一种电池的被动均衡方法、系统、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，特别是涉及一种电池的被动均衡方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

随着新能源电池技术的快速发展和广泛应用，新能源电池已经成为许多电动车辆、储能系统和移动设备的首选能量存储解决方案。与此同时，电池使用过程中的一致性问题也备受关注，由于生产过程中材料、工艺以及环境等因素的差异，每个电池单元在电荷和放电过程中会有微小的差异，这些差异可能导致一些电池单元容量损失过快，从而降低整个电池组的性能和寿命，甚至可能引发安全问题。

为了解决电池组中各个电池单元的一致性问题，目前已经存在一些均衡方法，主要分为能量耗散型的被动均衡方式和能量转移型的主动均衡方式。其中，被动均衡利用与电池并联的均衡开关和泄放电阻，将电压较高或容量较大电芯的能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间差异的目的。目前市场上电池管理系统多采用被动均衡的方式，其结构简单，技术也较为成熟，因而得以广泛使用。

目前，大多数具备被动均衡功能的电池管理系统采用的均衡策略是：在充电末期，监测每个电池单元的电压，并且计算电池单元之间的电压差异，通过电池组的特性和需求制定均衡策略及控制算法，例如根据电压差异的阈值来判断是否需要进行均衡等。这类均衡方式主要存在以下问题：

由于充电极化反应的存在，充电末端电池单元之间的电压差异会被放大，采集电压值并不是电池单元的真实开路电压值，因此无法准确估算每个电池单元的SOC值，只能通过比较各单元的电压差值制定较为粗略的均衡方案，依靠经验来拟定均衡开启和关闭的条件；充电结束后电池电压在较长时间内会有一个逐渐回落的过程，电池单元的电压动态变化导致无法准确预估均衡所需要的时间；没有考虑泄放电阻上的损耗对整个电池系统SOC的影响。

因此，需要一种精度高的均衡方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池的被动均衡方法、系统、电子设备及存储介质，可在自唤醒周期内对电池进行静态均衡，通过对各电池单元进行准确的容量的估计和差异比较来精确计算均衡时间以及损耗的容量，进而对系统SOC值进行准确的定量补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电池的被动均衡方法，包括：

设置电源管理芯片的自唤醒周期；

获取上次关机时间、当前开机时间、各电池单元的静态电压值、各电池单元的温度值；

根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件；

如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组；

分别计算所述需要被动均衡组的电池单元的预估均衡时间、系统预估最大均衡时间和系统预估最小均衡时间；

根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量；所述均衡损耗容量用于对系统的SOC进行补偿。

可选地，根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件，具体包括：

根据所述上次关机时间和所述当前开机时间计算两次使用的间隔时间；

判断所述间隔时间是否等于自唤醒周期的休眠时长，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于自唤醒状态并根据所述静态电压值和所述温度值确定每个电池单元对应的SOC值；

判断当前自唤醒周期的电池单元中当前最高单体电压的电芯对应的SOC值是否大于均衡保护值，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为是，则当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件；

若所述第二判断结果为否，则当前自唤醒周期内电池单元不符合开启被动均衡条件；

若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于人为唤醒状态。

可选地，如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组，具体包括：

基于所有电池单元的SOC值进行排序；

根据所有电池单元中最低电压的电池单元的SOC值设置均衡SOC差值门限；

根据排序后的SOC值和均衡SOC差值门限确定需要被动均衡组。

可选地，电池单元的预估均衡时间的表达式为：

其中，T

可选地，根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量，具体包括：

当所述实际已均衡时间小于或者等于所述系统预估最小均衡时间时，根据如下公式计算均衡损耗容量；

其中，

当所述实际已均衡时间大于所述系统预估最小均衡时间且实际已均衡时间小于所述系统预估最大均衡时间时，根据如下公式计算均衡损耗容量；

其中，k为系统内预估均衡时间等于当前实际已均衡时间的临界电池单元序号，1~k代表预估均衡时间大于当前已均衡时间的电池单元，k+1~n代表预估均衡时间小于当前已均衡时间的电池单元；

当所述实际已均衡时间大于或者等于所述系统预估最小均衡时间时，根据如下公式计算均衡损耗容量；

。

本发明还提供一种电池的被动均衡系统，包括：

设置模块，用于设置电源管理芯片的自唤醒周期；

获取模块，用于获取上次关机时间、当前开机时间、各电池单元的静态电压值、各电池单元的温度值；

被动均衡条件确定模块，用于根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件；

排序和分组模块，用于如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组；

计算模块，用于分别计算所述需要被动均衡组的电池单元的预估均衡时间、系统预估最大均衡时间和系统预估最小均衡时间；

均衡损耗容量确定模块，用于根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量；所述均衡损耗容量用于对系统的SOC进行补偿。

可选地，被动均衡条件确定模块具体包括：

间隔时间确定单元，用于根据所述上次关机时间和所述当前开机时间计算两次使用的间隔时间；

第一判断单元，用于判断所述间隔时间是否等于自唤醒周期的休眠时长，得到第一判断结果；

自唤醒状态确定单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于自唤醒状态并根据所述静态电压值和所述温度值确定每个电池单元对应的SOC值；

第二判断单元，用于判断当前自唤醒周期的电池单元中当前最高单体电压的电芯对应的SOC值是否大于均衡保护值，得到第二判断结果；

被动均衡条件符合确定单元，用于若所述第二判断结果为是，则当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件；

被动均衡条件不符合确定单元，用于若所述第二判断结果为否，则当前自唤醒周期内电池单元不符合开启被动均衡条件；

人为唤醒状态单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于人为唤醒状态。

可选地，排序和分组模块具体包括：

排序单元，用于基于所有电池单元的SOC值进行排序；

设置单元，用于根据所有电池单元中最低电压的电池单元的SOC值设置均衡SOC差值门限；

分组单元，用于根据排序后的SOC值和均衡SOC差值门限确定需要被动均衡组。

本发明还提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，其上存储有一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如所述的方法。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的方法。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明设置电源管理芯片的自唤醒周期；获取上次关机时间、当前开机时间、各电池单元的静态电压值、各电池单元的温度值；根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件；如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组；分别计算所述需要被动均衡组的电池单元的预估均衡时间、系统预估最大均衡时间和系统预估最小均衡时间；根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量；所述均衡损耗容量用于对系统的SOC进行补偿。在自唤醒周期内对电池进行静态均衡，通过对各电池单元进行准确的容量的估计和差异比较来精确计算均衡时间以及损耗的容量，进而对系统SOC值进行准确的定量补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明提供的电池的被动均衡方法架构图；

图2为本发明提供的电池的被动均衡方法在实际应用中的流程图；

图3为被动均衡硬件电路图；

图4为本发明提供的电池的被动均衡方法流程图。

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，所描述的实施例仅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。

本发明的目的是提供一种电池的被动均衡方法、系统、电子设备及存储介质，可在自唤醒周期内对电池进行静态均衡，通过对各电池单元进行准确的容量的估计和差异比较来精确计算均衡时间以及损耗的容量，进而对系统SOC值进行准确的定量补偿。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本申请公开了一种计算均衡时间和SOC补偿的被动均衡方法，该方法可以通过BMS(Battery Management System，电池管理系统)来执行。如图1和图4所示，本发明提供的一种电池的被动均衡方法，包括：

步骤101：设置电源管理芯片的自唤醒周期。设置电源管理芯片的自唤醒周期T

具体地，在BMS关机下电前，将自唤醒的配置指令写入到电源管理芯片的配置寄存器，电源管理芯片内部的计数器会根据设定好的唤醒周期装载一个初值，然后自动进行减法运算，在经过T

步骤102：获取上次关机时间、当前开机时间、各电池单元的静态电压值、各电池单元的温度值。BMS通过内部非易失性存储器和实时时钟芯片获取上次关机和当前开机的时间点，并计算两次使用的间隔时间Δt。BMS采集各电池单元的静态电压值(V

步骤103：根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件。

步骤103，具体包括：根据所述上次关机时间和所述当前开机时间计算两次使用的间隔时间；判断所述间隔时间是否等于自唤醒周期的休眠时长，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于自唤醒状态并根据所述静态电压值和所述温度值确定每个电池单元对应的SOC值；判断当前自唤醒周期的电池单元中当前最高单体电压的电芯对应的SOC值是否大于均衡保护值，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件；若所述第二判断结果为否，则当前自唤醒周期内电池单元不符合开启被动均衡条件；若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于人为唤醒状态。人为唤醒状态则表示均衡结束。

检测当前自唤醒周期内电池是否符合开启被动均衡的条件。

更具体地，开启被动均衡的条件应满足：

R1：验证使用间隔时间Δt是否等于自唤醒周期的休眠时长T

R2：在满足R1条件的基础上，进一步判断当前所有电池单元中最高单体电压的电芯对应的SOC值是否大于均衡保护值。若最高电压单体电芯的SOC已经小于均衡保护值，说明整个电池系统的电量已经处于一个较低的水平，此时不宜进行被动均衡。

在同时满足R1和R2两个条件的基础上，认为当前自唤醒周期内，电池满足开启被动均衡的条件，执行104步骤。

步骤104：如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组。

步骤104，具体包括：基于所有电池单元的SOC值进行排序；根据所有电池单元中最低电压的电池单元的SOC值设置均衡SOC差值门限；根据排序后的SOC值和均衡SOC差值门限确定需要被动均衡组。

对当前所有的电池单元进行排序和分组标记，其中一组标记为无需均衡，另一组标记为需要被动均衡。具体地，排序和分组的依据为：基于每个电池单元的实际SOC，按从高到低的顺序进行排序，然后将SOC较高的一批电池划分到需要被动均衡的组（G1），而将SOC较低的一批电池划分到无需均衡的组（G2）。

更进一步地，划分的依据在于确定最低电压电池单元的SOC值SOC

步骤105：分别计算所述需要被动均衡组的电池单元的预估均衡时间、系统预估最大均衡时间和系统预估最小均衡时间。

对于已经划分至G1组中的电池单元，分别计算每个单元的均衡时间以及系统的预估最大和最小均衡时间。

具体地，每个电池单元的均衡时间的计算公式如下：

其中，T

上式中，平均均衡电流I

其中，V

将公式平均均衡电流公式代入每个电池单元的均衡时间公式中，可以最终计算出G1组中每个电池单元x的均衡时间T

步骤106：根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量；所述均衡损耗容量用于对系统的SOC进行补偿。

在实际应用中，在步骤106之后，还需要判断实际已均衡时间是否达到系统预估最大均衡时间或唤醒结束转入休眠状态，若是，则均衡结束，若否，则返回步骤106。

根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量，具体包括：

当所述实际已均衡时间小于或者等于所述系统预估最小均衡时间时，即若T≤min{T

其中，

当所述实际已均衡时间大于所述系统预估最小均衡时间且实际已均衡时间小于所述系统预估最大均衡时间时，即，若T>min{T

其中，k为系统内预估均衡时间等于当前实际已均衡时间的临界电池单元序号，1~k代表预估均衡时间大于当前已均衡时间的电池单元，k+1~n代表预估均衡时间小于当前已均衡时间的电池单元。

当所述实际已均衡时间大于或者等于所述系统预估最小均衡时间时，即，若T≥max{T

。

本发明基于电池管理系统的自唤醒功能，在自唤醒周期内对电池进行静态均衡，通过对各电池单元进行准确的容量的估计和差异比较来精确计算均衡时间以及损耗的容量，进而对系统SOC值定量补偿，有效克服了现有被动均衡方法以上列出的不足点，为电池的被动均衡方法和相应的参数计算提供了一种更优的解决方案。

如图1所示，本发明通过电池管理系统内部的电源管理模块，可配置BMS的自唤醒周期，在自唤醒周期内执行被动均衡的功能以及计算SOC补偿等，具体实施方法如下：

S1、通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)设置电源管理芯片的自唤醒周期T

在配置完成后，MCU下电休眠，BMS的主要功能关闭，而电源管理芯片由于外部供电存在会一直工作，其内部的计数器会根据设定好的唤醒周期装载一个初值，然后自动进行减法运算，在经过T

作为本发明的一个具体实施例，设置自唤醒周期T

S2、进一步地，在MCU被唤醒后，可以读取非易失性存储器中存储的关于上次关机时刻的时间t

S3、MCU控制电压集模块开始工作，BMS周期性地采集所有电池单元的电压信息和温度信息。由于此刻电池管理系统处于自唤醒状态而非人为使用唤醒，不存在充放电电流，因此电池处于静态状态，采集值都为电池的静态电压值，记为V

作为本发明的一个具体实施例，选取某额定单体容量Q

表1自唤醒周期内BMS采集结果

容易得到，V

在图1、图2和上述S1~S3步骤的基础上，根据自唤醒周期内BMS的采集参数和计算结果，进一步给出均衡策略和补偿方法。

S4、检测当前自唤醒周期内电池是否符合开启被动均衡的条件。

在本实施例中，均衡SOC保护值设置为10%，Cell

S5、对当前所有的电池单元进行排序和分组标记，其中一组标记为无需均衡，另一组标记为需要被动均衡。

在本实施例中，设置均衡SOC差值门限SOC

①Cell

对以上电池单元进行分组操作，①②③的SOC>62%+5%=67%，划分到需要被动均衡的组G1(①②③)中，剩下的电池单元划分到无需均衡的组G2(④⑤⑥⑦⑧)中。

S6、对于已经划分至G1组中的电池单元，分别计算每个单元的均衡时间以及系统的预估最大和最小均衡时间。

如图3所示，本实施例中，与电池单元并联的均衡泄放电阻R

由以上计算结果可以得到，整个系统的最大均衡时间T

S7、根据实际已均衡时间实时计算均衡损耗容量。

在本实施例中，已经设置的自唤醒周期T为24h，其中唤醒时长T

当0

当1.8h

进一步地，可以计算出在一个自唤醒周期内，电池系统因被动均衡带来的容量损耗。即T=T

通过以上计算可以看出，被动均衡的容量损耗，对于系统的实际SOC会有一定的影响，这个影响在小容量的电池系统上更为明显。若直接忽略这个损耗值，累积误差将越来越大，导致整个系统的SOC出现较大的偏差。

S8、根据S7步骤计算得到的实时容量损耗值补偿系统的SOC。

本发明还提供一种电池的被动均衡系统，包括：

设置模块，用于设置电源管理芯片的自唤醒周期。

获取模块，用于获取上次关机时间、当前开机时间、各电池单元的静态电压值、各电池单元的温度值。

被动均衡条件确定模块，用于根据所述自唤醒周期、上次关机时间、当前开机时间、静态电压值和温度值确定当前自唤醒周期内电池单元是否符合开启被动均衡条件。

排序和分组模块，用于如果当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件，对当前所有的电池单元进行排序和分组，确定需要被动均衡组。

计算模块，用于分别计算所述需要被动均衡组的电池单元的预估均衡时间、系统预估最大均衡时间和系统预估最小均衡时间。

均衡损耗容量确定模块，用于根据所述需要被动均衡组的电池单元的实际已均衡时间、所述系统预估最大均衡时间、所述系统预估最小均衡时间和所述预估均衡时间计算均衡损耗容量；所述均衡损耗容量用于对系统的SOC进行补偿。

作为一种可选地实施方式，被动均衡条件确定模块具体包括：

间隔时间确定单元，用于根据所述上次关机时间和所述当前开机时间计算两次使用的间隔时间。

第一判断单元，用于判断所述间隔时间是否等于自唤醒周期的休眠时长，得到第一判断结果。

自唤醒状态确定单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于自唤醒状态并根据所述静态电压值和所述温度值确定每个电池单元对应的SOC值。

第二判断单元，用于判断当前自唤醒周期的电池单元中当前最高单体电压的电芯对应的SOC值是否大于均衡保护值，得到第二判断结果。

被动均衡条件符合确定单元，用于若所述第二判断结果为是，则当前自唤醒周期内电池单元符合开启被动均衡条件。

被动均衡条件不符合确定单元，用于若所述第二判断结果为否，则当前自唤醒周期内电池单元不符合开启被动均衡条件。

人为唤醒状态单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定当前自唤醒周期的电池单元处于人为唤醒状态。

作为一种可选地实施方式，排序和分组模块具体包括：

排序单元，用于基于所有电池单元的SOC值进行排序。

设置单元，用于根据所有电池单元中最低电压的电池单元的SOC值设置均衡SOC差值门限。

分组单元，用于根据排序后的SOC值和均衡SOC差值门限确定需要被动均衡组。

本发明还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现所述的方法。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

本发明通过对各电池单元的容量进行静态估算和比较，精确计算出被动均衡过程所需要的时间以及损耗的容量，并对当前SOC进行定量补偿，解决了因忽略电流在均衡电阻上的损耗而导致系统SOC值不准确的问题。通过制定被动均衡策略，在BMS自唤醒过程中执行被动均衡的功能，同时观测每节电芯的均衡状态，计算每节电芯的均衡电流和均衡时间，并依次计算出均衡过程中的容量损耗，最后根据容量损耗值补偿SOC。

本发明具体以下优势：

本发明通过电源管理模块实现BMS的周期自唤醒，在唤醒期间对电池进行静态均衡，避免了现有的均衡方法在充电末期电池的极化反应尚未完全消散时，采集电压值非电池真实OCV值，从而导致无法准确估算每个电池单元的SOC的问题。

本发明利用SOC-OCV表准确获取每个静态电池单元的SOC值，然后对其排序分组，并确定了均衡开启和关闭的条件。

本发明给出了均衡时间的计算通式，利用该通式可以计算所有需要均衡电池单元的均衡时间，进而可以计算得到整个系统内部的最大均衡时间和最小均衡时间。

本发明提出了均衡容量损耗和SOC补偿的定量计算方法，对系统已均衡时间进行分类讨论，给出了不同情形下的容量损耗和SOC补偿的计算公式。

本发明通过对具体实施例的计算，说明了被动均衡时泄放电阻上的容量损耗，对于系统的实际SOC会有一定的影响，且这个影响在小容量的电池系统上更为明显，使用本发明的方法可以有效解决这一问题，也为电池的被动均衡方法和相应的参数计算提供了一种更优的解决方案。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。