CN113937863B - 混动系统的电池均衡策略和混动车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种混动系统的电池均衡策略和混动车辆，电池均衡策略包括：若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则进一步判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量；若最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，则电池均衡动作开始，电池均衡动作期间，混动系统依据电池包的电压判断电机执行耗电动作或发电动作，耗电动作和发电动作对应电池包放电和充电；若达到均衡结束条件，则电池均衡动作结束。本发明解决了现有技术中混动系统无法进行电池均衡的技术问题，采用本发明提供的混动系统的电池均衡策略，大大增加了混动系统的电池均衡场景，使电池均衡能够充分进行，提升电池使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及车辆领域，尤其涉及一种混动系统的电池均衡策略和混动车辆。
背景技术
现有技术中，采用电动系统的车辆会对车辆的锂电池组进行电量的均衡，目前的均衡策略为：当电池组最低电芯的电量小于30％，就会禁止锂电池组内电芯之间的电量均衡，目的是避免因电量均衡造成锂电池过放电。由于纯电动汽车的EV系统中电池经常被充至满电，所以该均衡条件容易满足且能保护电池，现有技术中电池均衡策略的流程图如图3所示。
但对于混动系统，电池需保持可接受制动能量回收和助力能量输出的状态，于是电量经常处于不满的状态。当电芯之间的电量出现不平衡情况时，最低电芯的电量已经比较低，而且没有常见的工况能给电池持续充电(能够把混动系统中电池充至高电量的工况仅有持续下坡)，所以无法满足“当电池组最低电芯的电量大于等于30％时，才允许锂电池组内电芯之间的电量均衡”这一最小电量的均衡条件，当电池组没有及时开始均衡，会导致电池组内的不同电芯之间的电量差异持续恶化。
发明内容
基于以上问题，本发明提出一种混动系统的电池均衡策略和混动车辆，解决了现有技术中混动系统无法进行电池均衡的技术问题，采用本实施例提供的混动系统的电池均衡策略，大大增加了混动系统的电池均衡场景，使电池均衡能够充分进行，提升电池使用寿命。从而使混动系统中电池的电芯的生产一致性要求大幅降低。
本发明提出一种混动系统的电池均衡策略，包括：
若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则进一步判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量；
若最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，则电池均衡动作开始，电池均衡动作期间，混动系统依据电池包的电压判断电机执行耗电动作或发电动作，耗电动作和发电动作对应电池包放电和充电；
若达到均衡结束条件，则电池均衡动作结束。
此外，电池均衡动作开始时，电池包向控制单元发送均衡信号，控制单元接收到均衡信号后，实时监控电池包电压值，若电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，否则发出恒压发电模式指令和恒压目标值。
此外，电机接收到扭矩控制模式指令后，执行扭矩控制模式，当电池包放电时，电池包中的最高电量电芯执行高功率放电，最低电量电芯低功率放电，当电池包充电时，最低电量电芯被优先充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
此外，若判断电池包电压值小于预设电压值，则控制单元向电机发出恒压发电模式指令和恒压目标值，电机由扭矩控制模式切换为恒压发电模式，否则电机继续执行扭矩控制模式。
此外，扭矩控制模式下，混动系统正常工作，电池包正常充电和放电。
此外，电机接收到恒压发电模式指令和恒压目标值后，执行恒压发电模式，电机输出恒压目标值，电池包内所有电芯的电量向恒压目标值对应的目标电量值逼近，若电芯的电量高于目标电量值，则执行高耗散型自放电，若电芯的电量低于电量目标值时，则被快速充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
此外，若判断电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，电机由恒压发电模式切换为扭矩控制模式，否则电机继续执行恒压发电模式。
此外，恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，且电池包只能被充电，禁止对外放电。
此外，均衡结束条件为最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值。
本发明还提出一种混动车辆，采用上述任一项所述的混动系统的电池均衡策略。
通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明解决了现有技术中混动系统无法进行电池均衡的技术问题，采用本实施例提供的混动系统的电池均衡策略，大大增加了混动系统的电池均衡场景，使电池均衡能够充分进行，提升电池使用寿命。从而使混动系统中电池的电芯的生产一致性要求大幅降低，使轻微异物电芯也能被正常使用，节约了生产成本。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略的流程图；
图2是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略的流程图；
图3是现有技术中纯电动系统的电池均衡策略流程图；
图4是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略中扭矩控制模式的示意图；
图5是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略中扭矩控制模式切换为恒压发电模式的示意图；
图6是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略中恒压发电模式的示意图；
图7是本发明一个实施例提供的混动系统的电池均衡策略中锂电池平台区示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
参照图1，本发明提出一种混动系统的电池均衡策略，包括：
步骤S001，若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则进一步判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量；
步骤S002，若最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，则电池均衡动作开始，电池均衡动作期间，混动系统依据电池包的电压判断电机执行耗电动作或发电动作，耗电动作和发电动作对应电池包放电和充电；
步骤S003，若达到均衡结束条件，则电池均衡动作结束。
由于电池内不同电芯之间在出厂时即存在差异，使得在使用时需要对不同的电芯之间进行电量的均衡，以使整体电池的寿命延长。
现有技术中，纯电动汽车中当电池组内的电芯的电量小于30％时，禁止均衡，而且当开始实施均衡后，不会再检查电芯的SOC(s tate of charge)是否低于预设的值，一旦开始均衡直至本次均衡任务完成。
若混动系统直接采用纯电动汽车的电池均衡策略，则通常情况下无法满足电池均衡条件，导致电池不能进行均衡动作。
对于混动系统，电池包需保持可接受制动能量回收和助力能量输出的状态，于是电量经常处于不满状态。当电芯出现不平衡情况时，最低电芯的电量已经比较低，而且没有常见的工况能给电池持续充电(能够把混动电池充至高电量的工况仅有持续下坡)，导致均衡的最小电量的前提条件无法满足。于是电池包没有及时开启均衡，导致电芯的电量差异持续恶化。
所以本实施例针对混动系统，提出了一种新的混动系统的电池均衡策略。
在步骤S001中，若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则进一步判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量。
若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则认为有必要进行电池的均衡，预设电压差例如为15mv，预设剩余电量例如为满电量值的18％。设置预设剩余电量的目的是防止最高电量电芯的电量被过放。
在步骤S002中，若最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，则电池均衡动作开始，电池均衡动作期间，混动系统依据电池包的电压判断电机执行耗电动作或发电动作，耗电动作和发电动作对应电池包放电和充电；
只要当最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，此时就可以进行电量的均衡，因为混动系统中的电机提供电压保证，所以电池包不会因均衡过放，从而大大增加了均衡的场景，而当电机不发电时，则电池均衡及时停止，防止电池亏电情况恶化。
可选地，电机对电池包供电时，提供的供电模式视电池包电压值的不同而不同。
在步骤S003中，若达到均衡结束条件，则电池均衡动作结束。均衡结束条件例如为最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值。
本实施例解决了现有技术中混动系统无法进行电池均衡的技术问题，采用本实施例提供的混动系统的电池均衡策略，大大增加了混动系统的电池均衡场景，使电池均衡能够充分进行，提升电池使用寿命，从而使混动系统中电池的电芯的生产一致性要求大幅降低，使轻微异物电芯也能被正常使用，节约了生产成本。
在其中的一个实施例中，电池均衡动作开始时，电池包向控制单元发送均衡信号，控制单元接收到均衡信号后，实时监控电池包电压值，若电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，否则发出恒压发电模式指令和恒压目标值。
当电池包电压值大于等于预设电压值时，控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，此时混动系统正常作动，电池包正常充放电，电机执行扭矩控制模式。电池包整包放电时，主要由高电量电芯执行放电。同时在电池包整包充电时，则因压差原因，优先给低电量电芯充电。当最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
可选地，电池包为锂电池包。
当电池包电压值小于预设电压值时，控制单元向电机发出恒压发电模式指令和恒压目标值例如45.7V，混动系统功能受限，禁止锂电池整包放电。电机以恒压目标值45.7V输出，所有电芯同时向恒压目标值对应的电量值25％逼近，当电芯的电量高于目标值时，执行高耗散型自放电；当电芯的电量低于目标值时，被快速充电；当最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
均衡结束条件为最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值例如5mV。
图4-图6中上面的曲线为最高电量电芯的曲线，下面的曲线为最低电量电芯的曲线。
如图4所示，在其中的一个实施例中，电机接收到扭矩控制模式指令后，执行扭矩控制模式，当电池包放电时，电池包中的最高电量电芯执行高功率放电，最低电量电芯低功率放电，当电池包充电时，最低电量电芯被优先充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
电机接收到扭矩控制模式指令后，执行扭矩控制模式，电池包需要放电时，主要由最高电量电芯执行放电，最低电量电芯维持最低限度的放电。当最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作。
如图5所示，在其中的一个实施例中，若判断电池包电压值小于预设电压值，则控制单元向电机发出恒压发电模式指令和恒压目标值，电机由扭矩控制模式切换为恒压发电模式，否则电机继续执行扭矩控制模式。恒压目标值例如45.7V。
在扭矩控制模式下，电池包可以为放电或充电状态，当电机输出扭矩时，如助力加速时，电池包就为放电状态，但电机不输出扭矩时，电池包为充电状态，当电池包处于放电时，由电池包中的最高电量电芯执行放电，最低电量电芯维持最低限度的放电。但是当最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差仍然大于预设均衡压差值，而此时电池包电压值却小于预设电压值时，则控制单元向电机发出恒压发电模式指令和电压目标值，电机由扭矩控制模式切换为恒压发电模式。电机切换为恒压发电模式后，电机以电压目标值恒定输出，维持电源网的电压恒定，同时禁止锂电池包对外放电，所有电芯同时向恒压目标值对应的电量值逼近，电芯电量高于目标值时，执行高耗散型自放电；电芯电量低于目标值时，被快速充电。最终使电芯之间电压趋于平衡。最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，结束电池均衡动作。
在扭矩控制模式下，若判断电池包电压值小于预设电压值，则控制单元向电机发出恒压发电模式指令和电压目标值，电机由扭矩控制模式切换为恒压发电模式，即一旦检测到电池包电压值较低，则立刻禁止电池包对外放电，电机切换为恒压模式。
例如最高电量电芯电量为30％，最低电量电芯电量为10％，在最高电量电芯耗散5％时，电池包电压低于设定值，此时电机将从扭矩控制模式切换为恒压发电模式，混动系统的电机将维持45.7v恒定发电电压，使最高电芯电量和最低电芯电量都向一个目标值靠近，例如向25％靠近，45.7v发电电压使电池电芯的电量充到25％后，不再继续充入电量，25％并不是设定值，而是目标电压值的大小决定充电量值。最终最高电量电芯将耗散自放电5％电量，电量达到25％；最低电量电芯充进15％电量，同样电量达到25％，由此实现均衡，且作动不受电芯欠压制约，均衡过程中避免电池的电量下降过放，从而大幅增加电池均衡场景，提高电池寿命。
在其中的一个实施例中，扭矩控制模式下，混动系统正常工作，电池包正常充电和放电。在扭矩控制模式下，由于电池包电压值较高，所以混动系统能够正常工作，锂电池包整包放电，由高电量电芯执行耗散型放电，锂电池包整包充电则因压差原因，优先补给低电量电芯，给低电量电芯充电。
在其中的一个实施例中，电机接收到恒压发电模式指令和恒压目标值后，执行恒压发电模式，电机输出恒压目标值，电池包内所有电芯的电量向恒压目标值对应的目标电量值逼近，若电芯的电量高于目标电量值，则执行高耗散型自放电，若电芯的电量低于电量目标值时，则被快速充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。恒压目标值例如为45.7v。
如图6所示，电机接收到恒压发电模式指令和电压目标值后，执行恒压发电模式，此时最高电量电芯的电量与目标电压对应电量恰好一致，因此最高电量电芯维持电量不变，同时最低电量电芯被快速充电，电量抬升。然后最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，结束电池均衡动作。
在恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，混动系统禁止电机的驱动、助力等耗电功能，从而禁止锂电池整包对外放电，同时提供恒压电源环境，有利于电池包内各个电芯快速平稳的达到均衡目标。
如图7所示，说明恒压目标值取值为45.7v的原因：电池包电压大于X或者小于Y时，电池包的SOC在非平台区，有较高精度，X、Y由锂电池的材料特性决定。当电池完全没电时电压为Z，因为低压充电可以避免电池过充而出现起火、冒烟等风险，因此需要恒压目标值小于Y，大于Z，在这一范围内，能确保电池的最低电量，同时SOC处于高精度区域，而且可以避免电池过充出现起火、冒烟等风险。
在其中的一个实施例中，若判断电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，电机由恒压发电模式切换为扭矩控制模式，否则电机继续执行恒压发电模式。当电池包电压值发生变化后，电机也可以从恒压发电模式切换到扭矩工作模式。通过模式的切换使混动系统恢复到正常工作。
在其中的一个实施例中，恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，且电池包只能被充电，禁止对外放电。为了保证均衡完成，所以恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，且电池包只能被充电，禁止对外放电。
在其中的一个实施例中，均衡结束条件为最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值。
本实施例中，判断最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差是否小于预设均衡压差值，若小于，则结束本次电池均衡，若没有达到，则继续循环判断。
参照图2，本发明提出一种混动系统的电池均衡策略，包括：
步骤S201，监控电池包内的电芯SOC；
步骤S202，判断电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差是否大于预设电压差，预设电压差a例如为15mv，若是，则继续，若否，则结束；
步骤S203，判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量b，预设剩余电量例如为满电量值的18％，若是，则继续，若否，则结束；
步骤S204，电池包的动态均衡开始，即电池均衡开始；
步骤S205，电池包向控制单元发送均衡信号；
步骤S206，控制单元接收到均衡信号后，实时监控电池包电压值；
步骤S207，判断电池包电压值是否大于等于预设电压值c c例如为45.3V，若大于等于，则转入S208，若小于，则转入S210；
步骤S208，控制单元向电机发出扭矩控制模式指令；
步骤S209，扭矩控制模式下，混动系统正常工作，电池包正常充电和放电，当锂电池包整包放电时，由高电量电芯执行耗散型放电，当锂电池包整包充电时，则因压差原因，优先补给低电量电芯，给低电量电芯充电；进入步骤S212；
步骤S210，控制单元向电机发出恒压发电模式指令和恒压目标值；
步骤S211，恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，且电池包只能被充电，禁止对外放电，以45.7V值为输出目标，所有电芯同时向对应的电量值如25％逼近，电芯电量高于25％时，执行高耗散型放电，电芯电量低于目标值25％时，被快速充电，进入步骤S212；
步骤S212，判断最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差是否小于预设均衡压差值，若是，则结束本次电池均衡，转入步骤S213，若否，则回到步骤S207；
步骤S213，动态均衡结束。
本发明还提出一种混动车辆，其特征在于采用上述任一项所述的混动系统的电池均衡策略。
本实施例解决了现有技术中混动系统无法进行电池均衡的技术问题，采用本实施例提供的混动系统的电池均衡策略，大大增加了混动系统的电池均衡场景，使电池均衡能够充分进行，提升电池使用寿命。从而使混动系统中电池的电芯的生产一致性要求大幅降低，使轻微异物电芯也能被正常使用，节约了生产成本。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种混动系统的电池均衡策略，其特征在于，包括：
若电池包内的最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差大于预设电压差，则进一步判断最高电量电芯的剩余电量是否大于预设剩余电量；
若最高电量电芯的剩余电量大于预设剩余电量，则电池均衡动作开始，电池均衡动作期间，混动系统依据电池包的电压判断电机执行耗电动作或发电动作，耗电动作和发电动作对应电池包放电和充电；
若达到均衡结束条件，则电池均衡动作结束；
电池均衡动作开始时，电池包向控制单元发送均衡信号，控制单元接收到均衡信号后，实时监控电池包电压值，若电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，否则发出恒压发电模式指令和恒压目标值；
电机接收到扭矩控制模式指令后，执行扭矩控制模式，当电池包放电时，电池包中的最高电量电芯执行高功率放电，最低电量电芯低功率放电，当电池包充电时，最低电量电芯被优先充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
2.根据权利要求1所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
若判断电池包电压值小于预设电压值，则控制单元向电机发出恒压发电模式指令和恒压目标值，电机由扭矩控制模式切换为恒压发电模式，否则电机继续执行扭矩控制模式。
3.根据权利要求1所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
扭矩控制模式下，混动系统正常工作，电池包正常充电和放电。
4.根据权利要求1所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
电机接收到恒压发电模式指令和恒压目标值后，执行恒压发电模式，电机输出恒压目标值，电池包内所有电芯的电量向恒压目标值对应的目标电量值逼近，若电芯的电量高于目标电量值，则执行高耗散型自放电，若电芯的电量低于电量目标值时，则被快速充电，若最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值，则结束电池均衡动作，否则继续判断电池包电压值是否大于等于预设电压值。
5.根据权利要求4所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
若判断电池包电压值大于等于预设电压值，则控制单元向电机发出扭矩控制模式指令，电机由恒压发电模式切换为扭矩控制模式，否则电机继续执行恒压发电模式。
6.根据权利要求4所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
恒压发电模式下，混动系统功能受到限制，且电池包只能被充电，禁止对外放电。
7.根据权利要求1所述的混动系统的电池均衡策略，其特征在于，
均衡结束条件为最高电量电芯与最低电量电芯之间的电压差小于预设均衡压差值。
8.一种混动车辆，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的混动系统的电池均衡策略。
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