CN109677298B - 一种串联动力电池组电量均衡控制方法 - Google Patents

一种串联动力电池组电量均衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种串联动力电池组电量均衡控制方法，包括以下步骤：步骤S1、根据串联电池组中单体容量及单体电池荷电状态SOC计算各单体剩余电量并将各单体剩余电量从小到大排序；步骤S2、计算串联电池组中单体剩余电量标准差a；步骤S3、若单体剩余电量标准差a大于离散度设定值b则进入步骤S4，否则不进行电量均衡操作；步骤S4、按照剩余电量最大值与最小值、次大值与次小值配对均衡原则对各单体剩余电量进行均衡。与现有串联动力电池组均衡方法相比，本发明可以实现串联动力电池组满充满放，提高串联动力电池组能量利用效率及延长使用寿命。

Description

一种串联动力电池组电量均衡控制方法
技术领域
本发明属于电池研究领域，具体涉及一种串联动力电池组电量均衡控制方法。
背景技术
动力电池组作为电动汽车的能量来源，为了满足电动汽车性能要求，需将成千上百节单体电池通过串、并联成组方式组成动力电池组，由于制造工艺、成组方式以及运行工况不同使各单体间容量、内阻、自放电率等参数存在不一致现象，单体间不一致降低动力电池组能量利用效率、加速了电池老化、限制了动力电池组功率发挥，因此需对动力电池组间各单体进行均衡控制。
目前均衡算法主要分为基于电压的均衡控制和基于荷电状态SOC的均衡控制。基于电压方案以实时的单体电压一致为目标的均衡算法，但单体容量不一致时，可能出现部分单体在某一时刻需要充电均衡而在另一时刻却需要放电均衡的误均衡问题。而基于SOC的均衡算法以实时SOC一致为目标的均衡算法在单体容量等不一致时，同样可能出现部分单体在某一时刻需要充电均衡而在另一时刻却需要放电均衡的误均衡问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
为此，本发明提出一种串联动力电池组电量均衡控制方法，实现串联电池组在充、放电过程中单体电池满充满放，提高串联动力电池组效率，延长串联动力电池组寿命。
本发明的技术方案是：
一种串联动力电池组电量均衡控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据串联电池组中单体容量及单体电池荷电状态SOC计算各单体剩余电量并将各单体剩余电量从小到大排序；
步骤S2、计算串联电池组中单体剩余电量标准差a；
步骤S3、若单体剩余电量标准差a大于离散度设定值b则进入步骤S4，否则不进行电量均衡操作；
步骤S4、按照剩余电量最大值与最小值、次大值与次小值配对均衡原则对各单体剩余电量进行均衡。
上述方案中，所述步骤S1中剩余电量包括剩余充电电量和剩余放电电量。
进一步的，所述步骤S1中剩余电量从小到大排序为：
剩余充电电量Qc1＜Qc2＜…＜QcN；
剩余放电电量Qd1＜Qd2＜…＜QdN。
上述方案中，所述中S1剩余电量计算方法具体为：
Qci＝Ci*(1-SOCi)；
Qdi＝Ci*SOCi；
其中Qci为第i节单体电池剩余充电容量，Qdi为第i节单体电池剩余放电容量，Ci为第i节单体电池最大可用容量，SOCi为第i节单体电池荷电状态。
上述方案中，所述步骤S2中剩余电量标准差a包括剩余充电电量标准差a1和剩余放电电量标准差a2。
进一步的，所述步骤S2中剩余电量标准差a具体计算方法为：
Figure BDA0001861822660000021
Figure BDA0001861822660000022
Figure BDA0001861822660000023
Figure BDA0001861822660000024
其中，
Figure BDA0001861822660000025
为串联电池组中剩余充电电量的平均值，
Figure BDA0001861822660000026
为串联电池组中剩余放电电量的平均值；a1为剩余充电电量标准差，a2为剩余放电电量标准差，其大小代表电池组内单体电池剩余电量的离散度；N为串联电池组中单体节数。
上述方案中，所述步骤S3中离散度设定值b包括剩余充电电量离散度设定值b1和剩余放电电量离散度设定值b2。
进一步的，所述步骤S3具体为：
充电过程均衡
若a1＞b1，则进入S4，否则不进行均衡操作；
放电过程均衡
若a2＞b2，则进入S4，否则不进行均衡操作。
上述方案中，所述步骤S4中对各单体剩余电量进行均衡包括对各单体剩余电量进行充电均衡和放电均衡。
上述方案中，所述步骤S4具体为：
充电均衡过程
Qc1向QcN转移(Qc1-QcN)/2
Qc2向Qc(N-1)转移(Qc2-Qc(N-1))/2
QCN/2向QC(N/2+1)转移(QCN/2-QC(N/2+1))/2 N为偶数时
QC(N-1)/2向QC(N+1)/2转移(QC(N-1)/2-QC(N+1)/2)/2 N为齐数时
放电均衡过程
QdN向Qd1转移(QdN-Qd1)/2
Qd(N-1)向Qd2转移(Qd(N-1)-Qd2)/2
Qd(N/2+1)向QdN/2转移(Qd(N/2+1)-QdN/2)/2 N为偶数时
QC(N+1)/2向QC(N-1)/2转移(QC(N+1)/2-QC(N-1)/2)/2 N为齐数时。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用基于等剩余电量串联电池组均衡控制，均衡过程分为充电均衡和放电均衡两个过程，经均衡串联动力电池单体将拥有近似相等的剩余充电容量或剩余放电容量，由串联电池组特性得流经每个单体电流相等，因此该均衡方法可实现串联电池组满充满放，提高动力组能量利用效率，延长串联电池组寿命。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是串联电池组结构示意图；
图2是基于等剩余放电容量串联电池组均衡过程示意图；
图3是基于等剩余充电容量串联电池组均衡过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的串联动力电池组电量均衡控制方法。
图1所述为本发明一个实施例的串联动力电池组示意图，在本实施例中该串联动力电池组由五节单体电池串联组成，每节单体上都用不同图案示出了该节单体电池不可用容量、可充电容量和剩余容量。
在一个实施例中一种串联动力电池组电量均衡控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据串联电池组中单体容量及SOC计算各单体剩余电量并将各剩余电量从小到大排序；
更具体地剩余电量包括剩余充电容量和剩余放电容量，分别用Qci和Qdi表示第i节电池剩余充电容量和剩余放电容量，具体计算如下：
Qci＝Ci*(1-SOCi)
Qdi＝Ci*SOCi
其中Ci为第i节单体电池最大可用容量，SOCi为第i节单体电池荷电状态。
计算得到剩余充电电量从小到大依次排序为：
Qc1＜Qc2＜…＜QcN；
计算得到剩余放电电量从小到大依次排序为：
Qd1＜Qd2＜…＜QdN。
步骤S2、计算电池组中单体剩余电量标准差a；
更具体地剩余电量标准差a包括剩余充电电量标准差a1和剩余放电电量标准差a2，具体计算方法为：
Figure BDA0001861822660000051
Figure BDA0001861822660000052
Figure BDA0001861822660000053
Figure BDA0001861822660000054
其中，
Figure BDA0001861822660000055
为串联电池组中剩余充电电量的平均值，
Figure BDA0001861822660000056
为串联电池组中剩余放电电量的平均值；a1为剩余充电电量标准差，a2为剩余放电电量标准差，其大小代表电池组内单体电池剩余电量的离散度；N为串联电池组中单体的节数。
步骤S3、若剩余电量标准差a大于离散度设定值b则进入步骤S4，否则不进行均衡操作，所述步骤S3中离散度设定值b包括剩余充电电量离散度设定值b1和剩余放电电量离散度设定值b2；
充电过程均衡
若a1＞b1，则进入S4，否则不启动均衡控制；
放电过程均衡
若a2＞b2，则进入S4，否则不启动均衡控制。
步骤S4、按照剩余电量最大值与最小值次大值与次小值配对均衡原则对各单体进行均衡，均衡控制包括对各单体剩余电量进行充电均衡和放电均衡，具体实施方式为：
充电均衡过程
Qc1向QcN转移(Qc1-QcN)/2
Qc2向Qc(N-1)转移(Qc2-Qc(N-1))/2
QCN/2向QC(N/2+1)转移(QCN/2-QC(N/2+1))/2 N为偶数时
QC(N-1)/2向QC(N+1)/2转移(QC(N-1)/2-QC(N+1)/2)/2 N为齐数时
放电均衡过程
QdN向Qd1转移(QdN-Qd1)/2
Qd(N-1)向Qd2转移(Qd(N-1)-Qd2)/2
Qd(N/2+1)向QdN/2转移(Qd(N/2+1)-QdN/2)/2 N为偶数时
QC(N+1)/2向QC(N-1)/2转移(QC(N+1)/2-QC(N-1)/2)/2 N为齐数时。
下面结合电量散点图解释基于等剩余电量串联电池组均衡过程
放电均衡过程：
基于等剩余放电电量串联电池组均衡过程示意图如图2所示，本实施例中，电池组由五节单体电池串联而成，由左到右依次为单体A、单体B、单体C、单体D、单体E，单体电池在坐标系中所处位置的斜率为该单体电池荷电状态，所处位置横坐标、纵坐标分别单体电池容量和电量。单体A的荷电状态、剩余放电电量、容量分别用SOCA、QA1、CA表示；单体B的荷电状态、剩余放电电量、容量分别用SOCB、QB1、CB表示；单体C的荷电状态、剩余放电电量、容量分别用SOCC、QC1、CC表示；单体D的荷电状态、剩余放电电量、容量分别用SOCD、QD1、CD表示；单体E的荷电状态、剩余放电电量、容量分别用SOCE、QE1、CE表示。由单体电池在坐标系所处的位置可知各单体荷电状态、剩余放电电量、容量各不相同，图2中，平行与容量坐标轴的直线为等剩余放电电量线，大小为各单体剩余放电电量的平均值，具体为
Figure BDA0001861822660000061
其中QA1＝CA*SOCA
QB1＝CB*SOCB
QC1＝CC*SOCC
QD1＝CD*SOCD
QE1＝CE*SOCE
且QA1＜QD1＜QB1＜QE1＜QC1
计算串联电池组单体剩余放电电量的离散度用标准差表示：
Figure BDA0001861822660000071
若离散度a1＞b1，则QC1向QA1转移(QC1-QA1)/2电量
QE1向QD1转移(QE1-QD1)/2电量，其中b1设定放电剩余电量离散度经均衡后串联电池组中各单体剩余放电电量大致相等近似等于单体平均剩余放电电量
Figure BDA0001861822660000074
由于串联动力电池组流经各单体电流相等，故均衡后各单体能达到同时放完的目的。
充电均衡过程：
基于等剩余充电电量串联电池组均衡过程示意图如图3所示，本实施例中，电池组由五节单体电池串联而成，由左到右依次为单体A、单体B、单体C、单体D、单体E，单体电池在坐标系中所处位置的斜率为该单体电池荷电状态，所处位置横坐标、纵坐标分别为单体电池容量和电量。单体A的荷电状态、剩余充电电量、容量分别用SOCA、QA2、CA表示，单体B的荷电状态、剩余充电电量、容量分别用SOCB、QB2、CB表示；单体C的荷电状态、剩余充电电量、容量分别用SOCC、QC2、CC表示；单体D的荷电状态、剩余充电电量、容量分别用SOCD、QD2、CD表示；单体E的荷电状态、剩余充电电量、容量分别用、SOCE、QE2、CE表示。由单体电池所处的位置可知各单体荷电状态、剩余充电电量、容量各不相同，图中平行于过原点与横坐标轴成45度角的直线为等剩余充电电量线，大小为各单体剩余充电电量的平均值，具体为：
Figure BDA0001861822660000072
其中QA2＝CA*(1-SOCA)
QB2＝CB*(1-SOCB)
QC2＝CC*(1-SOCC)
QD2＝CD*(1-SOCD)
QE2＝CE*(1-SOCE)
且QA2＜QC2＜QB2＜QE2＜QD2
计算串联电池组单体剩余放电电量的离散度用标准差表示：
Figure BDA0001861822660000073
若离散度a2＞b2，则QA2向QD2转移(QA2-QD2)/2电量
QC2向QE2转移(QC2-QE2)/2电量，其中b2设定充电剩余电量离散度经均衡后串联电池组中各单体剩余充电电量大致相等近似等于单体平均剩余充电电量
Figure BDA0001861822660000081
由于串联动力电池组流过各单体电流相等，故均衡后各单体能达到同时充满的目的。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种串联动力电池组电量均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、根据串联电池组中单体容量及单体电池荷电状态SOC计算各单体剩余电量并将各单体剩余电量从小到大排序，剩余电量包括剩余充电电量和剩余放电电量，剩余电量从小到大排序为：
剩余充电电量Qc1<Qc2<···<QcN；
剩余放电电量Qd1<Qd2<···<QdN；
剩余电量计算方法具体为：
Qci＝Ci*(1-SOCi)；
Qdi＝Ci*SOCi；
其中Qci为第i节单体电池剩余充电容量，Qdi为第i节单体电池剩余放电容量，Ci为第i节单体电池最大可用容量，SOCi为第i节单体电池荷电状态；
步骤S2、计算串联电池组中单体剩余电量标准差a，剩余电量标准差a包括剩余充电电量标准差a1和剩余放电电量标准差a2,
剩余电量标准差a具体计算方法为：
Figure FDA0003328517390000011
Figure FDA0003328517390000012
Figure FDA0003328517390000013
Figure FDA0003328517390000014
其中，
Figure FDA0003328517390000015
为串联电池组中剩余充电电量的平均值，
Figure FDA0003328517390000016
为串联电池组中剩余放电电量的平均值；a1为剩余充电电量标准差，a2为剩余放电电量标准差；N为串联电池组中单体节数；
步骤S3、若单体剩余电量标准差a大于离散度设定值b则进入步骤S4，否则不进行电量均衡控制，离散度设定值b包括剩余充电电量离散度设定值b1和剩余放电电量离散度设定值b2，充电过程均衡：
若a1>b1，则进入S4，否则不进行均衡控制；
放电过程均衡
若a2>b2，则进入S4，否则不进行均衡控制；
步骤S4、按照剩余电量最大值与最小值、次大值与次小值配对均衡原则对各单体剩余电量进行均衡控制，对各单体剩余电量进行均衡控制包括对各单体剩余电量进行充电均衡和放电均衡。
2.根据权利要求1所述的串联动力电池组电量均衡控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
充电均衡过程
Qc1向QcN转移(Qc1-QcN)/2
Qc2向Qc(N-1)转移(Qc2-Qc(N-1))/2
Figure FDA0003328517390000021
QCN/2向QC(N/2+1)转移(QCN/2-QC(N/2+1))/2N为偶数时
QC(N-1)/2向QC(N+1)/2转移(QC(N-1)/2-QC(N+1)/2)/2N为奇数时
放电均衡过程
QdN向Qd1转移(QdN-Qd1)/2
Qd(N-1)向Qd2转移(Qd(N-1)-Qd2)/2
Figure FDA0003328517390000022
Qd(N/2+1)向QdN/2转移(Qd(N/2+1)-QdN/2)/2N为偶数时
QC(N+1)/2向QC(N-1)/2转移(QC(N+1)/2-QC(N-1)/2)/2N为奇数时。
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