CN113879177A - 一种动力电池均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池均衡控制方法，通过单体容量的估算，实现各电池单体均衡需求容量准确计算的目的；根据控制器硬件能力对开启的电池单体均衡个数进行限制，实现提升均衡执行效率的目的。在电动汽车使用过程中通过选取达到特定限制条件下的充放电数据对电池单体的单体容量进行在线估算，再根据估算获得的电池单体的单体容量和电池单体的荷电状态，计算电池单体的剩余充电容量。最后以各电池单体的剩余充电容量一致为目标，计算电池单体的均衡需求容量，从而实现电池组可用容量最大化的均衡目标。同时根据电池管理系统控制器硬件的能力对开启的均衡单体个数进行判断和限制，提高均衡执行效率。

Description

一种动力电池均衡控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池管理系统技术领域，适用于电动汽车动力电池管理系统均衡控制功能。
背景技术
动力电池成组后，电池单体的不一致性严重影响动力电池的使用效果，电池单体的不一致性主要表现在单体间容量的不一致性、单体间荷电状态的不一致性、单体间欧姆内阻的不一致性、单体间自放电率的不一致性等；动力电池在使用过程中随着容量衰减、内阻增加，不一致性会不断增大，不同的使用环境会进一步扩大单体间的不一致性。为了抑制因单体间不一致性导致的电池性能下降问题，通常需要通过均衡控制功能对单体间不一致性进行调整。
根据均衡过程中能量转移的途径，均衡功能可分为能量转移型的主动均衡和能量消耗型的被动均衡。其中主动均衡能量利用率较高，但结构复杂、成本高、控制难度高、稳定性差的特点使其对使用场合进行较多限制；被动均衡结构简单、成本低、易于实现的特点使其在电动汽车广泛使用，同时被动均衡发热量大的特点让其在应用过程中效率较低。本发明以剩余充电容量一致性为均衡目标，通过控制均衡开启的电池单体个数，在确保均衡控制器硬件不过温情况下，能够有效提升均衡执行效率。
发明内容
本发明涉及一种动力电池均衡控制方法，通过单体容量的估算，实现各电池单体均衡需求容量准确计算的目的；根据控制器硬件能力对开启的电池单体均衡个数进行限制，实现提升均衡执行效率的目的。
本申请涉及一种动力电池均衡控制方法。
本发明提供了一种动力电池均衡控制方法，包括：
整车上电运行后，电池管理系统计算动力电池最近一次的休眠时长ΔT；
在动力电池最近一次的休眠时长ΔT超过预设时长TBD1后，电池管理系统基于采集到的各电池单体的电压CellU，通过预设的OCV-SOC关系表查表确定各电池单体当前的荷电状态CellSOC_end；
基于各电池单体当前的荷电状态CellSOC_end和上一次查表确定的荷电状态CellSOC[i]_start，计算各电池单体的SOC变化区间；
从多个SOC变化区间ΔSOC中确定最小SOC变化区间ΔSOC_min，并判断最小SOC变化区间ΔSOC_min的数值是否大于预设变化数值TBD2；
若最小SOC变化区间ΔSOC_min的数值大于预设变化数值TBD2，则分别计算各电池单体的单体容量CellCp；
基于各电池单体的单体容量CellCp和各电池单体当前的荷电状态CellSOC[i]_end，计算各电池单体的均衡需求容量Cp_blc；
针对每一电池单体，若其的均衡单体容量Cp_blc大于预设单体容量TBD3，则将其的均衡标志位置1；
在完成对所有电池单体的均衡标志位置位后，确定均衡标志位置1的电池单体个数n；
若均衡控制器的可开启均衡的电池单体的最大个数N大于均衡标志位置1的电池单体个数n，将各电池单体的均衡需求容量Cp_blc从高到低排序，再从排序后的结果中筛选出前m个电池单体，并对前m个电池单体开启均衡；
m为N和n中较小的数值。
优选地，动力电池最近一次的休眠时长ΔT为动力电池最近一次被唤醒的唤醒时间T_wakeup和最近一次进入休眠的时间T_sleep的差值；
各电池单体的SOC变化区间ΔSOC为电池单体当前的荷电状态CellSOC_end和上一次查表确定的荷电状态CellSOC_start的差值。
优选地，各电池单体的单体容量CellCp通过公式：
CellCp＝Cp_accum/ΔSOC
计算，其中，Cp_accum为从上次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_start开始至本次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_end的充电容量和放电容量差；
通过公式：
Cp_accum＝Cp_chrg+Cp_dischrg
计算从上次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_start开始至本次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_end的充电容量和放电容量差Cp_accum；其中，电池单体在充电时：Cp_chrg＝∑BattI*c*Ts/3600，电池单体在放电时：Cp_dischrg＝∑BattI*Ts/3600；
BattI为在电池单体充电或放电过程中采集到的电流，BattI在电池单体充电时为正，BattI在电池单体放电时为负；c为库伦效率，c为已知值；Ts为采样周期。
优选地，各电池单体的均衡需求容量Cp_blc通过公式：
Figure BDA0003288984310000021
计算；
其中，Cp_remchrg为电池单体的剩余充电容量，
Figure BDA0003288984310000022
为所有电池单体的剩余充电容量中值最大的一个，动力电池的电池单体总数量为X个，电池单体的剩余充电容量Cp_remchrg通过公式：
Cp_remchrg＝CellCp*(1-CellSOC_end)
计算。
本发明的有益效果为：
在电动汽车使用过程中通过选取达到特定限制条件下的充放电数据对电池单体的单体容量进行在线估算，再根据估算获得的电池单体的单体容量和电池单体的荷电状态，计算电池单体的剩余充电容量。最后以各电池单体的剩余充电容量一致为目标，计算电池单体的均衡需求容量，从而实现电池组可用容量最大化的均衡目标。同时根据电池管理系统控制器硬件的能力对开启的均衡单体个数进行判断和限制，提高均衡执行效率。
附图说明
图1为本实施例的动力电池均衡控制方法流程图；
图2动电池单体的均衡需求容量计算过程及均衡效果示意图；
图3为电池单体均衡开启状态的判断流程图；
图4为电池单体均衡开启状态的判断过程示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提供了一种动力电池均衡控制方法，该方法适用于电动汽车动力电池均衡控制领域，首先电动汽车在运行过程中，电池管理系统根据休眠时间T_sleep和唤醒时间T_wakeup，按照如下公式计算动力电池休眠时间：
ΔT＝T_wakeup-T_sleep
其中：ΔT为动力电池休眠时间，单位：s
判断是否满足ΔT＞TBD1，TBD1为预设时长。
预设时长TBD1根据动力电池去极化过程时间确定，为确保去极化过程充分，推荐值为3600s。
若满足ΔT＞TBD1时，根据电池管理系统采集到的电池单体电压CellU，通过OCV-SOC关系查表获得各电池单体当前的荷电状态CellSOC[i]_end。
其次，根据本次查表获取的电池单体的荷电状态CellSOC[i]_end和上次查表获取的电池单体荷电状态CellSOC_start，按照如下公式分别计算每一个电池单体的SOC变化区间：
ΔSOC＝CellSOC_end-CellSOC_start
计算并判断多个电池单体的SOC变化区间中最小SOC变化区间ΔSOC_min是否满足ΔSOC_min＝min{ΔSOC}＞TBD2，TBD2为预设变化数值。
预设变化数值TBD2根据动力电池充放电SOC区间确定，为确保电池单体的容量估算准确，推荐值为50％。
若满足ΔSOC_min＞TBD2时，按照如下公式进行各电池单体的单体容量CellCp[i]：
CellCp＝Cp_accum/ΔSOC
其中：CellCp为电池单体的单体容量，单位：Ah；Cp_accum为从上次获取电池单体的荷电状态CellSOC_start开始至本次获取电池单体的荷电状态CellSOC_end的电池充电容量和放电容量差，单位：Ah；
Cp_accum按照如下公式进行计算：
充电时：Cp_chrg＝∑BattI*c*Ts/3600
放电时：Cp_dischrg＝∑BattI*Ts/3600
Cp_accum＝Cp_chrg+Cp_dischrg
其中：BattI为电池单体在充放电过程中采集到的电流，充电时为正，放电时为负，单位：A；Ts为采样周期，单位：s；c为库伦效率。
当不满足ΔSOC_min＞TBD2时，需要重新开始计算Cp_accum，同时将本次查表获取电池单体的荷电状态CellSOC_end赋值给CellSOC_start，即：
CellSOC_start＝CellSOC_end
此后，根据计算获得的电池单体的单体容量CellCp和当前次查表获取到的电池单体的荷电状态CellSOC_end，按照如下公式计算各电池单体的均衡需求容量Cp_blc：
Cp_remchrg＝CellCp*(1-CellSOC_end)
Figure BDA0003288984310000041
Cp_remchrg为电池单体的剩余充电容量，
Figure BDA0003288984310000042
为所有电池单体的剩余充电容量中值最大的一个，动力电池的电池单体总数量为X个。
参照图3，按照如下判断条件确定电池单体的均衡标志位状态：
当电池单体的均衡需求容量满足Cp_blc＞TBD3时，TBD3为预设单体容量，将该电池单体的均衡标志位BLCFlg置1；否则置0。
预设单体容量TBD3的推荐值为0。
在所有电池单体的均衡标志位置位后，同时计算全部电池单体中均衡标志位置1的电池单体个数n。
最后，根据均衡控制器硬件能力确定可开启均衡的最大单体个数N和均衡标志位个数n，结合均衡需求容量Cp_blc大小排序，最终确定电池单体的均衡开启状态。
具体来说，若均衡控制器的可开启均衡的电池单体的最大个数N大于电池单体个数n，将各电池单体的均衡需求容量Cp_blc从高到低排序，从排序后的结果中筛选出前m个电池单体，并对前m个电池单体开启均衡；m为N和n中较小的数值。
本实施例中，可开启均衡的电池单体的最大个数N，通过查表获取。首先建立控制器硬件能力与可开启均衡的电池单体个数的关系表，根据关系表和当前控制器硬件能力查表获得可开启均衡的电池单体的最大个数N。
本实施例中，如图4，首先对电池单体的均衡需求容量Cp_blc[i]进行降序排列，并记录排序后各单体的编号Idx，其次对降序排列的编号Idx进行升序排列并记录升序排列的位置编号RevIdx，再次根据控制器允许开启的最大单体个数N和均衡开启需求个数n，结合位置编号RevIdx最终确定动力电池组电池单体的均衡开启状态。
如图2，经过均衡后，电池组中的各电池单体的可用容量基本一致。
本实施例上述方法，在电动汽车使用过程中通过选取达到特定限制条件下的充放电数据对电池单体的单体容量进行在线估算，再根据估算获得的电池单体的单体容量和电池单体的荷电状态，计算电池单体的剩余充电容量。最后以各电池单体的剩余充电容量一致为目标，计算电池单体的均衡需求容量，从而实现电池组可用容量最大化的均衡目标。同时根据电池管理系统控制器硬件的能力对开启的均衡单体个数进行判断和限制，提高均衡执行效率。

Claims (4)

1.一种动力电池均衡控制方法，其特征在于，包括：
整车上电运行后，电池管理系统计算动力电池最近一次的休眠时长ΔT；
在动力电池最近一次的休眠时长ΔT超过预设时长TBD1后，电池管理系统基于采集到的各电池单体的电压CellU，通过预设的OCV-SOC关系表查表确定各电池单体当前的荷电状态CellSOC_end；
基于各电池单体当前的荷电状态CellSOC_end和上一次查表确定的荷电状态CellSOC[i]_start，计算各电池单体的SOC变化区间；
从多个SOC变化区间ΔSOC中确定最小SOC变化区间ΔSOC_min，并判断最小SOC变化区间ΔSOC_min的数值是否大于预设变化数值TBD2；
若最小SOC变化区间ΔSOC_min的数值大于预设变化数值TBD2，则分别计算各电池单体的单体容量CellCp；
基于各电池单体的单体容量CellCp和各电池单体当前的荷电状态CellSOC[i]_end，计算各电池单体的均衡需求容量Cp_blc；
针对每一电池单体，若其的均衡单体容量Cp_blc大于预设单体容量TBD3，则将其的均衡标志位置1；
在完成对所有电池单体的均衡标志位置位后，确定均衡标志位置1的电池单体个数n；
若均衡控制器的可开启均衡的电池单体的最大个数N大于均衡标志位置1的电池单体个数n，将各电池单体的均衡需求容量Cp_blc从高到低排序，再从排序后的结果中筛选出前m个电池单体，并对前m个电池单体开启均衡；
m为N和n中较小的数值。
2.根据权利要求1所述的动力电池均衡控制方法，其特征在于，动力电池最近一次的休眠时长ΔT为动力电池最近一次被唤醒的唤醒时间T_wakeup和最近一次进入休眠的时间T_sleep的差值；
各电池单体的SOC变化区间ΔSOC为电池单体当前的荷电状态CellSOC_end和上一次查表确定的荷电状态CellSOC_start的差值。
3.根据权利要求1所述的动力电池均衡控制方法，其特征在于，
各电池单体的单体容量CellCp通过公式：
CellCp＝Cp_accum/ΔSOC
计算，其中，Cp_accum为从上次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_start开始至本次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_end的充电容量和放电容量差；
通过公式：
Cp_accum＝Cp_chrg+Cp_dischrg
计算从上次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_start开始至本次查表确定的电池单体的荷电状态CellSOC_end的充电容量和放电容量差Cp_accum；其中，电池单体在充电时：Cp_chrg＝∑BattI*c*Ts/3600，电池单体在放电时：Cp_dischrg=∑BattI*Ts/3600；
BattI为在电池单体充电或放电过程中采集到的电流，BattI在电池单体充电时为正，BattI在电池单体放电时为负；c为库伦效率，c为已知值；Ts为采样周期。
4.根据权利要求1所述的动力电池均衡控制方法，其特征在于，
各电池单体的均衡需求容量Cp_blc通过公式：
Figure FDA0003288984300000021
计算；
其中，Cp_remchrg为电池单体的剩余充电容量，
Figure FDA0003288984300000022
为所有电池单体的剩余充电容量中值最大的一个，动力电池的电池单体总数量为X个，电池单体的剩余充电容量Cp_remchrg通过公式：
Cp_remchrg＝CellCp*(1-CellSOC_end)
计算。
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