CN108583326A - 一种电动汽车电池组均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池组均衡控制方法，该方法首先设定电池电压门限值和电池SOC门限值，通过将估计的电池电压及SOC与电压门限值和SOC门限值进行比较，从而判断采用基于电池电压的均衡方法还是基于电池SOC的均衡方法进行均衡。因此，本发明将基于电池电压均衡方法与基于电池SOC均衡方法有机结合，大多数情况进行基于电池电压的均衡，只在电池电压‑SOC关系曲线较平坦的范围进行基于电池SOC的均衡，降低控制器的运算量。本发明综合两种均衡方法的优点改善均衡效果的同时降低运算量。

Description

一种电动汽车电池组均衡控制方法

技术领域

本发明属于电池均衡技术领域，特别涉及一种电动汽车电池组均衡控制方法。

背景技术

由于环境污染和能源危机的加剧，电动车在使用过程中环境污染小、能源利用率高而受到广泛关注，锂离子电池由于其自放电率低、电池电压高、充电效率高、没有记忆效应、能量密度高等优点在电动车中被广泛使用。为了达到较高的输出电压和较大的容量，需要将许多单体电池串并联。然而，生产制造过程导致单体电池间容量及电阻存在差异，这种差异在电池充放电循环使用过程中会加剧，造成电池不均衡的现象。当电池组存在不均衡时，某些电池容量会有所下降，从而由于“短板效应”而影响整个电池组的使用特性，降低其工作寿命。

电池均衡技术是使用一定的电路拓扑结构和控制方法消除电池间的差异，是解决电池不均衡问题的有效措施。目前，已经提出许多均衡拓扑结构，大致分为被动式和主动式，通过能量转换或转移的方式实现均衡。另外，均衡方法是对均衡结构实现均衡的控制方法，在电池均衡中起到十分重要的作用。

现有的均衡控制方法主要分为基于电池电压的控制方法、基于电池SOC的控制方法和基于电池剩余容量的控制方法，均存在一定的缺陷。基于电压的均衡方法需要根据电池电压信息实现电压的均衡，由于电池电压可直接获得，因此使用较为方便、直观、简单，但没有考虑电池容量，均衡效果有所下降。基于SOC的均衡方法是通过均衡使电池SOC趋于一致，均衡效果有所改善，但需要监测电池电压、电流、温度等参数，估计电池SOC，对控制器要求较高，使用较为困难。基于剩余容量的均衡方法可使电池组获得最大使用容量，均衡效果较理想，但需要精确估计电池SOC和容量，计算复杂，使用难度较大。

综上所述，基于电压的控制方法简单方便，但均衡效果差；基于SOC的控制方法以电池SOC为均衡目标，可得到较好的均衡效果，但算法复杂。因此，没有较好的均衡方法解决以上的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种电动汽车电池组均衡控制方法，以降低对控制器的要求，改善均衡效果，简化算法，使方法能更好的应用于实际应用中。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种电动汽车电池组均衡控制方法，包括以下步骤：

1)用电压传感器和电流传感器分别测得电池组中电池单体或电池模组的电压和电流；

2)将电池单体或电池模组的电压和电流信息传递至控制器中，对相应的电池电压和电池SOC状态进行估计计算；

3)将估计的电压和SOC进行对比分析，判断是否需要进行均衡，且基于电压均衡或基于SOC均衡；

4)控制器通过相应的驱动信号控制驱动电路，从而驱动电池均衡模块实现均衡；

5)均衡后状态更新，返回步骤1)继续执行。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，电流传感器为霍尔电流传感器，或为分流器类可测量电流的器件。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，电池组中包含两个以上的电池单体。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，估计电池SOC状态的方法为龙伯格法、基于滑膜的方法、卡尔曼滤波法或比例积分法。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，判断均衡控制方法的步骤为：

第一步，设定偏离电池组平均电压的电压门限值dVo和偏离电池组平均SOC的SOC门限值dSOCo；

第二步，判断均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV与电压门限值dVo的大小关系，若|dV|≥|dVo|，则进行基于电池电压的控制均衡；否则判断均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系；

第三步，如果|dSOC|≥|dSOCo|，则进行基于电池SOC的控制均衡；否则认为电池一致性满足要求，不进行均衡；

第四步，均衡状态更新后，返回第二步继续执行。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，基于电池电压进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV；

第二步，判断dV与电压门限值dVo的大小关系，若dV-dVo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。

本发明进一步的改进在于，基于电池SOC进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC；

第二步，判断dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系，若

dSOC-dSOCo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明将基于电池电压的均衡方法与基于电池SOC的均衡方法有机结合，与单独基于电池电压的均衡方法相比，均衡效果得到极大改善；与单独基于电池SOC的均衡方法相比，只在电池电压-SOC关系曲线较平坦的范围进行均衡，降低控制器的运算量。因此，本发明综合两种均衡方法的优点改善均衡效果的同时降低运算量。

附图说明

图1为本发明的总体框架图。

图2为本发明判断均衡控制方法的流程图。

图3为本发明基于电池电压的控制均衡流程图。

图4为本发明基于电池SOC的控制均衡流程图。

图5为电池充电电压与电池SOC关系曲线图。

图6为本发明实施例中采用的均衡方法变化图。

图7为本发明实施例中电池电压随时间的均衡效果图。

图8为本发明实施例中电池SOC随时间的均衡效果图。

图9为本发明实施例中未均衡的电压随时间变化图。

图10为本发明实施例中基于电压控制方法的均衡效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

参照图1，本发明提供的一种电动汽车电池组均衡控制方法，包括以下步骤：

1)用电压/电流传感器T分别测得电池组P中电池单体或电池模组的电压和电流；

2)将电池单体或电池模组的电压和电流信息传递至控制器C中，对相应的电池电压和电池SOC状态进行估计计算；

3)将估计的电压和SOC进行对比分析，判断是否需要进行均衡，且基于电压均衡或基于SOC均衡；

4)控制器C通过相应的驱动信号控制驱动电路D，从而驱动电池均衡模块E实现均衡；

5)均衡后状态更新，返回步骤1)继续执行。

所述的电流传感器为霍尔电流传感器，或为分流器类可测量电流的器件。

所述的电池组P中包含两个以上的电池单体。

所述的估计电池SOC状态的方法可为龙伯格法、基于滑膜的方法、卡尔曼滤波法或比例积分法等。

参照图2，所述的判断均衡控制方法的步骤为：

第一步，设定偏离电池组平均电压的电压门限值dVo和偏离电池组平均

SOC的SOC门限值dSOCo；

第二步，判断均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV与电压门限值dVo的大小关系，若|dV|≥|dVo|，则进行基于电池电压的控制均衡；否则判断均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系；

第三步，如果|dSOC|≥|dSOCo|，则进行基于电池SOC的控制均衡；否则认为电池一致性满足要求，不进行均衡；

第四步，均衡状态更新后，返回第二步继续执行。

参照图3，所述的基于电池电压进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV；

第二步，判断dV与电压门限值dVo的大小关系，若dV-dVo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。

参照图4，所述的基于电池SOC进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC；

第二步，判断dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系，若

dSOC-dSOCo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。

所述的均衡对象可为电池单体或电池模组。

下面给出一个具体实施例：

需要说明的是，本实施例只是本发明的一种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形均应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本实施例中采用4节锂离子电池串联连接，初始SOC分别设置为100％、95％、95％和90％，参照图5，可见在电池SOC中等水平时，电池电压基本保持不变，在这一阶段，采用基于电池电压的均衡方法不能达到使电池均衡的目的。

参照图6，均衡初期由于|dV|≥|dVo|，采用基于电池电压的控制方法进行均衡；直至300s后，|dV|＜|dVo|而|dSOC|≥|dSOCo|，采用基于电池SOC的控制方法进行均衡；达到2100s时，|dV|＜|dVo|且|dSOC|＜|dSOCo|，此时，电池一致性满足要求，不进行均衡；接近2800s时，|dV|≥|dVo|而进行基于电池电压的均衡过程。

图7和图8为本实施例电池电压及SOC的均衡效果图，与图9进行比较，可以看出，电动汽车电池组均衡控制方法可以很好地控制均衡，均衡速度较快，效果明显。与图10比较后可看出，单独基于电池电压的均衡控制，速度较慢，不能达到满意的均衡效果，而本发明控制方法有比图9所采用的均衡方法更好的均衡效果。

Claims (7)

1.一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)用电压传感器和电流传感器分别测得电池组中电池单体或电池模组的电压和电流；

2)将电池单体或电池模组的电压和电流信息传递至控制器中，对相应的电池电压和电池SOC状态进行估计计算；

3)将估计的电压和SOC进行对比分析，判断是否需要进行均衡，且基于电压均衡或基于SOC均衡；

4)控制器通过相应的驱动信号控制驱动电路，从而驱动电池均衡模块实现均衡；

5)均衡后状态更新，返回步骤1)继续执行。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，步骤1)中，电流传感器为霍尔电流传感器，或为分流器类可测量电流的器件。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，步骤1)中，电池组中包含两个以上的电池单体。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，步骤2)中，估计电池SOC状态的方法为龙伯格法、基于滑膜的方法、卡尔曼滤波法或比例积分法。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，步骤3)中，判断均衡控制方法的步骤为：

第一步，设定偏离电池组平均电压的电压门限值dVo和偏离电池组平均SOC的SOC门限值dSOCo；

第二步，判断均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV与电压门限值dVo的大小关系，若|dV|≥|dVo|，则进行基于电池电压的控制均衡；否则判断均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系；

第三步，如果|dSOC|≥|dSOCo|，则进行基于电池SOC的控制均衡；否则认为电池一致性满足要求，不进行均衡；

第四步，均衡状态更新后，返回第二步继续执行。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，步骤3)中，基于电池电压进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象电压与电池组平均电压的差值dV；

第二步，判断dV与电压门限值dVo的大小关系，若dV-dVo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。

7.根据权利要求5所述的一种电动汽车电池组均衡控制方法，其特征在于，基于电池SOC进行均衡的步骤为：

第一步，计算均衡对象SOC与电池组平均SOC的差值dSOC；

第二步，判断dSOC与SOC门限值dSOCo的大小关系，若dSOC-dSOCo≥0，则对均衡对象进行放电均衡；否则对均衡对象进行充电均衡；

第三步，判断均衡是否满足要求，若满足要求，则结束均衡；否则返回第一步继续执行。