CN109866654A - 一种动力电池单体电量均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池单体电量均衡方法，通过判断IGOFF时间和母线电流能够准确锁定动力电池单体的开路电压，并计算出均衡时间；通过设定电池荷电状态限值避免由于均衡消耗电量影响整车性能。

Description

一种动力电池单体电量均衡方法
技术领域
本发明涉及新能源车辆动力电池管理系统领域，尤其涉及一种动力电池单体电量均衡方法。
背景技术
新能源车辆在交通运输领域占有比重越来越大，动力电池作为新能源车辆的一种能量储存单元，其性能的优劣直接影响新能源车辆性能的发挥。新能源车辆的道路运行环境是复杂的，为了确保新能源车上动力电池能够高效、稳定以及安全工作，动力电池配备一个有效的电池管理系统是必需的。随着新材料体系动力电池的出现，特别是动力电池的能量密度越来越高，对于活性强(安全性较差)的锂聚合物电池，电池管理系统重要性更加突出。
动力电池单体在出厂时会经过严格的一致性筛选，但在动力电池单体成组后各个单体所处的内部环境不一致，随着时间的推移动力电池单体会出现一致性偏差。动力电池单体的一致性，直接影响动力电池单体设计成组后的性能。动力电池单体电量的不一致，在动力电池充电过程中会导致充电提前结束，在动力电池放电过程中会导致放电提前截止，降低了车辆的能量利用率，影响车辆性能的发挥。正确的监测到动力电池单体的一致性问题，及时的改善动力电池单体的一致性状态是电池管理系统的核心功能之一。
动力电池单体的一致性主要表现在容量的一致性与内阻的一致性。电池管理系统作为动力电池的控制单元目前并不能改变动力电池单体的容量与内阻。为了改善动力电池单体的一致性问题对车辆性能的影响，电池管理系统目前通过调节动力电池单体的当前电量，使得动力电池单体在充电过程中同时充满，在放电的过程中同时截止的方案使得动力电池单体的一致性不影响车辆性能的发挥。电池管理系统调节动力电池当前电量主要有两种方案。一种方案为在每串动力电池单体两端并联一个电阻，由控制器控制电阻并入动力电池两端形成放电回路。控制器计算每串动力电池的当前电量和放电时间，将当前电量较高的动力电池单体放电，达到各个动力电池单体的电量一致。这种方案采用对电量较高的单体放电的方案，也称为被动均衡。该方案电路可靠，硬件集成度高，但是需要耗费动力电池单体电量，准确计算每串动力电池单体的当前电量和放电时间是该方案的技术核心。另一种方案为在每串动力电池单体并联充电电路，通过对每串单体进行充电，达到各个动力电池单体的电量一致，该方案也被称为主动均衡。主动均衡方案成本较高，电路复杂，集成度不高，但不耗费动力电池的电量。
本发明采用在每串电池单体两端并联放电电路对电池单体进行电量均衡的方案，提出一种新型的在车辆使用过程中计算每串动力电池当前电量的方法和放电均衡流程。
发明内容
本发明目的是提供一种基于被动均衡的动力电池单体电量均衡方法，明确了车辆在使用过程中计算每串动力电池当前电量的方法，使电池管理系统能够更准确计算动力电池单体均衡时间。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种动力电池单体电量均衡方法，包括以下步骤：
S10、电池管理系统被唤醒；
S20、判断车辆的IGOFF时间及当前母线电流；若IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流小于5安培时，执行步骤S30；否则，执行步骤S80；
S30、判断动力电池单体荷电状态与动力电池单体荷电状态限值；若动力电池单体的荷电状态高于动力电池单体荷电状态限值时，执行步骤S40；否则，执行步骤S80；
S40、根据动力电池单体荷电状态的值，计算均衡时间；
S50、判断是否完成10次均衡时间计算；若完成10次计算，取10次计算的平均值；否则，执行步骤S40；
S60、对动力电池单体进行均衡，并记录均衡开启时间；
S70、判断是否到达计算的均衡时间和是否整车下电；若满足任一条件，则执行步骤S80；否则，执行步骤S60；
S80、均衡结束。
进一步，步骤S20中，当IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流I小于5安培时，动力电池单体的当前电压与动力电池单体的开路电压相等。
进一步，动力电池单体需要进行均衡的时间的计算公式为：
Qrat,i＝C*(SOCi-Rat)
Qrat,min＝min(Qrat,j)
ΔQrat,j＝Qrat,j–Qrat,min
Tj＝ΔQrat,j*Rbal/OCV(SOCj)
其中，C为动力电池的额定容量；SOCi为动力电池每串单体i的荷电状态；OCV(SOCj)为动力电池每串单体的荷电状态对应的开路电压；Qrat,i为每串单体i与电池单体荷电状态限值Rat之间的容量差异；Qrat,j为Qrat,i中大于零的值；Rbal为电池两端并联放电电阻的阻值；Tj为均衡时间，Qrat,min为Qrat,j中的最小值，ΔQrat,j为Qrat,j与Qrat,min的差值。
本发明具有如下有益效果：本发明的动力电池单体电量均衡方法通过判断IGOFF时间和母线电流能够准确锁定动力电池单体的开路电压并计算出均衡时间；通过设定电池荷电状态限值避免由于均衡消耗电量影响整车性能。
附图说明
图1为本发明的动力电池单体电量均衡方法的动力电池均衡电路示意图；
图2为本发明的动力电池单体电量均衡方法的均衡目标示意图；
图3为本发明的动力电池单体电量均衡方法的流程图。
图中标记示意为：101-动力电池单体；102-放电电阻；103-电池管理系统。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种动力电池单体电量均衡方法，基于新能源汽车动力电池在使用过程中动力电池单体荷电状态与动力电池单体开路电压的映射关系，提出一种动力电池单体电量计算方法和均衡方案。该方法明确了车辆在使用过程中计算每串动力电池当前电量的方法，使电池管理系统能够更准确计算动力电池单体均衡时间。
如图1所示，本实施例的均衡电路为每串动力电池单体两端并联一个电阻，由控制器控制电阻并入动力电池单体两端形成放电回路。控制器计算每串动力电池单体的当前电量和放电时间，将当前电量较高的动力电池单体进行放电均衡，以达到各个动力电池单体的电量一致。
具体地，所述动力电池单体电量均衡方法，包括以下步骤：
S10、电池管理系统被唤醒；
S20、判断车辆的IGOFF时间及当前母线电流；若IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流小于5安培时，执行步骤S30；否则，执行步骤S80；
在本发明的实施例中，动力电池单体的开路电压与动力电池单体的荷电状态具有映射关系，可以通过测得动力电池单体的开路电压后通过查表得到动力电池单体的核电状态的值，进而得知动力电池单体的当前电量。
具体地，电池管理系统在工作过程中能够实时监测动力电池单体的当前电压，由于动力电池在使用过程中的车辆工况的影响，动力电池单体的当前电压并不代表动力电池单体的开路电压。
为了准确捕捉动力电池单体的开路电压，本发明在电池管理系统被唤醒后进入均衡功能时，首先要判断车辆的IGOFF时间(IGOFF时间为电池管理系统内部记录时间，代表车辆停车的时间)和当前母线电流I，当IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流I小于5安培时，此时动力电池单体的当前电压与动力电池单体的开路电压相等。如果IGOFF时间与当前母线电流I不满足条件，电池管理系统则退出均衡功能。
在本发明的实施例中，动力电池单体的当前电压与动力电池单体的开路电压相等时，即可以通过动力电池的当前电压得知动力电池单体荷电状态的值。
S30、判断动力电池单体荷电状态与动力电池单体荷电状态限值；若动力电池单体的荷电状态高于动力电池单体荷电状态限值时，执行步骤S40；否则，执行步骤S80；
如图1所示，在本发明中，在电池单体两端并联放电电路对动力电池单体进行电量均衡的方法，需要消耗动力电池单体部分能量。动力电池作为纯电动汽车行驶过程中的能量源，其包含的电量影响着纯电动汽车的续航里程和用户体验，为了避免电池管理系统的均衡动能对用户体验产生影响，设定Rat作为电池单体荷电状态限值，其中Rat取值为0-100％之间的百分数，当动力电池单体当前的荷电状态高于动力电池单体荷电状态限值时，进行均衡时间的计算；当电池单体当前的荷电状态低于或等于此限值时均衡功能关闭。
S40、根据动力电池单体荷电状态的值，计算均衡时间；
设定动力电池的荷电状态为SOC，动力电池的额定容量为C，动力电池每串单体i的荷电状态为SOCi，动力电池每串单体的SOCi对应的开路电压为OCV(SOCj)，每串单体i与电池单体荷电状态限值Rat之间的容量差异为Qrat,i，Qrat,j为Qrat,i中大于零的值，Rbal为电池两端并联放电电阻的阻值，Tj为均衡时间，Qrat,min为Qrat,j中的最小值，ΔQrat,j为Qrat,j与Qrat,min的差值。
电池单体两端并联放电电路开启均衡的时间的计算公式为：
Qrat,i＝C*(SOCi-Rat)
Qrat,min＝min(Qrat,j)
ΔQrat,j＝Qrat,j–Qrat,min
Tj＝ΔQrat,j*Rbal/OCV(SOCj)
S50、判断是否完成10次均衡时间计算；若完成10次计算，取10次计算的平均值；否则，执行步骤S40；
S60、对动力电池单体进行均衡，并记录均衡开启时间；
S70、判断是否到达计算的均衡时间和是否整车下电；若满足任一条件，则执行步骤S80；否则，执行步骤S60；
均衡开启的同时记录均衡开启时间，当均衡开启时间达到均衡时间Tj后，电池管理系统断开动力电池两端并联的电阻，均衡结束。如果均衡开启过程中遇到整车下电，则均衡结束。
S80、均衡结束。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、电池管理系统被唤醒；
S20、判断车辆的IGOFF时间及当前母线电流；若IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流小于5安培时，执行步骤S30；否则，执行步骤S80；
S30、判断动力电池单体荷电状态与动力电池单体荷电状态限值；若动力电池单体的荷电状态高于动力电池单体荷电状态限值时，执行步骤S40；否则，执行步骤S80；
S40、根据动力电池单体荷电状态的值，计算均衡时间；
S50、判断是否完成10次均衡时间计算；若完成10次计算，取10次计算的平均值；否则，执行步骤S40；
S60、对动力电池单体进行均衡，并记录均衡开启时间；
S70、判断是否到达计算的均衡时间和是否整车下电；若满足任一条件，则执行步骤S80；否则，执行步骤S60；
S80、均衡结束。
2.根据权利要求1所述的动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，步骤S20中，当IGOFF时间大于2小时，且当前母线电流I小于5安培时，动力电池单体的当前电压与动力电池单体的开路电压相等。
3.根据权利要求1所述的动力电池单体电量均衡方法，其特征在于，动力电池单体需要进行均衡的时间的计算公式为：
Qrat,i＝C*(SOCi-Rat)
Qrat,min＝min(Qrat,j)
ΔQrat,j＝Qrat,j–Qrat,min
Tj＝ΔQrat,j*Rbal/OCV(SOCj)
其中，C为动力电池的额定容量；SOCi为动力电池每串单体i的荷电状态；OCV(SOCj)为动力电池每串单体的荷电状态对应的开路电压；Qrat,i为每串单体i与电池单体荷电状态限值Rat之间的容量差异；Qrat,j为Qrat,i中大于零的值；Rbal为电池两端并联放电电阻的阻值；Tj为均衡时间，Qrat,min为Qrat,j中的最小值，ΔQrat,j为Qrat,j与Qrat,min的差值。
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