行之知识产权综合服务平台

技术领域

本发明属于车辆技术领域，尤其涉及一种电动汽车的电池包均衡系统，以及一种电动 汽车的电池包均衡方法。

背景技术

在纯电动汽车中，电池包的一致性即均衡性同电池的性能和使用寿命密切相关，是本 领域终点关注内容之一。为了保证电池的均衡性，目前，一般可以采取以下措施实现：

1、通过定期拆包的人工保养维护；

2、采用在线的电池系统被动均衡技术；

3、采用在线的电池系统主动均衡技术。

其中，对于主动均衡技术来说，主要有单体到单体的主动均衡，单体到模组(单向/ 双向)的主动均衡技术，模组之间的主动均衡技术，模组与电池包之间的主动均衡技术。

对于主动均衡来说，如果只是实现单体与模组之间的均衡，而未设计模组之间的均衡， 在一定情况下会导致模组与模组之间的一致性不可控。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提 出一种电动汽车的电池包均衡系统，该系统可以保证电池包的一致性和可维护性，成本低。

本发明还提出一种电动汽车的电池包均衡方法。

为了解决上述问题，本发明一方面提出一种电动汽车的电池包均衡系统，该系统包括： 电池包，所述电池包包括m个电池模组，所述m个电池模组串联之后与电动汽车的整车高 压回路连接，每个电池模组包括n个电池单体,其中，m≥2，n≥2；外部辅助均衡模块；电 压采集模块，所述电压采集模块用于采集每个电池模组内电池单体的电压；m个均衡模块， 所述均衡模块与所述电池模组对应，每个均衡模块包括：第一控制开关，所述第一控制开 关的第一端与所述外部均衡电源连接；DC/DC转换单元，所述DC/DC转换单元的第一端与 对应电池模组内的每个电池单体分别连接，所述DC/DC转换单元的第二端与所述第一控制 开关的第二端连接，所述DC/DC转换单元的第三端分别与所述对应电池模组的一端连接； 第二控制开关，所述第二控制开关的第一端与所述对应电池模组的另一端连接，所述第二 控制开关的第二端分别与所述第一控制开关的第一端和所述外部辅助均衡模块连接；控制 模块，所述控制模块分别与所述外部辅助均衡模块、所述第一控制开关的第三端和所述第 二控制开关的第三端连接，所述控制模块根据所述电池模组内的电池单体的电压获得对应 电池模组的电压，并根据所述电池模组的电压和所述电池单体的电压控制所述外部辅助均 衡模块、所述第一控制开关和所述第二控制开关以对所述电池包进行均衡。

本申请的电动汽车的电池包均衡系统，控制模块根据电池模组的电压和电池单体的电 压控制外部辅助均衡模块、第一控制开关和第二控制开关进行控制，可以实现对电池包的 离线均衡，保证电池包的一致性和可维护性，相较于在线主动均衡技术成本降低。

具体地，所述DC/DC转换单元为变压器结构，所述变压器结构包括原线圈和n个副线 圈，其中，所述原线圈的一端与所述第一控制开关的第一端连接，所述原线圈的另一端与 所述外部辅助均衡模块连接；所述副线圈的一端与所述对应电池模组内的对应电池单体的 一端连接，所述副线圈的另一端通过二极管与所述对应电池单体的另一端连接。

进一步地，所述外部辅助均衡模块为外部均衡电源，所述控制模块还用于根据所述电 池模组的电压判断所述电池模组与所述电池模组之间的均衡性，并根据所述电池模组内的 电池单体的电压判断所述电池模组本身的均衡性，以及根据所述电池模组与所述电池模组 之间的均衡性和电池模组本身的均衡性对所述外部均衡电源的输出电压、所述第一控制开 关和所述第二控制开关进行控制。

具体地，所述控制模块还用于以以下控制模式对所述外部均衡电源的输出电压、所述 第一控制开关和所述第二控制开关进行控制：

另外，所述控制模块还用于根据电池包的状态以所述控制模式的组合模式对所述外部 均衡电源的输出电压、所述第一控制开关和所述第二控制开关进行控制。

另外，所述外部辅助均衡模块可以为外部放电负载，所述控制模块还用于根据所述电 池模组与所述电池模组之间的均衡性和电池模组本身的均衡性对所述外部放电负载、所述 第一控制开关和所述第二控制开关进行控制。

为了解决上述问题，本申请另一方面提出一种基于上述的电动汽车的电池包均衡系统 的均衡方法，该方法包括以下步骤：控制模块获取电压采集模块采集的电动汽车的电池包 的每个电池模组内电池单体的电压；所述控制模块根据所述电池模组内的电池单体的电压 获得对应电池模组的电压；所述控制模块根据所述电池模组的电压和所述电池单体的电压 控制外部辅助均衡模块、第一控制开关和第二控制开关以对所述电池包进行均衡。

本申请的电动汽车的电池包均衡方法，控制模块根据电池模组的电压和电池单体的电 压控制外部辅助均衡模块、第一控制开关和第二控制开关进行控制，可以实现对电池包的 离线均衡，保证电池包的一致性和可维护性，相较于在线主动均衡技术成本降低。

进一步地，外部辅助均衡模块为外部均衡电源，所述控制模块根据所述电池模组的电 压和所述电池单体的电压控制外部均衡电源的输出电压、第一控制开关和第二控制开关以 对所述电池包进行均衡，具体包括：所述控制模块根据所述电池模组的电压判断所述电池 模组与所述电池模组之间的均衡性，并根据所述电池模组内的电池单体的电压判断所述电 池模组本身的均衡性；所述控制模块根据所述电池模组与所述电池模组之间的均衡性和电 池模组本身的均衡性对所述外部均衡电源的输出电压、所述第一控制开关和所述第二控制 开关进行控制。

具体地，所述控制模块以以下控制模式对所述外部均衡电源的输出电压、所述第一控 制开关和所述第二控制开关进行控制：

另外，上述方法还包括：所述控制模块根据所述电池包的状态以所述控制模式的组合 模式对所述外部均衡电源的输出电压、所述第一控制开关和所述第二控制开关进行控制。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电动汽车的电池包均衡系统的示意图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的电动汽车的电池包均衡系统的示意图；

图3是根据本发明的一个具体实施例的采用控制模式1的电池单体电压的均衡前后对 比示意图；

图4是根据本发明的另一个具体实施例的采用控制模式2的电池单体电压的均衡前后 对比示意图；

图5是根据本发明的又一个具体实施例的采用控制模式3的电池单体电压的均衡前后 对比示意图；

图6是根据本发明的又一个具体实施例的采用控制模式4的电池单体电压的均衡前后 对比示意图；以及

图7是根据本发明的一个实施例的电动汽车的电池包均衡方法的流程图。

附图标记：

均衡系统100，

电池包10、外部辅助均衡模块20、均衡模块30和控制模块40，电池模组11，

第一控制开关31、DC/DC转换单元32和第二控制开关33，

变压器结构的副线圈y和原线圈x

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电动汽车的电池包均衡系统和电池包 均衡方法。

首先，对本发明实施例的电动汽车的电池包均衡系统进行说明。

图1是根据本发明的一个实施例的电动汽车的电池包均衡系统的示意图，如图1 所示，该系统100包括电池包10、外部辅助均衡模块20、电压采集模块(图中未标示)、 均衡模块30和控制模块40。

其中，电池包10包括m个电池模组11，m个电池模组11串联之后与电动汽车的整车 高压回路连接，例如，电池包10以标准模组的形式进行成组，电池模组11成组之后与整 车的高压回路相连。每个电池模组11包括n个电池单体,其中，m≥2，n≥2，例如，图1 中为每个电池模组11包括六个电池单体。

电压采集模块用于采集每个电池模组11内电池单体的电压；均衡模块30为m个，与 m个电池模组11对应，每个均衡模块30包括第一控制开关31、DC/DC转换单元32和第二 控制开关33。

第一控制开关31的第一端与外部辅助均衡模块20连接；DC/DC转换单元32的第一端 与对应电池模组11内的每个电池单体分别连接，DC/DC转换单元32的第二端与第一控制 开关31的第二端连接，DC/DC转换单元32的第三端分别与对应电池模组11的一端连接。

如图2所示，DC/DC转换单元32为变压器结构，变压器结构包括原线圈x和n个副线 圈y，其中，原线圈x的一端与第一控制开关31的第一端连接，原线圈x的另一端与外部 辅助均衡模块20连接；副线圈y的一端与对应电池模组11内的对应电池单体的一端连接， 副线圈y的另一端通过二极管D与对应电池单体的另一端连接。

第二控制开关33的第一端与对应电池模组11的另一端连接，第二控制开关33的第二 端分别与第一控制开关31的第一端和外部辅助均衡模块20连接；

控制模块40分别与外部辅助均衡模块20、第一控制开关31的第三端和第二控制开关 33的第三端连接，控制模块40根据电池模组11内的电池单体的电压获得对应电池模组的 电压，并根据电池模组11的电压和电池单体的电压控制外部辅助均衡模块20、第一控制 开关31和第二控制开关33以对电池包10进行均衡。

在实际应用中，每个均衡模块30可以预留一个整车外接均衡接口，通过该均衡接口可 以连接外部辅助均衡模块20例如外部均衡电源或者外部放电负载，每个电池单体通过 DC/DC转换单元32可以实现与电池模组11或者外部均衡电源实现离线均衡。

具体地，例如控制模块40根据电池模组11的电压和电池单体的电压判断电池模组11 之间不一致时，或者电池模组11内的电池单体之间不一致时，可以通过调节外部均衡电源 的输出电压以及第一控制开关31和第二控制开关33的闭合或断开来进行均衡处理，即通 过对外部均衡电源的输出电压和第一控制开关31以及第二控制开关33的控制可以实现不 同均衡，例如，可以实现电池模组11内电池单体之间的均衡，或者实现电池单体与外部均 衡电源之间的均衡，或者电池模组11之间的均衡，或者电池模组11与外部均衡电源之间 的均衡，具体实现过程将在以下的实施例中进行说明。

可以看出，本发明实施例的动力电池的电池包均衡系统100，控制模块40根据电池模 组11的电压和电池单体的电压控制外部辅助均衡模块20、第一控制开关31和第二控制开 关33进行控制，可以实现对电池包10的离线均衡，保证电池包10的一致性和可维护性， 相较于在线主动均衡技术成本降低。

下面对本发明实施例的电池包均衡系统100实现对电池包10的离线均衡过程进行 详细说明。

具体地，外部辅助均衡模块20为外部均衡电源，控制模块40根据电池模组11的电压 判断电池模组11与电池模组11之间的均衡性，并根据电池模组11内的电池单体的电压判 断电池模组本身的均衡性，以及根据电池模组11与电池模组11之间的均衡性和电池模组 本身的均衡性对外部均衡电源的输出电压、第一控制开关31和第二控制开关33进行控制。

在本发明的一个实施例中，控制模块40可以以以下控制模式(如表1所示)对外部均 衡电源的输出电压、第一控制开关31和第二控制开关33进行控制。

表1

具体地，如表1所示，对于控制模式1，如果控制模块40根据某个电池模组11内的 电池单体判断该电池模组11不均衡，而根据电池模组本身的电压判断该电池模组11与其 他电池模组11之间均衡，控制第一控制开关31闭合并控制第二控制开关闭合，并调节外 部均衡电源的输出电压为0V。参照图2所示，此时，在电池模组11本身的电压较高例如 高于预设电压时，可以由该电池模组11本身的电压与其内部的电池单体之间进行均衡，图 3是采用控制模式1进行均衡前后的电池单体的电压比较示意图，通过电池模组11本身对 其内部电量较低的电池单体进行补偿，变相地在进行模组放电，电量较高的电池单体的电 量也有所下降，除了均衡目标电池单体，其他电池单体都会有下降趋势。但是，可以看出 在均衡后，电池单体之间的最大电压Vmax与最小电压Vmin的差值降低，电池单体之间的 电压一致性提高。

如果控制模块40根据某个电池模组11内的电池单体判断该电池模组11不均衡时，例 如有一部分的电池单体欠压，而该电池模组11与其他电池模组11之间均衡，并且判断该 电池模组11本身的电压不适于进行均衡，则控制模块控制第一控制开关31闭合并控制第 二控制开关33断开，并调节外部均衡电源的输出电压为第一预设电压例如V1，对于V1， 控制模块可以根据该电池模组11内电池单体之间的具体情况进行调节。参照图2所示，例 如V1为大于欠压电池单体的电压，此时，可以通过外部均衡电源的输出电压对该电池模组 11内的欠压电池单体进行欠压补偿。图4是采用控制模式2进行均衡前后的电池单体的电 压比较示意图，可以看出，经过均衡之后，该电池模组11内的电池单体之间的一致性提高。

如果控制模块40判断某电池模组11内的电池单体之间均衡，而该电池模组11与电池 模组11之间不均衡，则控制模块内阁制第一控制开关31断开，控制第二控制开关33闭合， 并调节外部均衡电源的输出第二预设电压。参照图2所示，此时，可以通过外部均衡电源 对该电池模组11进行均衡，例如，该电池模组11的电压相较于其他电池模组电压低，则 通过外部均衡电源的输出电压调节该电池模组11的电压升高，使得该电池模组11的电压 与其他电池模组之间的偏差减少，图5是采用控制模式3均衡前后的电池模组内电池单体 的电压比较示意图，可以看出，在均衡之后，电池模组11内的电池单体的电压均升高，即 该电池模组11的电压升高，减小了该电池模组11与其他电池模组之间的偏差，提高电池 模组11之间的一致性。

如表1所示，如果判断某电池模组11内的电池单体之间不均衡，且该电池模组11与 其他电池模组之间存在偏差，例如低于其他电池模组的电压，则控制模块40控制第一开关 31闭合，并控制第二控制开关33闭合，并调节外部均衡电源输出第三预设电压例如V3， V3高于该电池模组11的电压。参照图2所示，此时，可以通过外部均衡电源同时补偿该 电池模组11以及该电池模组11内的电池单体，以使电池模组11及其电池单体均得到补偿。 图6是采用控制模式4均衡前后的电池模组内电池单体的电压比较示意图，可以看出，在 均衡之后，电池单体的电压相应升高，则该电池模组11的电压也相应升高，进而减小电池 单体之间的偏差，以及减小电池模组11的偏差，提高一致性。

如果判断电池模组11内的电池单体之间均衡，且电池模组11之间也均衡，则控制模 块40无需进行均衡处理，控制第一控制开关31断开，控制第二控制开关33断开，并调节 外部均衡电源输出为零。

可以看出，通过上述五种控制模式可以实现电池单体与电池模组11之间的均衡、电池 模组11之间的均衡、电池单体之间的均衡。

进一步地，控制模块40还可以根据电池包10的状态以上述控制模式的组合模式对外 部均衡电源的输出电压、第一控制开关31和第二控制开关33进行控制，进而实现对电池 包10的均衡处理，提高电池包10的一致性。

另外，外部均衡电源主要进行电源补偿，如果需要进行模组或者电池单体放电，只要 将外部均衡电源换成外部放电负载即可。即外部辅助均衡模块20可以为外部放电负载，控 制模块40还用于根据电池模组11与电池模组11之间的均衡性和电池模组11本身的均衡 性对外部放电负载、第一控制开关31和第二控制开关33进行控制。例如，如果其他电池 模组电压一致性较好，有一组电池模组电压偏高，为了提高效率，控制模块40控制第一控 制开关31闭合，且控制第二控制开关33断开，通过外部放电负载对该电压偏高的电池模 组进行放电，以使得该电池模组11的电压有适当下降，满足电池模组11之间的均衡性。

可以理解的是，虽然在线主动均衡技术可以达到对电池单体和电池模组的均衡处理， 当时，本申请的电池包均衡系统100可控性更强，成本更低。

基于上述电动汽车的电池包均衡系统的说明，下面对基于该系统的均衡方法进行说明。 图7是根据本发明的一个实施例的电池包均衡方法的流程图，如图7所示，该方法包括以 下步骤：

S1,控制模块获取电压采集模块采集的电动汽车的电池包的每个电池模组内电池单体 的电压。

S2，控制模块根据电池模组内的电池单体的电压获得对应电池模组的电压。

S3，控制模块根据电池模组的电压和电池单体的电压控制外部辅助均衡模块、第一控 制开关和第二控制开关以对电池包进行均衡。

本发明实施例的电动汽车的电池包均衡方法，控制模块根据电池模组的电压和电池单 体的电压控制外部辅助均衡模块、第一控制开关和第二控制开关进行控制，可以实现对电 池包的离线均衡，保证电池包的一致性和可维护性，相较于在线主动均衡技术成本降低。

具体地，外部辅助均衡模块为外部均衡电源，控制模块根据电池模组的电压判断电池 模组与电池模组之间的均衡性，并根据电池模组内的电池单体的电压判断电池模组本身的 均衡性，进而控制模块根据电池模组与电池模组之间的均衡性和电池模组本身的均衡性对 外部均衡电源的输出电压、第一控制开关和第二控制开关进行控制。

在本发明的一个实施例中，控制模块以如表1所示的控制模式对外部均衡电源的输出 电压、第一控制开关和第二控制开关进行控制。通过上述五种控制模式可以实现电池单体 与电池模组之间的均衡、电池模组之间的均衡、电池单体之间的均衡。

进一步地，控制模块还可以根据电池包的状态以表1的控制模式的组合模式对外部均 衡电源的输出电压、第一控制开关和第二控制开关进行控制，进而实现对电池包的均衡处 理，提高电池包的一致性。

另外，外部均衡电源主要进行电源补偿，如果需要进行模组或者电池单体放电，只要 将外部均衡电源换成外部放电负载即可。即外部辅助均衡模块可以为外部放电负载，还可 以根据电池模组与电池模组之间的均衡性和电池模组本身的均衡性对外部放电负载、第一 控制开关和第二控制开关进行控制。例如，如果其他电池模组电压一致性较好，有一组电 池模组电压偏高，为了提高效率，控制第一控制开关闭合，且控制第二控制开关断开，通 过外部放电负载对该电压偏高的电池模组进行放电，以使得该电池模组的电压有适当下降， 满足电池模组之间的均衡性。

需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为， 表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、 片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或 讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这 应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实 现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令 执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行 系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设 备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播 或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用 的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布 线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读 存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式 光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸 或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解 译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机 存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实 施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或 固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下 列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路 的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现 场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中， 该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有 明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者 特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以 在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领 域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进 行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例 进行变化、修改、替换和变型。