CN112026587A - 一种电池均衡***控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种电池均衡***控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池均衡***控制方法、装置及存储介质，所述方法包括：获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态；根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。本发明提供的方案能够避免电池因过度放电或过度充电而导致损坏，实现单体电池之间的能量转移。

Description

一种电池均衡***控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池均衡***控制方法、装置及存储介质。
背景技术
电池管理***(BMS)是新能源电动汽车的关键组成部分，通过监测电池电压、电流的信息估算电池SOC状态，协调控制电动车的电量分配，有效提高电池寿命，保障电池***在可靠环境下安全运行。随着电池的不断使用，不同单体电池之间的差异会不断增加，而均衡管理就是通过控制电压、电流、SOC状态等电池参数实现单体电池能量状态的一致性。
目前已有的均衡方式包括被动均衡和主动均衡。被动均衡通常是通过均衡电阻以热能方式消耗掉，会存在较大的能量耗损；主动均衡一般是将电池能量高的单体转移到能量低的单体，实现能量转移，这种方式能减少能量损失和发热现象。现阶段主要采用的主动均衡方法通常是根据电池电压值或荷电状态SOC值来判断电池的平衡状态，电压均衡法虽然简单，但是无法完全保证单体电池容量达到一致状态；SOC控制方法需要获取电压、电流以及温度等参数，虽然能使电池***趋于平衡状态，但是仍会存在一定的误差，如果采集的参数数据不准确，还会因为误差的积累导致SOC估算时间长，影响电池实现自平衡的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种电池均衡管理方法、装置及存储介质，以解决现有技术中实现单体电池能量状态的一致性的问题。
本发明一方面提供了一种电池均衡***控制方法，其特征在于，包括：获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态；根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
可选地，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制，包括：当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，对所述单体电池进行限流均衡控制；当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值时，进行所述电池组的主动均衡控制。
可选地，对所述单体电池进行限流均衡控制，包括：若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电；若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。
可选地，进行所述电池组的主动均衡控制，包括：对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
本发明另一方面提供了一种电池均衡***控制装置，包括：获取单元，用于获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态；控制单元，用于根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
可选地，所述控制单元，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制，包括：当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，对所述单体电池进行限流均衡控制；当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值时，进行所述电池组的主动均衡控制。
可选地，所述控制单元，对所述单体电池进行限流均衡控制，包括：若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电；若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。
可选地，所述控制单元，进行所述电池组的主动均衡控制，包括：对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
根据本发明的技术方案，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态进行限流均衡控制或主动均衡控制通，当单体电池SOC与电池组平均SOC的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，开启限流均衡控制，避免电池因过度放电或过度充电而导致损坏；当电池组SOC均方差大于或等于第二预设阈值时，开启主动均衡控制，实现单体电池之间的能量转移，进而实现单体电池能量状态的一致性。
将主动均衡和限流均衡相结合，在快速达到能量均衡的同时，又能控制充放电电流大小，避免电池的过度充放电，避免在充放电过程中再次进行能量的二次转移，减少能量的损失。通过控制开关矩阵驱动器驱动开关矩阵选择目标单体电池和变压器连接，可以实现双向能量转移避免了电池在充放电过程中能量进行二次转移，同时使电池***快速达到平衡状态，实现高效能量传递；有效提高电池***实现自平衡的效率，使能量在任何单体电池和电池组之间实现高效能量传递，有效延长电池的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的电池均衡***控制方法的一实施例的方法示意图；
图2是根据本发明一个实施例的电池均衡***的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的均衡管理模块结构示意图；
图4是本发明提供的电池均衡***控制装置的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明一个实施例的电池均衡***可以包括：主控模块、均衡管理模块、电池信息采集模块、显示模块构成。图2是根据本发明一个实施例的电池均衡***的结构示意图。如图2所示，电池信息采集模块主要负责检测采集电池电流、电压信号。均衡管理模块包括多个均衡单元。每个均衡单元包含多个单体电池、开关矩阵模块和一个变压器。图3是根据本发明一个实施例的均衡管理模块结构示意图。如图3所示，均衡管理模块由M个均衡单元构成，图中虚线框部分即为均衡单元,每个均衡单元包含n个单体电池，开关矩阵模块和一个变压器。开关矩阵模块由开关矩阵驱动器和多个MOSFET开关管构成，多个开关管共用一个变压器。均衡管理模块通过开关矩阵驱动器驱动开关矩阵选择目标单体电池和变压器连接。显示模块中的界面可以显示电荷余量、电池采集信息以及电池均衡信息。
图1是本发明提供的电池均衡***控制方法的一实施例的方法示意图。本发明方法例如可以在图2所示的电池均衡***的主控模块中实施。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述控制方法至少包括步骤S110和步骤S120。
步骤S110，获取电池组中每个单体电池的荷电状态和各个单体电池的平均荷电状态。
具体地，采集每个单体电池的电压、电流信息，计算每个单体电池的荷电状态。例如，如图2所示，可以通过电池信息采集模块采集每个单体电池的电压、电流信息。电池荷电状态SOC定义为电池剩余容量占电池额定总容量的比值，SOC定义如下：在指定的放电倍率下，电池剩余电量与等同条件下额定容量的比值：
SOC＝CO/CE
其中，CO为电池剩余电量，CE为电池的额定总容量。
步骤S120，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，对其进行限流均衡控制。也就是说，对荷电状态与电池组平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值β1的单体电池进行限流控制。第一预设阈值β1取决于均衡策略对控制精度的要求，例如可以取0.15～0.2之间。
当单体电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值的绝对值满足|Δsoc|≥β1时，该单体电池的SOC值偏离电池组平均SOC值，说明该单体电池电荷量明显偏离整体电池的电荷量。例如，主控模块向均衡模块发送指令开启限流均衡控制，限制荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值的单体电池的充放电。
具体地，对荷电状态与电池组平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值β1的单体电池进行限流控制，包括：若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电，若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。让偏离电池组平均SOC值的单体电池在放电状态时被限制放电，此时SOC较小(荷电状态小于电池组平均荷电状态)的单体电池，其SOC值与电池组平均SOC值的差值较大，限制其放电能够避免因过度放电而导致损坏；让偏离电池组平均SOC值的单体电池在充电状态被限制充电，此时SOC较大(荷电状态大于电池组平均荷电状态)的单体电池，其SOC值与电池组平均SOC值的差值较大，限制其充电能够避免过度充电而导致损坏。
当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值β2时，进行所述电池组的主动均衡控制。
电池组的荷电状态SOC均方差b可根据如下公式计算：
Figure BDA0002620863400000071
式中，
Figure BDA0002620863400000072
表示电池组电荷量的平均值，SOCi表示任一单体电池的电荷量，n表示单体电池的数量。均方差b表征着电池组电荷量的不一致性。第二预设阈值β2即开启主动均衡的阈值条件。β2决定了均衡策略对控制精度的要求。根据电池当前容量，充放电状态，单体电池的个数等实际情况结合均方差计算得出。
具体地，进行所述电池组的主动均衡控制，包括：对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
例如，主控模块通过开关矩阵驱动器发出PWM信号控制开关矩阵，选择目标单体电池和变压器连接，驱动MOSFET开关管的导通和关闭，给能量较高的电池实施放电，同时能对能量较低的电池实施充电，直至达到电池***自平衡状态。具体而言，当有均衡需求时，控制开关矩阵驱动器发出PWM信号有次序地打开开关矩阵中相应的MOSFET开关管，将需要充放电的单体电池和变压器原边相连接(此处变压器起储能作用，作为能量转移的中介)。通过驱动开关矩阵中MOSFET开关管的导通和关闭，实现单体电池和模组电池之间能量的互相转移，达到给能量高(荷电状态大于第三预设阈值)的电池实施放电，给能量低(荷电状态小于第四预设阈值)的电池实施充电的目的，直至电池组各电池能量达到一致状态，则均衡结束。
根据本发明上述实施例，限流均衡和主动均衡的共同作用，使电池***在快速达到能量均衡的同时，又能控制充放电电流大小，避免在充放电过程中再次进行能量的二次转移，减少能量的损失。通过开关矩阵驱动器驱动开关矩阵选择目标单体电池和变压器连接，可以实现双向能量转移。本专利提出的电池均衡***能有效提高电池***实现自平衡的效率，使能量在任何单体电池和电池模组之间实现高效能量传递，同时延长了电池的使用寿命。
图4是本发明提供的电池均衡***控制装置的一实施例的结构框图。本发明方法例如可以在图2所示的电池均衡***的主控模块中实施。
如图4所示，所述电池均衡***控制装置100包括获取单元110、控制单元120。
获取单元110用于获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态。
具体地，采集每个单体电池的电压、电流信息，计算每个单体电池的荷电状态。例如，如图2所示，可以通过电池信息采集模块采集每个单体电池的电压、电流信息。电池荷电状态SOC定义为电池剩余容量占电池额定总容量的比值，SOC定义如下：在指定的放电倍率下，电池剩余电量与等同条件下额定容量的比值：
SOC＝CO/CE
其中，CO为电池剩余电量，CE为电池的额定总容量。
控制单元120用于根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，控制单元120对其进行限流均衡控制。也就是说，对荷电状态与电池组平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值β1的单体电池进行限流控制。第一预设阈值β1取决于均衡策略对控制精度的要求，例如可以取0.15～0.2之间。
当单体电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值的绝对值满足|Δsoc|≥β1时，该单体电池的SOC值偏离电池组平均SOC值，说明该单体电池电荷量明显偏离整体电池的电荷量。例如，主控模块向均衡模块发送指令开启限流均衡控制，限制荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值的单体电池的充放电。
具体地，控制单元120对荷电状态与电池组平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值β1的单体电池进行限流控制，包括：若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电，若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。让偏离电池组平均SOC值的单体电池在放电状态时被限制放电，此时SOC较小(荷电状态小于电池组平均荷电状态)的单体电池，其SOC值与电池组平均SOC值的差值较大，限制其放电能够避免因过度放电而导致损坏；让偏离电池组平均SOC值的单体电池在充电状态被限制充电，此时SOC较大(荷电状态大于电池组平均荷电状态)的单体电池，其SOC值与电池组平均SOC值的差值较大，限制其充电能够避免过度充电而导致损坏。
当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值β2时，控制单元120进行所述电池组的主动均衡控制。
电池组的荷电状态SOC均方差b可根据如下公式计算：
Figure BDA0002620863400000101
式中，
Figure BDA0002620863400000102
表示电池组电荷量的平均值，SOCi表示任一单体电池的电荷量，n表示单体电池的数量。均方差b表征着电池组电荷量的不一致性。第二预设阈值β2即开启主动均衡的阈值条件。β2决定了均衡策略对控制精度的要求。根据电池当前容量，充放电状态，单体电池的个数等实际情况结合均方差计算得出。
具体地，控制单元120进行所述电池组的主动均衡控制，包括：对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
例如，通过开关矩阵驱动器发出PWM信号控制开关矩阵，选择目标单体电池和变压器连接，驱动MOSFET开关管的导通和关闭，给能量较高的电池实施放电，同时能对能量较低的电池实施充电，直至达到电池***自平衡状态。具体而言，当有均衡需求时，控制开关矩阵驱动器发出PWM信号有次序地打开开关矩阵中相应的MOSFET开关管，将需要充放电的单体电池和变压器原边相连接(此处变压器起储能作用，作为能量转移的中介)。通过驱动开关矩阵中MOSFET开关管的导通和关闭，实现单体电池和模组电池之间能量的互相转移，达到给能量高(荷电状态大于第三预设阈值)的电池实施放电，给能量低(荷电状态小于第四预设阈值)的电池实施充电的目的，直至电池组各电池能量达到一致状态，则均衡结束。
本发明还提供对应于所述电池均衡***控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
据此，本发明提供的方案，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态进行限流均衡控制或主动均衡控制通，当单体电池SOC与电池组平均SOC的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，开启限流均衡控制，避免电池因过度放电或过度充电而导致损坏；当电池组SOC均方差大于或等于第二预设阈值时，开启主动均衡控制，实现单体电池之间的能量转移。
将主动均衡和限流均衡相结合，在快速达到能量均衡的同时，又能控制充放电电流大小，避免电池的过度充放电，避免在充放电过程中再次进行能量的二次转移，减少能量的损失。通过控制开关矩阵驱动器驱动开关矩阵选择目标单体电池和变压器连接，可以实现双向能量转移避免了电池在充放电过程中能量进行二次转移，同时使电池***快速达到平衡状态，实现高效能量传递；有效提高电池***实现自平衡的效率，使能量在任何单体电池和电池组之间实现高效能量传递，有效延长电池的使用寿命。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种电池均衡***控制方法，其特征在于，包括：
获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态；
根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制，包括：
当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，对所述单体电池进行限流均衡控制；
当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值时，进行所述电池组的主动均衡控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述单体电池进行限流均衡控制，包括：
若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电；
若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，进行所述电池组的主动均衡控制，包括：
对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；
对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
5.一种电池均衡***控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取电池组中每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态；
控制单元，用于根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元，根据每个单体电池的荷电状态和所述电池组中各个单体电池的平均荷电状态，确定是否进行限流均衡控制或主动均衡控制，包括：
当所述电池组中任一单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的差值的绝对值大于等于第一预设阈值时，对所述单体电池进行限流均衡控制；
当所述电池组中各个单体电池的荷电状态与所述平均荷电状态的均方差大于等于第二预设阈值时，进行所述电池组的主动均衡控制。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元，对所述单体电池进行限流均衡控制，包括：
若所述单体电池的荷电状态小于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的放电；
若所述单体电池的荷电状态大于所述平均荷电状态，则限制所述单体电池的充电。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述控制单元，进行所述电池组的主动均衡控制，包括：
对所述电池组中荷电状态大于第三预设阈值的单体电池进行放电；
对所述电池组中荷电状态小于第四预设阈值的单体电池进行充电。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
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