一种电池组均衡模块的检测方法、装置及系统与流程

1.本发明属于电动汽车技术领域，尤其是涉及一种电池组均衡模块的检测方法、装置及系统。


背景技术：

2.电池组均衡技术不仅关系到整个电池组的使用寿命，更重要的是，它是合理有效并且安全使用电池组的基础，所以电池组均衡技术一直是电池管理系统中重点的研究领域。现阶段均衡技术可以分为被动均衡和主动均衡两类。
3.被动均衡技术主要是指电阻放电式均衡方式，这种方法具有实现简单、成本低廉的优点，是早期主要的均衡方案，同时也存在能量浪费、散热处理以及均衡时间长等问题。
4.主动均衡技术能够在不同电池间进行无损能量传递来实现均衡目的，目前其存在很多种电路形式：
5.(1)利用开关和电容的组合实现能量在相邻电池之间传递的均衡方式；
6.(2)用电感代替电容作为储能元件；
7.(3)利用变换器来实现能量双向流动，例如由直流变换器构成能量传递通道的均衡方案；此外还有研究人员将整组电池的能量经过变换器降压，通过开关阵列选择指定的电池充电。
8.但是，主动均衡技术依然存在如下问题：
9.(1)有些方法仅以外电压作为控制对象，而电池外电压受电池直流内阻、极化电压、可用容量和soc(state of charge，荷电状态)等多个因素的影响，无法建立外电压与电池内部状态之间的关系；
10.(2)功耗高，不仅消耗能量，还伴随有发热现象，需要辅助散热系统；
11.(3)支持电池节数少，部分均衡电路仅针对几节电池提出了解决方案，不能根据电池组的串联节数进行扩展；
12.(4)实用性差，在实际应用中，电动汽车对均衡电路的体积要求足够小以满足具体的安装条件，同时还需要兼顾成本。
13.如何检测和评价这些均衡技术是否对电池组的一致性有帮助，以及是否适合在车上采用，目前还没有完善统一的衡量指标和测试方法。现有的电池组均衡技术的检测装置，只通过对单体电压差分放大进行读取各节间电压，超出设定值时可以透过装置分别给予各节电池予以充放电，进而达到均衡的状态，并未介绍如何检测均衡方法和均衡装置。还有通过对电池电压的检测，利用多个并联的光电耦合器串联一个拨动开关组成的切换电路。对电池组选择性的进行充电，可以让汽车启动电源电池组组装时，电池组每个单体电池都处于均衡状态。上述这两种方法都是通过检测单体电压，单独对未均衡的电池进行充放电已达到均衡，这种方式的均衡方法在车用动力电池组中并不实用，首先车用电池组电池串数较多，几十甚至上百串，均衡模块一般集成在bms(battery management system，动力电池管理系统)中或者以单独的控制器存在；其次充电时不可能单独对某些电池充电。
14.因此，需要直接检测均衡模块的均衡能力和均衡效果，判断是否可以在车上应用，来提高前期的设计效率和延长电池组的使用寿命。


技术实现要素：

15.本发明实施例的目的在于提供一种电池组均衡模块的检测方法、装置及系统，从而解决现有技术中未对均衡模块的均衡效果进行检测和评价并判断其是否适合产品应用的问题。
16.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电池组均衡模块的检测方法，包括：
17.控制充放电模块对待检测的电池组进行充放电，使所述电池组达到目标电压状态；
18.获取在所述目标电压状态，未加入均衡模块静置预设时长后，所述电池组的第一电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块达到所述预设时长后，所述电池组的第二电池指标信息；
19.获取在所述目标电压状态，未加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第三电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第四电池指标信息；
20.根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果。
21.可选地，所述目标电压状态为：所述电池组具有目标荷电值的基础上，对所述电池组中的第一预设数目的电池均放电第一荷电值，所述电池组中的所述第一预设数目的电池外的第二预设数目的电池均充电第二荷电值的状态。
22.可选地，对所述电池组进行多次的充放电循环包括：
23.所述电池组先恒流后恒压充电至电流小于预设电流值或充电至电压小于预设电压值；
24.所述电池组静置预设时长；
25.所述电池组恒流放电至所述预设电压值；
26.所述电池组静置所述预设时长。
27.可选地，根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果，包括：
28.在判断所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息满足以下至少之一条件时，确定所述均衡模块具备均衡效果：
29.单体电压差小于所述电池组的预设电压差；
30.均衡电流大于所述电池组的预设电流；
31.电容量提升百分比大于预设提升值。
32.本发明实施例还提供了一种电池组均衡模块的检测装置，包括：
33.充放电控制模块，用于控制充放电模块对待检测的电池组进行充放电，使所述电池组达到目标电压状态；
34.第一信息获取模块，用于获取在所述目标电压状态，未加入均衡模块静置预设时长后，所述电池组的第一电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块
达到所述预设时长后，所述电池组的第二电池指标信息；
35.第二信息获取模块，用于获取在所述目标电压状态，未加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第三电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第四电池指标信息；
36.分析模块，用于根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果。
37.可选地，所述目标电压状态为：所述电池组具有目标荷电值的基础上，对所述电池组中的第一预设数目的电池均放电第一荷电值，所述电池组中的所述第一预设数目的电池外的第二预设数目的电池均充电第二荷电值的状态。
38.可选地，对所述电池组进行多次的充放电循环包括：
39.所述电池组先恒流后恒压充电至电流小于预设电流值或充电至电压小于预设电压值；
40.所述电池组静置预设时长；
41.所述电池组恒流放电至所述预设电压值；
42.所述电池组静置所述预设时长。
43.可选地，所述分析模块根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果，包括：
44.在判断所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息满足以下至少之一条件时，确定所述均衡模块具备均衡效果：
45.单体电压差小于所述电池组的预设电压差；
46.均衡电流大于所述电池组的预设电流；
47.电容量提升百分比大于预设提升值。
48.本发明实施例还提供了一种电池组均衡模块的检测系统，包括充放电模块和如上任一项所述检测装置。
49.可选地，所述检测系统还包括与所述充放电模块连接的电池指标采集模块，用于采集第一电池指标信息、第二电池指标信息、第三电池指标信息和第四电池指标信息。
50.可选地，所述电池指标采集模块包括电压采集模块和/或电流采集模块。
51.本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
52.本发明实施例的上述方案中，电池组均衡模块的检测方法，包括：控制充放电模块对待检测的电池组进行充放电，使所述电池组达到目标电压状态；获取在所述目标电压状态，未加入均衡模块静置预设时长后，所述电池组的第一电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块达到所述预设时长后，所述电池组的第二电池指标信息；获取在所述目标电压状态，未加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第三电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第四电池指标信息；根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果。本发明的方案通过获取电池指标信息判断均衡模块是否能够实现均衡效果，为电池组是否采用该均衡模块提供参考。
附图说明
53.图1为本发明实施例的电池组均衡模块的检测系统的示意图；
54.图2为本发明实施例的电池组均衡模块的检测方法的流程图；
55.图3为本发明实施例的电池组的充放电循环的流程图；
56.图4为本发明实施例的电池组加入均衡模块后静置静置时单体电压的变化情况的示意图；
57.图5为本发明实施例的电池组静置过程中单体最大压差的示意图；
58.图6为本发明实施例的电池组加入均衡模块后循环充放电过程中单体最大压差的示意图；
59.图7为本发明实施例的加入均衡模块前后动力电池组容量变化的示意图；
60.图8为本发明实施例的测试过程中最大均衡电流值的示意图。
具体实施方式
61.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
62.本发明实施例针对现有技术中未对均衡模块的均衡效果进行检测和评价并判断其是否适合产品应用的问题，提供一种电池组均衡模块的检测方法、装置及系统。
63.如图1所示，本发明实施例提供了一种电池组均衡模块的检测系统，包括：充放电模块。
64.具体地，所述检测系统还包括与所述充放电模块连接的电池指标采集模块，用于采集第一电池指标信息、第二电池指标信息、第三电池指标信息和第四电池指标信息。
65.具体地，所述电池指标采集模块包括：电压采集模块和/或电流采集模块。
66.本发明的该实施例中，待检测的电池组包含n节电池；充放电模块与待检测的电池组连接。电池指标采集模块分别采集每节电池的电池指标信息。电池指标采集模块可与待检测的均衡模块连接进行均衡。需要注意的是，电池指标采集模块包含但不仅限于电流和电压采集，也可以包含例如温度和电阻等数据采集。电池指标采集模块将采集到的电池组的电池指标信息经数据转换模块上传至上位机。其中，数据转换模块，包含rs232、rs485、usb和can信号等之间的互相转换，具体转换形式需配合上位机的软件使用。该检测系统可以采集每个通道的电流值，判断均衡模块的最大电流可达到多少；灵活调整电池组的电压状态一致性可以更方便的观察静置和充放电过程中对电容量的提升作用。
67.如图2所示，本发明实施例提供了一种电池组均衡模块的检测方法，包括：
68.步骤s1，控制充放电模块对待检测的电池组进行充放电，使所述电池组达到目标电压状态；
69.步骤s2，获取在所述目标电压状态，未加入均衡模块静置预设时长后，所述电池组的第一电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块达到所述预设时长后，所述电池组的第二电池指标信息；
70.步骤s3，获取在所述目标电压状态，未加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第三电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第四电池指标信息；
71.步骤s4，根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果。
72.本发明的该实施例中，电池组均衡模块的检测方法适用于独立于bms或者从属于bms的均衡模块，通过获取电池指标信息，来判断均衡模块的均衡能力，为产品是否使用该均衡模块提供参考，提高前期的设计效率和延长电池组的使用寿命。
73.还需要说明的是，在静置状态的均衡测试和充放电循环过程中的均衡测试均需进行，但不分先后。
74.本发明一可选的实施例中，所述目标电压状态为：所述电池组具有目标荷电值的基础上，对所述电池组中的第一预设数目的电池均放电第一荷电值，所述电池组中的所述第一预设数目的电池外的第二预设数目的电池均充电第二荷电值的状态。
75.本发明的该实施例中，步骤s1，使所述电池组达到目标电压状态，具体包括：
76.调整n节电池相连的所述电池组具有目标荷电值a％；
77.对所述电池组中的第一预设数目(m)的电池在所述目标荷电值a％的基础上进行放电，放电量为第一荷电值b％，此时所述第一预设数目(m)的电池的荷电值为所述目标荷电值与所述第一荷电值的差值，即(a-b)％；
78.对所述电池组中的所述第一预设数目的电池外的第二预设数目(l)的电池在所述目标荷电值a％的基础上进行充电，充电量为第二荷电值c％，此时所述第二预设数目(l)的电池的荷电值为所述目标荷电值与所述第二荷电值相加,即(a+c)％；
79.其中，灵活调整电池的soc一致性可以更方便的观察静置和充放电过程中对容量的提升作用，soc范围可以达到0％至100％。需要注意的是，所述第一预设数目小于所述电池组的数目，即(m<n)；所述第二预设数目小于所述电池组的数目与所述第一预设数目的差值，即(l<n-m)。
80.步骤s3，对所述电池组进行多次的充放电循环包括：
81.所述电池组先恒流后恒压充电至电流小于预设电流值或充电至电压小于预设电压值；
82.所述电池组静置预设时长；
83.所述电池组恒流放电至所述预设电压值；
84.所述电池组静置所述预设时长。
85.步骤s4，根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果，包括：
86.在判断所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息满足以下至少之一条件时，确定所述均衡模块具备均衡效果：
87.单体电压差小于所述电池组的预设电压差；
88.均衡电流大于所述电池组的预设电流；
89.电容量提升百分比大于预设提升值。
90.本发明的该实施例中，电池组均衡模块的均衡能力判断指标满足上述条件中的至少一个时，才能确定具备均衡效果，具体包括：
91.(1)产生的最大单体电压差小于所述电池组的预设电压差，δu
均衡
<u1，其中，预设电压差u1为需求或者技术协议中要求的最大压差，若没有该项需求，可以根据电池性能自
定义，一般要求小于30mv或者50mv；
92.(2)均衡电流大于所述电池组的预设电流，i
均衡
>i1，其中，预设电流i1可以根据电池包的需求或者技术协议设定，也可以自定义设定；
93.(3)电容量提升百分比大于预设提升值，t
均衡
>t1，其中，预设提升值t1可根据电池的新旧程度设置0％至100％之间的任何值。
94.本发明实施例还提供一种电池组均衡模块的检测装置，包括：
95.充放电控制模块，用于控制充放电模块对待检测的电池组进行充放电，使所述电池组达到目标电压状态；
96.第一信息获取模块，用于获取在所述目标电压状态，未加入均衡模块静置预设时长后，所述电池组的第一电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块达到所述预设时长后，所述电池组的第二电池指标信息；
97.第二信息获取模块，用于获取在所述目标电压状态，未加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第三电池指标信息，以及获取在所述目标电压状态，加入所述均衡模块对所述电池组进行多次的充放电循环后的第四电池指标信息；
98.分析模块，用于根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果。
99.具体地，所述目标电压状态为：所述电池组具有目标荷电值的基础上，对所述电池组中的第一预设数目的电池均放电第一荷电值，所述电池组中的所述第一预设数目的电池外的第二预设数目的电池均充电第二荷电值的状态。
100.具体地，如图3所示，对电池组进行多次的充放电循环包括：
101.所述电池组先恒流后恒压充电至电流小于预设电流值或充电至电压小于预设电压值；
102.所述电池组静置预设时长；
103.所述电池组恒流放电至所述预设电压值；
104.所述电池组静置所述预设时长。
105.本发明的该实施例中，预设电流值可以设定为0.05倍的额定充放电电流大小；预设电压值一般为电池组的总截止电压或者单体电池的限压保护电压；预设时长一般为30min。重复上述充放电循环过程，进行100％dod(depth of discharge，放电深度)的循环测试，至容量稳定。
106.具体地，所述分析模块根据所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息，判断所述均衡模块的均衡效果，包括：
107.在判断所述第一电池指标信息、所述第二电池指标信息、所述第三电池指标信息和所述第四电池指标信息满足以下至少之一条件时，确定所述均衡模块具备均衡效果：
108.单体电压差小于所述电池组的预设电压差；
109.均衡电流大于所述电池组的预设电流；
110.电容量提升百分比大于预设提升值。
111.本发明的该实施例中，电池组均衡模块的检测系统还包括如上述的检测装置，检测装置中的充放电控制模块与检测系统中的充放电模块进行通讯并控制其对待检测的电池组充放电；检测装置中的第一信息获取模块和第二信息获取模块与电池指标采集模块通
讯并控制其采集第一电池指标信息、第二电池指标信息、第三电池指标信息以及第四电池指标信息；检测系统中的上位机可包含检测装置，用于通讯、控制工作及显示信息。
112.以检测系统中的待检测的电池组包含13节电池为例，设定bt2000电池为检测系统中的充放电模块对该电池组充放电；检测系统中的电池指标采集模块为一24路直流数据采集模块，其包含12路电流采集(范围：0至5a，精度：0.5％fs)和12路电压采集(范围：0至5v，精度：0.5％fs)，采用rs485通讯。采用labview2010制作上位机的软件，支持rs485通讯，用来显示保存与电流和电压数据。具体步骤如下：
113.步骤一：充放电控制模块发送调整待检测电池组一致性的信号，检测系统中的充放电模块对待检测电池组进行充放电。具体参数如下：2、5、8、11单节电池的soc为50％；1、4、7、10、13单节电池在电池组soc为50％基础上进行放电20％；3、6、9、12单节电池在电池组soc为50％基础上进行充电30％；
114.步骤二：设定不加均衡模块，待检测的电池组静置12小时，第一信息获取模块控制电池指标采集模块采集第一电池指标信息；
115.步骤三：设定加入均衡模块，待检测的电池组静置12小时，第一信息获取模块控制电池指标采集模块采集第二电池指标信息；
116.步骤四：再次调整电池组的一致性同步骤一；
117.步骤五：设定不加均衡模块，充放电控制模块控制充放电模块对待检测的电池组进行循环充放电5至7次，第二信息获取模块控制电池指标采集模块采集第三电池指标信息；
118.步骤六：设定加入均衡模块，充放电控制模块控制充放电模块对待检测的电池组进行循环充放电5至7次，第二信息获取模块控制电池指标采集模块采集第四电池指标信息。
119.分析模块分析上述步骤二到步骤六电池指标采集模块采集到的数据，可得到均衡模块对静置电池组的单体电压一致性的改善情况，以及动力电池组经过充放电之后，容量的提升情况，显示结果如图4至图7。
120.从上述步骤中，分析模块得出如下结论：
121.(1)充电、放电以及静置过程中均衡模块都可以对电池起到均衡作用。
122.(2)均衡模块对电容量提升较大。如图7所示，均衡模块将电池组的充放电容量由4.6ah提升到8.3ah，提升了约t
均衡
＝80％。
123.(3)均衡模块可以改善单体电池的不一致性，使单体电压差较小。针对该组电池，放电结束时单体压差最大可达到0.1v，持续时间较短，其余均可保证单体最大电压差δu
均衡
<30mv。
124.(4)均衡电流较大，可达i
均衡
＝4a。如图8所示，最大的均衡电流可达到4.2a，持续时间较短。在容量稳定后的循环测试中，均衡电流只在放电末期较大，可达100ma至300ma，其余时间均衡电流可忽略不计。
125.由于该电池组为多次使用的旧电池包，均衡能力的三个条件中满足均衡电流i
均衡
>1a和电容量提升百分比t
均衡
>50％即可采用。
126.根据结论(2)和结论(4)，分析模块分析该均衡模块检测通过满足需求，可以采用。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不
脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。