若电压采集模块实时采集到对应电池组的电压与根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压的差值不在预定安全电压范围内，如高于预定安全电压，说明当前电池组充放电不正常，则转入步骤203。

本步骤中判断电池组是否正常工作即可通过电流传感器也可通过电压采集模块来实现，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，本实施例在此不做任何限制。

202.在电池组正常工作时，实时获取电池组中每节电池的电压；

本步骤与上述实施例中的步骤101相同，故不再重复赘述。

203.在电池组非正常工作时，停止均衡控制；

本步骤根据步骤201的判断结果转入，若电池组非正常工作，则需停止均衡控制，比如屏蔽降压控制的功能。

204.根据实时获取到的每节电池的电压，计算电压均值；

本步骤接步骤202，并与上述实施例中的步骤102相同，故不再重复赘述。

205.根据电压均值判断是否需要均衡控制，若需要进行均衡控制，则根据均衡控制策略执行。

本步骤与上述实施例中的步骤103相同，故不再重复赘述。其中在步骤204计算电压均值时，为了检测每节电池充放电是否正常，防止因个别电池非正常充放电而影响电池组正常工作的情况，本步骤会根据实时获取到的每节电池的电压，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，说明该电池充放电不正常，则屏蔽对与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压进行降压控制的功能，即屏蔽降压控制的功能。反之，继续检测。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解本实施例中的步骤201只是为了叙述的需要而排在步骤202获取电池组中每节电池的电压之前，并不表示必须先执行步骤201，步骤201只是一个判断步骤，作为本实施例的一个优选方案，在步骤202执行时，步骤201实时对电池组进行检测。

由此可以清楚看出，本实施例的优点在于不仅可以对电池组中的每节电池的电能进行实时监控，一旦发现某节电池不符合预设要求，即可对其进行降压控制，从而可以实时保证电池组整体电压的均衡，而且还可以对电池组的工作状态进行检测，当发现电池组非正常工作时，停止对电池的均衡控制，从而有效的保护了均衡控制***的运行。

为了更好的实现上述实施例所述的方法，本实施例提供一种电池均衡控制装置，如图3所示，图3为本实施例提供的电池均衡控制装置功能结构框图，所述装置包括：

数个电压采样均衡电路301，每个电压采样均衡电路301连接电池组中的一节电池，用于实时采集对应电池上的电压；还用于当接收到处理单元的降压指令时，给对应电池进行降压；如图4所示，图4为本实施例提供的一种电压采样均衡电路的电路图。该电路主要由采样支路以及与所述采样支路并联的均衡控制支路组成，其中采样时电流从V+线路流进信号转换电路，再从信号转换电路的C1端流回电池形成回路，这样便能采集到电压，其中该采样支路还包括稳压和滤波的元件，如D2和Cap。而均衡控制支路主要包括一个场效应晶体管，比如PMOS管(positivechannel Metal Oxide Semiconductor)，该PMOS管的栅极接信号接收端S1，源极接电池的负极，漏极通过若干耗电元件接电池的正极，耗电元件可以是电阻R1、R2和LED-D3。采样时PMOS管的源极与漏极处断开，这样电流经过稳压滤波后进入信号转换电路。而当均衡控制时，通过S1端接收信号转换电路转发的降压指令(如一低电平)，从而使得PMOS管的源极与漏极处闭合连通，这样均衡控制支路上的电阻与灯泡并联在电池上，电池通过R1构成回路放电，同时D3点亮(已告知此时电路在均衡控制)，放电电流约100mA。同理，当均衡控制完成时，通过S1端接收信号转换电路302转发的解除均衡控制的指令(如一高电平)，从而使得PMOS管的源极与漏极处断开，停止R1构成放电，这样就能很好的控制电池的充放电电压。

信号转换电路302，用于将每个电压采样均衡电路301实时采集到的电压转换为电压数字信号向处理单元303发送；还用于向电压采样均衡电路301转发降压指令。该信号转换电路302主要是将采集到的电压转换为电压数字信号向处理单元303发送，并转发处理单元303向均衡电路301发送的各种指令，其中主要为现有技术，故在此不做过多赘述。

处理单元303，用于向电控单元304实时转发接收到的对应每个电池的电压数字信号；还用于根据接收到的电压均值实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，则向对应与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压的电压采样均衡电路发送降压指令；还用于根据电控单元304发送的屏蔽指令，屏蔽发送所述降压指令的功能，即不发送降压指令。该处理单元303可通过CAN(Controller Area Network，即控制器局域网络)总线与电控单元304通信，在发送降压指令后，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值小于预定差值，说明相关电池的充放电已达到要求，无需再进行均衡控制，所以此时还会对应与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压的电压采样均衡电路发送解除均衡控制的指令，以使电池充放电正常。

电控单元304，用于接收处理单元303实时转发的对应每个电池的电压数字信号，并实时计算出电压均值向所述处理单元303发送。还用于在计算电压均值时，根据实时转发的对应每个电池的电压数字信号，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则向所述处理单元303发送屏蔽指令；还用于在计算电压均值时，根据实时转发的对应每个电池的电压数字信号，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则向所述处理单元发送屏蔽指令；还用于通过所述电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作。还用于通过所述电压传感器实时采集到对应所述电池组的总电压以及每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作。

该电控单元304可以是ECU(Electronic Control Unit，即电子控制单元)，通过CAN总线与处理单元303通信。当判断电流传感器实时采集到对应电池组的总电流是否在预定安全电流值内，若电流传感器实时采集到对应电池组的总电流在预定安全电流值内，说明当前电池组的总电流正常；若电流传感器实时采集到对应电池组的总电流不在预定安全电流值内，比如高于预定安全电流值，说明当前电池组的总电流不正常，则向所述处理单元303发送屏蔽指令。当根据电压采集模块实时采集到对应电池组的电信号判断电池组是否正常工作，比如根据电压采集模块实时采集到对应电池组的电压以及根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作，若电压采集模块实时采集到对应电池组的电压与根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压的差值在预定安全电压范围内，说明当前电池组充放电正常。若电压采集模块实时采集到对应电池组的电压与根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压的差值不在预定安全电压范围内，如高于预定安全电压，说明当前电池组充放电不正常，则向所述处理单元303发送屏蔽指令。

电流传感器305，用于实时采集所述电池组的总电流。

电压采集模块306，用于实时采集所述电池组的总电压。

本实施例中判断电池组是否正常工作即可通过电流传感器也可通过电压采集模块来实现，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，本实施例在此不做任何限制。

由此可知，本发明实施例所述的电池均衡控制装置不仅可以对电池组中的每节电池进行实时监控，一旦发现某节电池不符合预设要求，即可对其进行降压控制，从而可以实时保证电池组整体电压的均衡，而且还可以对电池组的工作状态进行检测，当发现电池组非正常工作时，停止对电池的均衡控制，从而有效的保护了均衡控制***的运行。

为了更好的实现上述实施例所述的方法，本实施例还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述实施例所述的电池均衡控制装置。这样电动汽车中的电源电池就能通过电池均衡控制装置进行均衡控制，有效保证车载驱动电池组整体放电强度和深度的一致性渐进达到共同的寿命终点，从而在电动汽车中也能实现稳定的使用。本实施例中有关电池均衡控制装置的功能组成不再赘述。

当然，以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的逻辑和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括：

在电池组正常工作时，实时获取电池组中每节电池的电压；

根据实时获取到的每节电池的电压，计算电压均值；

实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，则对与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压进行降压控制，以使降压后的大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值小于预定差值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在计算电压均值时，根据实时获取到的每节电池的电压，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则屏蔽对与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压进行降压控制的功能。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过电压采集模块实时采集到对应所述电池组的电压以及根据实时获取到的每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作。

5.一种电池均衡控制装置，其特征在于，所述装置包括：

数个电压采样均衡电路，每个电压采样均衡电路连接电池组中的一节电池，用于实时采集对应电池上的电压；还用于当接收到处理单元的降压指令时，给对应电池进行降压；

信号转换电路，用于将每个电压采样均衡电路实时采集到的电压转换为电压数字信号向处理单元发送；

处理单元，用于向电控单元实时转发接收到的对应每个电池的电压数字信号；还用于根据接收到的电压均值实时判断大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值是否大于预定差值，若判断出大于所述电压均值的电池电压与所述电压均值的差值大于预定差值，则向对应与所述电压均值的差值大于预定差值的大于所述电压均值的电池电压的电压采样均衡电路发送降压指令；

电控单元，用于接收处理单元实时转发的对应每个电池的电压数字信号，并实时计算出电压均值向所述处理单元发送。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

电控单元，还用于在计算电压均值时，根据实时转发的对应每个电池的电压数字信号，实时检测每节电池的电压是否在预定电压范围内，若检测出至少一节电池的电压不在预定电压范围内，则向所述处理单元发送屏蔽指令；

处理单元，还用于根据所述电控单元发送的屏蔽指令，屏蔽发送所述降压指令的功能。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，电压采样均衡电路包括：采样支路以及与所述采样支路并联的均衡控制支路，所述均衡控制支路通过场效应晶体管接收所述降压指令来实现导通并使所述均衡控制支路上的耗电元件消耗电能。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电流传感器，用于实时采集所述电池组的总电流；

电控单元，还用于通过所述电流传感器实时采集到对应所述电池组的总电流判断电池组是否正常工作。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电压采集模块，用于实时采集所述电池组的总电压；

电控单元，还用于通过所述电压采集模块实时采集到对应所述电池组的总电压以及每节电池的电压计算出的总电压来判断电池组是否正常工作。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求5～7任一项所述的电池均衡控制装置。

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