CN107139742A - 车用动力电池单体电量均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用动力电池单体电量均衡方法，其中将本发明的方法应用于电池管理***后，能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η范围内。根据动力电池性能属性，在车辆生命周期的前半阶段，η2<η1，此时均衡能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η1范围内，电池管理***均衡所消耗的电量为动力电池冗余设计的电量，均衡不影响车辆对电池电量的需求。在车辆生命周期的后半段，η2>η1，此时均衡能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η2范围内，均衡功能保证电池单体电量偏差不超过本身一致特性，能够防止个别电池单体出现加速老化、欠压、零压的现象，能够使动力电池既满足了车辆对能量的需求又保证了自身的一致特性，从而使均衡的目的更加明确。

Description

车用动力电池单体电量均衡方法
技术领域
本发明属于新能源汽车动力电池领域，涉及一种车用动力电池单体电量均衡方法。
背景技术
动力电池作为新能源汽车的一种能量储存单元，其性能直接影响车辆性能的发挥。因为新能源车辆的实际运行环境是复杂多变的，所以为了确保动力电池能够高效、可靠以及安全工作，一个有效的电池管理***是必需的。特别是对于活性强(安全性较差)的锂离子电池，电池管理***的意义和必要性则更加突出。
电池管理***的核心任务之一是对动力电池内部电池单体电量进行均衡，因为电池内部环境状态不能保证一致，所以电池内部电池单体的电量很难保证一致，这就需要电池管理***对电池单体的电量状态进行均衡。实际中，电池单体电量的不一致性会加速电池总成容量的衰减，降低车辆的能量利用效率，影响车辆性能的发挥。
目前国内外汽车厂商、电池厂商及科研机构提出的电池单体电量均衡方法大致可以分为两大类，第一，侧重于在电池单体的正负极两端并联可充电可放电的电路，在判断出电池单体电量的不一致状态后，对电池单体进行充放电操作，达到均衡电池单体电量的目的，由于并联充放电电路可靠性低、成本等限制原因，这类方法对于车用电池单体电量均衡的实际意义较小；第二，侧重于在电池单体的正负极两端并联可放电的电路，在判断出电池单体电量的不一致状态后，为满足车辆的容量需求及性能要求，对电池单体进行放电操作，达到均衡电池单体电量的目的，由于并联放电电路简单、可靠性高、成本低，这类方法比较适合于车用动力电池单体电量均衡。
综上所述，采用在电池单体两端并联放电电路对电池单体进行电量均衡，具有电路简单可靠、成本低的优势，可行性高，是车用动力电池单体电量均衡的有效途径。
发明内容
本发明目的是车用动力电池单体电量均衡方法，明确了动力电池单体电量均衡的目标，使电池管理***能够对动力电池单体电量更高效的进行均衡。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种车用动力电池单体电量均衡方法，其包括：
S10、规定车辆对电池容量的需求为C1；
S20、规定电池总成总容量值为C2；
S30、规定电池在车辆上不可使用的容量百分比为￡；
S40、以电池单体的SOC作为判断是否开始电量均衡的条件，规定电池单体的SOC为SOCCELL，整个动力电池包内电池单体的平均SOC为SOCAVE；
S50、对整个动力电池包内所有单体进行电量一致性进行判断，当某个单体的SOCCELL值超出电池单体的平均SOCAVE某一数值η时，即SOCCELL-SOCAVE≥η时，电池管理***将控制并联放电电路对该电池单体放电。
可选的，其中，η值的计算公式如下：
η＝MAX(η1，η2)；η1＝1-C1/C2-￡；
其中，η1为电池总成所能均衡容量值；η2为电池单体一致性偏差。
可选的，其中，一致性偏差η2为：
η2＝(SOCMAX–SOCMIN)/2；
其中，SOCMAX为电池单体SOC的最大值，SOCMIN为电池单体SOC的最小值。
可选的，在所述步骤S50中，在车辆启动初期和车辆外接充电末期，对整个动力电池包内所有单体进行电量一致性进行判断；并且在判断得出电量不一致电池单体后，计算需要均衡的时间，并控制均衡电路按照计算得出的均衡时间对电量不一致的电池单体进行均衡操作。
本发明具有如下有益效果：将本发明的方法应用于电池管理***后，能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η范围内。根据动力电池性能属性，在车辆生命周期的前半阶段，η2<η1，此时均衡能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η1范围内，电池管理***均衡所消耗的电量为动力电池冗余设计的电量，均衡不影响车辆对电池电量的需求。在车辆生命周期的后半段，η2>η1，此时均衡能够使动力电池单体电量保持在SOCAVE±η2范围内，电池管理***实际上已经很少开启均衡功能，除非电池单体的一致性偏离了本身的属性η2，均衡功能保证电池单体电量偏差不超过本身一致特性，能够防止个别电池单体出现加速老化、欠压、零压的现象。电池管理***应用了本发明专利的均衡方法后，能够使动力电池既满足了车辆对能量的需求又保证了自身的一致特性，从而使均衡的目的更加明确。
附图说明
图1为本发明的采用放电均衡的均衡电路示意图；
图2为均衡目标示意图；
图3为动态均衡目标示意图；
图中标记示意为：101-电池单体；102-电池两端并联放电电阻；103-微控制器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例基于电池单体在车辆生命周期内的一致性及车辆生命周期内电池的容量特性，提供了一种车用动力电池单体电量均衡方法，其应用于新能源车辆，该车辆的电池管理***均衡功能采用放电均衡的均衡电路，以电池单体的SOC作为判断依据，均衡目标应用本实施例阐述的动态均衡目标。
如图1所示，本实施例的均衡电路为每节电池单体并联一个放电电阻，并联电路开关由微控制器引脚控制通断。当微控制器判断出需要均衡的电池单体后，直接控制该电池单体所并联的开关闭合，对该电池单体进行放电均衡，当均衡结束后，由微控制器控制开关断开，停止均衡。
所述方法包括以下步骤：
S10、规定车辆对电池容量的需求为C1
在新能源车辆整个生命周期内，为满足用户使用需求，车辆对动力电池有确定的容量需求。随着车辆行驶里程的增加，车辆对动力电池的容量需求可以是定值，也可以是一个变化的值，本专利规定车辆对电池容量的需求为C1。
S20、规定电池总成总容量值为C2
动力电池在使用过程中，随着车辆行驶里程的增加、时间的推移，动力电池自身的容量会产生衰减，本专利规定电池总成总容量值为C2。
S30、规定电池在车辆上不可使用的容量百分比为￡
目前新能源车辆对动力电池的使用过程中不会将电池中的电量耗尽，比如混合动力车辆电池电量的使用区间一般在30％-70％，这样电池就会有60％的电量不会用到，本专利规定电池在车辆上不可使用的容量百分比为￡。
S40、以电池单体的SOC作为判断是否开始电量均衡的条件，规定电池单体的SOC为SOCCELL，整个动力电池包内电池单体的平均SOC为SOCAVE
S50、对整个动力电池包内所有单体进行电量一致性进行判断，当某个单体的SOCCELL值超出电池单体的平均SOCAVE某一数值η时，即SOCCELL-SOCAVE≥η时，电池管理***将控制并联放电电路对该电池单体放电。
其中，η值的计算公式如下：
η＝MAX(η1，η2)；η1＝1-C1/C2-￡；
其中，η1为电池总成所能均衡容量值；η2为电池单体一致性偏差，是随里程增加而变化的变量，MAX为对η1，η2取其中的较大值的函数。
本实施例中，一致性偏差η2定义为：
η2＝(SOCMAX–SOCMIN)/2。
如果η2<η1,则η＝η1,这种情况下，电池能量能够满足车辆需求。
如果η2>η1,则η＝η2,这种情况下，电池无多余能量均衡，均衡只是防止电池单体超出本身一致特性。
如果η2＝η1，则η＝η2＝η1，这种情况下，电池能量能够满足车辆需求。
在车辆启动初期和车辆外接充电末期，判断电池电量一致性状态，判断得出电量不一致电池单体后计算需要均衡的时间，由微控制器控制均衡电路按照计算得出的均衡时间对电量不一致的电池单体进行均衡操作。
本实施例的方法明确了动力电池单体电量均衡的目标，使电池管理***能够对动力电池单体电量更高效的进行均衡。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种车用动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，包括：
S10、规定车辆对电池容量的需求为C1；
S20、规定电池总成总容量值为C2；
S30、规定电池在车辆上不可使用的容量百分比为￡；
S40、以电池单体的SOC作为判断是否开始电量均衡的条件，规定电池单体的SOC为SOCCELL，整个动力电池包内电池单体的平均SOC为SOCAVE；
S50、对整个动力电池包内所有单体进行电量一致性进行判断，当某个单体的SOCCELL值超出电池单体的平均SOCAVE某一数值η时，即SOCCELL-SOCAVE≥η时，电池管理***将控制并联放电电路对该电池单体放电。
2.根据权利要求1所述的车用动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，
其中，η值的计算公式如下：
η＝MAX(η1，η2)；η1＝1-C1/C2-￡；
其中，η1为电池总成所能均衡容量值；η2为电池单体一致性偏差。
3.根据权利要求2所述的车用动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，
其中，一致性偏差η2为：
η2＝(SOCMAX–SOCMIN)/2；
其中，SOCMAX为电池单体SOC的最大值，SOCMIN为电池单体SOC的最小值。
4.根据权利要求3所述的车用动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，在所述步骤S50中，在车辆启动初期和车辆外接充电末期，对整个动力电池包内所有单体进行电量一致性进行判断；并且在判断得出电量不一致电池单体后，计算需要均衡的时间，并控制均衡电路按照计算得出的均衡时间对电量不一致的电池单体进行均衡操作。
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