一种电池主动均衡控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及电池均衡控制领域，特别涉及一种电池主动均衡控制方法、装置及系统。

背景技术：

1、新能源电池如锂离子电池，通常是由多个电芯串联而成。由于生产工艺或电芯自身因素导致单体电池内各电芯性能不一致，单体电池在充放电过程中表现出不同的特性，如容量、内阻、自放电率等。单体电池的不一致，导致电池包容量损失较大，而且会随着时间的推移，进一步恶化，通过bms(battery management system，电池管理系统)对电芯实施均衡可以降低恶化速度。

2、目前，常用的电芯均衡策略主要包括：

3、1、被动均衡：在电池中各个电芯两端并联电阻，将高电压或高荷电量的电芯能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间的差距的目的；

4、2、多电容主动均衡：通过多个电容分别对电芯进行均衡控制。

5、其中，被动均衡通过电阻对电压高的电芯进行放电，使电芯间的电压差维持一致，这种方式向下保持电芯电压及容量，电芯多余的能量无法放出，而是以热的形式损耗掉；多电容型均衡方式硬件复杂度高，实现成本较高。

技术实现思路

1、发明目的

2、本发明的目的是提供一种电池主动均衡控制方法、装置及系统，该方法电芯的总容量基本保持不变，且各电芯与同一跨接电容建立连接即可，降低了硬件实现的复杂度，电芯均衡控制的针对性更强、操作更简单。

3、技术方案

4、为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种电池主动均衡控制方法，包括：

5、s1：根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，其中，n为偶数；

6、s2：基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以使得任意电芯组内的电压较大的电芯对所述跨接电容进行充电，并使得所述跨接电容对所述任意电芯组内电压较小的电芯进行放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制。

7、具体地，所述根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，包括：

8、重复执行以下操作，直至所述电池中不存在剩余电芯：

9、判断所述电池中是否存在剩余电芯；

10、将所述剩余电芯中电压值最大和电压值最小的两个电芯确定为一组。

11、具体地，所述n个电芯中，任一电芯连接一开关电路；所述基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以使得任意电芯组内的电压较大的电芯对所述跨接电容进行充电，并使得所述跨接电容对所述任意电芯组内电压较小的电芯进行放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制，包括：

12、按照组内压差由大到小的顺序，将所述n/2个电芯组依次确定为待均衡电芯组，对所述待均衡电芯组进行以下均衡控制：

13、向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第一开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述电压较大的电芯给所述跨接电容充电；

14、充电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第二开关控制信号以断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；

15、向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第三开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述跨接电容向所述电压较小的电芯放电；

16、放电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第四开关控制信号以断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接。

17、进一步地，断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；和/或

18、断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接，之后还包括：

19、向检测电路与所述跨接电容之间的开关电路发送检测开关控制信号，以使所述跨接电容接入所述检测电路；

20、获取所述检测电路发送的所述跨接电容的电压信号并根据获取的所述跨接电容的电压信号确定对应电芯的电压值。

21、进一步地，所述的控制方法，还包括：

22、根据确定的各对应电芯的电压值，重复步骤s1。

23、进一步地，对所述待均衡电芯组进行均衡控制之后，还包括：

24、判断所述待均衡电芯组进行均衡控制后的组内压差是否满足均衡阈值；

25、若是，则对下一电芯组进行均衡控制；

26、若否，则重复对所述待均衡电芯组进行均衡控制直至控制后的组内压差满足均衡阈值。

27、本发明第二方面，提供了一种电池主动均衡控制装置，包括：

28、分组单元，用于根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，其中，n为偶数；

29、控制单元，用于基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以使得任意电芯组内的电压较大的电芯对所述跨接电容进行充电，并使得所述跨接电容对所述任意电芯组内电压较小的电芯进行放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制。

30、具体地，所述分组单元，用于：

31、重复执行以下操作，直至所述电池中不存在剩余电芯：

32、判断所述电池中是否存在剩余电芯；

33、将所述剩余电芯中电压值最大和电压值最小的两个电芯确定为一组。

34、具体地，所述n个电芯中，任一电芯连接一开关电路，所述控制单元，用于：

35、按照组内压差由大到小的顺序，将所述n/2个电芯组依次确定为待均衡电芯组，对所述待均衡电芯组进行以下均衡控制：

36、向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第一开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述电压较大的电芯给所述跨接电容充电；

37、充电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第二开关控制信号以断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；

38、向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第三开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述跨接电容向所述电压较小的电芯放电；

39、放电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第四开关控制信号以断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接。

40、进一步地，所述控制单元还用于：

41、向检测电路与所述跨接电容之间的开关电路发送检测开关控制信号，以使所述跨接电容接入所述检测电路；

42、所述分组单元，还用于获取所述检测电路发送的所述跨接电容的电压信号并根据获取的所述跨接电容的电压信号确定对应电芯的电压值。

43、进一步地，所述分组单元，用于：

44、根据确定的各对应电芯的电压值，重复步骤s1。

45、进一步地，所述控制单元还用于：

46、判断所述待均衡电芯组进行均衡控制后的组内压差是否满足均衡阈值；

47、若是，则对下一电芯组进行均衡控制；

48、若否，则重复对所述待均衡电芯组进行均衡控制直至控制后的组内压差满足均衡阈值。

49、本发明的第三方面，提供了一种电池主动均衡控制系统，包括：

50、主动均衡控制装置，用于执行上述任一项所述的控制方法；

51、跨接电容，用于通过切换电路与各电芯组连接或断开连接；

52、切换电路，用于接收所述主动均衡控制装置发送的开关控制信号并根据所述开关控制信号将对应电芯组与所述跨接电容连接。

53、具体地，所述主动均衡控制装置，包括：

54、分组单元，用于根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，其中，n为偶数；

55、控制单元，用于基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以使得任意电芯组内的电压较大的电芯对所述跨接电容进行充电，并使得所述跨接电容对所述任意电芯组内电压较小的电芯进行放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制。

56、具体地，所述分组单元，用于：

57、重复执行以下操作，直至所述电池中不存在剩余电芯：

58、判断所述电池中是否存在剩余电芯；

59、将所述剩余电芯中电压值最大和电压值最小的两个电芯确定为一组。

60、具体地，所述n个电芯中，任一电芯连接一开关电路，所述控制单元，用于：

61、按照组内压差由大到小的顺序，将所述n/2个电芯组依次确定为待均衡电芯组，对所述待均衡电芯组进行以下均衡控制：

62、向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第一开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述电压较大的电芯给所述跨接电容充电；

63、充电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第二开关控制信号以断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；

64、向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第三开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述跨接电容向所述电压较小的电芯放电；

65、放电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第四开关控制信号以断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接。

66、进一步地，所述控制单元还用于：

67、向检测电路与所述跨接电容之间的开关电路发送检测开关控制信号，以使所述跨接电容接入所述检测电路；

68、所述分组单元，还用于获取所述检测电路发送的所述跨接电容的电压信号并根据获取的所述跨接电容的电压信号确定对应电芯的电压值。

69、进一步地，所述分组单元，用于：

70、根据确定的各对应电芯的电压值，重复步骤s1。

71、进一步地，所述控制单元还用于：

72、判断所述待均衡电芯组进行均衡控制后的组内压差是否满足均衡阈值；

73、若是，则对下一电芯组进行均衡控制；

74、若否，则重复对所述待均衡电芯组进行均衡控制直至控制后的组内压差满足均衡阈值。

75、具体地，所述切换电路包括与n个电芯一一对应的n个开关电路；

76、针对任一电芯，若所述电芯是首个电芯，则所述电芯的第一开关模块的一端与所述电芯的正极连接，另一端与所述跨接电容的一端连接；所述电芯的负极接地，所述跨接电容的另一端接地；所述第一开关模块的控制端，用于接收所述主动均衡控制装置发送的开关控制信号，控制所述电芯与所述跨接电容连接或断开；

77、针对任一电芯，若所述电芯是非首个电芯，任一电芯的开关电路，由所述电芯的第一开关模块以及所述电芯相邻的前一电芯的第二开关模块组成；任一电芯的开关电路中的所述第一开关模块和所述第二开关模块按照如下方式连接：

78、所述第一开关模块的一端与所述电芯的正极连接，另一端与所述跨接电容的一端连接；所述第二开关模块的一端与所述电芯的负极连接，另一端与所述跨接电容的另一端连接；

79、所述第一开关模块的控制端和所述第二开关模块的控制端分别与所述主动均衡控制装置的输出端连接；所述第一开关模块以及所述第二开关模块，用于在所述主动均衡控制装置发送的开关控制信号下闭合，以使所述电芯与所述跨接电容接通。

80、具体地，所述开关模块为三极管开关电路和/或继电器开关电路。

81、具体地，所述第一开关模块包括一个npn型三极管、第一pnp型三极管、第二pnp型三极管、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述npn型三极管的基极和发射极用于分别与所述主动均衡控制装置的输出端连接，所述npn型三极管的集电极通过所述第二电阻与所述第一pnp型三极管的基极连接、通过所述第三电阻与所述第二pnp型三极管的基极连接、通过所述第四电阻分别与所述第一pnp型三极管的激发极和所述第二pnp型三极管的激发极连接，所述第一pnp型三极管的集电极与对应电芯连接，所述第二pnp型三极管的集电极用于与所述跨接电容连接；所述第二开关模块与所述第一开关模块结构一致。

82、进一步地，所述系统还包括检测开关电路和检测电路，所述检测开关电路用于接收所述主动均衡控制装置发送的检测开关控制信号，以使所述检测电路与所述跨接电容连接或断开；所述检测电路用于将所述跨接电容的电压信号发送给所述主动均衡控制装置。

83、所述检测开关电路包括两个检测切换模块，所述两个检测切换模块与所述跨接电容的两端一一对应连接，所述检测切换模块包括一个第五电阻、一个npn型三极管、一个pnp型三极管和一个第六电阻，其中，所述npn型三极管的发射极接地，所述npn型三极管的基极通过所述第五电阻与所述pnp型三极管的集电极连接，所述npn型三极管的集电极与所述跨接电容的一端连接，所述pnp型三极管的集电极通过所述第六电阻接地，所述pnp型三极管的基极和发射极用于分别与所述主动均衡控制装置的输出端连接。

84、具体地，所述检测电路包括运算放大器、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述运算放大器的第一输入端连接于与所述电容器并联的两个所述第一电阻之间，且通过第七电阻接地；

85、所述运算放大器的第二输入端通过第八电阻接地，且通过第九电阻与所述运算放大器的输出端连接；

86、所述运算放大器的输出端与所述主动均衡控制装置的输入端连接。

87、本发明第四方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

88、所述存储器用于存储一条或多条计算机指令；

89、所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：

90、s1：根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，其中，n为偶数；

91、s2：基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以使得任意电芯组内的电压较大的电芯对所述跨接电容进行充电，并使得所述跨接电容对所述任意电芯组内电压较小的电芯进行放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制。

92、具体地，所述根据电压值大小对电池中串联的n个电芯进行两两分组，得到n/2个电芯组，包括：

93、重复执行以下操作，直至所述电池中不存在剩余电芯：

94、判断所述电池中是否存在剩余电芯；

95、将所述剩余电芯中电压值最大和电压值最小的两个电芯确定为一组。

96、具体地，所述n个电芯中，任一电芯连接一开关电路；所述基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以通过所述跨接电容充、放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制，包括：

97、按照组内压差由大到小的顺序，将所述n/2个电芯组依次确定为待均衡电芯组，对所述待均衡电芯组进行以下均衡控制：

98、向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第一开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述电压较大的电芯给所述跨接电容充电；

99、充电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较大的电芯的开关电路，发送第二开关控制信号以断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；

100、向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第三开关控制信号，以使所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的电压接入所述跨接电容两端，使所述跨接电容向所述电压较小的电芯放电；

101、放电完成后，向所述待均衡电芯组中电压较小的电芯的开关电路，发送第四开关控制信号以断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接。

102、进一步地，断开所述电压较大的电芯与所述跨接电容的连接；和/或

103、断开所述电压较小的电芯与所述跨接电容的连接，之后还包括：

104、向检测电路与所述跨接电容之间的开关电路发送检测开关控制信号，以使所述跨接电容接入检测电路；

105、获取所述检测电路发送的所述跨接电容的电压信号并根据获取的所述跨接电容的电压信号确定对应电芯的电压值。

106、进一步地，所述的控制方法，还包括：

107、根据确定的各对应电芯的电压值，重复步骤s1。

108、进一步地，对所述待均衡电芯组进行均衡控制之后，还包括：

109、判断所述待均衡电芯组进行均衡控制后的组内压差是否满足均衡阈值；

110、若是，则对下一电芯组进行均衡控制；

111、若否，则重复对所述待均衡电芯组进行均衡控制直至控制后的组内压差满足均衡阈值。

112、有益效果

113、本发明实施例提供的电池主动均衡控制方法，通过根据电压值大小对组成电池的电芯进行两两分组，基于组内压差由大到小的顺序，控制各所述电芯组分别与同一个跨接电容连接，以通过所述跨接电容充、放电，实现对各电芯组内两个电芯的均衡控制。

114、该方法与被动均衡方式相比，减小了较多的能量损耗，电芯的总容量基本保持不变；该方法通过控制不同电芯与同一跨接电容建立连接实现均衡控制，降低了硬件实现的复杂度；同时，根据组内压差大小对各电芯组进行均衡控制，实现对组内压差最大的电芯组的优先均衡控制，最先消除最大电芯间差异带来的高容量损失，使电芯均衡控制的针对性更强、操作更简单。