CN113829957A - 一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法，包括获取单体电芯充电过程中的SOC‑电芯充电电压曲线特性，选择出需要进行均衡的区间,记录该区间的电压为[V1,V2]，SOC为[SOC1，SOC2]；预设单体电芯压差的阈值V3；实时采集每个单体电芯的电压V，形成电池系统电压集合，确定电池系统中的单体电芯的最高电压Vmax；判断单体电芯最高电压Vmax>V1且Vmax＜V2是否成立，如果成立，则进入下一步，计算每个单体电芯的电压V和MAX(V1,Vmin)的差值，并将差值与预设单体电芯压差的阈值V3进行比较，输出单体电芯的均衡评估信息；按照单体电芯的均衡评估信息开启均衡；本发明的整车工况约束条件少，只要充电过程判断出单体的压差超过阈值，便可以计算均衡时间。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车电池领域，尤其是电池均衡评估方法领域。
背景技术
随着节能减排日趋严格，新能源汽车迎来了飞速的发展，锂电池因为能量密度大成为新能源汽车的核心部件，成为新能源汽车动力心脏。锂电池的电芯电压比较低，在装载到电动汽车上通过若干节锂电池串联的方式组成高压电池系统，为电机提供动力；由于电芯工艺技术水平的限制，目前电芯难以做到百分之百的一致性，虽然在电池组成电池系统的过程中，通常使用容量、内阻、自放电率相近的电芯成组，但由于结构和工艺存在差异，即使锂电池电芯1个月自放电率只有1％～2％，锂电池电芯间的微小自放电率差异经过长时间的累计，使整个电池系统因为短板效应而导致电池系统整体容量降低，从而引起汽车的续航里程的衰减；目前，主要的均衡方法是在充电过程中通过电芯的动态压差将电池电压高的单体开启均衡，将多余的电量以均衡电阻通过发热的方式消耗掉，根据动态压差开启均衡的方差虽然能够通过减少电池电压的差异，但这种方式有明显的缺点，一是只能在充电过程中开启均衡，导致均衡开启时间短，效率低；二是对于磷酸铁锂的电芯，只在充电末端和放电末端存在明显的电池压差，导致均衡条件复杂，均衡效率更低。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,包括以下步骤，
S1、获取单体电芯充电过程中的SOC-电芯充电电压曲线特性，选择出需要进行均衡的区间,记录该区间的电压为[V1,V2]，SOC为[SOC1，SOC2]；
S2、预设单体电芯压差的阈值；
S2、实时采集单体电芯的电压V，确定单体电芯的最高电压Vmax；
S3、判断单体电芯最高电压单体Vmax>V1且Vmax＜V2是否成立，如果成立，则进入步骤S4，不成立则继续步骤S3；
S4、计算单体电芯的电压V和MAX(V1,Vmin)(V1和Vmin的较大值)的差值，并将差值与预设单体电芯压差的阈值进行比较，输出单体电芯的均衡评估信息。
S5、按照单体电芯的均衡评估信息开启均衡。
作为本发明的进一步优化方案，所述获取单体电芯充电过程中的SOC-电芯充电电压曲线特性需要先获取单体电芯的类型。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中需要进行均衡的区间为SOC-电芯充电电压曲线上电压随SOC变化比较陡峭的区间。
作为本发明的进一步优化方案，所述预设单体电芯压差的阈值为单体电芯标称容量的2％～5％对应换算成的电压值。
作为本发明的进一步优化方案，所述判断单体电芯最高电压Vmax>V1是否成立的步骤之前先将BMS进入充电状态并且保持电流稳定持续10min。
作为本发明的进一步优化方案，步骤S4中的均衡评估信息包括：
若电芯电压V-MAX(V1,Vmin)<V3，则单体电芯无需进行均衡，将对应的均衡时间T1设置为0；
若电芯电压V-MAX(V1,Vmin)>V3，则单体电芯需要进行均衡，均衡时间T1＝CAP*(V-MAX(V1,Vmin)-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)/Ibla*60(min)；其中，CAP为电池系统总容量，Ibla为均衡电流；MAX(V1,Vmin)为V1和Vmin的最大值，若最低电压小于V1时，按照V1处理。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S6中按照均衡时间T2开启均衡，所述均衡时间T2＝T1*0.5。
本发明的有益效果在于：
1)本发明根据电池的电压差异计算出均衡需要的时间，然后根据计算得到均衡时间控制均衡电路开启均衡，直到均衡时间为零时关闭均衡，通过均衡时间来开启均衡，可以最大限度的长时间开启均衡，提高均衡的效率；
2)本申请采用该方法使得单体电芯充放电过程中都可以进行均衡，不受制于电压波动的影响。
附图说明
图1是本发明中电池均衡评估方法的步骤示意图；
图2是本发明中三元锂电池的SOC-电芯充电电压曲线示意图；
图3是本发明中磷酸铁锂电池的SOC-电芯充电电压曲线示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1至图3所示的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法，包括以下步骤，
S1、由于不同锂电池的SOC-电芯充电电压曲线不同，因此，先获取锂电池的单体电芯的类型，其中，锂电池的类型包括三元锂电池和磷酸铁锂电池，然后根据具体的锂电池类型获取该锂电池的单体电芯在充电过程中的SOC-电芯充电电压曲线特性，并选择出需要进行均衡的区间,记录该区间的电压为[V1,V2]，SOC为[SOC1，SOC2]；其中，需要进行均衡的区间为SOC-电芯充电电压曲线上电压随SOC变化比较陡峭的区间；
具体的，如图2所示的三元锂电池的SOC-电芯充电电压曲线，该三元锂电池的SOC-电芯充电电压曲线线性度比较好，所以可以截取SOC和电压曲线中任意一段，本申请中优选SOC为[70％,80％],电压为[3800mv，3900mv]；
如图3所示的磷酸铁锂电池的SOC-电芯充电电压曲线，由于该磷酸铁锂电池的SOC-电芯充电电压曲线只在充电末端和放电末端具有明显的变化，所以磷酸铁锂电池可选取SOC为[10％,25％],电压为[3200mv,3300mv]或SOC为[95％,100％],电压为[3400mv,3650mv]两个均衡区间；
S2、预设单体电芯压差的阈值V3，其中，预设单体电芯压差的阈值为单体电芯标称容量的2％～5％对应换算成的电压值；
具体的，首先考虑到BMS采集的电压误差约为5mv，为了避免电池特性差异导致均衡反复开启，因此在SOC处做约为2％～5％的预留，针对到电压端需要根据区间SOC比例换算为电压；即本申请以3％为例，
针对三元锂电池，在SOC为[70％,80％],电压为[3800mv，3900mv]的区间，可以选取30mv；
针对磷酸铁锂电池的SOC为[10％,20％],电压为[3200mv,3300mv]的区间，可以选取30mv；针对磷酸铁锂电池的SOC为[95％,100％],电压为[3400mv,3650mv]的区间，可选取150mv；
S3、实时采集单体电芯的电压V，确定单体电芯的最高电压Vmax；
具体的，通过BMS采集实时更新电池系统中每一个单体电芯的电压，形成电压集合[Vn1、Vn2......Vnn]，从而获取每个采集周期内的最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；
S4、为了保证均衡时间的准确性，在BMS进入充电状态并且电流稳定持续10min后，再判断单体电芯最高电压Vmax>V1且Vmax＜V2是否成立，如果成立，则进入步骤S5，不成立则继续步骤S3；
S5、计算每个单体电芯电压V和MAX(V1,Vmin)(V1和Vmin的较大值)的差值，并将差值与预设单体电芯压差的阈值进行比较，输出单体电芯的均衡评估信息；
其中，均衡评估信息包括，
若单体电芯电压V-MAX(V1,Vmin)<V3，则该单体电芯无需进行均衡，将对应的单体电芯的均衡时间T1设置为0；
若V-MAX(V1,Vmin)>V3，则单体电芯需要进行均衡；
均衡时间＝总容量*电芯需要均衡SOC差异/均衡电流：T1＝CAP*SOC_diff/Ibla*60(min)。
因为在SOC-电芯动态电压线性度较好的区间内，电芯需要均衡的SOC差异≈(在区间[V1,V2]内电芯电压差异-均衡关闭电压)/电压区间长度*SOC区间长度：
因此，SOC_diff＝(V-MAX(V1,Vmin)-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)；
结合剩余均衡时间计算公式和需要均衡的SOC差异公式可得到剩余均衡计算公式如下：
T1＝CAP*(V-MAX(V1,Vmin)-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)/Ibla*60(min)；
其中，CAP为电池系统总容量，Ibla为均衡电流，MAX(V1,Vmin)为取V1和Vmin的最大值，若最低电压小于V1时，按照V1处理；
具体的,若单体电芯电压V-V1>V3，则单体电芯需要进行均衡，均衡时间T1＝CAP*(V-V1-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)/Ibla*60(min)；
若电芯电压V>V2,则剩余均衡时间设置＝电池系统总容量CAP*(V2-V1-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)/均衡电流Ibla*60(min)；
这里需要说明的是，上述的剩余均衡时间的公式是根据剩余均衡时间＝总容量*电芯SOC差异/均衡电流计算而来，而电芯SOC差异则根据SOC-电压线性度好的区间，斜率近似相等的特点，将电压差异换算得到SOC差异；
S6、BMS按照单体电芯的均衡评估信息开启均衡，优选的，按照均衡时间T2开启均衡，该均衡时间T2＝T1*0.5；即按照每一节单体电芯计算得到的剩余均衡时间T2开启均衡，并每分钟按照T2＝T2-1更新均衡时间，直到均衡时间等于0时，关闭这一节单体的均衡时间；
该步骤通过对计算的均衡时间做保守处理，有效的避免过度均衡的问题；并且不同电池厂同一种电芯的SOC-电压比较近似，通过对均衡时间做保守处理，可以通过一组参数适配一种类型的电芯，可以极大的减少对电芯测试的依赖，方便项目的快速开发；
本申请中根据不同的单体电芯的不同均衡时间开启均衡，直到均衡时间均为0，并且可以根据电芯的差异一直开启均衡，保证了均衡的效率；
针对SOC-电压曲线比较特殊的磷酸铁锂电芯也可以在电压变化平坦的区域开启均衡，提高磷酸铁锂电池的均衡效率，而且采用该方法，单体电芯充放电都可以进行均衡，不受制于电压波动的影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：包括以下步骤，
S1、获取单体电芯充电过程中的SOC-电芯充电电压曲线特性，选择出需要进行均衡的区间,记录该区间的电压为[V1,V2]，SOC为[SOC1，SOC2]；
S2、根据均衡的区间预设单体电芯压差的阈值V3；
S3、实时采集每个单体电芯的电压V，形成电池系统电压集合，确定电池系统中的单体电芯的最高电压Vmax和最低电压Vmin；
S4、判断单体电芯最高电压Vmax>V1且Vmax＜V2是否成立，如果成立，则进入步骤S5，不成立则继续步骤S3；
S5、计算每个单体电芯的电压V和MAX(V1,Vmin)的差值，并将差值与预设单体电芯压差的阈值V3进行比较，输出单体电芯的均衡评估信息；
S6、按照单体电芯的均衡评估信息开启均衡。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述获取单体电芯充电过程中的SOC-电芯充电电压曲线特性需要先获取单体电芯的类型。
3.根据权利要求2所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述步骤S1中需要进行均衡的区间为SOC-电芯充电电压曲线上电压随SOC变化比较陡峭的区间。
4.根据权利要求3所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述预设单体电芯压差的阈值为单体电芯标称容量的2％～5％对应换算成的电压值。
5.根据权利要求4所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述判断单体电芯最高电压Vmax>V1且Vmax＜V2是否成立的步骤之前先将BMS进入充电状态并且保持电流稳定持续10min。
6.根据权利要求5所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述步骤S5中的均衡评估信息包括：
若V-MAX(V1,Vmin)<V3，则单体电芯无需进行均衡，将对应的均衡时间T1设置为0；
若V-MAX(V1,Vmin)>V3，则单体电芯需要进行均衡，均衡时间＝总容量*电芯需要均衡SOC差异/均衡电流，即T1＝CAP*SOC_diff/Ibla*60(min)；
其中，SOC_diff＝(V-MAX(V1,Vmin)-V3)*(SOC2-SOC1)/(V2-V1)，CAP为电池系统总容量，Ibla为均衡电流，MAX(V1,Vmin)为V1和Vmin的最大值，若最低电压小于V1时，按照V1处理。
7.根据权利要求6所述的一种用于新能源电池充电的电池均衡评估方法,其特征在于：所述步骤S6中按照均衡时间T2开启均衡，所述均衡时间T2＝T1*0.5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211224 |
|
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