CN106785118B - 一种动力电池系统均衡控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池系统均衡控制方法及系统，涉及动力电池均衡控制领域。解决现有均衡方式成本高、效率低的问题。本发明通过动力电池系统在充电末端出现的电池剩余充电容量以及电压差异化，计算动力电池系统平均各个电芯剩余容量，标定动力电池系统电芯平均剩余容量，将动力电池系统中高于平均容量的电芯进行控制，在下次充放电循环过程中对高剩余容量电芯耗散放电。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡时间由几分钟提高至8至10个小时。

Description

一种动力电池系统均衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及动力电池均衡控制领域，尤其涉及一种动力电池系统均衡控制方法及系统。
背景技术
动力电池在运行过程中会逐渐出现一致性差异化，目前针对电池系统出现一致性问题，常见处理措施有人工采用设备进行均衡；另一种就是通过电池管理系统进行均衡控制，均衡控制分为两种，一种为耗散型被动均衡，另一种为主动均衡。
人工采用均衡设备进行均衡会耗费大量人力、财力而且效率低下，整体均衡时间太慢。主动均衡采用芯片设计要求高，管理系统成本高昂；而传统的被动均衡在充电末端进行，但是被动均衡电流一般50-200mA，在充电末端几分钟、或十几分钟内进行，均衡效率太低。
发明内容
本发明提供一种动力电池系统均衡控制方法及系统，目的在于解决现有均衡方式成本高、效率低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种动力电池系统均衡控制方法，所述方法包括：
S1、检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压；
S2、提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量；
S3、计算所述剩余充电容量的平均值；
S4、根据S2中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与S3中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态。
本发明的有益效果是：本发明通过动力电池系统在充电末端出现的电池剩余充电容量以及电压差异化，计算动力电池系统平均各个电芯剩余容量，标定动力电池系统电芯平均剩余容量，将动力电池系统中高于平均容量的电芯进行控制，在下次充放电循环过程中对高剩余容量电芯耗散放电。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡时间由几分钟提高至8至10个小时。相比人工均衡可以大大节省维护时间与成本，相比主动均衡，可以简化电路设计，大大降低了设计和生产成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述S4包括：
S41、计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
S42、判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则执行S43，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
S43、根据所述差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间；
S44、在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
采用上述进一步方案的有益效果是：计算均衡时间，在车辆运行过程中或瑕疵充电过程进行均衡，使均衡时间大大延长。
进一步，所述S42所述的预设值为动力电池系统额定容量的2％至5％。
进一步，所述S42所述的预设值为动力电池系统额定容量的2％。
采用上述进一步方案的有益效果是：在充电非均衡时，都需要进行一致性判定，判定启动均衡一致性条件为2％，即电池一致性控制在2％以内。
进一步，所述S44中，当实际均衡时间未达到所述目标均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到所述目标均衡时间时停止均衡。。
采用上述进一步方案的有益效果是：当实际均衡时间未达到计算的均衡时间时重复进行均衡，确保均衡效果达到最优。
为了解决上述技术问题，本发明还提出了一种动力电池系统均衡控制系统，所述系统包括：
电压检测模块，用于检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压；
剩余充电容量计算模块，用于提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量；
平均值计算模块，用于计算所述剩余充电容量的平均值；
均衡控制模块，用于根据剩余充电容量计算模块中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与平均值计算模块中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态。
本发明的有益效果是：本发明通过动力电池系统在充电末端出现的电池剩余充电容量以及电压差异化，计算动力电池系统平均各个电芯剩余容量，标定动力电池系统电芯平均剩余容量，将动力电池系统中高于平均容量的电芯进行控制，在下次充放电循环过程中对高剩余容量电芯耗散放电。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡时间由几分钟提高至8至10个小时。相比人工均衡可以大大节省维护时间与成本，相比主动均衡，可以简化电路设计，大大降低了设计和生产成本。
进一步，所述均衡控制模块包括：
差值计算模块，用于计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
差值判断模块，用于判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则启动时间计算模块，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
时间计算模块，用于根据所述差值计算模块获得的差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间；
均衡启停模块，用于在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
采用上述进一步方案的有益效果是：计算均衡时间，在车辆运行过程中或瑕疵充电过程进行均衡，使均衡时间大大延长。
进一步，差值判断模块所述的预设值为动力电池系统额定容量的2％至5％。
进一步，差值判断模块所述的预设值为动力电池系统额定容量的2％。
采用上述进一步方案的有益效果是：在充电非均衡时，都需要进行一致性判定，判定启动均衡一致性条件为2％，即电池一致性控制在2％以内。
进一步，所述均衡启停模块还包括时间检测模块，用于当实际均衡时间未达到所述目标均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到目标均衡时间时停止均衡。
采用上述进一步方案的有益效果是：当实际均衡时间未达到计算的均衡时间时重复进行均衡，确保均衡效果达到最优。
附图说明
图1为实施例一所述的动力电池系统均衡控制方法的流程图；
图2为实施例一所述的步骤S4的流程图；
图3为实施例二所述的动力电池系统均衡控制系统的原理图；
图4为实施例二所述的均衡控制模块的原理图；
图5为实施例二所述的动力电池系统均衡控制系统的控制流程图；
图6为磷酸铁锂电芯的充电曲线示意图；
图7为充电末端最后时刻电芯电压分布图；
图8为耗散型均衡原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
如图1所示，本实施例提出一种动力电池系统均衡控制方法，所述方法包括：
S1、检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压。
具体的，检测充电末端电芯电压V1、V2……Vn，其中最高电压为电芯p，1≤p≤n其充电末端电压为Vp，且对最高电芯p而言，电芯p充电过程中经过电压V1、V2……Vp……Vn时刻分别为t1、t2、……tp……tn，且电池系统额定容量为C0。
S2、提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量。
具体的，计算V1、V2……Vp-1、Vp+1……Vn充电至Vp剩余充电容量，例如，电芯1由电压V1充电至Vp剩余充电容量为则电芯i由电压Vi充电至Vp剩余充电容量为
S3、计算所述剩余充电容量的平均值。
具体的，计算电压值分别为V1、V2……Vp-1、Vp+1……Vn充电至Vp剩余充电容量的平均值
S4、根据S2中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与S3中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态。
具体的如图2所示：
S41、计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
S42、判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则执行S43，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
S43、根据所述差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间其中I为均衡电流。
S44、在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
利用充电末端电池系统电芯数据，计算电池之间剩余容量，并且计算电池平均剩余容量，计算高剩余容量电芯所需均衡时间，对部分电芯进行均衡，达到均衡截止条件时进行均衡截止。该截止条件包括了各电芯剩余充电容量与平均剩余充电容量的差值条件，以及判断实际均衡时间是否达到了计算获得的均衡时间，当实际均衡时间未达到计算获得的均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到计算获得的均衡时间时停止均衡。
在充电非均衡时，都需要进行一致性判定，判定启动均衡一致性条件为2％至5％，优选的，电池一致性控制在2％以内。
本实施例所述方法通过动力电池系统在充电末端出现的电池剩余充电容量以及电压差异化，计算动力电池系统平均各个电芯剩余容量，标定动力电池系统电芯平均剩余容量，将动力电池系统中高于平均容量的电芯进行控制，在下次充放电循环过程中对高剩余容量电芯耗散放电。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡时间由几分钟提高至8至10个小时。相比人工均衡可以大大节省维护时间与成本，相比主动均衡，可以简化电路设计，大大降低了设计和生产成本。
实施例二
对应实施例一，本实施例提出了一种动力电池系统均衡控制系统，如图3所示，所述系统包括：
电压检测模块，用于检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压；
剩余充电容量计算模块，用于提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量；
平均值计算模块，用于计算所述剩余充电容量的平均值；
均衡控制模块，用于根据剩余充电容量计算模块中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与平均值计算模块中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态。
具体的，如图4所示，所述均衡控制模块包括：
差值计算模块，用于计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
差值判断模块，用于判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则启动时间计算模块，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
时间计算模块，用于根据所述差值计算模块获得的差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间；
均衡启停模块，用于在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
所述均衡启停模块还包括时间检测模块，用于当实际均衡时间未达到所述目标均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到目标均衡时间时停止均衡。
其中，差值判断模块所述的预设值为动力电池系统额定容量的2％至5％，优选为2％。
具体的，本实施例所述系统在对动力电池系统进行均衡控制的过程如图5所示，：
记录充电末端电压值：检测并记录充电末端电芯电压V1、V2……Vn，其中最高电压为电芯p，1≤p≤n其充电末端电压为Vp，且对最高电芯p而言，电芯p充电过程中经过电压V1、V2……Vp……Vn时刻分别为t1、t2、……tp……tn，且电池系统额定容量为C0；
计算各电芯充电至最高电压时充电剩余容量：计算V1、V2……Vp-1、Vp+1……Vn充电至Vp剩余充电容量，例如，电芯1由电压V1充电至Vp剩余充电容量为则电芯i由电压Vi充电至Vp剩余充电容量为
计算剩余充电容量平均值：计算电压值分别为V1、V2……Vp-1、Vp+1……Vn充电至Vp剩余充电容量的平均值
判断Ci与C'之间的差值是否大于等于动力电池系统额定容量的2％；如果是，则进行下一步，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
计算均衡时间：根据Ci与C'之间的差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的均衡时间其中I为均衡电流；
判断车辆当前是否处于充电或行驶过程，如果是，则开启均衡，对电池系统进行均衡，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
判断实际均衡时间是否达到计算均衡时间，如果是，则关闭均衡，均衡控制结束，如果否，则重新开启均衡，直至实际均衡时间达到计算均衡时间。
如图6所示为磷酸铁锂电芯在本实施例所述系统中进行充电曲线，可以看出电芯进行充电过程中充电曲线是相同的，但是出现曲线左右平移现象，此现象即为电池出现一致性差异导致。若通过管理系统对部分电芯进行均衡，使高SOC状态电芯电量适当通过旁路电阻进行消耗，达到系统一致性要求。
如图7所示为充电末端最后时刻电芯电压分布图，可以看出电芯电压呈现散乱状态，需要计算每支电芯与最高电压电芯的剩余充电容量，通过均衡电路将高SOC电芯进行放电至平均容量。
如图8所示为耗散型均衡原理图，其中均衡电路的开关状态由MOS管控制，且有一个固定电阻，使均衡过程中通过电阻额外消耗高SOC状态的电芯能量，使电池一致性增加，电池系统可用电量增加，进而提高车辆续航里程。
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 (8)

1.一种动力电池系统均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压；
S2、提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量；
S3、计算所述剩余充电容量的平均值；
S4、根据S2中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与S3中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态；
所述S4包括：
S41、计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
S42、判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则执行S43；如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
S43、根据所述差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间；
S44、在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池系统均衡控制方法，其特征在于，S42所述的预设值为动力电池系统额定容量的2%至5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种动力电池系统均衡控制方法，其特征在于，S42所述的预设值为动力电池系统额定容量的2%。
4.根据权利要求3所述的一种动力电池系统均衡控制方法，其特征在于，所述S44中，当实际均衡时间未达到所述目标均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到所述目标均衡时间时停止均衡。
5.一种动力电池系统均衡控制系统，其特征在于，所述系统包括：
电压检测模块，用于检测并记录每个电芯的充电末端电芯电压；
剩余充电容量计算模块，用于提取所有充电末端电芯电压中的最高充电末端电芯电压，并计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量；
平均值计算模块，用于计算所述剩余充电容量的平均值；
均衡控制模块，用于根据剩余充电容量计算模块中每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与平均值计算模块中所述剩余充电容量的平均值之间的差值控制每个电芯的均衡状态；
所述均衡控制模块包括：
差值计算模块，用于计算每个电芯由自身的充电末端电芯电压充电至所述最高充电末端电芯电压时的剩余充电容量与剩余充电容量的平均值之间的差值；
差值判断模块，用于判断所述差值是否大于或等于预设值，如果是，则启动时间计算模块，如果否，则退出均衡控制且均衡系统无动作；
时间计算模块，用于根据所述差值计算模块获得的差值以及预先测量的均衡电流计算每个电芯的目标均衡时间；
均衡启停模块，用于在下次车辆上电时开始均衡，并在实际均衡时间达到所述目标均衡时间时停止均衡。
6.根据权利要求5所述的一种动力电池系统均衡控制系统，其特征在于，差值判断模块所述的预设值为动力电池系统额定容量的2%至5%。
7.根据权利要求5或6所述的一种动力电池系统均衡控制系统，其特征在于，差值判断模块所述的预设值为动力电池系统额定容量的2%。
8.根据权利要求7所述的一种动力电池系统均衡控制系统，其特征在于，所述均衡启停模块还包括时间检测模块，用于当实际均衡时间未达到所述目标均衡时间时重新开启均衡，并再次对实际均衡时间进行检测，直至达到目标均衡时间时停止均衡。
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