CN109617185A - 一种基于主从模式的电池被动均衡方法 - Google Patents

一种基于主从模式的电池被动均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于主从模式的电池被动均衡方法,包括全程均衡控制,所述全程均衡控制包括以下步骤:将电池管理系统中的电池主控和电池从控上电自检完成之后,电池管理系统进入正常工作状态;电池主控判断电池开路静置时间;电池主控判断其他均衡判定条件,确认是否满足均衡判定条件。均衡中采用开路OCV曲线计算均衡标记容量方法,以每个单体实际容量而非通用的整车电池容量为基础,消除误差计算准确的均衡容量值,并在均衡控制中引入均衡实时的时间效率以及均衡电流,减少均衡容量统计误差。本发明主控统一管理下发均衡目标值,从控接收转化为均衡标记容量值执行均衡控制,使得整体系统均衡均一,均衡计算分布式计算,占用主控资源少。

Description

一种基于主从模式的电池被动均衡方法
技术领域
本发明属于电池技术领域,具体涉及一种基于主从模式的电池被动均衡方法。
背景技术
当前国家投入大量财力物力扶持新能源电动汽车的发展,使得新能源电动汽车发展迅猛走进了寻常百姓家,其中也离不开电池管理系统的不断优化研发支持。电池管理系统针对三元、磷酸铁锂等锂材料电池负责电池系统的总电压总电流以及单体电压温度等的检测,更重要的功能是准确的SOC、SOH、SOE等的估算能力,以及单体均衡管理方案保证锂电池的正常充放电工作,持续为整车提供电能供应。
电池的能量存储遵循木桶效应原理,电池充电时充电电量受限于最高单体,当该单体达到截止充电电压或截止充电容量时,整车电池也就充满了不可再充;当放电时受限于最低单体,当最低单体达到截止放电压或截止放电容量时,整车不可再放电。所以为了满足电池尽可能的充满以及用尽,需要保持各单体之间的电压一致性,以发挥电池最大的性能。
当前均衡方案分为被动均衡与主动均衡方案,被动均衡通过单体对电阻放电方式转移单体能量使得单体均衡,主动均衡通过主动充电或放电方式使得转移单体能量迫使单体均衡。相比主动均衡,被动均衡具有安全性强、可靠性高、电路简单、成本低、管理方便等优点,但存在效率低或效果偏差等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于主从模式的电池被动均衡方法,安全性强、可靠性高、电路简单、成本低的同时效率高、效果好。
本发明的技术方案为:一种基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,包括全程均衡控制,所述全程均衡控制包括以下步骤:
(1-1)将电池管理系统中的电池主控和电池从控上电自检完成之后,电池管理系统进入正常工作状态;
(1-2)电池主控判断电池开路静置时间;
(1-3)电池主控判断其他均衡判定条件,确认是否满足均衡判定条件,电池从控由式(a)计算出每个单体需要均衡的标记容量值,即全程均衡容量值,
Qbalance(i)=(SOC(i)–SOCObj)*Qmax(i) (a);
其中,Qbalance(i)为全程均衡容量值;
SOC(i)为第i节单体的剩余电量值;
SOCObj为目标单体电压所对应的剩余电量值;
Qmax(i)为第i节单体所对应的最大电池容量值;
(1-4)电池主控下发给电池从控允许均衡命令,各电池从控根据全程均衡容量值打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(1-5)各个电池从控按照式(b)实时计算各个单体的剩余均衡容量标记值,
DeltaQ(i)=Vcell(i)/Rbalance*n (b);
其中,DeltaQ(i)为单次调度周期的均衡放电电量值;
Vcell(i)为第i节单体电压;
Rbalance为均衡电阻值;
n为均衡时间效率;
(1-6)当各个单体的均衡容量标记统计值递减为0值时,即Qbalance(i)递减每次周期DeltaQ(i)到0时,该单体均衡控制结束,当全部单体均衡都结束时完成该轮全程均衡控制,重复步骤(1-1)至步骤(1-5)重新开始下一轮均衡。作为优选,根据电池管理系统的所有单体的最高与最低单体确认目标均衡电压VoltObj,各个电池从控根据电池主控下发的目标均衡电压VoltObj,并结合存储的开路OCV曲线,估算出SOCObj。
作为优选,根据电池管理系统的所有单体的最高与最低单体确认目标均衡电压VoltObj,其中,VoltObj为最低单体加上标定阈值得到,各个电池从控根据电池主控下发的目标均衡电压VoltObj,并结合存储的开路OCV曲线,估算出SOCObj。电池特性,实验标定数据查表得到。
作为优选,各个电池从控各自计算每个单体的开路OCV曲线所对应的SOC(i)。电池特性,实验标定数据查表得到。
各个电池从控各自计算每个单体的开路OCV曲线所对应的SOC(i)。
本发明中可以通过估算的方式估算单体的Qmax(i)值,估算单体的参数值为现有常规的操作方法。
均衡标记容量采用OCV曲线方式,估计每个电池SOC荷电量,再结合高泰Qmax算法计算每个单体电池实际单包容量值,并与目标均衡值对比计算最终均衡标记容量值,采用每个单体实际单包容量值,而非传统的额电容量*SOH,相比传统的Qbalance(i)=(SOC(i)–SOCObj)*Q(电池额定值)*SOH(电池健康度)来算要精确很多,因为本发明提供的方法要求计算每个单体的Qmax(i)值,而非整车电池容量来凑数,因此均衡标记容量值更准确。
作为优选,各个电池从控通过读取底层单体采样芯片获取均衡执行时间效率n,n的计算如下:(根据实际实行效率实时统计得,n=开均衡时间/(开均衡时间+关均衡时间)。
作为优选,各个电池从控通过读取底层单体采样芯片获取均衡执行时间效率n。本发明中均衡执行效率采用实时估算方案,通过底层单体采样芯片执行流程计算均衡执行效率,相比现有通用方案中未估算执行效率而言,执行均衡容量值结果更加准确。
作为优选,所述步骤(1-2)中电池开路静置时间为40min。
作为优选,还包括充电均衡控制,所述充电均衡控制包括以下步骤:
(2-1)电池主控和电池从控上电自检完成,电池管理系统进入正常工作状态;
(2-2)电池进入充电模式后,充电均衡控制模式被激活;
(2-3)充电过程中满足全程均衡条件的单体继续做全程均衡控制,当未作全程均衡控制的单体充电电压达到充电降流阈值电压时,电池快充满电时,开启该单体的充电截止均衡,打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(2-4)充电完成或退出充电后充电均衡停止。
本发明中均衡电流值采用实时估算方案,通过每个采样单体输入滤波器滤波获取电压平滑值,并根据电路上的均衡电阻值,I=U/R,计算实际均衡电流值,均衡统计更加准确,确保均衡结果与目标值更加接近。
与现有技术相比,本发明的有益效果体现在:
(1)本发明基于主从方案开展,适合一主多从电池管理系统,均衡执行电路为简单的MOS开关加上放电电阻;
(2)本发明主从协做方式,主控统一管理下发均衡目标值,从控接收转化为均衡标记容量值执行均衡控制,使得整体系统均衡均一,均衡计算分布式计算,占用主控资源少。
(3)本发明均衡控制方式支持全程均衡、充电均衡等,方便电池不同阶段优化电池均衡管理,提高均衡优化效果。
附图说明
图1为电池主控和电池从控之间的控制示意图。
图2为本发明中均衡电路示意图。
图3为本发明中均衡效果图。
图4为本发明中单体压差图。
具体实施方式
实施例1
一种基于主从模式的电池被动均衡方法,包括全程均衡控制,所述全程均衡控制包括以下步骤:
(1-1)将电池管理系统中的电池主控和电池从控上电自检完成之后,电池管理系统进入正常工作状态;
(1-2)电池主控判断电池开路静置时间,一般情况下,电池开路静置时间为40min;
(1-3)电池主控判断其他均衡判定条件,确认是否满足均衡判定条件,电池从控由式(a)计算出每个单体需要均衡的标记容量值,即全程均衡容量值,
Qbalance(i)=(SOC(i)–SOCObj)*Qmax(i) (a);
其中,Qbalance(i)为全程均衡容量值;
SOC(i)为第i节单体的剩余电量值;
SOCObj为目标单体电压所对应的剩余电量值;
Qmax(i)为第i节单体所对应的最大电池容量值;
其中,本实施例中根据电池管理系统的所有单体的最高与最低单体确认目标均衡电压VoltObj,各个电池从控根据电池主控下发的目标均衡电压VoltObj,并结合存储的开路OCV曲线,估算出SOCObj。
各个电池从控各自计算每个单体的开路OCV曲线所对应的SOC(i)。
根据高泰Qmax算法计算每个单体的Qmax(i)值。
(1-4)电池主控下发给电池从控允许均衡命令,各电池从控根据全程均衡容量值打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(1-5)各个电池从控按照式(b)实时计算各个单体的剩余均衡容量标记值,
DeltaQ(i)=Vcell(i)/Rbalance*n (b);
其中,DeltaQ(i)为单次调度周期的均衡放电电量值;
Vcell(i)为第i节单体电压;
Rbalance为均衡电阻值;
n为均衡时间效率;
各个电池从控通过读取底层单体采样芯片获取均衡执行时间效率n,n的计算如下:(根据实际实行效率实时统计得,n=开均衡时间/(开均衡时间+关均衡时间)。本发明中均衡执行效率采用实时估算方案,通过底层单体采样芯片执行流程计算均衡执行效率,相比现有通用方案中未估算执行效率而言,执行均衡容量值结果更加准确。
(1-6)当各个单体的均衡容量标记统计值为0值时,该单体均衡控制结束,当全部单体均衡都结束时完成该轮全程均衡控制,重复步骤(1-1)至步骤(1-5)重新开始下一轮均衡。
本实施例还包括充电均衡控制,所述充电均衡控制包括以下步骤:
(2-1)电池主控和电池从控上电自检完成,电池管理系统进入正常工作状态;
(2-2)电池进入充电模式后,充电均衡控制模式被激活;
(2-3)充电过程中满足全程均衡条件的单体继续做全程均衡控制,当未作全程均衡控制的单体充电电压达到充电降流阈值电压时,开启该单体的充电截止均衡,打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(2-4)充电完成或退出充电后充电均衡停止。

Claims (6)

1.一种基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,包括全程均衡控制,所述全程均衡控制包括以下步骤:
(1-1)将电池管理系统中的电池主控和电池从控上电自检完成之后,电池管理系统进入正常工作状态;
(1-2)电池主控判断电池开路静置时间;
(1-3)电池主控判断其他均衡判定条件,确认是否满足均衡判定条件,电池从控由式(a)计算出每个单体需要均衡的标记容量值,即全程均衡容量值,
Qbalance(i)=(SOC(i)–SOCObj)*Qmax(i) (a);
其中,Qbalance(i)为全程均衡容量值;
SOC(i)为第i节单体的剩余电量值;
SOCObj为目标单体电压所对应的剩余电量值;
Qmax(i)为第i节单体所对应的最大电池容量值;
(1-4)电池主控下发给电池从控允许均衡命令,各电池从控根据全程均衡容量值打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(1-5)各个电池从控按照式(b)实时计算各个单体的剩余均衡容量标记值,
DeltaQ(i)=Vcell(i)/Rbalance*n (b);
其中,DeltaQ(i)为单次调度周期的均衡放电电量值;
Vcell(i)为第i节单体电压;
Rbalance为均衡电阻值;
n为均衡时间效率;
(1-6)当各个单体的均衡容量标记统计值递减为0值时,即Qbalance(i)递减每次周期DeltaQ(i)到0时,该单体均衡控制结束,当全部单体均衡都结束时完成该轮全程均衡控制,重复步骤(1-1)至步骤(1-5)重新开始下一轮均衡。
2.如权利要求1所述的基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,根据电池管理系统的所有单体的最高与最低单体确认目标均衡电压VoltObj,其中,VoltObj为最低单体加上标定阈值得到,各个电池从控根据电池主控下发的目标均衡电压VoltObj,并结合存储的开路OCV曲线,估算出SOCObj。
3.如权利要求1所述的基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,各个电池从控各自计算每个单体的开路OCV曲线所对应的SOC(i)。
4.如权利要求1所述的基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,各个电池从控通过读取底层单体采样芯片获取均衡执行时间效率n,n的计算如下:n=开均衡时间/(开均衡时间+关均衡时间)。
5.如权利要求1所述的基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,所述步骤(1-2)中电池开路静置时间为40min。
6.如权利要求1所述的基于主从模式的电池被动均衡方法,其特征在于,还包括充电均衡控制,所述充电均衡控制包括以下步骤:
(2-1)电池主控和电池从控上电自检完成,电池管理系统进入正常工作状态;
(2-2)电池进入充电模式后,充电均衡控制模式被激活;
(2-3)充电过程中满足全程均衡条件的单体继续做全程均衡控制,当未作全程均衡控制的单体充电电压达到充电降流阈值电压,电池快充满电时,开启该单体的充电截止均衡,打开均衡MOS开关K(i),通过电阻R(i)做放电单体均衡控制;
(2-4)充电完成或退出充电后充电均衡停止。
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