基于电池组的均衡方法、装置、系统、车辆及存储介质与流程

1.本发明涉及电池组均衡技术领域，具体涉及一种基于电池组的均衡方法、装置、系统、车辆及存储介质。


背景技术：

2.近年来，新能源汽车产业快速发展，而电动汽车是汽车行业的重要发展方向。动力电池组是纯电动汽车和混合动力汽车中关键的组成部分,由于电池组是由多个单体电池串联连接而成，随着电池的使用，电池组中各单体间的差异性逐渐扩大，导致电池单体间一致性差。同时电池的短板效应，也使得电池组容量不能充分发挥，导致电池组的整体容量减少。因此，对电动汽车电池组进行有效的均衡管理，有利于提高电池组中各单体电池的一致性，减少电池的容量损失，延长电池的使用寿命及电动汽车续驶里程，具有十分重要的意义。
3.目前，电池组中采用的均衡策略是在各单体电池两端并联一个定值均衡电阻，当需要均衡时，则将单体电池与均衡电阻连通，进行放电，此时，电流经过均衡电阻将电能转化为热能，以达到单体电池均衡的目的。然而，随着热量的逐渐增加，将会导致电池管理系统硬件电路板和模组内的温度升高，不仅影响均衡效果，甚至损伤bms硬件及电芯的寿命。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种基于电池组的均衡方法、装置、系统、车辆及存储介质，以解决现有技术中电池组中的均衡策略影响均衡效果，甚至损伤bms硬件及电芯的寿命的技术问题。
5.本发明提出的技术方案如下：本发明实施例第一方面提供一种基于电池组的均衡方法，所述电池组包括多个单体电芯，每个单体电芯两端并联有均衡电路，所述均衡电路包括串联连接的定值电阻、热敏电阻和均衡开关，所述均衡方法包括：获取需要开启均衡的单体电芯；采集电池管理系统中硬件电路板的实时温度，判断所述实时温度的大小；当所述实时温度大于预设温度时，获取均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值；根据所述实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比；控制均衡电路中的均衡开关以所述占空比开启均衡。
6.可选地，根据所述实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比，包括：根据采集的实时温度确定温度变化曲线；根据所述温度变化曲线确定温度增长的斜率；根据所述温度增长的斜率、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比。
7.可选地，所述热敏电阻阻值为热敏电阻处于预设温度下对应的阻值。
8.可选地，所述占空比通过以下公式计算得到:m=1
‑
a(r
t
r0)/u
12
其中，m表示占空比，a表示温度增长的斜率，r
t
表示热敏电阻阻值，r0表示定值电阻
阻值，u1表示均衡电路的电压。
9.可选地，该基于电池组的均衡方法还包括：当所述实时温度小于等于预设温度时，控制所述均衡开关开启均衡。
10.可选地，所述预设温度为所述电池管理系统的耐受温度。
11.本发明实施例第二方面提供一种基于电池组的均衡装置，所述电池组包括多个单体电芯，每个单体电芯两端并联有均衡电路，所述均衡电路包括串联连接的定值电阻、热敏电阻和均衡开关，所述均衡装置包括：均衡确定模块，用于获取需要开启均衡的单体电芯；温度采集模块，用于采集电池管理系统中硬件电路板的实时温度，判断所述实时温度的大小；参数获取模块，用于当所述实时温度大于预设温度时，获取均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值；占空比计算模块，用于根据所述实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比；均衡模块，用于控制均衡电路中的均衡开关以所述占空比开启均衡。
12.本发明实施例第三方面提供一种基于电池组的均衡系统，包括：电池组，包括多个串联连接的单体电芯；多个均衡电路，每个均衡电路包括串联连接的定值电阻、热敏电阻和均衡开关，所述均衡电路并联在所述单体电芯的两端；控制器，所述控制器根据本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的基于电池组的均衡方法控制需要开启均衡单体电芯开启均衡。
13.本发明实施例第四方面提供一种车辆，包括：本发明实施例第三方面所述的基于电池组的均衡系统。
14.本发明实施例第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的基于电池组的均衡方法。
15.本发明提供的技术方案，具有如下效果：本发明实施例提供的基于电池组的均衡方法、装置、系统、车辆及存储介质，通过在均衡电路中增设热敏电阻，同时实时采集电池管理系统的温度，当其高于预设温度时，采用实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比，并以该占空比开启均衡，能够使得温度维持在预设温度。避免了均衡时温度直线上升造成bms硬件电路板一直处于一个高温交变环境的情况，有效保证了电芯的一致性，提高电池包的性能、稳定性和寿命。
16.本发明实施例提供的基于电池组的均衡方法，在温度较低时，保持均衡开关一直处于闭合状态，此时由于温度较低，热敏电阻阻值也较低，均衡开关一直闭合可以在保证电路元器件安全稳定的前提下，获取更好的均衡效果；当温度较高时，以占空比的方式开启均衡；此时，温度较高，散热能力较差，以1
‑
a(r
t
r0)/u
12
占空比的形式进行均衡控制，从而维持温度稳定，杜绝高温交变对bms硬件造成损伤。由此，该均衡方法提升了在低温或散热能力差工况下的均衡能力。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述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
附图是本发明的一些实施方式，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。
18.图1是现有技术中均衡策略示意图；图2是根据本发明实施例的基于电池组的均衡方法的流程图；图3是根据本发明实施例的基于电池组的均衡方法的占空比计算示意图；图4是根据本发明实施例的基于电池组的均衡装置的结构框图；图5是根据本发明实施例的基于电池组的均衡系统的结构框图；图6是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；图7是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
20.正如在背景技术中所述，为了实现电池组的均衡，通常是采用均衡电路实现均衡。均衡电路中设置有均衡电阻，当需要均衡时，开启均衡开关，电流经过均衡电阻将电能转化为热能，从而达到均能的目的。但是目前均衡电路中采用的均衡电阻为定值电阻r，当均衡开启时，电芯电压变化较小，可将电芯电压看作一个定值u，电芯中流过的电流为i，在时间t内产生的热量q可以表示为q=uit=（u2/r）*t；同时考虑到均衡过程中正常的散热q
散热
=
‑
kt，k表示散热系数，随着时间增加，均衡产生的热量以（u2/r
‑
k）速率增加，电池组中的温度随之上升。
21.如图1所示，当热量上升到均衡停止的阈值l1时，bms（battery management system，电池管理系统）通过逻辑控制电芯停止均衡；此时，热量以
‑
k的速率降低，当达到阈值l2时，bms通过逻辑控制电芯再次开启均衡。通过图1可以看出，当开启均衡时，bms硬件电路板一直保持在一个较高温度交变的工况中，若持续时间较长会损伤bms硬件电路。当温度较低或散热能力较强时，bms均衡电阻不能灵活变化，均衡电流一直保持不变，均衡效果有待提高。
22.基于此，本发明实施例提供一种基于电池组的均衡方法，电池组包括多个单体电芯，每个单体电芯两端并联有均衡电路，均衡电路包括串联连接的定值电阻、热敏电阻和均衡开关，如图2所示，该均衡方法包括如下步骤：步骤s101：获取需要开启均衡的单体电芯；具体地，当电池组中某一单体电芯的电压和其他电芯的电压不一致，则判断需要对该单体电芯开启均衡。
23.步骤s102：采集电池管理系统中硬件电路板的实时温度，判断实时温度的大小。
24.在一实施方式中，均衡电路中除设置定值电阻外，还设置有热敏电阻。该热敏电阻可以是正温度系数热敏电阻，即阻值随着温度增加而增加。由此，当开启均衡产生热量导致温度升高时，热敏电阻的阻值会随着温度的升高而增大， 均衡电路中的电流随着电阻阻值增大而降低，根据热量公式，产生的热量也会减少，从而可以降低电路中的温度，减轻温度对bms硬件及电芯寿命的影响。
25.同时，采用在均衡电路中增加热敏电阻而不是将热敏电阻替换均衡电阻的方式，是因为当均衡电路中只有热敏电阻时，若温度较低，此时热敏电阻的阻值也较低，会使得均衡电流过大从而导致电路损伤。因此，均衡电路中需要设置具有一定阻值的定值电阻。对于该定值电阻的阻值可以根据最大均衡电流以及热敏电阻计算。当选择热敏电阻后，可以根据热敏电阻的型号确定热敏电阻的阻值随温度的变化情况，即确定热敏电阻的型号后可以查询得到rtc表，从该rtc表中可以确定阻值随温度的变化情况。从而确定热敏电阻的最小值r
1min
。然后确定bms可承受均衡电流最大值i
max
，电芯最大电压为u
1max
，则定值电阻的阻值r0可以表示为r0=u
1max
/i
max
‑
r
1min
。
26.在一实施方式中，为了使得均衡时，bms硬件电路板不会工作在一个较高温度中，或者说让bms硬件电路板工作在一个较为适宜的环境下，可以对均衡电路中均衡开关的占空比进行控制。具体地，当确定需要对某一单体电芯开启均衡时，其进行均衡时，可以实时采集电池管理系统的温度，判断其是否超过预设温度。该预设温度可以是电池管理系统的耐受温度，也可以是根据实际情况设置的适宜温度。
27.步骤s103：当实时温度大于预设温度时，获取均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值；具体地，当获取的实时温度大于预设温度时，为了保证电池管理系统的温度不会持续升高，需要以相应占空比的形式控制均衡电路开启均衡。由于电池管理系统的温度与热量的产生以及散热过程有关，而热量的产生与散热由均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值以及温度等参数确定。因此，可以获取均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算占空比。
28.步骤s104：根据实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比。
29.在一实施方式中，电芯电压为定值u，电芯中流过的电流为i，在时间t内产生的热量q表示为q=uit=（u2/r）*t可知，该均衡电路中热量产生的速率为u
12
/(r1 r0)，其中，r1表示热敏电阻阻值，r0表示定值电阻阻值，u1表示均衡电路的电压。由此可见，当热敏电阻的阻值随着温度的增大而增大时，热量产生的速率降低。
30.在常规工况下，随着均衡时间的增加，温度升高，热敏电阻r1的阻值增大，进而使得热量产生的速率降低，当热量产生的速率等于散热速率时，温度不再升高。根据散热热量q
散热
=
‑
kt，此时u
12
/(r1 r0)=k，并且热敏电阻的阻值维持定值不再变化。根据u
12
/(r1 r0)=k可以得到热敏电阻的阻值维持不变时，r1=u
12
/k
‑
r0。由此可见，稳定后的热敏电阻阻值r1的值只与散热系数k值有关，当k值增大即散热能力增强时，r1较小，此时的均衡电流较大，均衡效果较强；反之，当k值减小即散热能力减小时，r1较大，均衡电流较小，均衡效果较弱。而当前温度只是影响时间与温度（热量）关系图中曲线的起始值。因此，根据上述分析，当k值较小时，为了提高均衡效果，需要占空比的形式开启均衡。
31.在一实施方式中，为了更好的达到均衡效果，预设温度t可以设置为电池管理系统达到硬件耐受标准的温度。其中，当温度为t时，热敏电阻的阻值可以根据rtc表确定为r
t
，散热系数表示k
t
。此时热量（温度）增长的斜率a可以由热量产生的速率和散热速率的差值确定，即热量（温度）增长的斜率a=
ꢀꢀ
u
12
/（r
t
r0）
‑
k
t
；将其变形则可以得到散热速率或者说散热系数k
t
的表达式k
t
= u
12
/（r
t
r0）
‑
a。
32.具体地，为了让电池管理系统工作在预设温度下，需要以占空比的方式开启均衡
开关。即，采用该占空比开启均衡时，要保证温度增长产生的热量和散热热量相等，才能使得电池管理系统一直工作在预设温度。而当以占空比开启均衡时，均衡开关会以闭合、断开、闭合、断开
…
周期性方式工作。即占空比是指均衡电路中均衡开关闭合的时间和总时间（闭合时间和断开时间）的比值。
33.由此，如图3所示，当以时间为横轴，热量为纵轴时，温度增长的斜率对应的直线l、散热速率对应的直线p以及一个周期的时间（一个周期内均衡开关闭合和断开总时间）可以构成一个三角形，其中，a为ab边对应的斜率,即温度增长的斜率，k
t
为bc边对应的斜率，y表示闭合时间，z表示断开时间。根据三角形的几何关系可知，a=x/y, k
t =x/z，而占空比可以表示为y/（y z），将y和z用a和k
t
代替可以得到y/（y z）=k
t
/（k
t
a）；再通过公式k
t
= u
12
/（r
t
r0）
‑
a代替公式中的k
t
可以得到占空比m=1
‑
a(r
t
r0)/u
12
。具体地，在计算该占空比时，温度增长的斜率a可以根据实时采集的温度曲线计算得到。
34.步骤s105：控制均衡电路中的均衡开关以所述占空比开启均衡。具体地，在计算得到占空比后，可以在采集实时温度大于预设温度下以该占空比开启均衡。
35.本发明实施例提供的基于电池组的均衡方法，通过在均衡电路中增设热敏电阻，同时实时采集电池管理系统的温度，当其高于预设温度时，采用实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比，并以该占空比开启均衡，能够使得温度维持在预设温度。避免了均衡时温度直线上升造成bms硬件电路板一直处于一个高温交变环境的情况，有效保证了电芯的一致性，提高电池包的性能、稳定性和寿命。
36.作为本发明实施例的一种可选的实施方式，该基于电池组的均衡方法，还包括：当所述实时温度小于等于预设温度时，控制所述均衡开关开启均衡。具体地，当采集的温度小于预设温度时，可以保持均衡开关处于闭合状态，此时热敏电阻r1随温度按照rtc表自动变化。
37.本发明实施例提供的基于电池组的均衡方法，在温度较低时，保持均衡开关一直处于闭合状态，此时由于温度较低，热敏电阻阻值也较低，均衡开关一直闭合可以在保证电路元器件安全稳定的前提下，获取更好的均衡效果；当温度较高时，以占空比的方式开启均衡；此时，温度较高，散热能力较差，以1
‑
a(r
t
r0)/u
12
占空比的形式进行均衡控制，从而维持温度稳定，杜绝高温交变对bms硬件造成损伤。由此，该均衡方法提升了在低温或散热能力差工况下的均衡能力。
38.本发明实施例还提供一种基于电池组的均衡装置，所述电池组包括多个单体电芯，每个单体电芯两端并联有均衡电路，所述均衡电路包括串联连接的定值电阻、热敏电阻和均衡开关，所述均衡方法如图4所示，该装置包括：均衡确定模块，用于获取需要开启均衡的单体电芯；温度采集模块，用于采集电池管理系统中硬件电路板的实时温度，判断所述实时温度的大小；详细内容参见上述方法实施例中步骤s101的相关描述。
39.参数获取模块，用于当所述实时温度大于预设温度时，获取均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值；详细内容参见上述方法实施例中步骤s102的相关描述。
40.占空比计算模块，用于根据所述实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比；详细内容参见上述方法实施例中步骤s103的相关描述。
41.均衡模块，用于控制均衡电路中的均衡开关以所述占空比开启均衡。详细内容参
见上述方法实施例中步骤s104的相关描述。
42.本发明实施例提供的基于电池组的均衡装置，通过在均衡电路中增设热敏电阻，同时实时采集电池管理系统的温度，当其高于预设温度时，采用实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比，并以该占空比开启均衡，能够使得温度维持在预设温度。避免了均衡时温度直线上升造成bms硬件电路板一直处于一个高温交变环境的情况，有效保证了电芯的一致性，提高电池包的性能、稳定性和寿命。
43.本发明实施例提供的基于电池组的均衡装置的功能描述详细参见上述实施例中基于电池组的均衡方法描述。
44.本发明实施例还提供一种基于电池组的均衡系统，如图5所示，该系统包括：电池组，包括多个串联连接的单体电芯；多个均衡电路，每个均衡电路包括串联连接的定值电阻ro、热敏电阻r1和均衡开关，所述均衡电路并联在所述单体电池的两端；控制器，所述控制器根据上述实施例所述的基于电池组的均衡方法控制需要开启均衡的单体电芯开启均衡。
45.本发明实施例提供的基于电池组的均衡系统，通过在均衡电路中增设热敏电阻，同时实时采集电池管理系统的温度，当其高于预设温度时，采用实时温度、均衡电路电压、热敏电阻阻值、定值电阻阻值计算得到占空比，并以该占空比开启均衡，能够使得温度维持在预设温度。避免了均衡时温度直线上升造成bms硬件电路板一直处于一个高温交变环境的情况，有效保证了电芯的一致性，提高电池包的性能、稳定性和寿命。
46.本发明实施例还提供一种车辆，包括：上述实施例所述的基于电池组的均衡系统。其中各个电路执行操作的具体方式已经在有关该系统的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
47.本发明实施例还提供一种存储介质，如图6所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中基于电池组的均衡方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体 (read
‑
only memory，rom)、随机存储记忆体 (random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘 (solid
‑
state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
48.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read
‑
only memory，rom）、随机存储记忆体（random access memory，ram）、快闪存储器（flash memory）、硬盘（hard disk drive，缩写：hdd）或固态硬盘（solid
‑
state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
49.本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。该电子设备可以是上述基于电池组的均衡系统中的控制器。
50.处理器51可以为中央处理器（central processing unit，cpu）。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field
‑
programmable gate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
51.存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于电池组的均衡方法。
52.存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
53.所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图1
‑
2所示实施例中的基于电池组的均衡方法。
54.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1至图2所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
55.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。