1.本发明涉及电池均衡控制技术领域，尤其是一种锂电池均衡控制方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.随着人们逐渐意识到化石燃料对全球气候的巨大破坏，发展新能源汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择。由于锂电池因为具有能量密度高、储存寿命长、无记忆效应、自放电率低等优良性能,目前锂电池在新能源汽车上的应用较为普遍。
3.由于单体锂电池的电压较低，无法满足电动汽车对电压的需求，需要将若干个单体锂电池串联使用，但锂电池单体制造和使用环境的差异性，导致电池单体间性能出现不一致，这种不一致性会在电池的使用过程中逐渐加大，大幅降低单体电池的寿命，严重影响电池组的使用效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种锂电池均衡控制方法、系统及存储介质，以解决多个电池串联使用时的一致性问题。
5.本发明的一方面提供了一种锂电池均衡控制方法，包括：
6.通过平均电压采集模块获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中；
7.通过所述转换模块将所述平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；
8.所述电压比较模块将所述电池组中每个单体电池的电压值与所述电池组的平均电压比较，判断所述电池组中任意单个电池的电压是否高于所述平均电压；
9.若所述电池组中单个电池的电压高于所述平均电压，启动均衡模块对所述电池组进行充电，直至所有单个电池的电压等于所述平均电压。
10.可选地，所述通过平均电压采集模块获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中，包括：
11.通过基于运算放大器的加减运算电路对所述电池组的平均电压进行采集，得到平均电压信号。
12.可选地，所述通过所述转换模块将所述平均电压信号转换成方波信号，包括：
13.通过方波发生器产生一个方波；
14.当所述方波为低电平时，将所述第一三极管关断；当所述方波为高电平时，将第一三极管导通；所述平均电压信号通过第二三极管驱动并传输到所述第一三极管；
15.所述第一三极管的漏极输出以电压信号的值为幅值的方波信号；
16.将所述方波信号通过电容传输到电压比较模块。
17.可选地，所述方法还包括：
18.通过电压跟随器隔离所述方波发生器和所述电压比较模块中的电压比较电路；
19.所述电压跟随器包括一个放大器和两个电阻。
20.可选地，所述电压比较模块包括整流电路；
21.所述整流电路，用于将所述方波信号还原为直流的平均电压信号；
22.所述电压比较模块的电压均衡判断步骤包括：
23.将所述电池组中单个电池的负极作为整流电路的地极；
24.得到单个电池负极电压与所述直流的平均电压信号的加和；
25.利用运算放大器将所述加和的结果与各个电池正极的电压进行比较，输出均衡判断结果的信号。
26.可选地，所述方法还包括：
27.通过电压信号补偿电路的运算放大器将直流电压信号与平均电压信号进行比较；
28.根据所述运算放大器的输出电压，对所述直流电压信号进行调节，得到反馈回路；
29.通过所述反馈回路使运放负极性端电压趋近于所述平均电压，以降低所述电压比较模块的误差。
30.本发明实施例的另一方面提供了一种锂电池均衡控制系统，包括：
31.平均电压采集模块，用于获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中；
32.转换模块，用于将所述平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；
33.电压比较模块，用于将所述电池组中每个单体电池的电压值与所述电池组的平均电压比较，判断所述电池组中任意单个电池的电压是否高于所述平均电压；
34.均衡模块，用于当所述电池组中单个电池的电压高于所述平均电压时，对所述电池组进行充电，直至所有单个电池的电压等于所述平均电压。
35.本发明实施例的另一方面提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；
36.所述存储器用于存储程序；
37.所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。
38.本发明实施例的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。
39.本发明实施例的另一方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前面所述的方法。
40.本发明的实施例通过平均电压采集模块获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中；通过所述转换模块将所述平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；所述电压比较模块将所述电池组中每个单体电池的电压值与所述电池组的平均电压比较，判断所述电池组中任意单个电池的电压是否高于所述平均电压；若所述电池组中单个电池的电压高于所述平均电压，启动均衡模块对所述电池组进行充电，直至所有单个电池的电压等于所述平均电压。本发明减少了均衡的成本，减小了均衡系统的体积，提高了均衡的可靠性，能够对串联锂电池进行高效均衡。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
42.图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；
43.图2为本发明实施例提供的平均电压采集模块结构图；
44.图3为本发明实施例提供的电压-信号转换模块结构图；
45.图4为本发明实施例提供的电压比较模块结构图；
46.图5为本发明实施例提供的电压信号补偿电路结构图；
47.图6为本发明实施例提供的均衡模块结构图。
具体实施方式
48.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
49.针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种锂电池均衡控制方法，包括：
50.通过平均电压采集模块获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中；
51.通过所述转换模块将所述平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；
52.所述电压比较模块将所述电池组中每个单体电池的电压值与所述电池组的平均电压比较，判断所述电池组中任意单个电池的电压是否高于所述平均电压；
53.若所述电池组中单个电池的电压高于所述平均电压，启动均衡模块对所述电池组进行充电，直至所有单个电池的电压等于所述平均电压。
54.可选地，所述通过平均电压采集模块获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中，包括：
55.通过基于运算放大器的加减运算电路对所述电池组的平均电压进行采集，得到平均电压信号。
56.可选地，所述通过所述转换模块将所述平均电压信号转换成方波信号，包括：
57.通过方波发生器产生一个方波；
58.当所述方波为低电平时，将所述第一三极管关断；当所述方波为高电平时，将第一三极管导通；所述平均电压信号通过第二三极管驱动并传输到所述第一三极管；
59.所述第一三极管的漏极输出以电压信号的值为幅值的方波信号；
60.将所述方波信号通过电容传输到电压比较模块。
61.可选地，所述方法还包括：
62.通过电压跟随器隔离所述方波发生器和所述电压比较模块中的电压比较电路；
63.所述电压跟随器包括一个放大器和两个电阻。
64.可选地，所述电压比较模块包括整流电路；
65.所述整流电路，用于将所述方波信号还原为直流的平均电压信号；
66.所述电压比较模块的电压均衡判断步骤包括：
67.将所述电池组中单个电池的负极作为整流电路的地极；
68.得到单个电池负极电压与所述直流的平均电压信号的加和；
69.利用运算放大器将所述加和的结果与各个电池正极的电压进行比较，输出均衡判断结果的信号。
70.可选地，所述方法还包括：
71.通过电压信号补偿电路的运算放大器将直流电压信号与平均电压信号进行比较；
72.根据所述运算放大器的输出电压，对所述直流电压信号进行调节，得到反馈回路；
73.通过所述反馈回路使运放负极性端电压趋近于所述平均电压，以降低所述电压比较模块的误差。
74.本发明实施例的另一方面提供了一种锂电池均衡控制系统，包括：
75.平均电压采集模块，用于获取电池组的平均电压信号，将所述平均电压信号传输到转换模块中；
76.转换模块，用于将所述平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；
77.电压比较模块，用于将所述电池组中每个单体电池的电压值与所述电池组的平均电压比较，判断所述电池组中任意单个电池的电压是否高于所述平均电压；
78.均衡模块，用于当所述电池组中单个电池的电压高于所述平均电压时，对所述电池组进行充电，直至所有单个电池的电压等于所述平均电压。
79.本发明实施例的另一方面提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；
80.所述存储器用于存储程序；
81.所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。
82.本发明实施例的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。
83.本发明实施例的另一方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前面所述的方法。
84.下面结合说明书附图，对本发明实施例的均衡控制方法的实现原理进行详细说明：
85.本发明不需要微处理器，仅通过一般模拟电路就可实现电池组的自主均衡达到降低设备成本、提高均衡可靠性、减少微处理器的运行负担等目的；本发明针对传统的电池均衡系统的依赖于微处理器的控制的问题，提出了一种不需要微处理器或其他数字电路，仅使用模拟电路即可实现电池均衡的电路系统；本发明进一步实现了一种在不使用微处理器的情况下，使电池单体趋于一致的均衡控制电路系统。
86.本发明提出的锂电池均衡系统由以下四个模块构成：平均电压采集模块、电压-信号转换模块、电压比较模块、均衡模块。
87.所述方法的步骤如下：
88.如图1所示，平均电压采集模块得到电池组的平均电压，将平均电压信号传输到电压-信号转换模块中；电压-信号转换模块将平均电压信号转换成方波信号传输到电压比较模块中；电压比较模块将每个单体电池的电压值与电池组的平均电压比较，进而判断单个电池电压是否高于平均值。若高于平均值，启动该电池的均衡模块，使其对整组电池充电，直到该电池电压等于平均值，从而达到电池电量均衡的目的。
89.下面详细描述各个模块的实现原理：
90.(1)平均电压采集模块
91.本发明利用基于运算放大器的加减运算电路对电池组平均电压进行采集，准确率较高。
92.如图2所示，可计算输出的平均电压为：
[0093][0094]
为了使uo满足：
[0095]
(n为电池组电池数)
[0096]
可调节r1、r2、r3、r4的电阻值使其满足：
[0097][0098]
(2)电压-信号转换模块
[0099]
如图3所示，首先通过方波发生器产生一个方波，方波高电平时q1导通，电压信号通过q2驱动传输到q1。方波为低电平时q1关断。q1的漏极输出以电压信号的值为幅值的方波信号。由于整组电池是串联的，且电压信号需要输出到每一个电池，所以需要用电容将电池组与信号电路隔开。将方波信号通过电容传输到电压比较模块。通过u1a、r3、r4组成的电压跟随器隔离前后电路。
[0100]
(3)电压比较模块
[0101]
如图4所示，将方波信号通过c1、c2、d1、d2、r1、r2组成的整流电路，将方波信号还原为直流电压信号。将电池负极作为整流电路的地级，得到单个电池负极电压与直流电压信号的加和。利用运算放大器将电压和值与电池正极的电压进行比较，输出均衡判断信号来开通或关断后续均衡模块。
[0102]
(4)电压信号补偿电路
[0103]
如图5所示，电压信号补偿电路和电压比较电路类似，利用运算放大器将直流电压信号和平均电压进行比较，利用运算放大器的输出电压调节直流电压信号，形成反馈回路，使运放负极性端电压趋近于平均电压。降低电压比较模块的误差。利用c3降低输出电压的波动。
[0104]
(5)均衡模块
[0105]
如图6所示，利用均衡判断信号控制dc-dc升压电路的开通关断，电压高于平均电压的电池通过dc-dc升压电路向整组电池充电。
[0106]
综上所述，本发明利用模拟电路系统进行均衡降低设备成本、缩小均衡系统体积，提高均衡可靠性和效率。
[0107]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0108]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反
说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0109]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0110]
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。
[0111]
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。
[0112]
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。
[0113]
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0114]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0115]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。