CN103023111B - 一种用于均衡电池组的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于均衡电池组的方法和***。该方法包括：确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式；确定所述电池组未工作；以及利用所确定的均衡方式均衡所述电池组。由于本发明所提供的用于均衡电池组的方法和***根据电池自身特性选择均衡方式，因而可以在***成本与节约能源之间做出较佳的权衡；并且能够在不影响用户使用的情况下实现电池组的电池单体之间的均衡管理。

Description

一种用于均衡电池组的方法和***

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种用于均衡电池组的方法和***。

背景技术

在环境、能源问题日益突出的今天，电能以其绿色、环保的特点越来越受到青睐。能够储存电能的电池已经开始应用于电工工具、电动汽车等领域。虽然这种新能源电动汽车可以解决能源危机以及环保危机的问题，但是也有发展瓶颈——电池。应用于电动汽车的动力电池组，由于制造和使用过程的差异性，会造成电池单体之间的不一致。电池组充电的时候，荷电状态（SOC）高的单体会率先达到充电截止电压，从而减少电池组能够充入的电量；而在放电过程中，SOC低的单体会先达到放电截止电压，从而减少电池组能够放出的电量。随着电池组使用时间的增加，电池单体的不一致性会进一步扩大，从而使电池组的整体性能进一步下降。因此必须对存在不一致性的电池组进行均衡管理。

目前动力电池组中广泛采用的均衡方式基本上有两种方式，即放电均衡方式和主动均衡方式。

其中，放电均衡方式实现简单，成本低，但放电电流小而且放电均衡在充电过程中进行，造成充电时间长。现有技术中有一种电池组均衡方法为当电池组所有单体电池电压大于均衡电压值、且如果该电池与电压最低的电池之间的电压差大于均衡上限压差值，那么根据充电电流的大小设置该电池相应的均衡电流，电池管理芯片控制相应开关管导通对该电池进行放电均衡。在该方法中，放电电流较大，均衡电路的散热成为一个问题。针对放电均衡时间长以及散热的问题，现有技术中也有其他放电均衡方法，其采用风扇、超级电容或其他储能及能量转换装置来代替功率电阻或者并联在功率电阻两端的方法来增加均衡电流以及改善散热，该方法虽然设计巧妙，但是会大大增加均衡***的体积。

主动均衡方式节约能源、能够增加电池使用时间并且均衡更快速，但成本更高，实现比较困难。现有技术中有一种主动均衡装置，在该装置中电池组的每个电池单体都配备了DC-DC电源，虽然能够迅速对大容量锂离子电池进行均衡，但是成本很高，而且均衡装置体积很庞大。现有技术中也有另一种主动均衡装置，在该装置中通过极性开关组以及电池选择开关组，使一个隔离变换器能对多个电池进行均衡管理，从而减少了充放电器件数量和电路复杂程度，但是因为一个充放电器件同一时间只能对多个电池中的一个进行均衡操作，因而均衡的时间更长。现有技术中还有一种均衡装置，在该装置中采用储能电感来实现电池组中能量的转移，但是该装置只能对相邻的电池单体进行能量转移，如果两个需要均衡的电池单体相距比较远时，均衡的时间会变得比较长，同时对电感进行充电和放电都会存在能量损耗，待均衡的电池单体距离很远时能量损耗会比较大。

总之，主动均衡和放电均衡有其各自的缺点。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于均衡电池组的方法，包括：确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式；确定所述电池组未工作；以及利用所确定的均衡方式均衡所述电池组。

在本发明一个优选实施例中，在所述确定所述电池组未工作之前还包括：确定所述电池组的均衡状态。

在本发明一个优选实施例中，所述确定所述电池组的均衡状态包括：确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定；以及确定所述电池组的所述电池单体之间的电压压差与设定值的大小关系以确定所述电池组的均衡状态。

在本发明一个优选实施例中，用于均衡电池组的方法还包括控制在所述确定所述电池组的均衡状态之前对所述电池组进行的充电过程。

在本发明一个优选实施例中，所述充电过程包括：在确保安全的情况下将对所述电池组充电的充电电流从零增加到最大允许充电电流，保持所述最大允许充电电流直到所述电池组的电池单体之一达到充电截止电压或所述电池组的总电压达到设定值；以及逐步减小所述对所述电池组充电的充电电流直到其达到设定的最小充电电流。

在本发明的一个优选实施例中，在所述充电过程前还包括：控制循环冷却***打开；以及在所述确定所述电池组的均衡状态后还包括：控制所述循环冷却***关闭。

在本发明的一个优选实施例中，所述确定所述电池组的均衡状态还包括：利用所述循环冷却***使所述电池组的电池单体之间的温差小于预设值；其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

在本发明的一个优选实施例中，在所述确定电池组未工作之后并且在所述均衡所述电池组之前还包括：均衡启动过程，其包括：确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定；以及确定所述电池组的所述电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。

在本发明的一个优选实施例中，所述均衡启动过程还包括：确定所述电池组的所述电池单体之间的温差小于预设值；其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

在本发明的一个优选实施例中，所述均衡方式包括放电均衡方式和主动均衡方式；其中，所述放电均衡方式在表示所述电池一致性的参数低于或等于阈值时选择，所述主动均衡方式在所述表示所述电池一致性的参数高于所述阈值时选择。

在本发明的一个优选实施例中，所述电池一致性是通过电池循环寿命测试来确定的。

优选地，在所述电池循环寿命测试中，测试所用的电池数量等于所述电池组中的电池单体的数量。

可选地，在所述电池循环寿命测试中，测试所用的电池数量少于所述电池组中的所述电池单体的数量但不少于10个。

根据本发明另一方面，还提供了一种用于均衡电池组的***，包括：电池组均衡方式确定装置，其配置为用于确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式；电池组未工作确定装置，其配置为用于确定所述电池组未工作；以及电池组均衡装置，其配置为用于利用所确定的均衡方式均衡所述电池组。

在本发明一个优选实施例中，所述***还包括：电池组均衡状态确定装置，其配置为用于在所述确定所述电池组未工作之前确定所述电池组的均衡状态。

在本发明一个优选实施例中，所述***还包括：电池组充电控制装置，其配置为用于控制在所述确定所述电池组的均衡状态之前对所述电池组进行的充电过程。

在本发明一个优选实施例中，所述电池组充电控制装置还配置为用于在所述充电过程前控制循环冷却***打开，并在所述确定所述电池组的均衡状态后控制所述循环冷却***关闭。

在本发明一个优选实施例中，所述***还包括：均衡启动装置，其配置为用于确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定以及确定所述电池组的所述电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。

在本发明一个优选实施例中，所述均衡启动装置还配置为用于确定所述电池组的所述电池单体之间的温差小于预设值；其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

在本发明一个优选实施例中，所述均衡方式包括放电均衡方式和主动均衡方式；其中，所述放电均衡方式在表示所述电池一致性的参数低于或等于阈值时选择，所述主动均衡方式在所述表示所述电池一致性的参数高于所述阈值时选择。

在本发明的一个优选实施例中，所述电池一致性是通过电池循环寿命测试来确定的。

本发明所提供的用于均衡电池组的方法和***根据电池自身特性选择均衡方式，因而可以在***成本与节约能源之间做出较佳的权衡；并且能够在不影响用户使用的情况下实现电池组的电池单体之间的均衡管理。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出了根据本发明的优选实施例的用于均衡电池组的方法的流程图；

图2示出了根据本发明的优选实施例的确定电池组的均衡状态的流程图；

图3示出了根据本发明的优选实施例的对电池组充电的过程的流程图；

图4示出了根据本发明的优选实施例的用于电动汽车的电池组的均衡启动过程的流程图；

图5示出了根据本发明的优选实施例的电池组的放电均衡的流程图；

图6示出了根据本发明的优选实施例的电池组的主动均衡的流程图；以及

图7示出了根据本发明的优选实施例的用于均衡电池组的***的框图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

一方面，本发明提供了一种用于均衡电池组的方法。图1示出了根据本发明一个优选实施例的用于均衡电池组的方法100的流程图。如图1所示，该方法包括电池组均衡方式确定步骤101、电池组未工作确定步骤104和电池组均衡步骤106。该方法100可以结合电池组自身特点来选择合适的均衡方式从而在***成本与节约能源之间做出较佳的权衡。下面详细描述该方法中的各个步骤。

电池组均衡方式确定步骤101确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式，以作为电池组均衡步骤106所使用的均衡方式。

根据本发明的一个优选实施例，电池组的电池一致性可以通过电池循环寿命测试来确定。表示电池一致性的参数可以是电池组的电池单体之间的SOC差异。

在电池循环寿命测试中，测试所用的电池组中的电池单体与实际使用电池组中的电池单体同批次同规格。优选地，测试所用的电池数量可以等于实际使用电池组中的电池单体的数量，或者少于实际使用电池组中的电池单体的数量但不少于10个。这样，实际使用电池组的电池一致性可以较为准确地测试出来。例如，实际使用电池组的电池单体数目为96个，电池组的电池循环寿命测试所用的电池组中的电池单体数目为17个。电池组的电池循环寿命测试方法包括：常温下对测试所用的电池组以1C恒流充电到最高单体电压达到充电截止电压，静置一小时，再以1C恒流放电到最低单体电压达到放电截止电压，静置一小时后继续充电和放电。其中nC是指充电电流是电池额定容量的n倍，即1/n小时充满电。一次充电和一次放电为一个循环。电池组的电池循环寿命测试一直进行到测试所用的电池组的容量下降到其初始容量的60%以下或者循环次数达到1000次。每50次循环都对测试所用的电池组中的各单体的容量以及各单体的SOC进行一次测定。

优选地，如果电池组循环寿命测试所用的电池组中的电池单体数目与实际使用电池组的电池单体数目相等，则如果循环20次以后，测试所用的电池组中的电池单体之间SOC差异小于5%，则认为实际使用电池组的电池一致性较好；如果循环10次内测试所用的电池组中的电池单体之间的SOC差异大于5%，则认为实际使用电池组的电池一致性较差。如果电池组循环寿命测试所用的电池单体数目是实际使用电池组的电池单体数目的一半，则如果循环40次后，测试所用的电池组中的电池单体之间SOC差异小于5%，则认为实际使用电池组的电池一致性较好；如果循环20次内，测试所用的电池组中的电池单体之间的SOC差异就大于5%，则认为被实际使用池组的电池一致性较差。其他数量的电池依此类推。

根据本发明的一个优选实施例，均衡方式可以包括放电均衡方式和主动均衡方式。其中，放电均衡方式在表示电池一致性的参数(即电池组中的电池单体之间SOC的差异)低于或等于阈值时选择，主动均衡方式在表示电池一致性的参数高于阈值时选择。优选地，该阈值可以为5%，以区分电池一致性是否较好。放电均衡根据电池组的电池单体电压数据确定放电均衡的目标电压以及需要均衡的电池单体，然后对需要均衡的电池单体进行放电直到所有需要均衡的电池单体都放电完毕。主动均衡则是根据电池组的电池单体电压数据确定需要主动均衡的电池单体及相应的充电时间，然后对需要均衡的电池单体进行充电直到所有需要均衡的电池单体都充电完毕。本领域普通技术人员可以理解，除了上述均衡方式，本发明还可以采用其他均衡方式。

对于一致性较好的电池组，因为实际使用中需要均衡的次数很少而没有必要选用成本较高的主动均衡方式，而对于需要经常进行均衡操作的一致性较差的电池组，则有必要采用主动均衡方式来节约能量和增加电池使用时间。由此，成功避免了资源浪费。

电池组未工作步骤104确定电池组未工作。确定电池组未工作之后再对电池组进行均衡可以在不影响电池组的正常使用的情况下实现均衡。例如，如果电池组用于电动汽车，则可以当收到停车熄匙信号时（即电池组停用时）启动对电池组的均衡，这样可以不影响电动汽车的正常使用。

电池组均衡步骤106利用所确定的均衡方式均衡电池组，例如，对电池组进行放电均衡或者主动均衡。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的方法100还可以包括电池组均衡状态确定步骤103，其在电池组未工作确定步骤104之前确定电池组的均衡状态。均衡状态可以包括均衡、不均衡或者半均衡，其分别表示当前电池组的电池单体之间是均衡的、不均衡的或者是半均衡的。半均衡的意思是均衡过程尚未完成时由于某些原因中断了。如果电池组的均衡状态为均衡，则无需进行均衡。因此，提前确定电池组的均衡状态可以有效地避免资源浪费。

根据本发明的一个优选实施例，确定电池组的均衡状态可以包括：确定电池组的电池单体的电压达到稳定；以及确定电池组的电池单体之间的电压压差与设定值的大小关系以确定电池组的均衡状态。本领域普通技术人员可以理解，电压压差与SOC差异具有对应关系。例如，如果电池单体的SOC差异超过5%，则确定电池组不均衡。确定电池组的均衡状态的流程将在图2中详细说明。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的方法100还可以包括电池组充电控制步骤102。在该优选实施例中，确定电池组均衡状态应该在对电池组进行充电之后进行，使得电池组的充电过程和均衡过程独立开来，即不再像传统技术一样在充电过程中进行均衡，这样做可以相对缩短充电时间，达到快速充电的效果，提高电池组的使用效率。

根据本发明的一个优选实施例，电池组充电过程可以进一步包括：在确保安全的情况下将对电池组充电的充电电流从零增加到最大允许充电电流，保持最大允许充电电流直到电池组的电池单体之一达到充电截止电压或电池组的总电压达到设定值；以及逐步减小对电池组充电的充电电流直到其达到设定的最小充电电流。以此方法对电池组进行充电可以提高充电速率。对电池组充电的流程将在图3中详细说明。

根据本发明的一个优选实施例，在电池组的充电过程前还包括控制循环冷却***打开；在确定电池组的均衡状态后还包括控制该循环冷却***关闭。

根据本发明的一个优选实施例，确定电池组的均衡状态还包括：利用循环冷却***使电池组的电池单体之间的温差小于预设值；其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

现有方法在对电池组进行充电和均衡的时候没有考虑温度的影响。实际使用过程中，由于电池工作状况和散热情况的差异而有可能存在电池单体之间较大的温度差异，温度差异会造成电池容量的差异，从而造成SOC相近的单体之间电压的差异，这些因素都应该在充电和均衡的时候考虑进去以较好地实现充电和电池的均衡。

在对电池组进行充电前控制循环冷却***打开可以保证整个充电过程电池组的温度在允许范围之内并且电池单体之间温差最小，从而避免因为温差大导致电池充电效率的差异而带来的电池单体不均衡。另外，在确定电池组均衡状态后再控制循环冷却***关闭可以使得确定电池组的均衡状态的过程中的电池组电池单体之间温差较小，从而避免因温度的影响而导致对电池单体之间的不一致性判断错误，即不影响对电池组的均衡状态的判断。这里的温差可以有一个预设值，该预设值可由电池温度测试确定。

电池温度测试可以根据上述电池组的电池循环寿命测试所确定的电池组的电池一致性情况，选择测试所用的一定数目的电池单体，测试这些所选的电池单体在一定温度范围的荷电状态—开路电压（SOC-OCV）关系曲线以及容量、内阻与温度的关系。可选地，如果电池一致性较好，则选择2~3个测试所用的电池单体进行测试；如果电池的一致性较差，则选择5个以上的测试所用的电池单体进行测试。最终的结果取这些单体的测量平均值。可选地，电池温度测试时的测试温度范围为-20~60摄氏度。优选地，电池温度测试与上述电池组循环寿命测试穿插进行：即开始电池组循环寿命测试之前采用电池组循环寿命测试所用的电池组中的部分电池单体进行电池温度测试，然后电池组循环寿命测试每循环50次再进行一次电池温度测试。可选地，电池温度测试只在电池组循环寿命测试之前进行一次。不同电池寿命情况下不同温度的电池参数可通过电池温度测试的温度关系曲线以及电池组循环寿命测试的数据进行插值得到。通过电池温度测试，可以得到电池组的各种参数受温度影响的情况，从而在电池组后续的均衡操作过程中设置相应的温度范围达到更好的均衡效果。

其中，具体的SOC-OCV测试方法可以为把电池组的电池单体以标准方法充满后，以涓流（比如C/30）放电到放电截止电压，静置足够时间再以涓流充电到充电截止电压，把放电曲线和充电曲线的平均作为SOC-OCV曲线。另一种SOC-OCV的测试方法为把电池单体以标准方法充满后，以一定的恒流脉冲对电池单体放电，每个脉冲放掉电池容量的5%，每个脉冲之后静置足够时间让电池单体电压完全达到稳定，从而得到某放电电流下的放电过程的SOC-OCV曲线。类似地可以得到其他放电电流下的SOC-OCV曲线以及充电过程的不同电流的SOC-OCV曲线，综合这些曲线得到一个具有代表性的电池SOC-OCV曲线。

另外，结合电池温度测试和上述电池组循环寿命测试得到的数据可建立电池组中电池单体的温度、电压、容量、寿命、SOC等参数的多维数据库。根据电池单体的温度、电压及寿命等数据，从数据库中可直接得到各电池单体的对应SOC，以在确定电池组均衡状态时使用。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的方法100还可以包括均衡启动步骤105，其在电池组未工作确定步骤104之后并且在电池组均衡步骤106之前进行均衡启动过程。该过程包括：确定电池组的电池单体的电压达到稳定；以及确定电池组的电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。在确定电池组未工作之后，并不立刻进行均衡操作，而是先进行均衡启动，这样，可以在均衡启动的这段时间内判断一切情况是否都符合开始均衡操作的最佳条件。

根据本发明的一个优选实施例，均衡启动过程还包括确定电池组的电池单体之间的温差小于预设值。其中，预设值是通过电池温度测试确定的。确定电池组的电池单体之间的温差在允许的范围内，这样可以避免温度对后续均衡操作的影响。电池温度测试前面已经详细描述，此处不再赘述。均衡启动过程的流程将在图4中详细说明。

图2示出了根据本发明的优选实施例的确定电池组的均衡状态的流程图。图1中所示的电池组均衡状态确定步骤103可以包括如图2所示的步骤202至206。如果确定电池组处于不均衡状态，则结束本流程，否则继续进行。在一定时间内，如果电池组的电池单体之间的温度差小于预设值，电池组中的电池单体的电压达到稳定，则确定电池组的电池单体最高电压和电池单体最低电压的差是否超过设定值，如果没有超过，则确定该电池组是均衡的；如果超过，就确定该电池组是不均衡的，可以置不均衡标志为1。其中，不均衡标志可设为三个，分别为0、1和2。其中，0表示当前电池组均衡，1表示当前电池组不均衡，2表示当前电池组不均衡且均衡过程处于中断状态。

如图2所示，首先在步骤201，判断不均衡标志是否为0，如果不均衡标志为0，即当前电池组是均衡的，则继续进行下面的步骤确定是否真的处于均衡状态。如果不均衡标志不为0（即为1或者2），即当前电池组确定是不均衡或者是半均衡的，则无需再进行均衡状态的确定，直接转入步骤209的均衡状态确定结束，即不均衡标志不发生改变。

在步骤202，延时t1并记录电池组中各电池单体的电压数据和温度数据。在本发明的一个优选实施例中，延时时间为10秒，即t1=10秒。以100毫秒的间隔记录10秒内的所有电池单体的电压数据和温度数据。优选地，电池组的电池单体数量为96个，温度点数为16个点。

在步骤203，判断电池组中电池单体之间的温差是否小于T1。其中，电池组中的电池单体之间的温差的判定方法是：采用步骤202中记录的16个点的10秒平均温度进行比较，计算最高温度和最低温度之差△T，如果△T大于T1，则进入步骤205。如果△T小于T1，则继续进行步骤204。其中，T1的设定需要考虑在前面所述的电池温度测试数据。优选地，如果最低温度大于10摄氏度，则T1=10，如果最低温度低于10摄氏度，则T1=5。

在步骤204，确定电池单体的电压是否达到稳定。如果达到稳定，则继续进行步骤206，而如果没有达到稳定，则进入步骤205。其中，电池单体的电压是否达到稳定的判定方法是：采用步骤202中记录的电池单体的电压数据，比较所有电池单体第t1秒的平均电压和第1秒的平均电压，如果电压之差小于设定值，则认为电池电压达到稳定。该设定值的制定取决于电池本身的动态特性。优选地，此设定值采用2毫伏。

在步骤205，判断时间是否超过t2，如果超过，则均衡异常，转入步骤208均衡异常处理。如果没有超过，则回到步骤202。其中，t2的设定需要考虑所用电池组的电池单体的动态特性。优选地，t2=60秒。

在步骤206，判断电池组的电池单体之间的电压压差是否超过设定值。如果超过，则进入步骤207，而如果没有超过，则转入步骤209。其中，电池组的电池单体之间的电压压差的设定值与电池组的循环寿命以及温度有关。在本发明的一个优选实施例中，如果电池组中电池单体之间的SOC差异超过5%，则认为该电池组需要进行均衡操作。特别的，在本发明的一个优选实施例中，在温度范围为20~30摄氏度并且电池组寿命接近100%的时候，电池组的电池单体之间的电压压差允许值设定为85毫伏。

在步骤207，置不均衡标志为1，并记录电池组中所有电池单体的电压数据。在本发明的一个优选实施例中，如果判定电池组不均衡，则在本步骤中记录下电池组中所有电池单体的单体电压，并计算所有电池单体的SOC以及SOC的差异，不均衡计数器加上1，并记录当前的时间，把不均衡计数器中超过1个月的计数减去。不均衡计数器中的计数为最近一个月中电池组累计出现的不均衡次数，此数值用于对电池组的自我诊断，如果数值较大，则认为电池组中部分电池容量存在问题，从而可以提醒用户对电池进行更换。根据电池组中电池单体的温度、电压和寿命确定电池单体SOC的方法为：利用前面所述的电池组循环寿命测试和电池温度测试建立电池组中电池单体的温度、电压、容量、寿命、SOC的多维数据库，然后根据当前电池的温度、电压、寿命等数据从多维数据库中得到当前各单体的SOC。

步骤208进行均衡异常处理，该处理记录均衡状态确定过程中异常的具体情况，如果连续3次出现异常，会发出警告信号。

步骤209均衡状态确定结束。

图3示出了根据本发明的优选实施例的电池组的充电过程的流程图。图1中所示的电池组的充电控制步骤102控制该充电过程。充电时，在充电正常的情况下由零开始增大充电电流，一直增加到充电电流达到最大充电电流。然后在充电正常的情况下一直充电直到电池组的电池单体之一达到充电截止电压或电池组的总电压达到设定值。此时减小充电电流，充电到再有电池组的电池单体达到充电截止电压或总电压再次达到设定值。之后进一步减少充电电流，如此循环，直到充电电流减少到所设定的最小充电电流值并且电池组的电池单体之一达到充电截止电压或电池组的总电压达到设定值。在整个充电过程中，一旦检测到充电异常，则立即停止充电，根据异常情况进行相应的处理。

如图3所示，在步骤301，充电开始，置起始充电电流为0。

在步骤302，判断充电正常与否，如果充电正常，则继续进行步骤303，而如果充电不正常，则转入步骤309充电异常结束。充电正常与否的判断可以包括电池组参数（包括电池组总电压、单体电压、温度）是否在正常范围内，电池组和充电站连接通信是否正常，实际充电电流与设定充电电流的偏差是否在允许范围之内，充电站是否正常工作。如果发现任何异常，则设置相应的异常标志，退出当前的充电过程。

在步骤303，加大充电电流A1，保持t3。其中，充电电流的增加值A1的设定可以考虑安全性以及快速充电要求。优选地，A1等于5安培；t3的设定可以考虑发出加大充电电流的请求到检测到充电站提供稳定电流所需时间要求。优选地，t3等于0.5秒。

在步骤304，判断增大后的充电电流是否达到最大允许充电电流。如果没有达到最大允许充电电流，则返回步骤302。如果已经达到最大允许充电电流，则继续进行步骤305。最大允许充电电流的设定可以综合考虑电池组的最大允许连续充电电流以及充电站的最大持续电流输出能力。优选地，最大充电电流为50安培。

在步骤305，维持当前的充电电流给电池组充电，并保持t4。其中，保持时间t4的设定可以综合考虑与充电站的通信周期以及异常快速处理要求。优选地，t4等于0.1秒。步骤305后继续进行和步骤302相同的操作：即判断充电正常与否。如果充电正常，则继续进行步骤306。

在步骤306，判断充了t4时间的电后是否有电池组的电池单体电压达到设定值（即电池单体电压的充电截止电压）或者电池组的总电压是否达到设定值（即电池组总电压的充电截止电压）。其中，电池单体电压的设定值可以采用电池单体生产商规定的充电截止电压。优选地，电池单体的充电截止电压设定为4.2伏。电池组总电压的充电截止电压设定为电池单体的充电截止电压的设定值乘以电池组的电池单体的数量。优选地，电池组总电压的充电截止电压设定值为403伏。

在步骤307，判断当前充电电流是否为所设定的最小充电电流值，如果不是，则转入步骤310。如果是，则进入步骤308。其中，最小充电电流值的设定参照电池生产商规定的恒压充电截止电流。优选地，最小充电电流为2安培。

在步骤310，减小充电电流A2，保持t5。其中，充电电流的减少量A2同样可以考虑快速充电的要求。优选地，电流每次减少2安培，即A2等于2安培，t5为0.5秒。

在步骤308，充电正常结束。其可以包括断开与充电站的充电回路，向充电站发送正常结束充电请求，结束与充电站的通信，设置充电完成标志。

在步骤309，充电异常结束。其可以包括断开充电回路（如果没有断开的前提下），向充电站报告错误以及请求结束充电，结束与充电站通信，设置充电错误标志。

图4示出了根据本发明的优选实施例的电池组的用于电动汽车的均衡启动过程的流程图。图1中所示的电池组未工作确定步骤104可以包括图4所示的步骤401至407；图1中所示的均衡启动步骤105可以包括图4所示的步骤408和409；图1中所示的均衡步骤106可以包括图4所示的步骤410。

如图4所示，在本发明的一个优选实施例中，电池组用于电动汽车，而其均衡过程可以在停车过程中实现。因而，电池组的均衡操作不影响车辆的正常使用。在收到停车熄匙的信号后首先检查不均衡标志，如果不均衡标志为0，即电池组是均衡状态，则不需要均衡，与正常停车熄火一样关闭***。否则等待一段时间后检查电池组的电池单体的电压、温度是否都在允许进行均衡的设定范围内，如果都符合要求，就进行均衡操作。

在步骤401，确定收到熄匙信号，即只有当电动汽车不使用的情况才开始进行均衡启动、电池组均衡等下面的操作。

在步骤402，对不均衡标志进行判断。如果不均衡标志为0，即已是均衡状态，无需进行均衡，直接转到步骤411，结束关闭***。

在步骤403，定时器时间的设定可以考虑车辆实际使用情况，以及电池组的电池单体的电压、温度等达到稳定的时间要求等。优选地，定时器定时时间为30分钟。如果电池组温度过高或者电池单体之间温差过大，可以在本步骤控制循环冷却***打开，然后任何时候温度达到设定值即控制该循环冷却***关闭以节约能源。温度达到设定值指的是温度在一定范围内，详见409步骤。

在步骤403，设置并启动定时器。然后，进行步骤404，延时等待。接着进行步骤405，确定是否收到汽车启动信号。如果收到了汽车启动信号，则转到步骤406关闭定时器，然后转到步骤411结束关闭***。如果没有收到汽车启动信号则进行步骤407，确定是否达到预定时间。如果没有达到预定时间则返回步骤404，再次延时等待。如果达到预定时间则进行步骤408，确定电池组的电池单体电压是否稳定并在设定范围之内。该电池组的电池单体电压的设定范围可以根据具体采用的均衡方式而定：例如对于放电均衡来说，要避免在电压较低时进行放电均衡；又例如对于主动均衡方式而言，不能在电池电压过高时进行均衡。在本发明的一个优选实施例中，放电均衡的电池单体电压设定范围可以为：3.4~4.4伏；主动均衡的电池单体电压范围可以为3.0~4.15伏。如果电池组的电池单体电压不在设定范围内，则无法进行之后的均衡程序，即转到步骤411结束关闭***。如果电池组单体电压稳定并在设定范围内，则进行步骤409，确定电池组的电池单体的温度是否稳定并且温度在设定范围之内，以及确定电池组电池单体之间的温差是否在设定范围之内。在本发明的一个优选实施例中，电池组的电池单体的温度和电池组电池单体之间的温差的设定范围可以分别为：对于某些均衡方式，例如放电均衡，温度范围为-20~60摄氏度，温差设定范围为当最低温度在10摄氏度以上时温差小于10摄氏度或者最低温度低于10摄氏度时温差小于5摄氏度；对于某些均衡方式，例如主动均衡，温度范围为0~40摄氏度，并且可以没有温差设定。如果电池组的电池单体的温度或/和电池组电池单体的温差没有在设定范围之内，则无法进行之后的均衡程序，即转到步骤411结束关闭***。如果电池组的电池单体的温度和电池组电池单体之间的温差这两者都在设定范围之内，则进行步骤410，均衡电池组。图5和图6分别示出了利用放电均衡方式和主动均衡方式均衡电池组的详细流程。最后，均衡电池组完毕则进行步骤411，结束关闭***。

图5示出了根据本发明的优选实施例的电池组的放电均衡的流程图。图1中所示的电池组均衡步骤106可以如图5所示。

放电均衡的实现方式可以为每个电池单体串联一个由P型金属氧化物半导体场效应管（P型MOSFET）控制的放电电阻。电池监控芯片发送导通信号给某一个MOSFET开关，则与之相应的电池通过放电电阻进行放电。优选地，放电电阻阻值为27欧姆。

如图5所示，首先根据采集的电池单体电压数据确定放电均衡的目标电压以及需要均衡的电池单体，然后进行相应电池单体的放电均衡。在放电均衡过程中，如果电池组用于电动汽车，则如果收到汽车启动信号或者电压、温度异常信号，则终止均衡过程并把不均衡标志设置为2（即中断状态），否则一直进行放电均衡直到顺利完成。

在步骤501，确定均衡目标电压以及需要均衡的电池单体。其中，均衡目标电压可以根据电池组的电池单体的SOC-OCV曲线以及均衡目标允许的SOC差异而确定。电池组的电池单体的SOC-OCV曲线可以在前面所述的电池温度测试中得到。在本发明的一个优选实施例中，均衡目标允许的SOC差异为1%，在所采用电池组的电池单体的SOC-OCV曲线的平台区，电池组的电池单体之间1%的SOC差异对应电池组的电池单体的电压差异约为3毫伏，故均衡目标电压设定为电池组中的最低的电池单体电压加上3毫伏，需要均衡的电池单体为所有电压高于均衡目标电压的电池单体。

在步骤502，对需要进行均衡的电池单体进行放电。然后，进行步骤503，维持放电并保持时间t6。t6的设定需综合考虑***对于汽车启动以及***可能的异常情况的响应，较佳地，t6设定为0.5秒。接着进行步骤504，确定是否有任意正在放电均衡的电池单体达到放电目标电压，如果没有，则进行步骤508，如果有，则进行步骤505，把相应达到目标放电电压的电池单体停止放电，然后进行步骤506，确定是否所有需要均衡的电池单体都放电完毕。如果所有需要均衡的电池单体都放电完毕，则进行步骤507，将电池组的不均衡标志设置为0并退出均衡。如果不是所有需要均衡的电池单体都放电完毕，即均衡未完成，那么进行步骤508，确定是否收到汽车启动信号。如果收到汽车启动信号，则进行步骤510，将电池组的不均衡标志设置为2，即均衡过程中断，然后退出均衡。如果没有收到汽车启动信号，则进行步骤509，确定电池组的电池单体的电压、温度以及电池单体之间的温差是否在设定范围之内。在本发明的一个优选实施例中，在步骤509，电池组中的电池单体的电压的允许范围为3.4~4.4伏特，温度范围为-20~60摄氏度，温差设定范围为：当最低温度在10摄氏度以上时温差小于10摄氏度或者最低温度低于10摄氏度时温差小于5摄氏度。如果电池组的电池单体的电压、温度以及电池单体之间的温差在设定范围之内，则回到步骤503，继续延时等待。如果电池组的电池单体的电压、温度以及电池单体的温差之中的任何一个不在设定范围之内，则进行步骤510，将不均衡标志设置为2，即均衡过程中断，然后退出均衡。

图6示出了根据本发明的优选实施例的电池组的主动均衡的流程图。图1中所示的电池组均衡步骤106可以如图6所示。在进行主动均衡的时候，通过记录电池组的电池单体之间的SOC差异来确定需要均衡的电池单体以及需要均衡的时间。均衡的时候先对SOC最低的电池单体进行均衡，完成后再对剩下电池单体中SOC最低的电池单体进行均衡，直到所有需要均衡的电池单体都完成均衡。

主动均衡的方式可以采用DC-DC隔离电源给电池组中SOC低的电池单体进行充电。较佳地，DC-DC隔离电源的输入端为车载电源。较佳地，DC-DC的输入端也可为动力电池组的母线输出。DC-DC隔离电源的输出为恒流输出，并且最高输出电压为电池单体的充电截止电压。在本发明的一个优选实施例中，输出电流的大小为2安培，最高输出电压为4.2伏。电池组中所有电池单体通过选通开关与DC-DC隔离电源的输出端相连，同一时间只有一组开关选通。也就是说本均衡方式同一时间只能对电池组中的一个电池单体进行充电均衡。

在步骤601，判断不均衡标志是否为1，即判断将要进行的均衡操作是首次均衡操作还是上次未完成的均衡操作。如果不均衡标志为1，即确定将要进行的均衡操作是首次均衡操作，则进行步骤602，确定需要均衡的电池单体以及均衡时间。需要均衡的电池单体的确定方法可以包括：根据电池单体的SOC数据，以SOC数据最高的电池单体为标准，所有低于该标准1%的电池单体都是需要均衡的电池。均衡时间的确定方法可以包括：标准SOC减去待均衡电池单体的SOC，再减去0.5%，然后乘上电池单体的容量，最后除以主动均衡的电流。例如，作为标准的电池单体最高的SOC为100%，待均衡的电池单体的SOC为95%，电池单体的容量为70安时，均衡电流为2安培，则均衡时间为：（100%-95%-0.5%）*70/2=1.575小时。在步骤602后，进行步骤604。如果不均衡标志不为1，即将要进行的均衡操作为接着上次未完成的均衡操作，则进行步骤603，读取需要均衡的电池单体以及均衡时间的数据。然后，进行步骤604，对均衡时间最长的电池单体进行充电。在步骤604，根据上一步得到的电池单体的均衡时间进行排序，均衡时间长的先进行均衡。其优点在于，即使本次均衡因为种种原因而没能顺利完成，对SOC最低（也就是均衡时间最长）的电池单体进行的部分均衡操作也能一定程度上改善电池组的不均衡状态。步骤604后，进行步骤605，维持充电并保持时间t7。之后进行步骤606，确定当前需要均衡的电池单体是否充电完毕，即当前均衡是否完成。如果当前均衡完成，则进行步骤607，确定当前电池单体是否为最后一个需要均衡的电池单体。如果当前电池单体是最后一个需要均衡的电池单体，即均衡全部完成，所有需要均衡的电池单体全部充电完毕；则进行步骤609，将不均衡标志设置为0，并进行步骤614，退出均衡。如果当前电池单体不是最后一个需要均衡的电池单体，则进行步骤608，从待均衡电池中去掉当前的电池单体数据，并转入步骤604。如果当前均衡未完成，进行步骤610，确定是否收到汽车启动信号。如果收到汽车启动信号，则进行步骤612。而如果没有收到汽车启动信号，则进行步骤611，确定电池组的电池单体的电压、温度是否在设定范围之内。在本发明的一个优选实施例中，电池组的电池单体的温度范围可以为0~40摄氏度，电压设定范围可以为3.0~4.15伏。如果电池组的电压、温度都在设定范围之内，则转回步骤605，继续维持充电电流并保持时间t7。如果电池组的电压、温度这两者之中任何一个不在设定范围之内，则进行步骤612，将当前电池单体的均衡时间减去已经均衡时间，然后进行步骤613，存储所有未完成均衡的电池单体及均衡时间的数据，并将不均衡标志设置为2，即均衡中断状态。步骤613后，进行步骤614，退出均衡。

另一方面，本发明还提供了一种用于均衡电池组的***。图7示出了根据本发明优选实施例的用于均衡电池组的***700。如图7所示，该***包括：电池组均衡方式确定装置701、电池组未工作确定装置704和电池组均衡装置706。其中，电池组均衡方式确定装置701配置为用于确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式。电池组未工作确定装置704配置为用于确定电池组未工作。电池组均衡装置706配置为用于利用所确定的均衡方式均衡电池组。

根据本发明的一个优选实施例，电池组的电池一致性是通过电池循环寿命测试来确定的。

根据本发明的一个优选实施例，均衡方式可以包括放电均衡方式和主动均衡方式；其中，放电均衡方式在表示电池一致性的参数低于或等于阈值时选择，主动均衡方式在表示电池一致性的参数高于阈值时选择。优选地，该阈值可以为5%。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的***700还可以包括电池组均衡状态确定装置703，其配置为用于在电池组未工作确定装置704确定电池组未工作之前确定电池组的均衡状态。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的***700还可以包括电池组充电控制装置702，其配置为用于控制在确定电池组的均衡状态之前对电池组进行的充电过程。

根据本发明的一个优选实施例，电池组充电控制装置702还配置为用于在充电过程前控制循环冷却***打开，并在电池组均衡状态确定装置703确定所述电池组的均衡状态后控制循环冷却***关闭。

根据本发明的一个优选实施例，用于均衡电池组的***700还可以包括均衡启动装置705，其配置为用于确定所述电池组的所述电池单体的电压达到稳定以及确定所述电池组的所述电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。

根据本发明的一个优选实施例，均衡启动装置705还配置为用于确定所述电池组的所述电池单体之间的温差小于预设值。其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (18)

1.一种用于均衡电池组的方法，包括：

确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式；

确定所述电池组未工作，以在不影响所述电池组的正常使用的情况下实现均衡；以及

利用所确定的均衡方式均衡所述电池组，其中：

所述均衡方式包括放电均衡方式和主动均衡方式，

所述放电均衡方式根据所述电池组的电池单体电压数据确定放电均衡的目标电压以及需要均衡的电池单体，然后对需要均衡的电池单体进行放电直到所有需要均衡的电池单体都放电完毕，

所述主动均衡方式根据所述电池组的电池单体电压数据确定需要主动均衡的电池单体及相应的充电时间，然后对需要均衡的电池单体进行充电直到所有需要均衡的电池单体都充电完毕，

所述放电均衡方式在表示所述电池一致性的参数低于或等于阈值时选择，所述主动均衡方式在所述表示所述电池一致性的参数高于所述阈值时选择，其中，表示所述电池一致性的参数是所述电池组的电池单体之间的荷电状态(SOC)差异。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述电池组未工作之前还包括：确定所述电池组的均衡状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述电池组的均衡状态包括：

确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定；以及

确定所述电池组的所述电池单体之间的电压压差与设定值的大小关系以确定所述电池组的均衡状态。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：控制在所述确定所述电池组的均衡状态之前对所述电池组进行的充电过程。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述充电过程包括：

在确保安全的情况下将对所述电池组充电的充电电流从零增加到最大允许充电电流，保持所述最大允许充电电流直到所述电池组的电池单体之一达到充电截止电压或所述电池组的总电压达到设定值；以及

逐步减小所述对所述电池组充电的充电电流直到其达到设定的最小充电电流。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在所述充电过程前还包括：控制循环冷却***打开；以及

在所述确定所述电池组的均衡状态后还包括：控制所述循环冷却***关闭。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述电池组的均衡状态还包括：

利用所述循环冷却***使所述电池组的电池单体之间的温差小于预设值；

其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定电池组未工作之后并且在所述均衡所述电池组之前还包括：均衡启动过程，其包括：

确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定；以及

确定所述电池组的所述电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述均衡启动过程还包括：

确定所述电池组的所述电池单体之间的温差小于预设值；

其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池一致性是通过电池循环寿命测试来确定的。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

在所述电池循环寿命测试中，测试所用的电池数量等于所述电池组中的电池单体的数量，或者少于所述电池组中的所述电池单体的数量但不少于10个。

12.一种用于均衡电池组的***，包括：

电池组均衡方式确定装置，其配置为用于确定根据电池组的电池一致性所选择的均衡方式；

电池组未工作确定装置，其配置为用于确定所述电池组未工作，以在不影响所述电池组的正常使用的情况下实现均衡；以及

电池组均衡装置，其配置为用于利用所确定的均衡方式均衡所述电池组，其中：

所述均衡方式包括放电均衡方式和主动均衡方式，

所述放电均衡方式根据所述电池组的电池单体电压数据确定放电均衡的目标电压以及需要均衡的电池单体，然后对需要均衡的电池单体进行放电直到所有需要均衡的电池单体都放电完毕，

所述主动均衡方式根据所述电池组的电池单体电压数据确定需要主动均衡的电池单体及相应的充电时间，然后对需要均衡的电池单体进行充电直到所有需要均衡的电池单体都充电完毕，

所述放电均衡方式在表示所述电池一致性的参数低于或等于阈值时选择，所述主动均衡方式在所述表示所述电池一致性的参数高于所述阈值时选择，其中，表示所述电池一致性的参数是所述电池组的电池单体之间的荷电状态(SOC)差异。

13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述***还包括：

电池组均衡状态确定装置，其配置为用于在所述确定所述电池组未工作之前确定所述电池组的均衡状态。

14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述***还包括：

电池组充电控制装置，其配置为用于控制在所述确定所述电池组的均衡状态之前对所述电池组进行的充电过程。

15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述电池组充电控制装置还配置为用于在所述充电过程前控制循环冷却***打开，并在所述确定所述电池组的均衡状态后控制所述循环冷却***关闭。

16.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述***还包括：

均衡启动装置，其配置为用于确定所述电池组的电池单体的电压达到稳定以及确定所述电池组的所述电池单体的电压和温度在各自的设定范围之内。

17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，

所述均衡启动装置还配置为用于确定所述电池组的所述电池单体之间的温差小于预设值；

其中，所述预设值是通过电池温度测试确定的。

18.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述电池一致性是通过电池循环寿命测试来确定的。