CN106671784A - 一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，解决现有电压均衡方式的均衡效果受到接触内阻的影响，并且压差不大时，充放电电流较小，均衡需要时间长的技术问题，均衡故障恢复方法：(1)确定各节电池充放电截止电压；(2)设定额定充放电截止电压差值，获得每节电池需要充放电容量；(3)通过充放电曲线分段线性拟合获得每节电池预期未充满容量和剩余放电容量，每节电池预期充电截止电压和放电截止电压；(4)每节电池定容量充放电，实现待均衡电源的故障恢复。本发明利用电池在充电末期及放电末期，电池电压和电容存在一定的函数关系，从外部定容量充电或放电，不受接触内阻的影响，均衡电流大，均衡所需时间短。

Description

一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法
技术领域
本发明涉及一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，属于电动汽车电源均衡故障恢复的技术领域。
背景技术
电动汽车使用一段时间后，需要对其电源系统进行维护保养，电源系统最常见的故障为均衡故障，即静置状态或充放电状态下电池组间的压差大于规定值，这种故障产生的主要原因是单体电池之间的容量不一致、内阻不一致或电池自放电速率不一致，也最终导致单体电池间充放电不一致，使电池组的整体容量降低，此时不对电池进行恢复，电池组的寿命将加速衰减。
目前电源管理系统均衡的方法主要为主动均衡和被动均衡两种，现有电压均衡方式的均衡效果受到接触内阻的影响，并且压差不大时，充放电电流较小，均衡需要时间长。
发明内容
本发明提供一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，本发明与现有的主动均衡利用电压平衡充电、放电原理不同，利用电池在充电末期及放电末期，电池电压和电池容量存在一定的函数关系，从外部定容量充电或放电，不受接触内阻的影响，均衡电流大，均衡所需时间短。
为了实现本发明的目的，技术方案具体包括如下步骤：
(1)将故障恢复系统连接在待均衡电源上，对待均衡电源进行阶梯电流充电，获得待均衡电源各节电池充电截止电压V1，再对待检电源进行恒定电流放电，获得待均衡电源各节电池放电截止电压V2；
(2)将步骤(1)中获得的V1和V2输入故障恢复系统内，设定额定充电截止电压差值R1和额定放电截止电压差值R2，故障恢复系统获得待均衡电源的最低充电容量、最低放电容量和最高充电容量、最高放电容量，获得待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx；
(3)将步骤(2)中获得的Cx和Dx，故障恢复系统通过充放电曲线分段线性拟合获得待均衡电源每节电池预期未充满容量Cy和剩余放电容量Dy，故障恢复系统获得待均衡电源每节电池预期充电截止电压Vc和放电截止电压Vd，然后用Vc与R1比较预期结果的一致性和Vd与R2比较预期结果的一致性，如果满足一致性，待均衡电源进入均衡故障恢复步骤，或不满足一致性，进入步骤(2)中手动调节边缘电池的需要充电容量Cx值或放电容量Dx值；
(4)将待均衡电源连接在充放电装置上，按故障恢复系统给定的每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx，对待均衡电源的每节电池进行定容量充放电，实现待均衡电源的故障恢复。
作为进一步优化，上述技术方案还包括步骤(2)中一种获取故障恢复系统的均衡参数方法，具体方法步骤如下：
(a)步骤(1)中获得的待均衡电源各节电池充电截止电压V1和待均衡电源各节电池放电截止电压V2，以及额定充电截止电压差值R1和额定放电截止电压差值R2，获得充放电曲线，将充放电曲线分段线性拟合，拟合公式为C＝F1(V1)，D＝F2(V2)，即C为剩余未充满电容量，D为剩余未放完电容量；
(b)步骤(a)获得待均衡电源各节电池的未充满电容量C的中间值C0和未放完电容量C的中间值D0，将额定充电截止电压差值R1转换为容量差值C1，额定放电截止电压差值R2转换为容量差值D1，获得未充满电容量值为C0±0.5*C1和未放完电容量值为D0±0.5*D1，确定待均衡电源是否达到均衡目标值；
(c)步骤(b)中未达到均衡目标值，待均衡电源第i节电池的剩余未充满电容量C大于均衡目标值，第i节电池的充电电压低，获得的最低需充电容量Ca和最高可充电容量Cb；待均衡电源第i节电池的剩余未充满电容量C小于均衡目标值，第i节电池的充电电压低，获得的最低需充电容量Da和最高可充电容量Db；待均衡电源第i节电池的剩余放电电容量C大于均衡目标值，第i节电池的放电电压高，获得的最低需充电容量Dm和最高可充电容量Dn；待均衡电源第i节电池的剩余放电容量C小于均衡目标值，第i节电池的放电电压低，获得的最低需充电容量Cm和最高可充电容量Cn；
(d)根据步骤(c)获得待均衡电源每节电池充电和放电容量数据，获得最低充电和放电容量和最高充电和放电容量，得出待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx。
作为进一步优化，上述技术方案还包括步骤(3)中一种自动评价每节电池均衡预期效果方法，具体方法步骤如下：
(A)步骤(3)中得出待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx，故障恢复系统通过充放电曲线分段线性拟合得到V1＝G1(C)，V2＝G2(D)，C为剩余未充满电容量和D为剩余未放完电容量，获得待均衡电源每节电池预期未充满容量Cy和剩余放电容量Dy，Cy＝C+Cx，Dy＝D+Dx，获得待均衡电源每节电池预期的充电截止电压Vc和放电截止电压Vd；
(B)判断步骤(A)中充电截止电压Vc和放电截止电压Vd满足充电截止电压差规格和放电截止电压差规格，若不满足充电截止电压差规格和放电截止电压差规格的电池进行充电容量Cx或放电容量Dx手动调整，并进行步骤(A)均衡预期效果判断循环，若满足即实现待均衡电源的故障恢复。
本发明的有益效果：
1、本发明的定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法与现有技术相比，即现有的主动均衡和恒容量充放电均衡，可以消除接触内阻导致的电压差，并且可以用更大的电流进行充放电均衡，从而提高了均衡的准确度与效率，可以在电动汽车电源维修保养方便获得广泛是运用；
2、在现有技术中，利用电压差均衡原理进行均匀的一次合格率为30％，而采用本发明的定容量充放电均衡故障恢复方法进行均衡的一次合格率为90％，现有技术中带有均衡电路的电源管理系统需要多次充放电才能达到均衡目的，而本发明的定容量充放电均衡故障恢复方法一次充放电即可达到均衡目的，现有技术只依据电压的高低进行均衡，而本发明的定容量充放电均衡故障恢复方法综合充电和放电参数进行计算，即考虑充电的不均衡同时也考虑放电的不均衡，现有技术均衡没有对电池组的状态进行甄别，直接进行电压均衡，容易造成安全隐患，而本发明的定容量充放电均衡故障恢复方法利用充放电综合参数，设定一定阀值参数，即均衡目标值，先对电池组的健康安全状态进行判别，指导维修人员进行细致检查或进行均衡故障恢复；
3、本发明与现有的主动均衡利用电压平衡充电、放电原理不同，利用电池在充电末期及放电末期，电池电压和电容存在一定的函数关系，从外部定容量充电或放电，不受接触内阻的影响，均衡电流大，均衡所需时间短。
附图说明
图1示出了具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法工作流程图。
图2示出了获取故障恢复系统的均衡参数方法工作流程图。
图3示出了自动评价每节电池均衡预期效果方法工作流程图。
图4示出了均衡前充电截止电压。
图5示出了均衡前放电截止电压。
图6示出了均衡预期充电截止电压与均衡后实际充电截止电压的对比。
图7示出了均衡预期放电截止电压与均衡后实际放电截止电压的对比。
具体实施方式
以下将参照实例对本发明作进一步的详细描述，但本发明不限于这些具体实例。
具体实施例1：
以一个92S32P的三元锂18650离子电池组为例。
(a)进行充电，充电截止电压如图4所示。
(b)进行放电，放电截止电压如图5所示。
(c)设置均衡目标参数及均衡充放电电流：
充电截止电压差规格＜13mV，放电截止电压差规格＜130mV，均衡充电电流6A，均衡放电电流6A。系统自动计算均衡充放电时间如下表所示，部分电池需要充电，部分电池需要放电。
(d)均衡预期充电截止电压与均衡后实际充电截止电压的对比如图6所示。
(e)均衡预期放电截止电压与均衡后实际放电截止电压的对比如图7所示。
如上表所示，均衡后充电压差比原来的21mV减小到14mV，放电压差＜130mV，充电的容量差由2.63％降低到1.75％。
具体实施例2：
提高均衡充电电流和均衡放电电流，设置均衡目标参数及均衡充放电电流：
充电截止电压差规格＜13mV，放电截止电压差规格＜130mV，均衡充电电流10A，均衡放电电流10A。系统自动计算均衡充放电时间如下表所示，部分电池需要充电，部分电池需要放电。
充电电池 6# 11# 80# 85# 86#
充电时间(s) 48 16 112 178 48
放电电池 65# 78# 89# 90#
放电时间(s) 80 14 80 80
均衡效果如下：
如上表所示，均衡后充电压差比原来的21mV减小到13mV，放电压差＜130mV，充电的容量差由2.63％降低到1.62％。提高均衡的充电电流和放电电流，均衡时间缩短，但均衡效果没有降低。

Claims (3)

1.一种具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，其特征是包括如下步骤：
(1)将故障恢复系统连接在待均衡电源上，对待均衡电源进行阶段电流充电，获得待均衡电源各节电池充电截止电压V1，再对待检电源进行恒定电流放电，获得待均衡电源各节电池放电截止电压V2；
(2)将步骤(1)中获得的V1和V2输入故障恢复系统内，设定额定充电截止电压差值R1和额定放电截止电压差值R2，故障恢复系统获得待均衡电源的最低充电容量、最低放电容量和最高充电容量、最高放电容量，获得待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx；
(3)将步骤(2)中获得的Cx和Dx，故障恢复系统通过充放电曲线分段线性拟合获得待均衡电源每节电池预期未充满容量Cy和剩余放电容量Dy，故障恢复系统获得待均衡电源每节电池预期充电截止电压Vc和放电截止电压Vd，然后用Vc与R1比较预期结果的一致性和Vd与R2比较预期结果的一致性，如果满足一致性，待均衡电源进入均衡故障恢复步骤，或不满足一致性，进入步骤(2)中手动调节边缘电池的需要充电容量Cx值或放电容量Dx值；
(4)将待均衡电源连接在充放电装置上，按故障恢复系统给定的每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx，对待均衡电源的每节电池进行定容量充放电，实现待均衡电源的故障恢复。
2.根据权利要求1所述的具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，其特征是步骤(2)中获取故障恢复系统的均衡参数方法包括如下步骤：
(a)步骤(1)中获得的待均衡电源各节电池充电截止电压V1和待均衡电源各节电池放电截止电压V2，以及额定充电截止电压差值R1和额定放电截止电压差值R2，获得充放电曲线，将充放电曲线分段线性拟合，拟合公式为C＝F1(V1)，D＝F2(V2)，即C为剩余未充满电容量，D为剩余未放完电容量；
(b)步骤(a)获得待均衡电源各节电池的未充满电容量C的中间值C0和未放完电容量C的中间值D0，将额定充电截止电压差值R1转换为容量差值C1，额定放电截止电压差值R2转换为容量差值D1，获得未充满电容量值为C0±0.5*C1和未放完电容量值为D0±0.5*D1，确定待均衡电源是否达到均衡目标值；
(c)步骤(b)中未达到均衡目标值，待均衡电源第i节电池的剩余未充满电容量C大于均衡目标值，第i节电池的充电电压低，获得的最低需充电容量Ca和最高可充电容量Cb；待均衡电源第i节电池的剩余未充满电容量C小于均衡目标值，第i节电池的充电电压低，获得的最低需充电容量Da和最高可充电容量Db；待均衡电源第i节电池的剩余放电电容量C大于均衡目标值，第i节电池的放电电压高，获得的最低需充电容量Dm和最高可充电容量Dn；待均衡电源第i节电池的剩余放电电容量C小于均衡目标值，第i节电池的放电电压低，获得的最低需充电容量Cm和最高可充电容量Cn；
(d)根据步骤(c)获得待均衡电源每节电池充电和放电电容量数据，获得最低充电和放电电容量和最高充电和放电电容量，得出待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx。
3.根据权利要求1所述的具有定容量充放电的电动汽车电源均衡故障恢复方法，其特征是步骤(3)中自动评价每节电池均衡预期效果方法包括如下步骤：
(A)步骤(3)中得出待均衡电源每节电池需要充电容量Cx或放电容量Dx，故障恢复系统通过充放电曲线分段线性拟合得到V1＝G1(C)，V2＝G2(D)，C为剩余未充满电容量和D为剩余未放完电容量，获得待均衡电源每节电池预期未充满容量Cy和剩余放电容量Dy，Cy＝C+Cx，Dy＝D+Dx，获得待均衡电源每节电池预期的充电截止电压Vc和放电截止电压Vd；
(B)判断步骤(A)中充电截止电压Vc和放电截止电压Vd满足充电截止电压差规格和放电截止电压差规格，若不满足充电截止电压差规格和放电截止电压差规格的电池进行充电容量Cx或放电容量Dx手动调整，并进行步骤(A)均衡预期效果判断循环，若满足即实现待均衡电源的故障恢复。
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