CN113921922B - 电池包并联管理方法、使用方法及管理系统、分包子系统及储能系统、电动车辆 - Google Patents

电池包并联管理方法、使用方法及管理系统、分包子系统及储能系统、电动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池包并联管理方法，针对现有并联电池包电能利用率不高的问题，提供了以下技术方案，包括获取各接入电池包的SOC值，查询预设的与SOC值对应的能量输出等级，并将电池包与查询后对应的能量输出等级进行匹配；计算电池包并联后支持输出的最大能量使用级别，并向负载反馈所述最大能量使用级别；基于负载的能量使用请求，控制各电池包在各自匹配的能量输出等级内输出，以使并联后支持输出的能量大小符合负载的能量使用请求。本发明使SOC值较高的电池包以较大功率模式放电，SOC值较小的电池包以低功率模式放电，从而推迟能量较少电池包的能量放空或推迟到达预设的停放状态，进而推迟“木桶效应”的到来，更为充分的利用并联电池包的能量。

Description

电池包并联管理方法、使用方法及管理系统、分包子系统及储 能系统、电动车辆
技术领域
本发明涉及电池储能领域，更具体地说，它涉及一种电池包并联管理方法、使用方法及管理系统、分包子系统及储能系统、电动车辆。
背景技术
锂电池的多包并联广泛应用于储能系统，可以有效的增大电池系统的储存容量，结合电池管理系统及热管理系统，能够更为高效和安全的利用电池系统储存的电量，应用于电动车辆，可提升电动车的续航里程，支持快速换电，免除充电等待，给使用带来很大便利。
木桶效应指的是木桶最终水面的高度由最低的那一块板决定，电池也是如此。一个电池模组有非常多的电芯组成，BMS一般是以电池模组的状态来监控，而当数个模组被BMS和热管理系统共同控制或管理起来后，这个统一的整体就叫做（电池）包。假设一台电动车有4块电池包构成，四块电池电量分别为80%、60%、40%、20%，那么当前情况下的电池并联放电时，BMS以哪个电池为准。显然，BMS一定会以最小的值为整个电池组SOC显示。因为如果一直放电，同样放掉20%的电，最少的4#电池就会完全没电，继续放电的话就会导致过放，对电池损耗很多。但是最多那个电池还有60%的电没有放出来，导致能量利用率大打折扣。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种电池包并联管理方法，具有并联时电能利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种电池包并联管理方法，包括
获取各接入电池包的身份识别信息以及当前的SOC值；
根据各电池包的SOC值，查询预设的与之对应的能量输出等级，并将各身份识别信息对应的电池包与查询后对应的能量输出等级进行匹配；
根据各电池包以及各自当前所匹配的能量输出等级，计算电池包并联后支持输出的最大能量使用级别，并向负载反馈所述最大能量使用级别；
在各电池包与各自能量输出等级解匹配之前，基于负载在最大能量使用级别以内的能量使用请求，控制各电池包在各自匹配的能量输出等级内输出，以使并联后支持输出的能量大小符合负载的能量使用请求。
采用上述技术方案，依据预设的电池包SOC值与能量输出等级的对应关系，在获取电池包当前的SOC值后，将电池包与对应的能量输出能级进行匹配，而能量输出等级用于控制电池包的放电功率，即电池包在并联放电时，各个电池包分别以各自匹配的能量输出等级进行放电，实现对各个电池包依据能量高低的不同分等级的进行放电，使得能量剩余较多的电池包多放电，能量剩余较少的电池包少放电，进而推迟能量较少电池包的能量放空，使得能量较多的电池包能够更长时间进行有效放电，使得并联电池包的放电更为充分，提升整体能量利用率。此外，在电池包匹配能量输出等级后，依据能量输出等级，计算电池包并联后允许放电的最大能量使用级别，并向负载进行反馈，方便负载提前进行针对性能量使用。
进一步，所述的控制电池包在各自匹配的能量输出等级内输出包括
在获得的电池包SOC值小于设定的SOC基准值时，控制小于SOC基准值的电池包关断放电停止输出，控制大于SOC基准值的电池包保持通路维持输出。
进一步，在获得的电池包SOC值小于设定的SOC标定值时，控制与之对应的电池包断开与其他电池包的并联，等待充电。
进一步，还包括
在放电时获取各电池包计算得到的SOC放电容差，针对SOC放电容差小于设定值的电池包，打开与其连接的充电电路以进行动能回收。
进一步，还包括
通过放电输出控制两组以上电池包的SOC放电容差小于设定值，
或打开SOC放电容差最小的电池包进行充电回收动能。
进一步，还包括
在充电时获取各电池包的SOC充电容差，存在SOC充电容差大于设定值时，关闭SOC值最高的电池包所连接的充电电路暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包逐渐充电致使SOC充电容差再次大于设定值，之后同样暂停此时SOC值最高的电池包的充电，将之前暂停的电池包再次进行充电，依次循环。
进一步，还包括控制各电池包连接的输出隔离电路断开，以隔离各电池包，消除电池包间的环流充电。
针对现有技术存在的不足，本发明的第二目的在于提供一种电池包并联管理系统，具有并联时电能利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种电池包并联管理系统，包括第一处理器与第一存储器，所述第一存储器存储有指令集供所述第一处理器调用以实现如上任一项电池包并联管理方法所述技术方案的功能。
针对现有技术存在的不足，本发明的第三目的在于提供一种电池包并联使用方法，具有电池包并联电能利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种电池包并联使用方法，包括
持续和累积获得电池包并联后的充放电电流；
利用SOC能量计算模型，基于充放电电流的累积，且以当前电池包的温度因素、满能量循环衰减因素进行校正，计算电池包当前的SOC值并传送至电池包并联管理系统；
在并联输出时，以电池包并联管理系统基于电池包SOC值匹配的能量输出等级进行输出，使电池包及其他并联接入电池包的并联输出总和符合负载的能量使用请求。
进一步，还包括
在电池包SOC值小于设定的SOC标定值时，在电池包并联管理系统的控制下断开与其他电池包的并联，等待充电。
进一步，还包括
在放电时，计算各电池包的SOC放电容差并上传电池包并联管理系统，在SOC放电容差小于设定值时，充电电路打开以进行动能回收。
进一步，还包括
在充电时获取电池包的SOC充电容差，在电池包并联管理系统判断SOC充电容差大于设定值时，SOC值最高的电池包受控暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包逐渐充电致使SOC充电容差再次大于设定值，之后此时SOC值最高的电池包同样暂停充电，之前暂停的电池包受控再次进行充电，依次循环充电。
针对现有技术存在的不足，本发明的第四目的在于提供一种用于电池包并联的分包子系统，具有电池包并联使用时电能利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于电池包并联的分包子系统，包括第二处理器与第二存储器，所述第二存储器存储有指令集供所述第二处理器调用以实现如上任一项电池包并联使用方法的功能。
针对现有技术存在的不足，本发明的第五目的在于提供一种储能系统，具有电能利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种储能系统，其特征在于：包括若干电池包，以及如上任一项技术方案所述的电池包并联管理系，以及如上所述的分包子系统。
本发明的第六目的在于提供一种应用如上储能系统的电动车辆，具有电能利用率高的优点。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.针对并联接入的各个电池包的实际SOC值，匹配以预设的能量输出等级进行能量使用，有助于针对每个电池包进行电量的控制，使SOC值较高的电池包以较大功率模式放电，SOC值较小的电池包以低功率模式放电，从而推迟能量较少电池包的能量放空或推迟到达预设的停放状态，进而推迟“木桶效应”的到来，更为充分的利用并联电池包的能量；
2.在对各个电池包进行能量输出等级匹配后，依据所匹配的能量输出等级，计算并联后支持的最大能量使用级别，之后反馈至负载，方便负载进行针对性的电源使用；
3.采用不同的能量输出等级分别进行放电，有助于减小各个电池包之间的SOC放电容差，进而减小并联电池包之间的环流充电，此外，并联电池包之间通过输出隔离电路断开，进一步阻断环流充电的产生；
4.在充电时，判断电池包的SOC充电容差是否大于设定值，在SOC充电容差大于设定值时，对SOC值最高的电池包暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包逐渐充电致使SOC充电容差再次大于设定值，之后同样暂停此时SOC值最高的电池包的充电，将之前暂停的电池包再次进行充电，交替循环的充电方式，使得有两个较高的电池包率先充电完成，同时延长了其他电池包的充电时长，让电池包并联充电更为充分。
附图说明
图1为本发明中电池包并联管理方法的流程框图；
图2为本发明中电池包并联管理系统的原理框图；
图3为本发明中电池包并联使用方法的流程框图；
图4为本发明中电池包并联分包子系统的原理框图；
图5为本发明中储能系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1
一种电池包并联管理方法，用于多个电池包并联后的充放电管理。为了提升电池包并联时的电能利用率，参照图1，方法包括：
S101：获取各接入电池包的身份识别信息以及当前的SOC值；
S102：根据各电池包的SOC值，查询预设的与之对应的能量输出等级，并将各身份识别信息对应的电池包与查询后对应的能量输出等级进行匹配；
S103：根据各电池包以及各自当前所匹配的能量输出等级，计算电池包并联后支持输出的最大能量使用级别，并向负载反馈所述最大能量使用级别；
S104：在各电池包与各自能量输出等级解匹配之前，基于负载在最大能量使用级别以内的能量使用请求，控制各电池包在各自匹配的能量输出等级内输出，以使并联后支持输出的能量大小符合负载的能量使用请求。
在步骤S101中，所获取的电池包的身份识别信息与接入的电池包唯一对应，用于针对电池包进行辨识，可在电池包接入时或其他需要时进行配置和绑定，并在电池包脱离断开或其他需要时解绑定。例如使用SAEJ1939CAN协议中的自配置地址功能来做身份注册识别绑定，采用地址声明的方法按优先等级取得地址或主控采用地址索取请求方式来配置子系统地址，地址配置完成后，每个电池包地址在网络是唯一的，主控进行身份绑定，直到节点被释放。
另外，电池包当前的SOC值，是各个电池包基于SOC能量计算模型计算得出，具体的，采用充放电电流累积作为分子（Q），一次满充或满放的满容量作为分母(Cb)，再乘以一个综合有温度因素(Kw)、满容量循环衰减因素(Kn)等估值的一个系数来得到SOCb或SOCd，再辅助以过充、过放校正、初始开路电压OCV-SOC的方式来标定SOC，数学模型例如：SOCb=（1-Q/Cb）*Kn，SOCd=SOCb*Kw*f（I）。
之后在步骤S102中，根据各个电池包的SOC值，查询预设的与该SOC值对应的能量输出等级，所谓能量输出等级，指的是放电的功率等级大小，而查询的对应关系，可以理解为预先设置的一种输出方式，即电池包的SOC值处于哪一范围内，允许采用哪一对应的能量输出等级进行放电。例如，SOC值在0.8~0.9范围内时，采用第一等级的能量输出等级，SOC值在0.7~0.8范围内时，采用第二等级的能量输出等级。
对于查询后的匹配，可以理解为一种临时的配置关系，即在解除匹配之前，匹配了能量输出等级的电池包，仅允许以该种匹配的能量输出等级限定以内的功率大小进行放电。
之后在步骤S103中，根据匹配的能量输出等级，即在设定的能量输出方式下，通过叠加计算模型，计算得到支持输出的最大能量使用级别，之后，向负载反馈当前允许的最大能量使用级别。
此外还可以通过以下模型来进行电量输出匹配：
1、首先在S端建立一套总能量计算模型总SOC，如下描述：
在S端存取每个子系统的SOC进行计算，算出总的SOC，计算模型如：1）一般平均值计算法：SOC总=（SOC1+…+SOCn）/n用于系统最大剩余能量计算；
2）带冗余量均值法：SOC总=((SOC1-冗余量)+…+(SOCn-冗余量))/n用于负载最大功率输出剩余能量计算；
3）有冗余量子系统个数累加比例法：SOP=(if((SOC1-冗余量)>=1,1,0)+…+if((SOCn-冗余量)>=1,1,0)/n。
2、设定冗余量为0.1,然后整车根据SOC总或SOP为参考值进行能量请求，如：
1）整车根据SOC总或SOP大于0.9可以100%满功率请求，大于0.8可以90%功率请求，依此类推；
2）整车只根据带冗余量均值法SOC总计算结果大于0.5以上不限功率，以下且大于0.3限功率为50%，低于0.3限功率为30%；
3）也可以根据整车驾乘体验、里程要求、最佳能耗等因素进行能量请求定制。
步骤S104具体为，在接收到负载的能量使用请求时，若该能量使用请求在最大能量使用级别以内，则控制接入的各电池包以各自匹配的能量输出等级内的功率大小进行输出，以使并联后的能量输出大小适配负载的能量使用请求。例如：
1、当整车非满功率请求时，可以根据请求功率大小适当关闭SOC值偏低的几个子系统不输出。
2、当子系统SOC小于设定能量冗余值（SOC）时，闭合充电MOS/继电器进行均衡或关闭放电MOS/继电器断开并联等待充电，并且SOC虚拟为0进行上传，充电开始时SOC以实际值上传。
3、系统处于放电状态时，判断是否有达到一定数量的能量差(SOC放电容差)小于设定值时同时打开这些能量相近子系统的充电MOS/继电器，用于动能回收，如果完全依赖系统来进行动能回收的，可以考虑始终在并联系统上有两组以上的子系统能量差满足设定值，否则上传请求充电均衡信息，同时打开能量最低一组子系统的充电MOS/继电器做应急动能回收电池系统使用。
此外应当知道，在本实施例中虽然对方法以步骤进行解释，但在实际应用时，并非局限于本实施例的所公开的时序或逻辑顺序，亦可有其他基于实际使用需求的应用方式和扩展方式。
特殊的，控制接入的各电池包以各自匹配的能量输出等级内的功率大小进行输出包括，在获得的电池包SOC值小于设定的SOC基准值时，控制小于SOC基准值的电池包关断放电停止输出，控制大于SOC基准值的电池包保持通路维持输出。SOC基准值是设定的一个控制电池包停止放电的基准，小于该值的电池包断开，而其他大于SOC基准值的电池包仍旧接入持续进行放电，推迟和削弱水桶效应，提升电池包并联的放电效率。
电池包并联管理方法还包括在获得的电池包SOC值小于设定的SOC标定值时，控制与之对应的电池包断开与其他电池包的并联，等待充电。SOC值小于设定的SOC标定后即断开并联，等待充电，一方面，避免电池包过放，起到均衡放电的作用，另一方面，有助于减小电池包中的SOC最大值与SOC最小值之间的差值，进而减少电池包之间的环流充电。
电池包并联管理方法还包括主动均衡功能，具体包括：
在放电时获取各电池包计算得到的SOC放电容差，针对SOC放电容差小于设定值的电池包，打开与其连接的充电电路以进行动能回收。
在充电时获取各电池包的SOC充电容差，存在SOC充电容差大于设定值时，关闭SOC值最高的电池包所连接的充电电路，暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包出现，再次打开，依次循环。具体的：
1、系统处于充电状态时，主控可以根据子系统能量差值(SOC充电容差)大于设定值时短暂关闭SOC值最高的充电MOS/继电器,等待下一个最高值的子系统出现再打开充电，依次，同时根据充电MOS/继电器闭合的子系统数量调整充电电流大小的请求值，直到充电结束或所有子系统过充后结束。
此外为消除电池包间的环流充电，电池包并联管理方法还包括制各电池包连接的输出隔离电路断开，以隔离各电池包。
实施例2
一种电池包并联管理系统，可以理解为并联电池包的中央控制端。参照图2，电池包并联管理系统包括第一处理器与第一存储器，第一存储器存储有指令集供第一处理器调用以实现如实施例1中电池包并联管理方法所公开的对并联电池包的管理和控制功能。
实施例3
一种电池包并联使用方法，应用于每个可并联接入使用的电池包，用于针对每个电池包自身进行控制。参照图3，方法包括：
步骤S201：持续和累积获得电池包并联后的充放电电流；
步骤S202：利用SOC能量计算模型，基于充放电电流的累积，且以当前电池包的温度因素、满能量循环衰减因素进行校正，计算电池包当前的SOC值并传送至电池包并联管理系统；
步骤S203：在并联输出时，以电池包并联管理系统基于电池包SOC值匹配的能量输出等级进行输出，使电池包及其他并联接入电池包的并联输出总和符合负载的能量使用请求。
实施例4
一种用于电池包并联的分包子系统，用于管理可并联接入的电池包，或者可理解为每个并连接入的电池包即为一个分包子系统。参照图4，包括第二处理器与第二存储器，第二存储器存储有指令集供第二处理器调用以实现如实施例3中电池包并联使用方法所公开的对电池包自身的管理功能。
实施例5
一种储能系统，参照图5，包括若干电池包，以及如实施例2中的电池包并联管理系统，以及对应电池包数量的如实施例4中公开的分包子系统。
实施例6
一种电动车辆，采用了如实施例5中的储能系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电池包并联管理方法，其特征在于：包括
获取各接入电池包的身份识别信息以及当前的SOC值；
根据各电池包当前的SOC值，查询预设的与当前的SOC值对应的能量输出等级，并将各身份识别信息所对应的电池包与查询得到的对应能量输出等级进行匹配；
根据各接入电池包以及各电池包当前所匹配的能量输出等级，计算电池包并联后支持输出的最大能量使用级别，并向负载系统反馈所述最大能量使用级别；
在各电池包与所匹配的能量输出等级解匹配之前，基于负载在最大能量使用级别以内的能量使用请求，控制各电池包在各自匹配的能量输出等级内输出，以使并联后支持输出的能量大小符合负载的能量使用请求。
2.根据权利要求1所述的电池包并联管理方法，其特征在于：所述的控制电池包在各自匹配的能量输出等级内输出包括
在获得的电池包SOC值小于设定的SOC基准值时，控制小于SOC基准值的电池包关断放电停止输出，控制大于SOC基准值的电池包保持通路维持输出。
3.根据权利要求1所述的电池包并联管理方法，其特征在于：还包括
在获得的电池包SOC值小于设定的SOC标定值时，控制与之对应的电池包断开与其他电池包的并联，等待充电。
4.根据权利要求1所述的电池包并联管理方法，其特征在于：还包括
在放电时获取各电池包计算得到的SOC放电容差，针对SOC放电容差小于设定值的电池包，打开与其连接的充电电路以进行动能回收。
5.根据权利要求4所述的电池包并联管理方法，其特征在于：还包括
通过放电输出控制两组以上电池包的SOC放电容差小于设定值，
或打开SOC放电容差最小的电池包进行充电以回收动能。
6.根据权利要求1所述的电池包并联管理方法，其特征在于：还包括
在充电时获取各电池包的SOC充电容差，存在SOC充电容差大于设定值时，关闭SOC值最高的电池包所连接的充电电路暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包逐渐充电致使SOC充电容差再次大于设定值，之后同样暂停此时SOC值最高的电池包的充电，将之前暂停的电池包再次进行充电，依次循环。
7.根据权利要求1所述的电池包并联管理方法，其特征在于：还包括控制各电池包连接的输出隔离电路断开，以隔离各电池包，消除电池包间的环流充电。
8.一种电池包并联管理系统，其特征在于：包括第一处理器与第一存储器，所述第一存储器存储有指令集供所述第一处理器调用以实现如权利要求1至7任一项电池包并联管理方法功能。
9.一种电池包并联使用方法，其特征在于：包括
持续和累积获得电池包并联后的充放电电流；
利用SOC能量计算模型：采用充放电电流累积作为分子（Q），一次满充或满放的满容量作为分母(Cb)，乘以满容量循环衰减因素(Kn)，即SOCb=（1-Q/Cb）*Kn，计算电池包当前的SOC值并传送至电池包并联管理系统；
在并联输出时，以电池包并联管理系统基于电池包SOC值匹配的能量输出等级进行输出，使电池包及其他并联接入电池包的并联输出总和符合负载的能量使用请求。
10.根据权利要求9所述的电池包并联使用方法，其特征在于：还包括
在电池包SOC值小于设定的SOC标定值时，在电池包并联管理系统的控制下断开与其他电池包的并联，等待充电。
11.根据权利要求9所述的电池包并联使用方法，其特征在于：还包括
在放电时，计算各电池包的SOC放电容差并上传电池包并联管理系统，在SOC放电容差小于设定值时，充电电路打开以进行动能回收。
12.根据权利要求11所述的电池包并联使用方法，其特征在于：还包括
在充电时获取电池包的SOC充电容差，在电池包并联管理系统判断SOC充电容差大于设定值时，SOC值最高的电池包受控暂停充电，直至下一个SOC值最高的电池包逐渐充电致使SOC充电容差再次大于设定值，之后此时SOC值最高的电池包同样暂停充电，之前暂停的电池包受控再次进行充电，依次循环充电。
13.一种用于电池包并联的分包子系统，其特征在于：包括第二处理器与第二存储器，所述第二存储器存储有指令集供所述第二处理器调用以实现如权利要求9至12任一项电池包并联使用方法的功能。
14.一种储能系统，其特征在于：包括若干电池包，以及如权利要求8所述的电池包并联管理系统，如权利要求13所述的分包子系统。
15.如权利要求14所述的储能系统应用于电动车辆。
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