[发明专利]一种混合动力用锂电池组均衡控制方法

摘要

本发明公开了一种混合动力用锂电池组均衡控制方法。所述均衡控制的目标状态为，所有单体电池在充、放电时同时到达剩余容量(SOC)中间值Sm，SOC中间值Sm可根据应用需求来设置，一般在50％附近，所述均衡控制算法不需要获取每个单体电池的最大可用容量值，仅利用单体电池充放电过程中某一段区间的电压电流特性，分析电池组SOC到达Sm时单体电池SOC与Sm的偏差，以此作为判据，使电池组达到所述均衡目标状态。该均衡判据易获取，适用性强，电池组使用该控制方法可使电池组达到一种理想的均衡目标状态，该目标状态下电池组可用容量损失有效降低，并保证此状态长期稳定。

主权项

1.一种混合动力用锂电池组均衡控制方法，所述的均衡控制方法包括以下步骤:记录所用型号电池的选定数据，所述数据包括：数据(a)，电池组的最大可用容量C0；数据(b)，测试获取，该型号的单体电池在充电过程中，选定端电压随SOC变化急剧区域AC，此区域SOC均值为Sac，该型号单体电池的开路电压值UOac，以恒流Ih充电时，在SOC为Sac处该型号单体电池的端电压为Uhc，在该区域中，端电压Uhc的变化值与SOC的变化值的固定比例值Rhc；数据(c)，测试获取，该型号的单体电池在放电过程中，选定端电压随SOC变化急剧区域AD，此区域SOC均值为Sad，该型号单体电池的开路电压值UOad，以恒流Ih放电时，在SOC为Sad处该型号单体电池的端电压为Uhd，在该区域中，端电压Uhd的变化值与SOC的变化值的固定比例值Rhd；所述方法进一步包括以下步骤：步骤(1)，在电池使用过程中，记录最近ts时间内平均电流Ivs、单体电池的平均端电压Uvn，以及所有单体电池平均端电压的平均值Uvs，等效认为以Ivs恒流充电或者放电时，单体电池的电压为Uvn，电池组中所有的单体电池电压的平均电压为Uvs；步骤(2)，判断电池组是否符合AC区域特征或者AD区域特征，将所有的单体电池电压的平均电压Uvs等效为在以恒流Ih充电或放电的条件下的所有的单体电池电压的平均等效电压为Uvhs，所述是否符合的判断方法为，判断方法(a)，AC区域特征判断方法为，Uvhs大于Uhc，并且Uvhs与Uhc差值在一定范围内，则认为电池组符合AC区域特征，判断方法(b)，AD区域特征判断方法为，Uvhs小于Uhd，并且Uvhs与Uhc差值在一定范围内，则认为电池组符合AD区域特征，在恒流充电、恒流放电下，在某一特定SOC值处，单体电池端电压与开路电压之差(U‑OCV)与I成大致固定的比例，因此在SOC值为Sac时的端电压Uvhs与开路电压UOac之差与恒流充电电流Ih的比值(Uvhs‑UOac)/Ih，与以Ivs恒流充电时的端电压Uvs与开路电压之差与Ivs的比值(Uvs‑UOac)/Ivs相等，即等效为Ih恒流充电的端电压Uvhs＝(Uvs‑UOac)*Ih/Ivs+UOac，同理，在SOC值为Sad时，Ivs恒流放电等效为Ih恒流放电的端电压关系为：Uvhs＝(Uvs‑UOad)*Ih/Ivs+UOad；步骤(3)，当电池在使用中的特性符合步骤(2)所述区域特征时，分别计算在所述区域时单体电池SOC与电池组SOC的差值，在Ivs恒流充电时，单体电压Uvn等效为以Ih充电下的等效电压Uvhn，Uvhn＝(Uvn‑UOac)*Ih/Ivs+UOac，则等效为恒流充电Ih下Uvhn Uvhs之差Uvhn‑Uvhs＝(Uvn‑UOac)*Ih/Ivs+UOac–((Uvs‑UOac)*Ih/Ivs+UOac)＝(Uvn‑Uvs)*Ih/Ivs，同理，在Ivs恒流放电时，Uvhn Uvhs之差Uvhn‑Uvhs＝＝(Uvn‑UOad)*Ih/Ivs+UOad–((Uvs‑UOad)*Ih/Ivs+UOad)＝(Uvn‑Uvs)*Ih/Ivs，充电和放电Uvhn‑Uvhs的计算公式相同，将恒流Ih充电或放电端电压曲线在某SOC附近进行线性等效，则端电压变化值与SOC变化值成比例关系，以Ih恒流充电下，当SOC为Sac时，该比值为Rhc，以Ih恒流放电下，当SOC为Sad时，该比值为Rhd，因此，由充电或放电下电压变化值比SOC变化值等于Rhc或Rhd得到，单体电池SOC与电池组SOC的差值为：单体电池在AC区域恒流充电时与电池组平均SOC偏差值Secn＝(Uvhn‑Uvhs)/Rhc＝(Uvn‑Uvs)*Ih/(Ivs*Rhc)，单体电池在AD区域恒流放电时与电池组平均SOC偏差值Sedn＝(Uvhn‑Uvhs)/Rhd＝(Uvn‑Uvs)*Ih/(Ivs*Rhd)；步骤(4)，在同时获取偏差值Secn和偏差值Sedn后，根据串联电池组中电流相等得知所有单体电池的电量的变化值也相等，得到单体最大可用容量的估算值Cn与SOC变化值的乘积与电池组最大可用容量C0与平均SOC值的变化值乘积相等，则Cn＝(Sac‑Sdc)*C0/((Secn+Sac)‑(Sedn+Sad))，然后计算单体偏离电池组中间值Sm所需均衡电量Qn＝(Secn+Sac‑Sm)*Cn‑(Sac‑Sm)*C0；步骤(5)，根据均衡电量Qn对该单体电池进行能量均衡。