CN114744702A - 电动汽车、锂离子电池系统及其控制方法、控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车、锂离子电池系统及其控制方法、控制装置，其中所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量，所述控制方法包括：获得所述第一电池模块的目标参数；所述目标参数为电芯电压或电池电量；在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。上述方法保护大量电池模块在持续输出或大功率输出情况下不会出现明显的欠压问题，且不会造成本车动力突降、动力短时中断、动力输出不连贯的问题。

Description

电动汽车、锂离子电池系统及其控制方法、控制装置

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车、锂离子电池系统及其控制方法、控制装置。

背景技术

电动汽车采用锂离子动力电池供能，在行驶过程中，当驾驶员踩电门持续一段时间后，锂离子电池的电压将被拉低到较低的水平，后面如果继续踩电门不松或者深踩电门(大功率输出)，那么锂离子电池的电压会进一步被拉低，甚至出现欠压问题。该现象为锂离子电池的电化学属性，即电化学极化现象，会引发潜在的电池安全和使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种电动汽车、锂离子电池系统及其控制方法、控制装置，以解决或者部分解决在电动汽车行驶过程中因为锂离子动力电池持续输出所导致的欠压安全风险的技术问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种锂离子电池系统的控制方法，所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量，所述控制方法包括：

获得所述第一电池模块的目标参数；所述目标参数为电芯电压或电池电量；

在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

在一些可选的实施例中，所述设定速率为5～40千瓦/秒。

在一些可选的实施例中，在所述目标参数为电芯电压时，所述第一阈值为安全电压下限值的1.0倍至1.1倍。

在一些可选的实施例中，在所述目标参数为电池电量时，所述第一阈值为安全电量下限值的1.0倍至1.1倍。

在一些可选的实施例中，在所述按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率之后，所述控制方法还包括：

在所述目标参数达到设定值时，控制所述所述第一电池模块进行放电，并控制所述第二电池模块禁止放电。

在一些可选的实施例中，所述控制方法还包括：

在能量回收过程中，若所述目标参数高于第二阈值，则控制所述第一电池模块禁止回充，并控制第二电池模块进行回充。

在一些可选的实施例中，所述目标参数为电芯电压，所述第二阈值为安全电压上限值的0.9倍～0.95倍。

第二方面，本发明提供了一种锂离子电池系统的控制装置，所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量，所述控制装置包括：

获取模块，用于获得所述第一电池模块的目标参数；

控制模块，用于在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

第三方面，本发明提供了一种锂离子电池系统，所述锂离子电池系统包括：

第一电池模块和第二电池模块；所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量；

第二方面提供的所述控制装置。

第四方面，本发明提供了一种电动汽车，包括第三方面提供的所述锂离子电池系统。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种锂离子电池系统的控制方法，通过在电动汽车的锂离子电池系统中设置大电量电池模块和小电量电池模块，在放电过程中，当大电量电池模块的电芯电压或电池电量降低到低于第一阈值时，则按照设定速率降低大电量电池模块的输出功率，同时按照相同的设定速率提高小电量电池模块的输出功率；一方面，降低大电量电池模块的输出功率，可以保护大量电池模块在持续输出或大功率输出情况下不会出现明显的欠压问题；另一方面，之所以按照设定功率逐步降低大电量电池的输出功率并按照同样的速率提高小电量电池的输出功率，而不是直接关闭大大量电池输出并切换到小电量电池输出，是为了保证本车动力性能维持调整前的原有水平，避免造成本车动力突降、动力短时中断、动力输出不连贯这些问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的锂离子电池系统的控制方法流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的锂离子电池系统的控制装置示意图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了解决行驶过程中锂离子动力电池因为大功率放电或持续放电所产生的电压进一步拉低，产生欠压的问题，第一方面，在一个可选的实施例中，提供了一种锂离子电池系统的控制方法，其中，所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量；所述控制方法如附图1所示，包括：

S1：获得所述第一电池模块的目标参数；所述目标参数为电芯电压或电池电量；

S2：在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

在本实施例中，为了通俗起见，将第一电池模块描述为大电量电池模块，将第二电池模块描述为小电量电池模块。

上述控制方法解决欠压问题的原理为：通过在电动汽车的锂离子电池系统中设置大电量电池模块和小电量电池模块，在放电过程中，当大电量电池模块的电芯电压或电池电量降低到低于第一阈值时，则按照设定速率降低大电量电池模块的输出功率，同时按照相同的设定速率提高小电量电池模块的输出功率；一方面，降低大电量电池模块的输出功率，可以保护大量电池模块在持续输出或大功率输出情况下不会出现明显的欠压问题；另一方面，之所以按照设定功率逐步降低大电量电池的输出功率并按照同样的速率提高小电量电池的输出功率，而不是直接关闭大大量电池输出并切换到小电量电池输出，是为了保证本车动力性能维持调整前的原有水平，避免造成本车动力突降、动力短时中断、动力输出不连贯这些问题，因为小电量电池模块的功率性能低于大电量电池模块，不能直接切换。

在一些可选的实施例中，锂离子电池系统可以包括一个大电量电池模块和一个以上的小电量电池模块。当小电量电池模块的数量为两个以上时，所有的小电量电池模块的额定容量总和小于大电量电池模块的额定容量。

在一些可选的实施例中，所述目标参数为电芯电压，则所述第一阈值为安全电压下限值的1.0倍至1.1倍，此时的控制方法如下：

获得所述第一电池模块的电芯电压；在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述电芯电压低于安全电压下限值的1.0倍至1.1倍，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

以大电量电池的电芯电压作为判断参数，具有实时性强的特点，因为电池管理系统在工作时可以实时采集电芯电压数据。

在一些可选的实施例中，也可以采用电池电量作为判断参数，具体如下：

若所述目标参数为电池电量，则所述第一阈值为安全电量下限值的1.0倍至1.1倍，此时的控制方法如下：

获得所述第一电池模块的电池电量；在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述电池电量低于安全电量下限值的1.0倍至1.1倍，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

电池电量可以直接从动力电池的荷电状态(State of Charge，SOC)获得。

在上述实施例中，设定速率的取值范围可以是5～40千瓦/秒(kW/s)，包括端点值。采用上述速率控制电池输出功率的升降，能够进一步提高电动汽车的功率输出稳定性，进一步提高动力输出的连贯性。

上述方案规定了大电量电池模块在电压较低或电量较低时，按照一定的速率降低输出功率。而当大电量电池模块的目标参数(电压或电量)恢复到正常水平或设定值时，可控制所述所述第一电池模块进行放电，并控制所述第二电池模块禁止放电。也可以按照所述设定功率提高大电量电池模块的输出功率，按照所述设定功率降低小电量电池模块的输出功率。正常水平或设定值可以根据电池实际需求确定，在此不进行限定。

需要说明的是，当大电量电池模块的电芯电压或电池电量高于第一阈值时，优先控制大电量电池模块的进行放电，以避免在大电量电池模块的电芯电压或电池电量低于第一阈值时，小电量电池模块缺乏足够的电量支持功率输出切换。

另外，上述方案中的安全电压下限值和安全电量下限值根据锂离子动力电池的实际性能确定，在此不进行限定。

本实施例提供了一种控制方法，以在放电过程中保护锂离子动力电池不产生欠压现象。而在电动汽车进行能量回收，电能回充动力电池的过程中，也存在回充电流过大的问题。例如，当电动汽车进行长距离的下陡坡，需要长时间踩刹车踏板，则此时会有持续的回充电流进入动力电池系统，而如果此时锂离子动力电池是处于高SOC状态或者低温状态，容易出现回馈电流过充现象，引发潜在的安全风险。

为了解决回馈电流过充的问题，在另一些可选的实施例中，所述控制方法还包括：

在能量回收过程中，若所述目标参数高于第二阈值，则控制所述第一电池模块禁止回充，并控制第二电池模块进行回充。

具体的，若所述目标参数为电芯电压，则所述第二阈值为安全电压上限值的0.9倍～0.95倍；所述控制方法具体如下：

若所述电芯电压高于安全电压上限值的0.9倍～0.95倍，则禁止回馈电流回充大电量电池模块，转而控制回馈电流回充小电量电池模块。

若所述目标参数为电池电量，则所述第二阈值为安全电量上限值的0.9倍～0.95倍；所述控制方法具体如下：

若所述电池电量高于安全电量上限值的0.9倍～0.95倍，则禁止回馈电流回充大电量电池模块，转而控制回馈电流回充小电量电池模块。

通过在大电量电池的电芯电压或电池大量大于第二阈值时，禁止回充大电量电池转而回充小电量电池，能够降低大电量电池过充的风险。

上述方案中的安全电压上限值和安全电量上限值根据锂离子动力电池的实际性能确定，在此不进行限定。

为了更直观的说明上述方案，将上述方案应用于车载动力电池管理系统(BMS)，并结合具体实施数据进行说明：

实施例1：

某车型的动力电池系统包括一个50～100kWh电量的大电池模块、以及一个2～20kWh电量的小电量电池模块。大电池模块由容量100～400Ah的锂离子单体电芯组成；小电池模块由容量50～200Ah的锂离子单体电芯组成。在充电过程中，控制大电量电池模块可以充电到100％SOC，而小电量电池系统则控制在＜100％SOC，以保证留有回充空间。在放电过程中，优先控制大电量电池模块进行放电；若在进行大电流放电时，一旦检测到大电量电池模块的电芯电压≤1.05×安全电压下限，大电量电池模块的放电功率按照10kW/s的速率下降，而此时减小的功率由小电量电池模块补充，直至大电量电池模块的电压恢复到正常水平；在恢复到正常水平后再由大电量电池模块进行放电，同时小电量电池模块停止放电。

实施例2：

某车型的动力电池系统由一个50～100kWh电量的大电池模块、以及一个2～20kWh电量的小电量电池模块。大电池模块由容量100～400Ah的锂离子单体电芯组成；小电池模块由容量50～200Ah的锂离子单体电芯组成。对于充电过程，大电量电池模块可以充电到100％SOC，而小电量电池系统则控制在＜100％SOC，以保证有回充电流的空间。在回充过程中，控制回充电流优先进入大电量电池模块，若在进行急刹车大电流回充时，一旦检测到电芯电压≥0.95×安全电压上限，则停止向大电量电池模块的回充电流，控制回充电流流向小电量电池模块，直至大电量电池模块的电压恢复到正常水平，随后再由大电量电池模块进行回充，同时小电量电池模块停止回充。

总的来说，通过上述方法进行放电、回充的控制策略，在各个电池模块之间取长补短，以发挥出最佳的协同能力。不仅很大程度上保证了电动汽车具有持续不断地高功率输出能力，也确保了电动汽车具有良好地能量回收能力，提高能量利用效率，同时还很大程度上降低了电池欠压、过充产生的安全风险。

基于前述实施例相同的发明构思，第二方面，在另一个可选的实施例中，如图2所示，提供了一种锂离子电池系统的控制装置，包括：

获取模块10，用于获得所述第一电池模块的目标参数；

控制模块20，用于在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

在一些可选的实施例中，所述控制模块20还用于：

在所述目标参数达到设定值时，控制所述所述第一电池模块进行放电，并控制所述第二电池模块禁止放电。

在一些可选的实施例中，所述控制模块20还用于：

在能量回收过程中，若所述目标参数高于第二阈值，则控制所述第一电池模块禁止回充，并控制第二电池模块进行回充。

基于前述实施例相同的发明构思，第三方面，在又一个可选的实施例中提供了一种锂离子电池系统，包括：

第一电池模块和第二电池模块；所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量；以及第二方面提供的控制装置。

基于前述实施例相同的发明构思，第四方面，在又一个可选的实施例中提供了一种电动汽车，包括第三方面提供的锂离子电池系统。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种锂离子电池系统的控制方法，通过在电动汽车的锂离子电池系统中设置大电量电池模块和小电量电池模块，在放电过程中，当大电量电池模块的电芯电压或电池电量降低到低于第一阈值时，则按照设定速率降低大电量电池模块的输出功率，同时按照相同的设定速率提高小电量电池模块的输出功率；一方面，降低大电量电池模块的输出功率，可以保护大量电池模块在持续输出或大功率输出情况下不会出现明显的欠压问题；另一方面，之所以按照设定功率逐步降低大电量电池的输出功率并按照同样的速率提高小电量电池的输出功率，而不是直接关闭大大量电池输出并切换到小电量电池输出，是为了保证本车动力性能维持调整前的原有水平，避免造成本车动力突降、动力短时中断、动力输出不连贯这些问题。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池系统的控制方法，其特征在于，所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量，所述控制方法包括：

获得所述第一电池模块的目标参数；所述目标参数为电芯电压或电池电量；

在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述设定速率为5～40千瓦/秒。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述目标参数为电芯电压时，所述第一阈值为安全电压下限值的1.0倍至1.1倍。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述目标参数为电池电量时，所述第一阈值为安全电量下限值的1.0倍至1.1倍。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率之后，所述控制方法还包括：

在所述目标参数达到设定值时，控制所述所述第一电池模块进行放电，并控制所述第二电池模块禁止放电。

6.如权利要求1～5任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在能量回收过程中，若所述目标参数高于第二阈值，则控制所述第一电池模块禁止回充，并控制第二电池模块进行回充。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述目标参数为电芯电压，所述第二阈值为安全电压上限值的0.9倍～0.95倍。

8.一种锂离子电池系统的控制装置，其特征在于，所述锂离子电池系统包括第一电池模块与第二电池模块，所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量，所述控制装置包括：

获取模块，用于获得所述第一电池模块的目标参数；

控制模块，用于在所述锂离子电池系统的放电过程中，若所述目标参数低于第一阈值，则按照设定速率降低所述第一电池模块的输出功率，并按照所述设定速率提高所述第二电池模块的输出功率。

9.一种锂离子电池系统，其特征在于，所述锂离子电池系统包括：

第一电池模块和第二电池模块；所述第一电池模块的额定容量大于所述第二电池模块的额定容量；

如权利要求8所述的控制装置。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的锂离子电池系统。

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