CN116118568A - 一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法 - Google Patents

一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，属于新能源汽车动力电池系统技术领域，对包括若干单体电池的电池组进行均衡，包括以下步骤：放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量；或，充电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差；或，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差。本发明通过设置若干均衡条件对汽车电池组在充电、放电和静置状态下进行电池均衡，达到更好的均衡效果，延长动力电池使用寿命。

Description

一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法
技术领域
本发明属于新能源汽车动力电池系统技术领域，特别涉及一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法。
背景技术
动力电池包通常是由几个电池组串并联构成的，如果某些电芯容量跟其他电芯不匹配会降低整包的容量，达不到原有的充放电功率；引起电量分配不均的原因是工艺材料的不一致，自放电率、容量衰减、放电深度等多种原因造成的，电池均衡的目的就是为了缓解电池的不一致性，延长使用寿命。
电池均衡是指在一个系列电池组中对不同的电池(或电池组)使用差动电流。串联电池组中每个电池的电流通常是相同的，因此必须在电池组中添加额外的组件和电路来平衡电池。只有当电池组中的电池是串联的，且串联的电池等于或大于三电平时，才会考虑电池平衡问题。
目前电池平衡时采用估算电量值，通过采集单体电流和时间进行单体电量值校正来对电池均衡的解决方法，这种方法由于电流采集会有误差，电池充放电循环次数过多会导致SOC计算值偏差较大；或者以电池单体电压作为均衡参考对象，当电池包内单体最高电压与最低电压差值达到均衡设定值后开启均衡的解决方法，这种方法会因为某几串电芯容量衰减后，电压达不到原有健康电芯的电压。
然而现有的磷酸铁锂电池其电芯的电量与其温度电压之间关系存在较大差异，成组后电池包的使用寿命低于单体寿命，采用现有的均衡方法效率不佳。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，对包括若干单体电池的电池组进行均衡，包括以下步骤：
放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量；
或，充电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差；
或，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差。
优选地，所述目标压差满足以下条件：
ΔU≦100mv，其中，ΔU为目标压差，指电池组中电压最高和最低的单体电池之间的电压差。
优选地，所述目标电量差满足以下条件：
ΔSOC≦5％，其中，ΔSOC为目标电量差，指电池组中电量最高和最低的单体电池之间的电量差。
优选地，放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量，包括以下步骤：
获取电池组中每个电池单体的电量，并计算出电池组中单体电池平均电量；
筛选出满足第一均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量。
优选地，所述第一均衡条件为：
SOC单体＞SOC平均，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，SOC单体为单体电池的电量；SOC平均为电池组中单体电池平均电量；Tmax为单体电池的最高温度。
优选地，充电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差，包括以下步骤：
对满足第二均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池之间的压差小于或等于100mv。
优选地，所述第二均衡条件为：
Umin≥2.6V，ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，Umin为单体电池的最低电压；ΔU单体为电池组的单体电池中电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
优选地，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差，包括以下步骤：
电池组静置两小时后检测电池组的剩余电量；
若剩余电量大于20％，对满足第三均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池之间的电量差小于或等于5％；
若剩余电量小于或等于20％，对满足第四均衡条件的单体电池进行均衡，直至直至单体电池之间的压差小于或等于100mv。
优选地，所述第三均衡条件为：
ΔSOC单体≥50％，且Tmax≤55℃；
其中，ΔSOC单体为电池组中单体电池的电量最高值与电量最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
优选地，所述第四均衡条件为：
ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃；
其中，ΔU单体为电池组中单体电池的电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
本发明的有益效果：
1、本发明通过设置若干均衡条件对汽车电池组在充电、放电和静置状态下进行电池均衡，达到更好的均衡效果，延长动力电池使用寿命；
2、本发明在放电过程中，电池管理系统估算电池单体电池电量高于电池组中单体电池平均电量开启放电均衡，当此单体电池放电的电量低于电平均电量后，关闭均衡；在充电过程中，电池单体电压最低电压大于均衡开启电压2.6V，持续5S，电池单体最低电压和最高电压差值≥500mV，且持续5S，电池单体最高温度≤55℃，开启均衡；在静置大于2h时，压差大于500mV，SOC＜20％，且持续5S，开启均衡，通过该均衡方法能够提高均衡效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，
下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，5在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的一种基于磷酸铁锂电池的放电过程均衡方法的流程图；
图2示出了本发明的一种基于磷酸铁锂电池的充电过程均衡方法的流程图；
图3示出了本发明的一种基于磷酸铁锂电池的静置过程均衡方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本
发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说5明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，对包括若干单体电池的电池组进
行均衡，包括以下步骤：放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电0量小于或等于电池组中单体电池平均电量；或，充电状态下对电池组进行
均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差；或，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差。
进一步地，目标压差满足以下条件：
5ΔU≦100mv，其中，ΔU为目标压差，指电池组中电压最高和最低的单体电池之间的电压差。
进一步地，目标电量差满足以下条件：
ΔSOC≦5％，其中，ΔSOC为目标电量差，指电池组中电量最高和最低的单体电池之间的电量差。
需要说明的是，电池组的每个单体电池的电量在充电、放电和静置的过程中，每个单体电池的电量并不是相同的，因此需要对每个单体电池的电量进行均衡，使均衡后的电量在平均电量的一定范围内波动；以电动汽车正常使用场景为例，放电过程中，BMS实施检测电池组单体电压、放电电流以及温度数据，通过安时积分法估算出每一串电池单体SOC，判断此时电芯状态是否达到开启均衡的条件。在充电阶段，电池单体电压并不准确，会导致过早开启均衡，并且由于均衡电阻阻值较小，因此无法将所有的充电电流进行分流，所以要求在电池单体电压较低时进行安全均衡。在车辆静置时，BMS定时唤醒，判断静置时间是否超过2小时，若超过2小时则根据单体电压和SOC来判断是否开启均衡；下面将对电动汽车电池组的具体均衡情况进行介绍：
如图1所示，放电状态下对电池组进行均衡，包括以下步骤：
S101：获取电池组中每个电池单体的电量，并计算出电池组中单体电池平均电量；
S102：筛选出满足第一均衡条件的单体电池进行均衡，均衡开始后，大于SOC平均的单体电池开始放电，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量；其中第一均衡条件为：
SOC单体＞SOC平均，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，SOC单体为单体电池的电量；SOC平均为电池组中单体电池平均电量；Tmax为单体电池的最高温度。
需要说明的是，放电过程中，电池管理系统(BMS)实施检测电池组单体电压、放电电流以及温度数据，通过安时积分法估算出每一个电池单体的电量(SOC)，判断此时电芯状态是否达到开启均衡的条件，当得出所有单体电池SOC的值后与当前电池组整包平均SOC进行对比，筛选出单体SOC值大于平均SOC值的单体电芯进行放电，直至其SOC小于或等于平均SOC，停止均衡，随后继续下一个单体电池的均衡，以此规则循环。
如图2所示，充电状态下对电池组进行均衡，包括以下步骤：
S201：对满足第二均衡条件的单体电池进行均衡，均衡开始后，需要限制电压最高的单体电池的充电电流，直至单体电池之间的压差小于或等于100mv；其中第二均衡条件为：
Umin≥2.6V，ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，Umin为单体电池的最低电压；ΔU单体为电池组的单体电池中电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
需要说明的是，在充电阶段，电池单体电压并不准确，会导致过早开启均衡，并且由于均衡电阻阻值较小，因此无法将所有的充电电流进行分流，所以要求在电池单体电压较低时进行安全均衡，且单体电压必须满足最小值大于2.6V，然后判断电池组整体压差是否大于500mV，且持续5s以上，电池组未过温(即Tmax≤55℃)过充的情况下才开启均衡；关闭条件为压差小于或等于100mV，或均衡回路模块温度大于65℃，或BMS出现故障，或均衡事件超过3小时，或者BMS供电不足。
如图3所示，静置状态下对电池组进行均衡，包括以下步骤：
S301：电池组静置两小时后检测电池组的剩余电量；
S302：若剩余电量大于20％，对满足第三均衡条件的单体电池进行均衡，均衡开始后，电量最高的单体电池开始放电，直至单体电池之间的电量差小于或等于5％；
若剩余电量小于或等于20％，均衡开始后，电压最高的单体电池开始放电，对满足第四均衡条件的单体电池进行均衡，直至直至单体电池之间的压差小于或等于100mv。
其中，第四均衡条件为：
ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃；
其中，ΔU单体为电池组中单体电池的电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
其中，第三均衡条件为：
ΔSOC单体≥50％，且Tmax≤55℃；
其中，ΔSOC单体为电池组中单体电池的电量最高值与电量最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
需要说明的是，在在车辆静置时，电池管理系统(BMS)定时唤醒，判断电池组的静置时间是否大于等于2小时，若大于等于2小时则电池组可以根据OCV-SOC(电芯电量与温度电压的关系)表来判断电池单体的电量。首先BMS判断电池组的电量值是否小于20％，若小于20％则根据单体电池压差来判断开启均衡的条件；若SOC≥20％，则根据单体电池的电量来判断开启均衡条件。即根据电压判断需满足压差大于500mV，且温度不超过55℃则开启高电压的单体均衡，当均衡至压差小于或等于100mV则关闭均衡；根据SOC判断则根据OCV-SOC查表来计算单体电池之间的SOC差值，若SOC差值大于50％则开启高SOC的单体电池均衡，直至SOC差值小于或等于5％。
需要说明的是，持续5s的原因是：当电芯循环次数过多后，若未及时更换健康电芯，快充存在脉冲电流的一瞬间压差会增大，导致均衡通道来回切换；静置大于2h情况可省略。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，对包括若干单体电池的电池组进行均衡，包括以下步骤：
放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量；
或，充电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差；
或，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差。
2.根据权利要求1所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述目标压差满足以下条件：
ΔU≦100mv，其中，ΔU为目标压差，指电池组中电压最高和最低的单体电池之间的电压差。
3.根据权利要求2所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述目标电量差满足以下条件：
ΔSOC≦5％，其中，ΔSOC为目标电量差，指电池组中电量最高和最低的单体电池之间的电量差。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，放电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量，包括以下步骤：
获取电池组中每个电池单体的电量，并计算出电池组中单体电池平均电量；
筛选出满足第一均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池电量小于或等于电池组中单体电池平均电量。
5.根据权利要求4所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述第一均衡条件为：
SOC单体＞SOC平均，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，SOC单体为单体电池的电量；SOC平均为电池组中单体电池平均电量；Tmax为单体电池的最高温度。
6.根据权利要求2所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，充电状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差，包括以下步骤：
对满足第二均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池之间的压差小于或等于100mv。
7.根据权利要求6所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述第二均衡条件为：
Umin≥2.6V，ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃，且持续5s以上；
其中，Umin为单体电池的最低电压；ΔU单体为电池组的单体电池中电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
8.根据权利要求3所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，静置状态下对电池组进行均衡，直至单体电池之间的压差达到目标压差或单体电池之间的电量差达到目标电量差，包括以下步骤：
电池组静置两小时后检测电池组的剩余电量；
若剩余电量大于20％，对满足第三均衡条件的单体电池进行均衡，直至单体电池之间的电量差小于或等于5％；
若剩余电量小于或等于20％，对满足第四均衡条件的单体电池进行均衡，直至直至单体电池之间的压差小于或等于100mv。
9.根据权利要求8所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述第三均衡条件为：
ΔSOC单体≥50％，且Tmax≤55℃；
其中，ΔSOC单体为电池组中单体电池的电量最高值与电量最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
10.根据权利要求8所述的一种基于磷酸铁锂电池的均衡方法，其特征在于，所述第四均衡条件为：
ΔU单体≥500mV，且Tmax≤55℃；
其中，ΔU单体为电池组中单体电池的电压最高值与电压最低值的差；Tmax为单体电池的最高温度。
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