CN110154829A - 动力电池包电芯的均衡控制方法和动力电池系统 - Google Patents

动力电池包电芯的均衡控制方法和动力电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种动力电池包电芯的均衡控制方法和动力电池系统，所述的动力电池包电芯的均衡控制方法包括以下步骤，判断车辆是否处于行驶状态，若车辆未处于行驶状态，比较各电芯的荷电状态，若各电芯荷电状态相差较大，由高荷电状态电芯对储能单元进行充电；若车辆处于行驶状态，且各电芯荷电状态相差较大时，首先计算电机所需总电流，再根据各电芯的荷电状态、电压、温度值计算各电芯的分电流。本发明的动力电池包电芯的均衡控制方法可使动力电池包具有较长的使用寿命。

Description

动力电池包电芯的均衡控制方法和动力电池系统
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池包电芯的均衡控制方法，本发明还涉及一种动力电池系统。
背景技术
动力电池包是以电能为新能源的新能源汽车的动力源，动力电池包内通常包括多个电芯，现有市场上销售的新能源汽车大部分的动力电池包是固定不可拆卸的，而少部分主机厂研发的换电车型的操作方式为动力电池包整包更换，动力电池包整包更换虽然能部分解决新能源汽车的续航问题，但更换整个动力电池包的成本较高，具有一定的局限性。
目前一些主机厂家在开发可拆卸的动力电池包，即通过更换动力电池包中单个电芯的方式来提高整车的续航能力。动力电池包更换单个电芯的方式简单可行，但是会遇到模组部均衡等问题，而在更换单个而在更换单个模组后，动力电池包充电或放电时由于单个或多个模组不均衡(如电压、SOC、温度等)极易造成电芯的过放过充损坏电芯，缩减电池包的使用寿命。
为了解决动力电池包内模组不均衡等问题，主机厂通常会采用动力电池均衡控制技术，动力电池包均衡控制一般分为主动均衡控制和被动均衡控制两种，目前绝大部分的动力电池包均衡控制方法应用于动力电池整包控制，大多在充电末尾或者放电过程末尾进行均衡控制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池包电芯的均衡控制方法，以能够在更换电芯提高车辆续航里程的同时，提升电芯的使用寿命、也增加安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种动力电池包电芯的均衡控制方法，可在将电池包内原电芯更换为新电芯后，使各电芯间的参数均衡，所述动力电池包电芯的均衡控制方法包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于行驶状态；若车辆处于未行驶状态，执行步骤S2；若车辆处于行驶状态，执行步骤S3；
S2、执行以下步骤：
a、持续采集新电芯及各原电芯的荷电状态；
b、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与预设的第一阈值相比较；若所述最大差值大于第一阈值，由所述新电芯为设于车辆上的储能单元充电；
S3、执行以下步骤：
p1、采集新电芯及各原电芯的荷电状态、电压值、温度值；
p2、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与所述第一阈值比较；若所述最大差值大于所述第一阈值，计算车辆电机所需总输入电流，依据总输入电流以及所述新电芯及所述原电芯的荷电状态、电压值、温度值计算各电芯的分电流。
进一步的，步骤b中，若所述最大差值不大于第一阈值，且大于预设的小于第一阈值的第二阈值，由所述新电芯为形成该最大差值的原电芯充电。
进一步的，步骤a中，还同时采集新电芯及各原电芯的温度值；
步骤b中，若所述最大差值不大于所述第二阈值，则比较各电芯的温度值，计算任意两电芯的温度差值，并将各温度差值与预设的第一温度阈值相比较，若存在部分温度差值大于所述第一温度阈值，则由经所述储能单元供电的电加热单元为形成该温度差值的低温电芯加热；
进一步的，各电芯间的温度差值在预设的、小于第一温度阈值的第二阈值以下，或者所述储能单元的荷电状态小于预设的第三阈值，满足上述两条件任一时，停止电加热单元对所述电芯的加热。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的动力电池包电芯的均衡控制方法，在电池模组更换电芯后，通过对车辆状态是否行驶的识别，而对电芯进行不同的操作，可满足用户需求，也可提高电芯的使用寿命。
本发明的另一目的在于提出一种动力电池系统，包括电池包，所述电池包具有多个电芯，所述动力电池系统还包括：
信息采集模块，可采集各所述电芯的电压值、温度值、荷电状态参数中的至少一个；
储能模块，设于所述电池包内；
电池管理系统，承接所述采集模块的信号，并计算各电芯间荷电状态的最大差值，且在所述最大差值大于预设的第一阈值时，控制形成该最大差值的、高荷电状态的电芯为所述储能模块充电。
进一步的，所述电池管理系统还被配置为在所述最大差值在第二阈值和第一阈值之间时，控制所述新电芯为形成该最大差值的原电芯充电。
进一步的，于所述电池包内设有与所述储能模块相连接的、可对电芯加热的电加热单元。
本发明的动力电池系统与上述的动力电池包电芯的均衡控制方法具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的车辆未行驶状态下的控制流程图；
图2为本发明实施例一所述的另一条件下车辆未行驶时的控制流程图；
图3为本发明实施例一所述的车辆行驶状态下的控制流程图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种动力电池包电芯的均衡控制方法，通过该控制方法，可在电池包内单个原电芯更换为新电芯后，均衡各电芯间的性能，该动力电池包电芯的均衡控制方法包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于行驶状态；若车辆处于未行驶状态，执行步骤S2；若车辆处于行驶状态，执行步骤S3；
S2、执行以下步骤：
a、持续采集新电芯及各原电芯的荷电状态；
b、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与预设的第一阈值相比较；若所述最大差值大于第一阈值，由所述新电芯为设于车辆上的储能单元充电；
S3、执行以下步骤：
p1、采集新电芯及各原电芯的荷电状态、电压值、温度值；
p2、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与所述第一阈值比较；若所述最大差值大于所述第一阈值，计算车辆电机所需总输入电流，依据总输入电流以及所述新电芯及所述原电芯的荷电状态、电压值、温度值计算各电芯的分电流。
具体的，本实施例将以具有四个电芯的动力电池包为例对该控制方法进行介绍，并将四个电芯分别称为第一电芯、第二电芯、第三电芯以及第四电芯，在动力电池包内模组损坏或者其它原因，操作人员将原第四电芯替换为新的第四电芯后，下述时将称该新的第四电芯为第四电芯。
在电池管理系统(BMS)检测到动力电池包更换新电芯后，首先判断车辆是否处于行驶状态，以对各电芯采用不同的操作。其中判断车辆是否处于行驶状态的方式可采用现有技术，一种示意性方式为：由车辆ECU为该电池管理系统提供车辆是否处于行驶状态的信息。
在判断出该车辆未处于行驶状态时，电池管理系统采集第一至第四电芯的荷电状态信息，并将第一至第三电芯的荷电状态信息分别与第四电芯的荷电状态信息相比较，分别计算出第一至第三电芯的荷电状态信息与第四电芯的荷电状态信息的差值，求解出三个差值中的最大差值。
将该最大差值与预设在电池管理系统内的第一阈值相比较。若该最大差值大于该第一阈值，则该动力电池包进入储能模式，由该第四电芯为设置在电池包内的储能单元进行充电，该储能单元例如可以为可充电锂电池。
本实施例中，在电池管理系统中还与设有小于第一阈值的第二阈值，若上述的大于第二阈值，且小于或等于第一阈值，则该动力电池包进入均衡模式，即由该第四电芯为形成该最大差值的电芯充电，例如，若该最大差值为第一电芯和第四电芯之间的差值，则由第四电芯为该第一电芯充电；若该最大差值为第二电芯和第四电芯之间的差值，则由第四电芯为该第二电芯充电。
优选的，该动力电池包进入储能模式后，由于第四电芯在储能模式下会持续为储能单元充电，故该最大差值会持续改变。此时，该电池管理系统仍持续采集各电芯的荷电状态信息，并计算第一至第三电芯与第四电芯荷电状态的差值，当该第一至第三电芯与第四电芯荷电状态的差值满足均衡模式后，该动力电池包也会进入均衡模式。
本实施例中，若上述的最大差值小于或等于第二阈值，则该动力电池包进入正常模式。
不过，由于电池温度对电池电阻等具有较大影响，为了进一步对该动力电池包内各电芯性能均衡，本实施例中，在上述步骤a中，电池管理系统还通过温度传感器采集第一至第四电芯的温度信号，计算出任意两电芯的温度差值，并在该电池管理系统内预设有第一温度阈值，以及小于第一温度阈值的第二温度阈值，以各电芯中温度最高的电芯为基准，若其它电芯与该温度最高的电芯间的温度差值大于第一温度阈值，由电池管理系统控制储能单元通过电加热单元为该于温度最高电芯的温度差值大于第一温度阈值的电芯充电，直至各温度较低的电芯与该温度最高电芯间的温度差值不大于第二温度阈值，停止对各电芯的加热。
本实施例中，为了保护储能单元，在检测到储能单元的荷电状态小于某一预设值时，也停止对各电芯的加热，即上述的，满足各电芯的温度要求或者储能单元的荷电状态小于某一预设值时，满足两者任一时，即停止对电芯的加热。
在判断出该车辆未处于行驶状态时，由电池管理系统采集第一电芯至第四电芯的荷电状态、电压值、温度值；同时，车辆MCU依据驾驶员的操作意图，例如档位信号，加速踏板信号、制动踏板信号，以及当前的车辆电机的转速求解出车辆电机所需的输入电流并传递给电池管理系统；
当第一电芯至第三电芯的荷电状态与第四电芯荷电状态的差值大于第一阈值时，根据所述输入电流，以及第一至第四电芯的荷电状态、电压值、温度值计算各电芯的分电流，电池管理系统按照各分电流值控制各电芯放电，例如分电流与荷电状态、电压值呈正相关，而与温度值呈负相关，即电芯的荷电状态越大，电压值越高，温度值越低，则该电芯输出的分电流越大，至于电芯分电流与电芯的荷电状态、电压值以及温度值的具体关系可视实际需求而设计，在此不再赘述。
当第一电芯至第三电芯的荷电状态与第四电芯荷电状态的差值小于或等于第一阈值时，电池管理系统控制各电芯放电电流相同。
综上所述，本控制方法对可更换电芯电池包的各电芯进行电量的存储和转发，同时不限制电池模组的特性，同时，在电池模组参数不同，例如荷电状态、电压、温度不同的情况下，通过电池管理系统能勾保证车辆的正常行驶，当车辆未行驶时又可以实时对各电芯均衡控制，不仅可满足用户需求，也能提高电芯的使用寿命。
实施例二
本实施例涉及一种动力电池系统，包括电池包，电池包具有多个电芯，该动力电池系统还包括信息采集模块，各信息采集模块可采集各电芯的电压值、温度值、荷电状态参数中的至少一个；还包括储能模块，以及电池管理系统，该电池管理系统可承接所述采集模块的信号，并计算各电芯间荷电状态的最大差值，且在所述最大差值大于预设的第一阈值时，控制形成该最大差值的、高荷电状态的电芯为所述储能模块充电。所述电池管理系统还被配置为在所述最大差值在第二阈值和第一阈值之间时，控制所述新电芯为形成该最大差值的原电芯充电。同时在该电池包内还设置有与储能模块相连接的、可独立为各电芯加热的电加热单元。
具体的，当电池管理系统检测到车辆处于未行驶状态时，且该动力电池包满足实施例一所述的储能模式情况下，电池管理系统控制电芯与储能单元间的储能继电器闭合，由电芯经储能电路为储能单元充电，其中储能继电器以及储能电路均可参考现有继电器以及充电电路，在此不再赘述。
在储能模式过程中，电池管理系统持续检测各电芯的参数，判断动力电池包满足实施例一所述的均衡模式情况下，电池管理系统控制储能继电器关闭，控制均衡继电器开启，由高荷电状态电芯经均衡电路为低荷电状态电芯充电；其中，均衡继电器以及均衡电路也可参考现有成熟继电器以及充电电路，在此不再赘述。
当电池管理系统判断动力电池满足上述正常模式时，同时，各电芯间温度满足为电芯加热的需求时，电池管理系统控制加热继电器，由储能单元供电通过电加热单元为电芯加热，直至满足实施例一所述的停止对电芯加热的条件。
当然，动力电池包可从储能模式转化为均衡模式或者正常模式，该动力电池包也可直接进入储能模式、均衡模式、正常模式，在此不再赘述。
若电池管理系统检测车辆处于行驶模式时，检测各电芯间荷电状态的差值，若差值满足实施例一要求，电池管理系统采集各电芯的温度、电压信息，同时车辆MCU根据车辆状态，如档位信号、加速踏板、制动踏板信号及当前车速计算车辆电机所需的输入电流，并发送值电池管理系统，电池管理系统，电池管理系统根据各电芯的荷电状态，电压、温度，分别计算出单个电芯所需电流，并控制各电芯按照所需电流放电；若各电芯间荷电状态的差值不满足实施例一要求，电池管理系统控制各电芯放电电流一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)

1.一种动力电池包电芯的均衡控制方法，可在将电池包内原电芯更换为新电芯后，使各电芯间的参数均衡，其特征在于，所述动力电池包电芯的均衡控制方法包括以下步骤：
S1、判断车辆是否处于行驶状态；若车辆处于未行驶状态，执行步骤S2；若车辆处于行驶状态，执行步骤S3；
S2、执行以下步骤：
a、持续采集新电芯及各原电芯的荷电状态；
b、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与预设的第一阈值相比较；若所述最大差值大于第一阈值，由所述新电芯为设于车辆上的储能单元充电；
S3、执行以下步骤：
p1、采集新电芯及各原电芯的荷电状态、电压值、温度值；
p2、计算新电芯荷电状态与各原电芯的荷电状态间的最大差值，并与所述第一阈值比较；若所述最大差值大于所述第一阈值，计算车辆电机所需总输入电流，依据总输入电流以及所述新电芯及所述原电芯的荷电状态、电压值、温度值计算各电芯的分电流。
2.根据权利要求1所述的动力电池包电芯的均衡控制方法，其特征在于：步骤b中，若所述最大差值不大于第一阈值，且大于预设的小于第一阈值的第二阈值，由所述新电芯为形成该最大差值的原电芯充电。
3.根据权利要求2所述的动力电池包电芯的均衡控制方法，其特征在于：
步骤a中，还同时采集新电芯及各原电芯的温度值；
步骤b中，若所述最大差值不大于所述第二阈值，则比较各电芯的温度值，计算任意两电芯的温度差值，并将各温度差值与预设的第一温度阈值相比较，若存在部分温度差值大于所述第一温度阈值，则由经所述储能单元供电的电加热单元为形成该温度差值的低温电芯加热。
4.根据权利要求3所述的动力电池包电芯的均衡控制方法，其特征在于：各电芯间的温度差值在预设的、小于第一温度阈值的第二阈值以下，或者所述储能单元的荷电状态小于预设的第三阈值，满足上述两条件任一时，停止电加热单元对所述电芯的加热。
5.一种动力电池系统，包括电池包，所述电池包具有多个电芯，其特征在于，所述动力电池系统还包括：
信息采集模块，可采集各所述电芯的电压值、温度值、荷电状态参数；
储能模块，设于所述电池包内；
电池管理系统，承接所述信息采集模块的采集信号，并计算各电芯间荷电状态的最大差值，且在所述最大差值大于预设的第一阈值时，控制形成该最大差值的、高荷电状态的电芯为所述储能模块充电。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统，其特征在于：所述电池管理系统还被配置为在所述最大差值在第二阈值和第一阈值之间时，控制所述新电芯为形成该最大差值的原电芯充电。
7.根据权利要求5所述的动力电池系统，其特征在于：于所述电池包内设有与所述储能模块相连接的、可对电芯加热的电加热单元。
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