[发明专利]一种锂离子电池组均衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池组均衡控制方法，属于新能源研究领域。

背景技术

锂离子电池的突出特点是电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、绿色环保，是大型设备或系统的主要储能器件，作为电能的优质载体，有很广阔的应用前景。通常情况下，驱动纯电动汽车需要的电池电压高达上百伏甚至数百伏，因此必须将多节电池串联起来组成电池组使用。然而，在锂离子电池生产过程中受生产工艺的限制，单体之间存在电压、容量、内阻等的不一致性，即使在同一批锂离子单体电池中随着循环使用次数的增加也会产生不一致性，这样使得电池组在放电过程中无法充分利用，造成容量利用率降低、使用寿命缩短，如果在充放电过程中发生过充、过放及过流现象，会对锂离子电池造成不可逆转的破坏，并可能造成安全事故。从应用层面角度讲，电池管理系统对充分发挥电池性能具有至关重要的意义，高效的电池管理可以使所有单体电池均衡到电池一致性安全范围内，可靠的锂离子电池组均衡控制系统可加速动力电池产业化进程，对于锂离子电池的推广与发展具有重大意义。

现阶段均衡技术的研究主要包括两个方面：一方面是均衡目标的研究，主要是如何建立电池组的一致性评价体系，并以此为依据得出均衡的控制目标；另一方面是均衡电路拓扑的设计，主要是研究均衡的硬件实现方式。其中，均衡目标的选择主要有三种，以电池工作电压为均衡目标简单易实现，但工作电压并不能真实反映电池组工作状态，且受电池内部多种因素影响，均衡效果不稳定；以电池容量为均衡目标的均衡方案还处于仿真阶段；以电池荷电状态(SOC)为均衡目标，该方法依赖于SOC的在线估算精度，由于电压与SOC之间强烈的非线性关系，目前以SOC为均衡目标的精确度还难以保证。对于均衡电路拓扑结构的研究呈现百花齐放的特点，但是还没有方案能够实际应用于电动汽车并完成均衡，所以均衡技术的研究还有待进一步提高和发展。

因此，提出一种将锂离子电池改进的机理模型与电池组均衡控制相结合的方法，实现均衡控制，均衡效果更加准确，延长电池使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统电池组均衡控制中均衡精确度差的问题，本发明提供一种锂离子电池组均衡控制方法。

本发明的一种锂离子电池组均衡控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：对锂离子电池建立单粒子模型；

步骤二：对待均衡控制的电池组中的单体电池施加不同的激励，获取电池的机理参数；

步骤三：检测电池组中各单体电池的状态数据，根据建立的单粒子模型，利用获取的电池机理参数及所述状态数据，计算得到各单体电池的SOC值；

步骤四：根据充电均衡或放电均衡的需求，利用得到各单体电池的SOC值，获得均衡电流和均衡时间；

步骤五：根据获得的均衡电流和均衡时间，利用均衡能量转移电路对电池组内单体电池进行能量均衡控制。

所述步骤一中，单粒子模型包括：

单体电池的开路电势E_ocv满足：

E_ocv＝U_p(y_avg)-U_n(x_avg) (1)

其中，U_p和U_n分别为正、负极开路电势曲线函数，y_avg和x_avg分别表示正、负极活性颗粒内部平均锂离子浓度，为：

y_avg＝y₀+It/Q_p (2)

x_avg＝(1-y_ofs-y_avg)Q_p/Q_n (3)

其中，Q_p和Q_n分别为正极容量和负极容量，I为负载电流，规定放电为正，t为时间，y₀为电池正极初始嵌锂浓度分数，y_ofs为正负极配比偏移；

正极活性颗粒表面锂离子浓度y_surf和负极活性颗粒表面锂离子浓度x_surf分别为：

y_surf＝y_avg+Δy (4)

x_surf＝x_avg-Δx (5)

△y和△x分别表示正、负极的嵌锂率的变化量，△y和△x的迭代计算形式如下：