CN114368321A - 一种启停电池***的均衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种启停电池***的均衡控制方法，用于解决被动均衡过程易对铅酸电瓶的电量过度消耗问题。本发明将SOC与电压、温度关联，基于电芯SOC‑OCV表查询单体电芯SOC，计算得到每串电芯的待均衡容量差△Cn，均衡过程中通过计算实时修正△Cn，通过实时SOC、压差、温度限制被动均衡的启动，实时SOC、温度控制被动均衡的暂停和接续，直到均衡结束。本发明的均衡控制方法对启停电池不同电芯间容量差进行均衡修正，与主动均衡比可降低成本，在被动均衡中可解决损耗铅酸电池电量的问题，改善成组电池的一致性，可以提升成组电池的整体容量，进一步提升电池***的寿命，特别适合作为启停***的均衡方法。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池管理技术领域，特别涉及一种启停电池***的均衡控制方法。
背景技术
由于化石能源造成的环境恶化，温室效益显著，且化石能源日益减少，为了应对这种全球化危机，各个国家达成巴黎协定，控制全球温度上升，最主要的是控制CO2排放，故采用新能源技术的电动汽车受到了越来越多的汽车制造商与国内外研究者的重视。电动汽车具有环境污染小、噪音低、能源使用效率高等优点。但由于电池技术并不是特别成熟，目前无法完全取代传统燃油车，故在长期的一段时间里，电动车和内燃机车会长期共存。CAFC油耗法规对燃油车的平均油耗越来越要求严格，要满足2020年达到5L/100km，传统燃油车较为难达到，特别对于体积大质量大的SUV，所以具备适应性和低成本、高节油性价比的48V轻混***成为当下全球汽车行业的发展潮流。
48V电池***采用多个电芯串并联实现电压、容量的组合，由于单体电池的不一致性，极大的影响了成组电池的可用容量。根据木桶短板效应，充电和放电时都是性能最差的单体先达到截止条件，其他的单体还有一部分能量并未释放出来，造成电量浪费。均衡管理可以改善成组电池的一致性，可以提升成组电池的整体容量，进一步提升电池***的寿命。
均衡控制包括主动均衡和被动均衡，主动均衡是能量从能量多的单体电芯向能量少的单体电芯转移，不会造成能量损失，但是结构复杂，成本较高，对于电器元件要求也高，相对来说被动均衡结构简单，成本也低了很多，并且可以实现较好的均衡效果。目前启停电池***中应用的是休眠过程中定时唤醒，进行均衡，此种方法的缺点是均衡过程会损耗铅酸电瓶的电，当容量差过大时可能造成铅酸电池亏电。
发明内容
本发明的目的是提供一种启停电池***的均衡控制方法，为了解决被动均衡过程易对铅酸电瓶的电量过度消耗，与主动均衡比可降低成本，在被动均衡中可解决损耗铅酸电池电量的问题，改善成组电池的一致性，可以提升成组电池的整体容量，进一步提升电池***的寿命。
目前启停电池***中应用的是休眠过程中定时唤醒，进行均衡，此种方法的缺点是均衡过程会损耗铅酸电瓶的电，当容量差过大时可能造成铅酸电池亏电，本发明的技术构思是将SOC与电压、温度关联，基于电芯SOC-OCV表查询单体电芯SOC，计算得到每串电芯的待均衡容量差△Cn，均衡过程中通过计算实时修正△Cn，通过实时SOC、压差、温度限制被动均衡的启动，实时SOC、温度控制被动均衡的暂停和接续，直到均衡结束。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，包括如下步骤：
1）电池***上电后电池休眠时间判断；
1.1）如果电池***休眠时间不少于h小时；
1.1.1）检测所有电芯的单体电压V[1]~V[m]，确定最低单体电压V[min]；
1.1.2）以电芯电压V[n]和温度T[均]查询电芯的SOC-OCV表确定每串电芯的SOC[n]，其中最低单体电压V[min]对应的最低单体SOC[min]；
1.1.3）电池包当前容量为C，计算每串电芯与电压最低的单体电芯的容量差，则每串电芯的当前待均衡容量差△Cn=（SOC[n]-SOC[min]）*C；
1.1.4）进入均衡开启条件判断；
1.2）如果电池***休眠时间少于h小时；
1.2.1）读取本次休眠前的每串电芯待均衡容量差△Cn；
1.2.2）进入均衡开启条件判断；
2）均衡开启条件判断流程：
a）单串电芯SOC[n]∈SOC[设]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤T[均衡max]；
c）电芯最低温度T[min]≥T[设min]；
d）电芯最高温度T[max]≤T[设max]；
e）电池压差V[max]-V[min]≥ΔV[设]；
f）存在△Cn＞0；
2.1）如果电池状态同时满足所有的均衡开启条件，则进入被动均衡流程；
2.2）如果电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则结束本次均衡；
3）被动均衡流程：
3.1）将△Cn＞0的电芯对应的均衡模块置于开启状态（若待均衡电芯串数x大于设计的最大可同时均衡串数x[设]，则优先开启△Cn较大的x[设]串电芯的均衡模块）；
3.2）实时计算开启均衡模块的电芯的均衡电流I[n]，I[n]=V[n]/R；
3.3）实时计算每均衡单位t时间，已开启均衡模块的电芯的当前待均衡容量差△Cn=△Cn’-I[n]*t；
3.4）进入△Cn判断流程；
4）△Cn判断流程：
4.1）△Cn＞0的电芯进入均衡保持条件判断流程；
4.2）△Cn≤0的电芯进入均衡完成流程；
5）均衡保持条件判断流程：
a）单串电芯SOC[n]∈SOC[设]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤T[均衡max]；
c）电芯最低温度T[min]≥T[设min]；
d）电芯最高温度T[max]≤T[设max]；
5.1）如果电池状态同时满足所有的均衡保持条件，则进入被动均衡流程；
5.2）如果电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则关闭所有均衡模块，并进入均衡保持条件判断流程；
6）均衡完成流程：将△Cn≤0的电芯的待均衡容量△Cn赋值为0，并关闭该部分电芯的均衡模块。
在本发明中，所述的h小时：电池休眠静置h小时后电芯电压稳定，电芯温度稳定温差小，少量的NTC采集的单体电芯温度可以代替所有电芯的温度，然后通过电压、温度插值查表确定单体电芯的SOC。
在本发明中，所述的m串：电池包由m串电芯组成；
在本发明中，所述的V[1]~V[m]：电池包第1串到第m串的电压；
在本发明中，所述的V[min]：当前时刻，m串电芯中的最低单体电压为V[min]；
在本发明中，所述的V[max]：当前时刻，m串电芯中的最高单体电压为V[max]；
在本发明中，所述的T[均]：电芯的平均温度T[均]=(T[min]+T[max])/2；
在本发明中，所述的T[min]：当前时刻，电芯上的NTC检测的最低温度；
在本发明中，所述的T[max]：当前时刻，电芯上的NTC检测的最高温度；
在本发明中，所述的SOC[1]~SOC[m]：电池包第1串到第m串的荷电状态；
在本发明中，所述的SOC[min]：当前时刻，m串电芯中的最低单体SOC为SOC[min]；
在本发明中，所述的SOC[max]：当前时刻，m串电芯中的最高单体SOC为SOC[max]；
在本发明中，所述的容量C：当前时刻，电池包的容量为C；
在本发明中，所述的ΔC[n]：当前时刻，第n串电芯的待均衡容量差；
在本发明中，所述的t时间：根据均衡***的软硬件设定的单位均衡时间；
在本发明中，所述的ΔC[n]’：t时间前，第n串电芯的待均衡容量差；
在本发明中，所述的SOC[设]：为避免因均衡导致电池SOC过低，影响电池使用寿命，同时削弱电压采集误差对SOC[1]~SOC[m]值准确度的影响，所以设定只有电芯SOC处于SOC[设]的范围时BMS才开启均衡模块，SOC[设]的范围为。。。。（根据电池容量、充放电工况和电芯实际平台电压可调整SOC[设]范围：当电池容量小、充放电工况的功率大时增大SOC[设]的下限SOC，反之可减小；当一致性要求高于寿命和节能要求时尽量保留SOC[设]中与电芯实际平台电压高度重合的SOC部分，以扩大SOC[设]范围，通过高频次的均衡保障电芯的高一致性，反之缩小SOC[设]范围，通过降低均衡频次使得均衡方法兼顾电芯一致性、电芯寿命和***节能。例如本发明实施例1因为电芯串数多，容量小，对均衡一致性的要求更高，所以SOC[设]=[0.35,1]；而实施例2因为电芯串数少，容量大，对均衡一致性的要求相对较低，所以SOC[设]=[0.35,0.45]∪[0.75,1]。）；
在本发明中，所述的T[均衡max]：均衡模块可工作温度上限；
在本发明中，所述的T[均衡]：当前时刻，均衡模块温度；
在本发明中，所述的T[min]：当前时刻，电芯上的NTC检测的最低温度；
在本发明中，所述的T[max]：当前时刻，电芯上的NTC检测的最高温度；
在本发明中，所述的T[设min]：允许电芯均衡的最低温度；
在本发明中，所述的T[设max]：允许电芯均衡的最高温度；
在本发明中，所述的ΔV[设]：允许电芯开启均衡的最低压差，设置时需考虑电压采集误差对SOC[1]~SOC[m]值准确度的影响，和SOC[设min]共同降低电压采集误差对SOC精度的影响；
在本发明中，所述的I[n]：当前时刻，第n串电芯的均衡电流；
在本发明中，所述的R：单串电芯的均衡电阻等效阻值；
在本发明中，所述的[SV]:SOC-OCV表对应曲线的斜率，即SOC每改变1单位对应的电压改变量，同理当[SV]值较大时，每改变1mV电压，SOC的变化较小；
本发明解决被动均衡过程易对铅酸电瓶的电量过度消耗的问题，有益效果是：1.电池休眠静置h小时后电芯电压稳定，电芯温度稳定温差小，少量的NTC采集的单体电芯温度可以代替所有电芯的温度，既提高了查SOC-OCV表得出的SOC精度，也降低了温度采集所需成本；2.通过SOC、压差范围要求，使得被动均衡趋向于在[SV]值较大时开启，降低电压采集误差对电芯SOC估算精度的影响，使得起始待均衡容量差更加精准。本发明对启停电池不同电芯间容量差进行均衡修正，与主动均衡比可降低成本，在被动均衡中可解决损耗铅酸电池电量的问题，改善成组电池的一致性，可以提升成组电池的整体容量，进一步提升电池***的寿命，特别适合作为启停***的均衡方法。
附图说明
图1是本发明48V10AH磷酸铁锂启停电池***的均衡控制策略（实施例1）的流程示意图；
图2是本发明12V50AH磷酸铁锂启停电池***的均衡控制策略（实施例2）的流程示意图。
具体实施方式
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。
实施例1
一种48V10AH磷酸铁锂启停电池***的均衡控制策略，包括以下步骤：
1）电池***上电后判断电池休眠时间是否不少于4小时；
1.1）如果休眠时间不少于4小时，
1.1.1）检测每串电芯的单体电压V[1]~V[14]，确定最低单体电压V[min]。
1.1.2）以电芯电压V[1]~V[14]和温度T[min]、T[max]查询电芯的SOC-OCV表确定每串电芯的荷电状态SOC[1]~SOC[14]，其中最低单体电压V[min]对应的最低单体SOC[min]；
1.1.3）电池包当前容量为10AH，计算每串电芯与电压最低的单体电芯的容量差，则每串电芯的当前待均衡容量差△Cn=（SOC[n]-SOC[min]）*10AH；
1.1.4）进入均衡开启条件判断
1.2）如果休眠时间少于4小时，
1.2.1）读取本次休眠前的每串电芯待均衡容量差△C1~△C14；
1.2.2）进入均衡开启条件判断；
2）均衡开启条件判断流程：
a）单体电芯SOC[n]∈[0.35,1]，
b）均衡模块温度T[均衡]≤85℃，
c）电芯最低温度T[min]≥-25℃，
d）电芯最高温度T[max]≤58℃，
e）电池压差V[max]-V[min]≥15mV，
f）存在△Cn＞0；
2.1）电池状态同时满足所有的均衡开启条件，则进入被动均衡流程；
2.2）电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则结束本次均衡；
3）被动均衡流程
3.1）将△Cn＞0的电芯对应的均衡模块置于开启状态；
3.2）实时计算开启均衡模块的电芯的均衡电流I[n]，I[n]=V[n]/33Ω，
3.3）实时计算每均衡单位t时间，已开启均衡模块的电芯的当前待均衡容量差△Cn=△Cn’-I[n]*t；
3.4）进入△Cn是否大于0判断流程
4）△Cn是否大于0判断流程
4.1）△Cn＞0的电芯进入均衡保持条件判断流程；
4.2）△Cn≤0的电芯进入均衡完成流程；
5）均衡保持条件判断流程：
a）单体电芯SOC[n]∈[0.35,1]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤85℃；
c）电芯最低温度T[min]≥-25℃；
d）电芯最高温度T[max]≤58℃；
5.1）电池状态同时满足所有的均衡保持条件，则进入被动均衡流程；
5.2）电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则关闭所有均衡模块，并进入均衡保持条件判断流程；
6）均衡完成流程：将△Cn≤0的电芯的待均衡容量△Cn赋值为0，并关闭该部分电芯的均衡模块。
实施例2
一种12V50AH磷酸铁锂启停电池***的均衡控制策略，包括以下步骤：
1）电池***上电后判断电池休眠时间是否不少于4小时；
1.1）如果休眠时间不少于4小时，
1.1.1）检测每串电芯的单体电压V[1]~V[4]，确定最低单体电压V[min]。
1.1.2）以电芯电压V[1]~V[4]和温度T[min]、T[max]查询电芯的SOC-OCV表确定每串电芯的荷电状态SOC[1]~SOC[4]，其中最低单体电压V[min]对应的最低单体SOC[min]；
1.1.3）电池包当前容量为50AH，计算每串电芯与电压最低的单体电芯的容量差，则每串电芯的当前待均衡容量差△Cn=（SOC[n]-SOC[min]）*50AH；
1.1.4）进入均衡开启条件判断
1.2）如果休眠时间少于4小时，
1.2.1）读取本次休眠前的每串电芯待均衡容量差△C1~△C4；
1.2.2）进入均衡开启条件判断；
2）均衡开启条件判断流程：
a）单体电芯SOC[n]∈[0.35,0.45]∪[0.75,1]，
b）均衡模块温度T[均衡]≤85℃，
c）电芯最低温度T[min]≥-25℃，
d）电芯最高温度T[max]≤58℃，
e）电池压差V[max]-V[min]≥10mV，
f）存在△Cn＞0；
2.1）电池状态同时满足所有的均衡开启条件，则进入被动均衡流程；
2.2）电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则结束本次均衡；
3）被动均衡流程
3.1）将△Cn＞0的电芯对应的均衡模块置于开启状态；
3.2）实时计算开启均衡模块的电芯的均衡电流I[n]，I[n]=V[n]/33Ω，
3.3）实时计算每均衡单位t时间，已开启均衡模块的电芯的当前待均衡容量差△Cn=△Cn’-I[n]*t；
3.4）进入△Cn是否大于0判断流程
4）△Cn是否大于0判断流程
4.1）△Cn＞0的电芯进入均衡保持条件判断流程；
4.2）△Cn≤0的电芯进入均衡完成流程；
5）均衡保持条件判断流程：
a）单体电芯SOC[n]∈[0.35,1]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤85℃；
c）电芯最低温度T[min]≥-25℃；
d）电芯最高温度T[max]≤58℃；
5.1）电池状态同时满足所有的均衡保持条件，则进入被动均衡流程；
5.2）电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则关闭所有均衡模块，并进入均衡保持条件判断流程；
6）均衡完成流程：将△Cn≤0的电芯的待均衡容量△Cn赋值为0，并关闭该部分电芯的均衡模块。
Claims (4)
1.一种启停电池***的均衡控制方法，其特征在于包括如下步骤：
1）电池***上电后电池休眠时间判断；
1.1）如果电池***休眠时间不少于h小时；
1.1.1）检测所有电芯的单体电压V[1]~V[m]，确定最低单体电压V[min]；
1.1.2）以电芯电压V[n]和温度T[均]查询电芯的SOC-OCV表确定每串电芯的SOC[n]，其中最低单体电压V[min]对应的最低单体SOC[min]；
1.1.3）电池包当前容量为C，计算每串电芯与电压最低的单体电芯的容量差，则每串电芯的当前待均衡容量差△Cn=（SOC[n]-SOC[min]）*C；
1.1.4）进入均衡开启条件判断；
1.2）如果电池***休眠时间少于h小时；
1.2.1）读取本次休眠前的每串电芯待均衡容量差△Cn；
1.2.2）进入均衡开启条件判断；
2）均衡开启条件判断流程：
a）单串电芯SOC[n]∈SOC[设]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤T[均衡max]；
c）电芯最低温度T[min]≥T[设min]；
d）电芯最高温度T[max]≤T[设max]；
e）电池压差V[max]-V[min]≥ΔV[设]；
f）存在△Cn＞0；
2.1）如果电池状态同时满足所有的均衡开启条件，则进入被动均衡流程；
2.2）如果电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则结束本次均衡；
3）被动均衡流程：
3.1）将△Cn＞0的电芯对应的均衡模块置于开启状态（若待均衡电芯串数x大于设计的最大可同时均衡串数x[设]，则优先开启△Cn较大的x[设]串电芯的均衡模块）；
3.2）实时计算开启均衡模块的电芯的均衡电流I[n]，I[n]=V[n]/R；
3.3）实时计算每均衡单位t时间，已开启均衡模块的电芯的当前待均衡容量差△Cn=△Cn’-I[n]*t；
3.4）进入△Cn判断流程；
4）△Cn判断流程：
4.1）△Cn＞0的电芯进入均衡保持条件判断流程；
4.2）△Cn≤0的电芯进入均衡完成流程；
5）均衡保持条件判断流程：
a）单串电芯SOC[n]∈SOC[设]；
b）均衡模块温度T[均衡]≤T[均衡max]；
c）电芯最低温度T[min]≥T[设min]；
d）电芯最高温度T[max]≤T[设max]；
5.1）如果电池状态同时满足所有的均衡保持条件，则进入被动均衡流程；
5.2）如果电池状态无法同时满足所有的均衡开启条件，则关闭所有均衡模块，并进入均衡保持条件判断流程；
6）均衡完成流程：将△Cn≤0的电芯的待均衡容量△Cn赋值为0，并关闭该部分电芯的均衡模块。
2.根据权利要求1所述的一种启停电池***的均衡控制方法，其特征在于：在步骤1）中通过休眠h小时控制电芯温差并得到准确的静态单体电压V[n]，再利用电芯的SOC-OCV表，查询每串电芯的当前SOC[n]，最后计算每串电芯的待均衡容量△Cn。
3.根据权利要求1所述的一种启停电池***的均衡控制方法，其特征在于：在步骤1）中所述的h小时，其中电芯为磷酸铁锂电池时，h为4，其中三元电芯为时，h为3。
4.根据权利要求1所述的一种启停电池***的均衡控制方法，其特征在于：在步骤2）中通过设定电芯SOC和压差范围来限制被动均衡的开启。
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| Title |
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| 徐磊: "动力锂电池充电技术研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, no. 2014 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114368321B (zh) | 2023-06-06 |
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Legal Events
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