一种电池均衡方法及系统、车辆

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电池的均衡系统及方法。

背景技术

现有的电动汽车电池一般采用被动均衡的方式。为了保持电动汽车动力电池各个电芯一致性，保护电池包寿命，需要对电池包电压高的电芯进行均衡。现有厂家一般使用负载消耗型被动均衡方案，在每节电池上并联一个电阻，同时串联一个开关控制，均衡时开关闭合，以热量形式释放电量。

这种均衡方式造成能量的浪费，而且现有的被动均衡只能在下电或者充电状态下进行均衡，放电时不启动均衡功能。

发明内容

为了节约电力资源，同时能够使电芯主动达到均衡状态，以实现电芯随时随地均衡，保持电芯一致性的技术效果，本发明提供一种电池均衡方法，具体包括：

分别检测两个或多个串联的电芯单元是否处于均衡状态，所述电芯单元包括电芯，第一开关和第二开关，所述第一开关与所述电芯串联，所述第二开关与所述电芯并联；

所述电芯单元处于均衡状态时，形成控制指令；

根据所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

优选的，检测所述电池的状态，所述电池的状态包括充电状态、放电状态或者下电状态；根据所述电池的状态以及所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

优选的，所述电芯单元处于均衡状态时，判断所述电芯单元的电压是否大于第三阈值，或者小于第四阈值；

处于均衡状态且电压大于第三阈值的所述电芯单元为第一电芯单元，处于均衡状态且电压小于第四阈值的所述电芯单元为第二电芯单元；

所述电池处于充电状态时，断开所述第一电芯单元的第一开关，闭合所述第二开关；

所述电池处于放电状态时，断开所述第二电芯单元的第一开关，闭合所述第二开关。

优选的，所述电芯单元的第三开关与变压充放电模块相连，所述变压充放电模块包括DCDC单元和充放电单元，所述电池处于下电状态时，闭合所述第三开关；若所述电芯单元的电压高于第五阈值，所述电芯单元通过DCDC向充放电单元充电；若所述电芯单元的电压低于第六阈值，所述充放电单元通过DCDC向所述电芯单元充电。

优选的，分别检测所述电芯单元的电荷状态和电压；当所述电芯单元的电荷状态不超过第一阈值，且所述电压与最小电压的差值大于第二阈值时，所述电芯单元处于均衡状态，以此形成控制指令，所述最小电压为所有所述电芯单元的电压的最小值。

本发明的另一方面，提供一种电池均衡系统，其特征在于，电芯模块、检测模块以及控制模块，所述电芯模块包括两个或多个串联的电芯单元；所述电芯单元包括电芯，第一开关和第二开关，所述第一开关与所述电芯串联，所述第二开关与所述电芯并联；所述检测模块用于分别检测所述电芯单元是否处于均衡状态，形成控制指令；所述控制模块用于根据所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

优选的，所述检测模块用于检测所述电池的状态，包括充电状态、放电状态或者下电状态；所述控制模块用于根据所述电池的状态和所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

优选的，所述控制模块用于判断所述电芯单元的电压是否大于第三阈值，或者小于第四阈值；处于均衡状态且电压大于第三阈值的所述电芯单元为第一电芯单元，处于均衡状态且电压小于第四阈值的所述电芯单元为第二电芯单元；

所述电池处于充电状态时，所述控制模块用于控制所述第一电芯单元的第一开关断开，第二开关闭合；

所述电池处于放电状态时，所述控制模块用于控制所述第二电芯单元的第一开关断开，第二开关闭合。

优选的，包括变压充放电模块，所述变压充放电模块包括DCDC单元和充放电单元，所述电芯单元通过第三开关与所述变压充放电模块相连，所述电池处于下电状态时，所述控制模块用于控制所述第三开关闭合；若所述电芯单元的电压高于第五阈值，所述控制模块用于控制所述电芯单元通过DCDC向充放电单元充电；若所述电芯单元的电压低于第六阈值，所述控制模块用于控制所述充放电单元通过DCDC向所述电芯单元充电。

优选的，所述检测单元用于检测所述电芯单元的电荷状态和电压；所述电芯单元的电荷状态不超过第一阈值，且所述电压与最小电压的差值大于第二阈值时，所述电芯单元处于均衡状态，所述检测模块用于形成控制指令。

本发明还提供一种车辆，包括如上任一所述的电池均衡系统。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.放电时可以利用开关，跳过低电压电芯，让高电压电芯工作，待高压电芯电压下降至低压电芯时再一起工作，保证电芯一致性；充电时可以利用开关，跳过高压电芯，先给低压电芯充电，待低压电芯电压上升至高压电芯时再一起充电；下电时利用DCDC让动力电池包的电芯和小电池互相充放电的方式进行均衡，既能保持电芯电压一致，也能给小电池充电，使电池能够在多数情况下均能实现均衡工作。

2.下电后利用DCDC使电芯和充放电单元相互充放电进行均衡，有效利用电能。

附图说明

图1为一符合本发明实施例中电池均衡方法的示意图；

图2为另一符合本发明实施例中电池均衡方法的示意图；

图3为一符合本发明实施例中电池均衡系统的示意图；

图4为另一符合本发明实施例中电池均衡系统处于非均衡状态的示意图；

图5为另一符合本发明实施例中电池均衡系统处于充放电均衡状态的示意图；

图6为另一符合本发明实施例中电池均衡系统处于下电状态的示意图。

附图标记：

ReplyA-第一开关，ReplyB-第二开关，ReplyC-第三开关。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。

在一符合本发明的实施例中，如图1所示，提供一种电池均衡方法。其中，电池包括两个或多个串联的电芯单元，所述电芯单元包括电芯，第一开关和第二开关，所述第一开关与所述电芯串联，所述第二开关与所述电芯并联；分别检测所述电芯单元是否处于均衡状态，所述电芯单元处于均衡状态时，形成控制指令；根据所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

本实施例中，通过设置第一开关和第二开关可以控制相应电芯的工作状态，当第一开关闭合，第二开关断开时，该电芯单元进行放电或者充电。所述控制单元通过检测各个电芯单元是否处于均衡状态，相应控制各个电芯单元的工作状态，由此可以减少各个电芯单元的能源浪费，使其工作状态符合当下的实际情况。

更加优选的，在另一具体实施例中，首先检测所述电池的状态，即，所述电池是否处于充电状态、放电状态或者下电状态。所述控制模块根据电池的不同状态控制和所述控制指令控制所述电芯单元的第一开关和第二开关。

有关均衡状态，本领域有诸多标准，例如，本实施例中，以单体电芯电荷状态SOC(State of Charge)或者单体电芯电压作为均衡控制的目标参数，在其他实施例中，可以将电池温度作为辅助标准，若温度超过设定的阈值时禁止均衡。应当理解的是，本发明中选取电荷状态及电信电压作为均衡逻辑，因此在后续判断是否需要进行充放电等操作时，选用电压作为判断标准。在其他实施例中，若使用电流等其他参数作为均衡状态的判断参数，则下述的各阈值可以相应调整为电流数据。此为本领域内常用的技术手段，本发明在此不作赘述。

本实施例中，检测所述电芯单元的电荷状态和电压；当所述电芯单元的电荷状态不超过第一阈值，且所述电压与最小电压的差值大于第二阈值时，所述电芯单元处于均衡状态，以此形成控制指令，所述最小电压为所有所述电芯单元的电压的最小值；所述控制模块根据所述电池的状态以及所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

其中所述的第一阈值和第二阈值依据电池种类，或者电池的工作状态不同而异。例如，电池为LFP(LiFePO4)时，所述电芯单元的电荷状态第一阈值可以为90％。

具体的，本实施例中，当所述电芯单元处于均衡状态时，判断所述电芯单元的电压是否大于第三阈值，或者小于第四阈值；处于均衡状态且电压大于第三阈值的所述电芯单元为第一电芯单元，处于均衡状态且电压低于第四阈值的所述电芯单元为第二电芯单元；

当所述电池处于充电状态时，所述控制模块断开所述第一电芯单元的第一开关，闭合所述第二开关；

当所述电池处于放电状态时，所述控制模块断开所述第二电芯单元的第一开关，闭合所述第二开关。

即，进一步将处于均衡状态的电芯单元分为待充电均衡的第一电芯单元和待放电均衡的第二电芯单元，在电池处于充电或放电状态时，分别对这两种电芯单元进行控制。若电池处于充电状态，则需要将电压大于第三阈值的高电压电芯暂时停止充电，直至其退出均衡状态，断开其所述第二开关，闭合其第一开关，使其继续充电。若电池处于放电状态，则需要将电压低于第四阈值的低电压电芯暂时停止放电，直至其退出均衡状态，断开其所述第二开关，闭合其第一开关，使其继续放电。

由此，通过判断电芯是否处于均衡状态，结合电池的工作状态，控制相应电芯的工作状态，可以使整个电池自主进行均衡，使多个电芯单元的电压保持一致。

进一步的，如图2所示，在另一优选实施例中，使所述电芯单元的第三开关与变压充放电模块相连，所述变压充放电模块包括DCDC单元和充放电单元，所述电池处于下电状态时，所述控制模块控制所述第三开关闭合；若所述电芯单元的电压高于第五阈值，控制所述电芯单元通过DCDC向充放电单元充电；若所述电芯单元的电压低于第六阈值，控制所述充放电单元通过DCDC向所述电芯单元充电。

本实施例中，通过第三开关，将各电芯单元与充放电单元相连，本实施例中的充放电单元为一个小电池，通过DCDC单元变压，使小电池与电芯单元实现相互充放电。具体而言，在电池下电前，所述控制单元闭合所有所述电芯单元的第一开关，断开第二开关，断开第三开关，使电芯单元进入非均衡状态，当电池处于下电状态后，所述控制模块闭合所述第三开关，并进一步根据电压判断电芯单元是否处于待均衡状态，若所述电芯单元的电压高于第四阈值，则控制所述电芯单元向小电池充电；若所述电芯单元的电压低于第四阈值，则控制小电池通过DCDC向所述电芯单元充电。

本实施例中，如若所述电芯单元均处于非均衡状态，则控制单元闭合所有第一开关，断开所有第二开关，断开所有第三开关，使所有电芯单元可以同时进行充放电。

相较于现有技术中，使用电阻消耗电量，本发明中通过DCDC让电芯和小电池互相充放电的方式进行均衡，既能保持电芯电压一致，也能给小电池充电，合理利用电量。

本发明的另一实施例中，提供一种电池均衡系统，如图3所示，包括：电芯模块、检测模块以及控制模块，所述电芯模块包括两个或多个串联的电芯单元；所述电芯单元包括电芯，第一开关和第二开关，所述第一开关与所述电芯串联，所述第二开关与所述电芯并联；所述检测模块用于检测所述电芯单元是否处于均衡状态，形成控制指令；所述控制模块用于根据所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

其中，所述检测模块用于检测所述电池的状态，包括充电状态、放电状态或者下电状态；所述控制模块用于根据所述电池的状态和所述控制指令控制所述第一开关和第二开关的断开或闭合。

本实施例中，所述控制模块为电池管理控制器(BMS)，为本领域内常见的车辆组件，所述检测模块可以集成于所述电池管理控制器中，由此电池管理控制器可以检测电池的工作状态，判断其处于充电状态、放电状态或者下电状态，根据电池的工作状态，相应控制电芯单元的第一开关和第二开关。

进一步的，所述的均衡状态如上所述，为各电芯单元保持一致的一种工作状态，在现实情况下，需要保持电池各电芯的一致性，由此保护电池的使用寿命。电池的均衡状态依据电池的种类不同而各异。具体的判断标准依据实际情况设立即可，本发明在此不作具体限定。

除此之外，所述控制模块用于判断所述电芯单元的电压是否大于第三阈值，或者小于第四阈值；处于均衡状态且电压大于第三阈值的所述电芯单元为第一电芯单元，处于均衡状态且电压低于第四阈值的所述电芯单元为第二电芯单元；所述电池处于充电状态时，所述控制模块用于控制所述第一电芯单元的第一开关断开，第二开关闭合；所述电池处于放电状态时，所述控制模块用于控制所述第二电芯单元的第一开关断开，第二开关闭合。该技术特征与上述电池均衡方法中的技术特征相似，本发明在此不作赘述。

在另一实施例中，所述电池均衡系统进一步包括变压充放电模块，所述变压充放电模块包括DCDC单元和充放电单元，所述电芯单元通过第三开关与所述变压充放电模块相连，所述电池处于下电状态时，所述控制模块用于控制所述第三开关闭合；若所述电芯单元的电压高于第五阈值，所述控制模块用于控制所述电芯单元通过DCDC向充放电单元充电；若所述电芯单元的电压低于第六阈值，所述控制模块用于控制所述充放电单元通过DCDC向所述电芯单元充电。应当理解的是，所述第四阈值并不是一个固定的电压数值，其是一个波动的数值，

如图4所示，为本实施例中电池处于非均衡状态时电池均衡系统的示意图，此时控制所有的第一开关RelayA闭合，第二开关RelayB和第三开关RelayC断开，使所有的电芯单元共同放电；图5为电池处于充放电状态时电池均衡系统的示意图，若所述电池均衡系统处于充电状态，则断开待放电电芯单元的第一开关RelayA，闭合其第二开关RelayB，若所述电池均衡系统处于放电状态，则断开所述待放电电芯单元的第一开关RelayA，闭合第二开关RelayB闭合；图6为电池下电前电池均衡系统的示意图，控制模块闭合第一开关RelayA，断开第二开关RelayB，断开第三开关RelayC，使电池包进入非均衡状态，待电池处于下电状态后，控制模块闭合各电芯单元对应连接的第三开关RelayC，控制电芯单元同时连接DCDC给小电池进行放电均衡或者小电池给相应电芯单元充电均衡。

本实施例通过对电池各个电芯的操作以及与小电池之间的充电放电，能够实现电池可以随时随地均衡，保持电芯一致性，且合理利用动力电池均衡消耗的能量。

除此之外，在本发明的另一实施例中，提供一种车辆，包括上述任一所述的电池均衡系统。所述车辆可以为新能源电动汽车，由此可以提高车辆电池的使用寿命，为车辆的长期使用提供保障。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。