CN112158102B - 一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法，其先通过电池标定实验获得最大允许瞬时、持续充放电电流表，然后带入电池温度和SOC得到当前最大允许瞬时、持续充放电电流I_{sta_item}，sta＝dis,reg，item＝pmt,max，再判断当前需求电流是否高于最大允许持续电流，若高于最大允许持续电流并保持5s，则对需求电流和最大允许持续电流积分，当需求电流积分大于持续电流积分的120％时，峰值电流限定为最大允许持续电流。本发明能够通过调节累积电流阈值避免脉冲电流带来冲击，较少回路中的电流振荡，从而提高电池寿命，工况适应性好。

Description

一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法

技术领域：

本发明涉及一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法，其属于新能源汽车的电池管理系统技术领域。

背景技术：

电动汽车技术作为我国科技与工业发展的国家战略之一，发展至今，已经在其涉及的各个方面取得了重大突破。车载锂电池系统曾经被认为是制约纯电动汽车技术推广的最大瓶颈，其相关技术目前已日趋成熟，具备大储能特性、高功率特性和抗衰退特性的车载锂电池系统也已逐步出现，已经成为纯电动汽车组件中成本最高的部分。

为提高车载锂电池系统的安全性能和使用寿命，减少更替电池带来的成本投入，电池管理系统的开发设计要求日益严格。目前，电池管理系统在保护车载电池方面主要通过限制其行驶和充电过程中的峰值电流来实现。然而，在通过电池标定实验获取峰值电流限值之后，往往直接把峰值电流限值作为系统输入输出电流的边界，导致处于限值边界处的大脉冲电流难以被约束。而在某些持续大功率输出工况下，以连续放电时间作为限值峰值电流的条件，可能会导致短时间内电池出现过放，危害电池系统健康，甚至会对电池系统造成不可逆损伤。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明针对纯电动汽车的车载锂电池系统，在设定最大允许瞬时充放电和最大允许持续充放电电流限值时，充分考虑累积电荷量对电池寿命造成的影响，以电流积分条件取代连续放电时间条件，控制更加柔性，工况适应性强。该方法不仅能够对高于限值的持续电流进行有效限制，在引入累积电流机制后更能对短时大脉冲电流进行约束，防止回路中的电流振荡对电池系统造成冲击。

本发明所采用的技术方案有：一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法，步骤如下：

步骤1、通过电池标定实验得到最大允许瞬时、持续充放电电流表，通过输入电池当前温度和当前SOC能够得到最大允许瞬时放电电流I_{dis_max}，最大允许持续放电电流I_{dis_pmt}，最大允许瞬时回馈充电电流I_{reg_max}，最大允许持续回馈充电电流I_{reg_pmt}；

步骤2、设当前需求电流为I_req，当需求电流大于0时定义为放电状态，电流小于0时定义为回馈或充电状态，在任意时刻，需求电流|I_req|不得超过最大允许瞬时放电电流，即必须满足：|I_req|≤I_{sta_max}，sta＝dis,reg，其中sta指的是电流状态，dis是放电状态，reg是充电和回馈状态，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许瞬时放电电流；

步骤3、当需求电流|I_req|大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}时，设该时刻为t_s，开始对需求电流|I_req|和当前状态下的最大允许持续电流I_{sta_pmt}进行积分，若在5s内需求电流均大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}，则设t_s时刻5s后的时刻为t_m，期间需求电流|I_req|和最大允许持续电流I_{sta_pmt}的积分分别记为：

上式中Ah_req和Ah_pmt分别为t_s到t_m时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

若在t_s时刻之后的5s内，需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流I_{sta_pmt}以下，则以上积分清零，电池系统峰值电流依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}；

步骤4、从t_m时刻开始，若需求电流|I_req|依然大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}，则继续进行积分并记为Ah’_req和Ah’_pmt，直到满足以下两个条件之一：

3)从t_s时刻以来的需求电流积分大于最大允许持续电流积分的120％；

4)需求电流|I_req|小于最大允许持续电流。

进一步地，如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件1)，记满足该条件的时刻为t_e，则有：

上式中Ah’_req和Ah’_pmt分别为从t_s时刻到t_e时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

当满足该条件时，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许持续电流I_{sta_pmt}；

在该条件下，当需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流I_{sta_pmt}以下并保持5s以上时，电池系统峰值电流I_peak重新限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。

进一步地，如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件2)，则上述两种积分清零，电池系统峰值电流I_peak依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。

本发明具有如下有益效果：

1.在限制当前允许的电池峰值电流时，以累积电流阈值作为切换条件，相比于持续时间条件更加充分地考虑了电池寿命折损的内在机理，更加符合锂电池系统的运行规律，控制稳定性好。

2.对于加减速频繁的工况，该方法能够通过调节累积电流阈值避免脉冲电流带来冲击，较少回路中的电流振荡，从而提高电池寿命，工况适应性好。

附图说明：

图1是车载锂电池系统峰值电流控制方法的控制流程图。

图2是车载锂电池系统峰值电流控制方法的原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明车载锂电池系统的峰值电流控制方法流程如附图1所示，首先通过电池标定实验获得最大允许瞬时、持续充放电电流表，然后带入电池温度和SOC得到当前最大允许瞬时、持续充放电电流I_{sta_item}，sta＝dis,reg，item＝pmt,max。再判断当前需求电流是否高于最大允许持续电流，若高于最大允许持续电流并保持5s，则对需求电流和最大允许持续电流积分，当需求电流积分大于持续电流积分的120％时，峰值电流限定为最大允许持续电流。当需求电流降低至最大允许持续电流以下并保持5s时，峰值电流限值重新设为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。其他情况下峰值电流均被限定为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。

下面以汽车行驶过程中的放电状态为例进行详细说明。

本发明一种纯电动汽车的驱动转矩优化控制方法，通过以下步骤实现：

步骤1、通过电池标定实验得到最大允许瞬时、持续充放电电流表，通过输入电池当前温度和当前SOC能够得到最大允许瞬时放电电流I_{dis_max}，最大允许持续放电电流I_{dis_pmt}，最大允许瞬时回馈(充电)电流I_{reg_max}，最大允许持续回馈(充电)电流I_{reg_pmt}。附图2中，虚线Peak₁和虚线Peak₂分别为I_{dis_pmt}和I_{dis_max}，图中对应电流为I_{peak_1}和I_{peak_2}。

步骤2、设当前需求电流为I_req，当电流大于0时定义为放电状态，电流小于0时定义为回馈或充电状态。在任意时刻，需求电流|I_req|不得超过最大允许瞬时电流I_{sta_max}，即必须满足：|I_req|≤I_{sta_max}，sta＝dis,reg。在通常情况下，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。如附图2中时间段Case 1所示，从0时刻到t₁时刻，需求电流始终低于最大允许瞬时放电电流I_{peak_2}，t₁时刻之后，需求电流最大以I_{peak_2}输出。

步骤3、当需求电流|I_req|大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}时，设该时刻为t_s，开始对需求电流|I_req|和当前状态下的最大允许持续电流进行积分，若在5s内需求电流均大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}，则设t_s时刻5s后的时刻为t_m，期间需求电流|I_req|和最大允许持续电流I_{sta_pmt}的积分分别记为：

上式中Ah_req和Ah_pmt分别为t_s到t_m时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

若在t_s时刻之后的5s内，需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流以下，则以上积分清零，电池系统峰值电流依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。

如附图2中时间段Case 2所示，t₃即为上文中的t_s，t₄即为上文中的t_m。t₂到t₃时刻I_req未超过I_{peak_1}，因此I_peak设定为I_{peak_2}；t₃到t₄时刻，I_req超过I_{peak_1}，此时开始对需求电流和最大允许持续电流进行积分，积分数值分别为阴影面积Area₁和Area₂的左半部分(为方便示意，附图2中只计算了I_req高于I_{peak_1}部分的积分，实际计算中I_req电流积分应包含I_{peak_1}电流积分)；到达t₄时刻时，表示I_req超过I_{peak_1}并且持续5s。

步骤4、从t_m时刻开始，若需求电流|I_req|依然大于最大允许持续电流，则继续进行积分并记为Ah’_req和Ah’_pmt，直到满足以下两个条件之一：

1)从t_s时刻以来的需求电流积分大于最大允许持续电流积分的120％；

2)需求电流|I_req|小于最大允许持续电流；

以上两个条件满足其一时，进入下一步骤；

如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件1)，记满足该条件的时刻为t_e，则有：

上式中Ah’_req和Ah’_pmt分别为从t_s时刻到t_e时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

当满足该条件时，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许持续电流。

在该条件下，当需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流以下并保持5s以上时，电池系统峰值电流I_peak重新限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。

如附图2中时间段Case 2所示，t₅即为上文中的t_e，t₄时刻开始持续比较Area₁和Area₂的数值，当到达t₅时刻，有Area₁>20％×Area₂(等价于Ah’_req>Ah’_pmt×120％)，电池系统峰值电流I_peak限制为I_{peak_1}。若在t₅时刻开始，I_req保持低于I_{peak_1}并持续5s到达t₆，则电池系统峰值电流I_peak重新限制为I_{peak_2}。

如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件2)，则上述两种积分清零，电池系统峰值电流I_peak依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。如附图2中时间段Case 3所示，t₈时刻到t₉时刻，I_req高于I_{peak_1}并持续5s，自t₉时刻开始，Area₁始终未超过Area₂的20％，并且在t₁₀时刻I_req降低至I_{peak_1}，此时Area₁和Area₂清零，电池系统峰值电流I_peak重新限制为I_{peak_2}。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种车载锂电池系统的峰值电流控制方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1、通过电池标定实验得到最大允许瞬时、持续充放电电流表，通过输入电池当前温度和当前SOC能够得到最大允许瞬时放电电流I_{dis_max}，最大允许持续放电电流I_{dis_pmt}，最大允许瞬时回馈充电电流I_{reg_max}，最大允许持续回馈充电电流I_{reg_pmt}；

步骤2、设当前需求电流为I_req，当需求电流大于0时定义为放电状态，电流小于0时定义为回馈或充电状态，在任意时刻，需求电流|I_req|不得超过最大允许瞬时放电电流，即必须满足：|I_req|≤I_{sta_max}，sta＝dis,reg，其中sta指的是电流状态，dis是放电状态，reg是充电和回馈状态，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许瞬时放电电流；

步骤3、当需求电流|I_req|大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}时，设该时刻为t_s，开始对需求电流|I_req|和当前状态下的最大允许持续电流I_{sta_pmt}进行积分，若在5s内需求电流均大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}，则设t_s时刻5s后的时刻为t_m，期间需求电流|I_req|和最大允许持续电流I_{sta_pmt}的积分分别记为：

上式中Ah_req和Ah_pmt分别为t_s到t_m时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

若在t_s时刻之后的5s内，需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流I_{sta_pmt}以下，则以上积分清零，电池系统峰值电流依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}；

步骤4、从t_m时刻开始，若需求电流|I_req|依然大于最大允许持续电流I_{sta_pmt}，则继续进行积分并记为Ah’_req和Ah’_pmt，直到满足以下两个条件之一：

1)从t_s时刻以来的需求电流积分大于最大允许持续电流积分的120％；

2)需求电流|I_req|小于最大允许持续电流；

如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件1)，记满足该条件的时刻为t_e，则有：

上式中Ah’_req和Ah’_pmt分别为从t_s时刻到t_e时刻的需求电流积分和最大允许持续电流积分；

当满足该条件时，电池系统峰值电流I_peak限制为最大允许持续电流I_{sta_pmt}；

在该条件下，当需求电流|I_req|降低至最大允许持续电流I_{sta_pmt}以下并保持5s以上时，电池系统峰值电流I_peak重新限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}；

如步骤4所述，若首先满足步骤4中的条件2)，则上述两种积分清零，电池系统峰值电流I_peak依然限制为最大允许瞬时电流I_{sta_max}。