CN117559613A - 一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统 - Google Patents

一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于串联电池组技术领域，具体公开了一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，包括串联电池组模块；BMS电池管理系统，用于获取所述串联电池组模块的充放电参数；电芯状态模块，用于确定电芯充满时刻和放空时刻；电压‑SOC曲线绘制模块，用于绘制充放电末段参考电压‑SOC曲线；电芯容量计算模块，用于确定各个电芯的实际放电容量；充放电规划模块：用于计算各个电芯放电截止时刻的预留电量和充电截止时刻各个电芯预期电量；均衡策略模块，用于计算各个电芯期望均衡容量和均衡时间。本发明基于充放电截止时刻附近的实时电压曲线计算待均衡容量和待均衡时间，可以精准识别待均衡电芯，有效控制均衡时间，实现最小容量电芯容量尽可能发挥。

Description

一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统
技术领域
本发明属于串联电池组技术领域，特别涉及一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统。
背景技术
电池在制造的过程中，理论上电池的容量都是相同的，但是很多电芯在出厂的时候都存在容量偏差，每个电芯的容量不可能完全一致，并且制造工艺不同也会导致每个电芯的内阻不同，在使用过程中慢慢会导致每个电芯的容量差别越来越大，进而会造成串联成组的电池包内的不同电芯的容量差。
现有技术中，在充电时，将多个电芯串联在一起，当某一个电芯电压达到一定值时，充电结束，会导致容量小的电芯先充满，容量较大的电芯处于未充满状态，并且，在放电时，当某一个电芯的电压达到放电截止电压时，放电结束，虽然最小容量的电芯先充满，但是在放电过程中，最小容量的电芯未必先放空。在实际使用过程中，先充满的电芯和先放空的电芯不能保证是同一个电芯，原因在于每个电芯的工作区间（电压区间）不同，导致整个电池包系统的电能没有完全发挥，出现串联电池包充放电不均衡。
为有效解决该问题，需要对电池系统进行均衡，以降低各个电芯SOC工作区间离散程度。传统的均衡算法是通过设定固定压差阈值来控制均衡开启或关闭，在充放电过程中，若电芯与平均电压或最低电压的偏差大于某一阈值则对该电芯开启均衡，当二者偏差小于结束阈值，均衡停止。这种算法一方面无法精确定位最小容量电芯，实现其容量最大程度发挥；另一方面也无法精准控制均衡时间，若某一电芯出现漏电问题造成电压持续降低，多数电芯都会开启均衡，若电池系统长期未进行工作，最终整个系统都会亏电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统。
本发明提供了一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，包括：
串联电池组模块；
BMS电池管理系统，用于获取所述串联电池组模块的充放电参数以及对所述串联电池组模块进行均衡控制；
电芯状态模块，基于所述充放电参数确定电芯充满时刻和放空时刻，并分别记录各个电芯在充满时刻和放空时刻的电压，以及在充电截止时刻将电芯电压最高的电芯定义为最先充满电芯，在放电截止时刻将电芯电压最低的电芯定义为最先放空电芯；
电压-SOC曲线绘制模块，获取最先放空电芯放电末段的第一特征，计算该放电末段内与所述第一特征相对应的参考SOC，基于第一特征不同时刻的第一子特征以及与所述第一子特征相对应的参考SOC绘制放电末段电压-SOC曲线作为放电末段参考电压-SOC曲线；以及，获取最先充满电芯充电末段的第二特征，计算该放电末段内与所述第二特征相对应的参考SOC，基于第二特征不同时刻第二子特征以及与所述第二子特征相对应的参考SOC绘制充电末段电压-SOC曲线作为充电末段参考电压-SOC曲线；
电芯容量计算模块，确定各个电芯的实际放电容量并确定最小容量电芯；
充放电规划模块：设定放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis ，基于放电末段参考电压-SOC曲线和充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i 以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i ；
均衡策略模块，用于计算各个电芯期望均衡容量Q b_i 和均衡时间T b_i ，并将所述期望均衡容量Q b_i 和均衡时间T b_i 发送至所述BMS电池管理系统对所述串联电池组模块进行均衡控制。
进一步的方案为，所述充放电参数至少包括充放电状态参数State(t)、充放电电流参数I(t)、串联电池组模块SOC参数SOC(t)、电压变化曲线、各个电芯电压参数V_i(t)和充放电安时数Q（t），其中i代表第i个电芯，t代表时刻，所述充放电状态参数State(t)至少包括充电状态、放电状态、待机状态、停机状态。
进一步的方案为，所述电芯状态模块基于所述充放电电流参数I(t)、串联电池组模块SOC参数SOC(t)、充电状态、放电状态确定电芯充满时刻t1和满放时刻t2并记录该时刻各个电芯充满时刻t1电压V_i(t1)和满放时刻t2电压V_i(t2)。
进一步的方案为，所述电压-SOC曲线绘制模块包括放电参考SOC计算单元和充电参考SOC计算单元；
所述放电参考SOC计算单元用于计算放电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
所述充电参考SOC计算单元用于计算充电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
其中，SOC ref_dis (t)为放电末段不同时刻的参考SOC，SOC ref_cha (t)为充电末段不同时刻的参考SOC，t为充放电时刻，Q dis 为放电总容量，Q(t)为实时电芯容量，SOC dis 为放电截止时刻的参考SOC，Q r 为串联电池组模块额定容量，SOC cha 为充电截止时刻的参考SOC，Q cha 为充电总容量。
进一步的方案为，所述电芯容量计算模块包括充放电末端计算单元和实际容量计算单元；
所述充放电末端计算单元基于充放电截止时刻电压利用插值法计算SOC end_cha_i 和SOC end_dis_i ，其中，SOC end_cha_i 为充电末端电量SOC，SOC end_dis_i 为放电末端电量SOC；
所述实际容量计算单元用于计算所述各个电芯的实际最大放电容量Q actual_i ，计算过程为：
。
进一步的方案为，阈值设定单元、放电预期压差计算单元、放电预期电压计算单元、放电预留电量SOC计算单元、充电预期电压计算单元、充电预期压差计算单元； 所述阈值设定单元用于设定放电截止时刻最大期望压差阈值∆Vmax_dis以及充电阶段最大压差阈值∆Vmax_cha；所述放电预期压差计算单元用于计算各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差∆V exp_dis_i ，计算过程为：
；
其中，Qactual为电芯实际容量的向量组Qactual=[Q actual_1, Q actual_2, ......, Q actual_n ]，n为串联电池组模块中串联电芯的总数；max()和min()分别为向量组最大值和最小值；
所述放电预期电压计算单元用于计算各个电芯放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，计算过程为：
；
其中，V(t2)为放电截止时刻各个电芯电压向量组；
所述放电预留电量SOC计算单元通过放电参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i ，以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i ，计算过程为：
；
所述充电预期电压计算单元用于计算充电截止时刻预期电压，通过充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法得出；
所述充电预期压差计算单元用于计算预期充电截止压差∆V exp_cha_i ，计算过程为：
；
其中，V exp_cha_i 为充电截止时刻预期电压，max(V exp_cha )为充电预期电压的最大值。
进一步的方案为，所述均衡策略模块包括均衡容量计算单元和均衡时间计算单元；
所述均衡容量计算单元用于计算均衡容量Q b_i ，计算过程为：
；
所述均衡时间计算单元用于计算均衡时间T b_i ，计算过程为：
；其中，μ为均衡效率，I b 为均衡电流。
进一步的方案为，所述能量均衡预警控制系统还包括动态调整模块，所述动态调整模块用于调整放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis ，调整过程为：若各个电芯预期充电截止压差∆V exp_cha_i 远高于充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ，则对阈值设定单元设定的放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis 进行调整，调整后的放电截止时刻最大期望压差阈值为：
；
公式中K为增益系数，其数值以固定间隔逐步递增，K值更新后均需要重新计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，直至充电截止时刻电芯最大压差回归到∆V max_cha 一定范围内或放电截止最大压差超出允许边界，此时得出的充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i 即为最优的放电截止时刻规划结果。
进一步的方案为，所述能量均衡预警控制系统还包括故障预警模块，用于所述串联电池组模块充放电预警；
所述故障预警模块包括均衡记录单元、漏电判断单元、电芯故障预警单元；
所述均衡记录单元用于记录每次均衡控制的均衡电芯数量和均衡时间；
所述漏电判断单元用于将所述均衡电芯数量和均衡时间分别与预设的均衡数量阈值和均衡时间阈值进行比较，若均衡电芯数量超出均衡数量阈值或均衡时间超出均衡时间阈值，则认为串联电池组模块内部存在漏电电芯，所述漏电判断单元基于最近一次均衡控制前计算的各个电芯容量发挥信息，若容量发挥远小于其他电芯的一个或几个电芯为漏电电芯；
所述电芯故障预警单元将所述漏电电芯的位置发送至所述BMS电池管理系统并发出故障预警。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明基于充放电截止时刻附近的实时电压曲线计算待均衡容量和待均衡时间，可以精准识别待均衡电芯，有效控制均衡时间，实现最小容量电芯容量尽可能发挥，进而保证串联电池组电能最大程度发挥，并可进行漏电电芯识别和故障预警，有利于提升电池系统全生命周期的能量利用效率。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1：串联锂电池组能量均衡预警控制系统原理框图；
图2：本发明均衡控制流程图；
图中：1、串联电池组模块；2、BMS电池管理系统；3、电芯状态模块；4、电压-SOC曲线绘制模块；5、电芯容量计算模块；6、充放电规划模块；7、动态调整模块；8、均衡策略模块；9、故障预警模块；10、放电参考SOC计算单元；11、充电参考SOC计算单元；12、充放电末端计算单元；13、实际容量计算单元；14、阈值设定单元；15、放电预期压差计算单元；16、放电预期电压计算单元；17、放电预留电量SOC计算单元；18、充电预期电压计算单元；19、充电预期压差计算单元；20、均衡容量计算单元；21、均衡时间计算单元；22、均衡记录单元；23、漏电判断单元；24、电芯故障预警单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，目的在于解决现有技术中串联电池组充放电容量和能量利用效率低的问题，由于受“木桶效应”的限制，整个串联电池组的最大放电容量取决于系统中的最小电芯容量，因此，本发明旨在保证最小电芯容量在充电过程中先充满，在放电过程中先放空。基于此，本实施例中均衡控制系统包括：
串联电池组模块1；
BMS电池管理系统2，用于获取所述串联电池组模块1的充放电参数以及对所述串联电池组模块1进行均衡控制；具体的，充放电参数包括充放电状态参数State(t)、充放电电流参数I(t)、串联电池组模块SOC参数SOC(t)、电压变化曲线、各个电芯电压参数V_i(t)和充放电安时数Q（t），其中i代表第i个电芯，t代表时刻，所述充放电状态参数State(t)至少包括充电状态、放电状态、待机状态、停机状态。
电芯状态模块3，基于充放电电流参数I(t)、充放电状态参数State(t)、系统SOC参数SOC(t)判断电芯满充时刻t1和满放时刻t2，置相关标志位并记录电芯满充时刻t1和满放时刻t2各个电芯的电压V_i(t1)和V_i(t2)，以及在充电截止时刻将电芯电压最高的电芯定义为最先充满电芯，在放电截止时刻将电芯电压最低的电芯定义为最先放空电芯；
电压-SOC曲线绘制模块4，获取最先放空电芯放电末段的第一特征，计算该放电末段内与所述第一特征相对应的参考SOC，基于第一特征不同时刻的第一子特征以及与所述第一子特征相对应的参考SOC绘制放电末段电压-SOC曲线作为放电末段参考电压-SOC曲线；以及，获取最先充满电芯充电末段的第二特征，计算该放电末段内与所述第二特征相对应的参考SOC，基于第二特征不同时刻第二子特征以及与所述第二子特征相对应的参考SOC绘制充电末段电压-SOC曲线作为充电末段参考电压-SOC曲线；在本实施例中，最先放空电芯放电末段的第一特征为放电末段的电压变化曲线，可以通过BMS电池管理系统2直接获取，第一子特征为放电末段不同时刻的电压值，通过电压变化曲线获取；最先充满电芯充电末段的第二特征为充电末段的电压变化曲线，同样可以通过BMS电池管理系统2直接获取，第二子特征为充电末段不同时刻的电压值，通过充电末段的电压变化曲线获取；
在上述中，电压-SOC曲线绘制模块4包括放电参考SOC计算单元10和充电参考SOC计算单元11；
所述放电参考SOC计算单元10用于计算放电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
所述充电参考SOC计算单元11用于计算充电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
其中，SOC ref_dis (t)为放电末段不同时刻的参考SOC，SOC ref_cha (t)为充电末段不同时刻的参考SOC，t为充放电时刻，Q dis 为放电总容量，Q(t)为实时电芯容量，SOC dis 为放电截止时刻的参考SOC，Q r 为串联电池组模块额定容量，SOC cha 为充电截止时刻的参考SOC，Q cha 为充电总容量。
电芯容量计算模块5，包括充放电末端计算单元12和实际容量计算单元13；所述充放电末端计算单元12在已知充电末段参考电压-SOC曲线、放电末段参考电压-SOC曲线以及充放电截止时刻电压的基础上，利用插值法计算充电末端电量SOC end_cha_i 和放电末端电量SOC end_dis_i ；所述实际容量计算单元13用于计算所述各个电芯的实际最大放电容量Q actual_i ，计算过程为：
；
充放电规划模块6：设定放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis ，基于放电末段参考电压-SOC曲线和充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i 以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i ；具体地，所述充放电规划模块6包括阈值设定单元14、放电预期压差计算单元15、放电预期电压计算单元16、放电预留电量SOC计算单元17、充电预期电压计算单元18、充电预期压差计算单元19；
所述阈值设定单元14用于设定放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis 以及充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ；
所述放电预期压差计算单元15用于计算各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差∆V exp_dis_i ，计算过程为：
；
；其中，Qactual为电芯实际容量的向量组Qactual=[Q actual_1, Q actual_2, ......, Q actual_n ]，n为串联电池组模块1中串联电芯的总数；max()和min()分别为向量组最大值和最小值；
所述放电预期电压计算单元16用于计算各个电芯放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，计算过程为：
；
其中，V(t2)为放电截止时刻各个电芯电压向量组；
所述放电预留电量SOC计算单元17通过放电参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i ，以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i ，计算过程为：
；
所述充电预期电压计算单元18用于计算充电截止时刻预期电压，通过充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法得出；
所述充电预期压差计算单元19用于计算预期充电截止压差∆V exp_cha_i ，计算过程为：
；
其中，V exp_cha_i 为充电截止时刻预期电压，max(V exp_cha )为充电预期电压的最大值 。
均衡策略模块8，用于计算各个电芯期望均衡容量Q b_i 和均衡时间T b_i ，并将所述期望均衡容量Q b_i 和均衡时间T b_i 发送至所述BMS电池管理系统2对所述串联电池组模块1进行均衡控制，具体地，均衡策略模块8包括均衡容量计算单元20和均衡时间计算单元21；
所述均衡容量计算单元20用于计算均衡容量Q b_i ，计算过程为：
；
所述均衡时间计算单元21用于计算均衡时间T b_i ，计算过程为：
；
其中，μ为均衡效率，I b 为均衡电流。
在本实施例中，若各个电芯预期充电截止压差∆V exp_cha_i 远高于充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ，还需要通过动态调整模块7对阈值设定单元14设定的放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis 进行调整，调整后的放电截止时刻最大期望压差阈值为：
；
公式中K为增益系数，其数值以固定间隔逐步递增，K值更新后均需要重新计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，直至充电截止时刻电芯最大压差回归到∆V max_cha 一定范围内或放电截止最大压差超出允许边界，此时得出的充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i 即为最优的放电截止时刻规划结果，并以此来重新计算期望均衡容量Q b_i 和均衡时间T b_i 。
在此基础上，由于串联电池组模块1采样存在一定的采样误差，不能以一次充放电循环的结果作为最终均衡方案，本实施例中设定每次充放电循环后均衡时间均需要重新计算，降低单次采样误差影响。
本实施例还包括故障预警模块9，用于所述串联电池组模块1充放电预警；
所述故障预警模块9包括均衡记录单元22、漏电判断单元23、电芯故障预警单元24；
所述均衡记录单元22用于记录每次均衡控制的均衡电芯数量和均衡时间；
所述漏电判断单元23用于将所述均衡电芯数量和均衡时间分别与预设的均衡数量阈值和均衡时间阈值进行比较，若均衡电芯数量超出均衡数量阈值或均衡时间超出均衡时间阈值，则认为串联电池组模块1内部存在漏电电芯，所述漏电判断单元23基于最近一次均衡控制前计算的各个电芯容量发挥信息，若容量发挥远小于其他电芯的一个或几个电芯为漏电电芯；
所述电芯故障预警单元24将所述漏电电芯的位置发送至所述BMS电池管理系统2并发出故障预警。并通过CAN通讯反馈给用户，提醒用户尽快更换电芯或进行检修，避免出现能量效率降低和不可控安全风险问题。
实施例2
在实施例的基础上，本实施例提供了一种基于上述串联锂电池组能量均衡控制预警方法，如图2所示，该方法包括：
（1）获取串联电池组模块1参数：通过CAN通讯实时获取每个时刻下串联电池组模块1的充放电状态参数State(t)、充放电电流参数I(t)、系统SOC参数SOC(t)、各个电芯电压参数V_i(t)和充放电安时数Q（t），其中i代表第i个电芯，t代表时刻。
（2）判断充放电截止时刻：根据充放电电流参数I(t)、充放电状态参数State(t)、系统SOC参数SOC(t)判断电芯满充时刻t1和满放时刻t2，置相关标志位并记录该时刻下各个电芯的电压V_i(t1)和V_i(t2)。
（3）确定充放电截止时刻附近参考电压-SOC曲线：假定各个电芯一致性较好，在充放电末端电压曲线的变化趋势近似相同，且在截止时刻附近充放电曲线接近线性变化。放电阶段，以最先放电至截止电压的电芯末端曲线作为参考电压变化曲线，其放电截止时刻的参考SOC为SOC dis ，其余时刻的参考SOC可结合实时放电容量Q(t)、系统额定容量Q r 和放电总容量Q dis 计算得出。在充电阶段，以最先充电至截止电压的电芯末端曲线作为参考电压变化曲线，其充电截止时刻的参考SOC为SOC cha ，其余时刻的参考SOC可结合实时充电容量Q (t)、系统额定容量Q r 和充电总容量Q cha 计算得出，放电末段不同时刻的参考SOC和充电末端不同时刻的参考SOC分别通过放电参考SOC计算单元10和充电参考SOC计算单元11计算得出。
（4）确定各个电芯实际放电容量：在获得参考充放电电压-SOC曲线的基础上，串联电池组模块1中其他电芯的充电末端电量SOC end_cha_i 和放电末端电量SOC end_dis_i 通过充放电末端计算单元12计算得出，
进一步可以通过实际容量计算单元13得出每个电芯的实际最大放电容量Q actual_i 。
（5）规划放电截止时刻各个电芯SOC：整个串联电池系统能够发挥的最大容量为最小容量电芯的容量，将其容量全部发挥即可实现最优状态。在该状态下，最小容量电芯的SOC工作区间为0-100%，而其他电芯由于容量不一致，SOC工作区间也不同，需要对这些电芯的工作区间进行规划。
若所有电芯同步达到放电截止电压，放电截止时刻压差为0，但由于容量不一致，其充电截止时刻压差就会过大，压差过大会导致整个电池系统性能下降，长期可能会导致电池寿命缩短、容量降低、内阻降低等问题。故而需要对放电截止SOC进行合理规划，保证充放电截止时刻压差都在预期范围之内。
在本发明中，通过阈值设定单元14设定了放电截止时刻最大期望压差阈值∆ V max_dis 以及充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ，结合各个电芯容量差可进行各个电芯末端压差规划。各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差∆V exp_dis_i 可由放电预期压差计算单元15计算得出。
根据计算得到的各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差，利用放电预期电压计算单元16得到每个电芯的放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ；进一步可以通过放电预留电量SOC计算单元17计算截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i 。
（6）计算充电截止时刻各个电芯SOC及压差：将各个电芯实际容量、放电预留SOC与串联电池系统能发挥的最大容量结合，通过放电预留电量SOC计算单元17计算各个电芯充电预期电量SOC exp_cha_i 。
各个电芯充电截止时刻的预期电压V exp_cha_i 根据充电预期电压计算单元18计算得出，进而通过充电预期压差计算单元19得出预期充电截止压差。
（7）动态调整放电截止最大期望压差：若各个电芯预期充电截止压差远高于充电阶段设定的最大压差阈值∆V max_cha ，还需要通过动态调整模块7对设定的放电截止最大压差阈值进行调整。
（8）计算均衡时间和均衡容量：根据输出的各个电芯放电截止时刻规划SOC，计算未均衡前各个电芯SOC与规划SOC的偏差，进而利用均衡容量计算单元20出各个电芯期望均衡容量Q b_i ，结合串联电池系统的均衡电流I b 利用均衡时间计算单元21即可计算出均衡时间T b_i 。
（9）均衡开启与漏电电芯故障预警：通过均衡记录单元22记录每次均衡控制的均衡电芯数量和均衡时间；通过漏电判断单元23用于将所述均衡电芯数量和均衡时间分别与预设的均衡数量阈值和均衡时间阈值进行比较，若均衡电芯数量超出均衡数量阈值或均衡时间超出均衡时间阈值，则认为串联电池组模块1内部存在漏电电芯，所述漏电判断单元23基于最近一次均衡控制前计算的各个电芯容量发挥信息，若容量发挥远小于其他电芯的一个或几个电芯为漏电电芯；通过电芯故障预警单元24将所述漏电电芯的位置发送至所述BMS电池管理系统2并发出故障预警，并通过CAN通讯反馈给用户，提醒用户尽快更换电芯或进行检修，避免出现能量效率降低和不可控安全风险问题。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，包括：
串联电池组模块；
BMS电池管理系统，用于获取所述串联电池组模块的充放电参数以及对所述串联电池组模块进行均衡控制；
电芯状态模块，基于所述充放电参数确定电芯充满时刻和放空时刻，并分别记录各个电芯在充满时刻和放空时刻的电压，以及在充电截止时刻将电芯电压最高的电芯定义为最先充满电芯，在放电截止时刻将电芯电压最低的电芯定义为最先放空电芯；
电压-SOC曲线绘制模块，获取最先放空电芯放电末段的第一特征，计算该放电末段内与所述第一特征相对应的参考SOC，基于第一特征不同时刻的第一子特征以及与所述第一子特征相对应的参考SOC绘制放电末段电压-SOC曲线作为放电末段参考电压-SOC曲线；以及，获取最先充满电芯充电末段的第二特征，计算该放电末段内与所述第二特征相对应的参考SOC，基于第二特征不同时刻第二子特征以及与所述第二子特征相对应的参考SOC绘制充电末段电压-SOC曲线作为充电末段参考电压-SOC曲线；
电芯容量计算模块，确定各个电芯的实际放电容量并确定最小容量电芯；
充放电规划模块：设定放电截止时刻最大期望压差阈值，基于放电末段参考电压-SOC曲线和充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC；
均衡策略模块，用于计算各个电芯期望均衡容量和均衡时间，并将所述期望均衡容量和均衡时间发送至所述BMS电池管理系统对所述串联电池组模块进行均衡控制；
故障预警模块，用于所述串联电池组模块充放电预警。
2.根据权利要求1所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述充放电参数至少包括充放电状态参数State(t)、充放电电流参数I(t)、串联电池组模块SOC参数SOC(t)、电压变化曲线、各个电芯电压参数V_i(t)和充放电安时数Q（t），其中i代表第i个电芯，t代表时刻，所述充放电状态参数State(t)至少包括充电状态、放电状态、待机状态、停机状态。
3.根据权利要求2所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述电芯状态模块基于所述充放电电流参数I(t)、串联电池组模块SOC参数SOC(t)、充电状态、放电状态确定电芯充满时刻t1和满放时刻t2并记录该时刻各个电芯充满时刻t1电压V_i (t1)和满放时刻t2电压V_i(t2)。
4.根据权利要求3所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述电压-SOC曲线绘制模块包括放电参考SOC计算单元和充电参考SOC计算单元；
所述放电参考SOC计算单元用于计算放电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
所述充电参考SOC计算单元用于计算充电末段不同时刻的参考SOC，计算过程为：
；
其中，SOC ref_dis (t)为放电末段不同时刻的参考SOC，SOC ref_cha (t)为充电末段不同时刻的参考SOC，t为充放电时刻，Q dis 为放电总容量，Q(t)为实时电芯容量，SOC dis 为放电截止时刻的参考SOC，Q r 为串联电池组模块额定容量，SOC cha 为充电截止时刻的参考SOC，Q cha 为充电总容量。
5.根据权利要求4所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述电芯容量计算模块包括充放电末端计算单元和实际容量计算单元；
所述充放电末端计算单元基于充放电截止时刻电压利用插值法计算SOC end_cha_i 和SOC end_dis_i ，其中，SOC end_cha_i 为充电末端电量SOC，SOC end_dis_i 为放电末端电量SOC；
所述实际容量计算单元用于计算所述各个电芯的实际最大放电容量Q actual_i ，计算过程为：
。
6.根据权利要求5所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述充放电规划模块包括阈值设定单元、放电预期压差计算单元、放电预期电压计算单元、放电预留电量SOC计算单元、充电预期电压计算单元、充电预期压差计算单元；
所述阈值设定单元用于设定放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis 以及充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ；
所述放电预期压差计算单元用于计算各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差∆V exp_dis_i ，计算过程为：
；
其中，Qactual为电芯实际容量的向量组Qactual=[Q actual_1, Q actual_2, ......, Q actual_n ]，n为串联电池组模块中串联电芯的总数；max()和min()分别为向量组最大值和最小值；
所述放电预期电压计算单元用于计算各个电芯放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，计算过程为：
；
其中，V(t2)为放电截止时刻各个电芯电压向量组；
所述放电预留电量SOC计算单元通过放电参考电压-SOC曲线利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的预留电量SOC exp_dis_i ，以及计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i ，计算过程为：
；
所述充电预期电压计算单元用于计算充电截止时刻预期电压，通过充电末段参考电压-SOC曲线利用插值法得出；
所述充电预期压差计算单元用于计算预期充电截止压差∆V exp_cha_i ，计算过程为：
；
其中，V exp_cha_i 为充电截止时刻预期电压，max(V exp_cha )为充电预期电压的最大值。
7.根据权利要求6所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述均衡策略模块包括均衡容量计算单元和均衡时间计算单元；
所述均衡容量计算单元用于计算均衡容量Q b_i ，计算过程为：
；
所述均衡时间计算单元用于计算均衡时间T b_i ，计算过程为：
；
其中，μ为均衡效率，I b 为均衡电流。
8.根据权利要求6所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述能量均衡预警控制系统还包括动态调整模块，所述动态调整模块用于调整放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis ，调整过程为：若各个电芯预期充电截止压差∆V exp_cha_i 远高于充电阶段最大压差阈值∆V max_cha ，则对阈值设定单元设定的放电截止时刻最大期望压差阈值∆V max_dis 进行调整，调整后的放电截止时刻最大期望压差阈值为：
；公式中K为增益系数，其数值以固定间隔逐步递增，K值更新后均需要重新计算充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i ，直至充电截止时刻电芯最大压差回归到∆V max_cha 一定范围内或放电截止最大压差超出允许边界，此时得出的充电截止时刻各个电芯预期电量SOC exp_cha_i 和放电截止时刻的预期电压V exp_dis_i 即为最优的放电截止时刻规划结果。
9.根据权利要求1所述的一种串联锂电池组能量均衡预警控制系统，其特征在于，所述故障预警模块包括均衡记录单元、漏电判断单元、电芯故障预警单元；
所述均衡记录单元用于记录每次均衡控制的均衡电芯数量和均衡时间；
所述漏电判断单元用于将所述均衡电芯数量和均衡时间分别与预设的均衡数量阈值和均衡时间阈值进行比较，若均衡电芯数量超出均衡数量阈值或均衡时间超出均衡时间阈值，则认为串联电池组模块内部存在漏电电芯，所述漏电判断单元基于最近一次均衡控制前计算的各个电芯容量发挥信息，若容量发挥远小于其他电芯的一个或几个电芯为漏电电芯；
所述电芯故障预警单元将所述漏电电芯的位置发送至所述BMS电池管理系统并发出故障预警。
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