CN102361100B - 一种动力锂离子电池均衡的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力锂离子电池均衡的控制方法，属于电池均衡控制技术领域，所述方法包括：在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体，计算所述需要均衡的电池单体达到目标均衡容量所需的均衡时间，并得出电池单体均衡的起始时间点；在所述起始时间点触发均衡执行机构执行均衡。本发明通过采用在线主动均衡的方式，采用能量偏低补充能量，能量偏高释放能量，最终使各电池单体能量趋于一致，提高电池包的放电能力和续航里程，真正解决电池一致性带来的问题，提高了均衡效率。

Description

一种动力锂离子电池均衡的控制方法

技术领域

本发明涉及电池均衡控制技术领域，特别涉及一种动力锂离子电池均衡的控制方法，主要应用于纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车等动力电池的主动均衡***。

背景技术

能源紧缺和环保呼声越来越高，新能源汽车已成为绿色车辆最主要的发展方向之一。动力电池安全稳定性也大为提高，在如今新能源汽车领域有着举足轻重的地位。但是制约电动汽车发展的问题依然是动力电池的储能技术和应用技术。而锂离子电池是当今电动汽车较多采用的动力电池之一，其优点：开路电压高（单体电池电压高达3.6～3.8V）,比能量大、循环寿命长、无公害、无记忆效应、自放电小。然而对于锂离子电池较为突出的问题是它的一致性，所以研究一种动力锂离子电池均衡的控制方法是很有现实意义的。

锂离子电池多采用串联方式连接，由于各单块蓄电池在制造、初始容量、电压、内阻以及蓄电池组中各单块蓄电池的温度等方面均不完全相同，由于这些差异的存在导致了单体性能的差异，电池在使用一段时间后，单体差异性会变大，这就会影响电池性能和寿命，因此需要定期对电池进行均衡。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺点：

目前动力电池均衡手段落后，大多采用被动均衡手段，即在电池出现故障后才进行电池均衡控制，无法起到保护电池、延长电池使用寿命的作用，使得其均衡效率低，效果不明显。

发明内容

本发明目的是提供一种动力锂离子电池均衡的控制方法，用于弥补现有技术中得缺陷，改善新能源汽车锂离子电池一致性，根据电池单体容量指数SOC的高低来释放和补充能量，提高电池包的放电能力和续航里程。

本发明实施例提供了一种动力锂离子电池均衡的控制方法。所述技术方案如下：所述方法包括：

在行驶过程中在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体，计算所述需要均衡的电池单体达到目标均衡容量所需的均衡时间t_i，并得出电池单体均衡的起始时间点；在所述起始时间点触发均衡执行机构执行均衡。

所述在行驶过程中在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体，具体包

括：

预先测量各电池单体的容量指数SOC_i及整个电池包的均衡容量指数SOC_A；

得出各电池单体的容量指数SOC_i与均衡容量指数SOC_A之间的容量偏差值△SOC_i；

根据容量偏差值△SOC_i和均衡容量指数SOC_A确定需要均衡的电池单体。

根据容量偏差值△SOC_i和均衡容量指数SOC_A确定需要均衡的电池单体，具体包括：

如果△SOC_i≥SOC_A*K，则确定该电池单体是需要均衡的单体，

其中K是可标定量，K取值为0＜K≤0.15。

所述执行均衡包括：

充电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i低于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，给电池单体充电并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A；

放电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i高于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，容量指数SOC_i偏高的电池单体释放能量，并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A。

所述均衡时间t_i的确定包括：

确定所需均衡电池单体的充电或放电的安时数AH_i；

通过均衡电池单体的容量偏差值△SOC_i及均衡充电或放电的安时数AH_i得出所需均衡电池单体的均衡时间t_i。

电池单体均衡的起始时间点的确定包括：

根据电池包中所有均衡电池单体的均衡时间t_i得出电池包的均衡起始时间t;

结合电池包的均衡起始时间t和各均衡电池单体的均衡时间t_i，得出各电池单体均衡的起始时间点T_i0。

所述电池包的均衡时间t是选取所有电池单体均衡时间t_i中最大的一个电池单体所需的均衡时间。

所述的充电均衡采用DC-DC模块进行充电，所述的放电均衡采用电阻进行放电。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明的电池均衡控制方法采用了主动的在线均衡方式，同时解决了充电均衡和放电均衡，效率高。

本发明的方法可在线对电池组进行主动平衡（包括充电均衡和放电均衡），真正实现实时在线均衡，该功能能够解决目前电池包存在的一致性问题，可有效防止电池性能劣化，并能够对性能下降的电池进行修复，从而提高汽车续航里程，并延长电池的使用寿命。通过在线的电池均衡，大大改善电池一致性问题，提高整个电池包的容量，弥补当前电池存在的一些缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1是本发明提供的动力锂离子电池均衡的控制方法流程图；

图2是本发明提供的控制***框架图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

具体如图1所示。

（一）在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体

具体包括：

预先测量各电池单体的容量指数SOC_i及整个电池包的均衡容量指数SOC_A；

得出各电池单体的容量指数SOC_i与均衡容量指数SOC_A之间的容量偏差值△SOC_i，其中，△SOC_i=SOC_i-SOC_A；

根据容量偏差值△SOC_i和均衡容量指数SOC_A确定需要均衡的电池单体。

根据容量偏差值△SOCi和均衡容量指数SOCA确定需要均衡的电池单体，具体包括：

如果△SOCi≥SOCA*K，则确定该电池单体是需要均衡的单体，

其中K是可标定量，K取值为0-0.15，可根据实际控制情况获得。

对于充电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i低于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，给电池单体充电并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A。

放电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i高于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，容量指数SOC_i偏高的电池单体释放能量，并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A。

充电均衡号选取点可以根据电池本身特性，最能为反应出电池低压段单体一致性的荷电状态（State of Charge）SOC点来判定，比如现选取包SOC_BOT点，预测此时各单体SOC。

放电均衡号选取点可设置在电池包将要充满电时间段内，根据电池单体SOC偏高出现的频率次数来确认能量偏高的电池号。

（二）计算需要均衡的电池单体达到目标均衡容量所需的均衡时间，并得出电池单体均衡的起始时间点

首先要计算需要均衡的电池单体达到目标均衡容量所需的均衡时间。

确定所需均衡电池单体的充电或放电的安时数AH_i；

通过均衡电池单体的容量偏差值△SOC_i及均衡充电或放电的安时数AH_i得出所需均衡电池单体的均衡时间t_i。

具体由能量预测模块计算出需要均衡的容量偏差值△SOC_i，根据电流大小预测均衡时间t_i

SOC_end=SOC_iend

△SOC_iend=SOC_i-SOC_iend

△BAH_i=△SOC_iend*AH_i

由此预先测出需要均衡的时间。SOC_end为电池包的目标均衡容量SOC，SOC_iend为第i节电池单体的目标均衡容量SOC，△BAH_i为第i节电池单体与目标均衡容量SOC的容量差距。

根据所有需要均衡的电池单体的均衡时间t_i，选取其中的最大均衡时间作为触发电池包进行均衡的起始时间点，同时根据各电池单体的均衡时间t_i得到每个需要均衡的电池单体的起始时间点T_i0

根据电池包的充放电电流可以预测出电池包的SOC到充满电100%和放电报警值点处的SOC（可根据电池实际情况确定）,设定出目标均衡容量值，那么上述所选取出的需要均衡的电池单体，在电池充放电条件下以及均衡控制作用下达到整体包的SOC水平，以保证在充满电和放电过程中单体一致性得到优化。

具体地，根据容量偏差值△SOC，均衡电流I_b大小，和电池包的充放电电流I，确定均衡的起始时间点T_i0。

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{BAH}}_i={\∫}_0^{t_i}(I+I_b){\mathrm{dt}}_i$

I为电池包的充放电电流值，充电为正放电为负，I_b为均衡器均衡电流值，参考电池包电流方向设I_b充电均衡时为正值，I_b放电均衡时为负值。t_i为第i节电池单体在均衡作用下要达到目标均衡容量SOC所需要的时间。

电池包的充放电电流，在电池包充电过程中一般是可以默认为常数，根据电池充电参数可知。放电过程电流是变化值，此控制方法是根据城市工况NEDC标准来预测放电电流。

根据电流值和起始SOC预测充放电时间

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{end}}-{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{start}}={\∫}_0^t\mathrm{Idt}$

那么起始时间可近似为：T_i0=t-t_i

SOC_start为电池包的起始SOC值，T_i0为第i节需要均衡电池单体的起始均衡时间。

（三）在所述起始时间点触发均衡执行机构执行均衡

均衡实施：均衡器根据BMS的发送信息，要准确无误的对电池进行均衡。BBS主要功能包括，协议层：与BMS实时通讯，接收、发送CAN消息处理；充放电参数处理：电流、电压、温度等处理；判断过流，过压，欠压报警；逻辑控制及状态判断：获取充放电均衡命令，模块状态判断；模块诊断：均衡通道等诊断功能。

图2给出了整个***的框架以及各控制模块之间的对应关系。BBS根据各模块功能可以分为三个主要功能：CAN通讯、均衡器逻辑控制、安全管理等方面。BMS电池单体均衡化需求主动判断部分，需要与电池管理***的电池参数，SOC预测等模块共同实现电池均衡的需求判定。均衡器根据电池管理***发送的信息处理均衡，并作必要的故障排查，确保均衡器能够正常有效的对电池包进行均衡。

均衡预测模块选取出需要均衡的电池号，以及根据能量偏差给出执行起始时间点，均衡执行机构均衡器根据消息作出处理，采用放电均衡和充电均衡相结合的方式，具体的充放电均衡是DC-DC模块进行充电，电阻进行放电。

充电均衡：在行驶过程中对电池包在线实时充电均衡。通过选取出的单体号以及与目标SOC的差值在电池包放电状态下，针对能量偏低单体，开启执行机构均衡器进行能量补给，以使低能量单体SOC趋于整包SOC。通过在线均衡可以确保在行驶过程中改善电池的一致性，提高性能和保护电池。

放电均衡：在对电池包充电过程中对电池包放电均衡。通过选取出的单体号以及与目标SOC的差值在电池包充电状态下，针对能量偏低单体，开启执行机构均衡器进行能量释放，以使高能量单体SOC趋于整包的目标SOC，使电池各单体尽可能充满。通过在线均衡可以确保在行驶过程中改善电池的一致性，提高使用性能。

上述采用能量偏低补充能量，能量偏高释放能量，最终各单体能量趋于一致，提高电池包的放电能力和续航里程，能够真正解决电池一致性带来的问题。

本发明实施例中的全部或部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种动力锂离子电池均衡的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

在行驶过程中在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体，计算所述需要均衡的电池单体达到目标均衡容量所需的均衡时间t_i，并得出电池单体均衡的起始时间点；在所述起始时间点触发均衡执行机构执行均衡；

所述在行驶过程中在线确定充电或放电状态下需要均衡的电池单体，包括：

预先测量各电池单体的容量指数SOC_i及整个电池包的均衡容量指数SOC_A得出各电池单体的容量指数SOC_i与均衡容量指数SOC_A之间的容量偏差值△SOC_i；

根据容量偏差值△SOC_i和均衡容量指数SOC_A确定需要均衡的电池单体；如果△SOC_i≥SOC_A*K，则确定该电池单体是需要均衡的单体，其中K是可标定量，K取值为0＜K≤0.15；

电池单体均衡的起始时间点的确定包括：

根据电池包中所有均衡电池单体的均衡时间t_i得出电池包的均衡起始时间t;

结合电池包的均衡起始时间t和各均衡电池单体的均衡时间t_i，得出各电池单体均衡的起始时间点T_i0。

2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池均衡的控制方法，其特征在于，

所述执行均衡包括：

充电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i低于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，给电池单体充电并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A；

放电均衡，所需均衡的电池单体的容量指数SOC_i高于均衡容量指数SOC_A，且其容量偏差值△SOC_i≥SOC_A*K，容量指数SOC_i偏高的电池单体释放能量，并使其容量指数SOC_i趋于所述均衡容量指数SOC_A。

3.根据权利要求1所述的动力锂离子电池均衡的控制方法，其特征在于，

所述均衡时间t_i的确定包括：

确定所需均衡电池单体的充电或放电的安时数AH_i；

通过均衡电池单体的容量偏差值△SOC_i及均衡充电或放电的安时数AH_i得出所需均衡电池单体的均衡时间t_i。

4.根据权利要求1所述的动力锂离子电池均衡的控制方法，其特征在于，

所述电池包的均衡时间t是选取所有电池单体均衡时间t_i中最大的一个电池单体所需的均衡时间。

5.根据权利要求2所述的动力锂离子电池均衡的控制方法，其特征在于，

所述的充电均衡采用DC-DC模块进行充电，所述的放电均衡采用电阻进行放电。

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