本發(fā)明涉及動力電池均衡控制領(lǐng)域，尤其涉及一種動力電池系統(tǒng)均衡控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

動力電池在運行過程中會逐漸出現(xiàn)一致性差異化，目前針對電池系統(tǒng)出現(xiàn)一致性問題，常見處理措施有人工采用設(shè)備進(jìn)行均衡；另一種就是通過電池管理系統(tǒng)進(jìn)行均衡控制，均衡控制分為兩種，一種為耗散型被動均衡，另一種為主動均衡。

人工采用均衡設(shè)備進(jìn)行均衡會耗費大量人力、財力而且效率低下，整體均衡時間太慢。主動均衡采用芯片設(shè)計要求高，管理系統(tǒng)成本高昂；而傳統(tǒng)的被動均衡在充電末端進(jìn)行，但是被動均衡電流一般50-200mA，在充電末端幾分鐘、或十幾分鐘內(nèi)進(jìn)行，均衡效率太低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種動力電池系統(tǒng)均衡控制方法及系統(tǒng)，目的在于解決現(xiàn)有均衡方式成本高、效率低的問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種動力電池系統(tǒng)均衡控制方法，所述方法包括：

S1、檢測并記錄每個電芯的充電末端電芯電壓；

S2、提取所有充電末端電芯電壓中的最高充電末端電芯電壓，并計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量；

S3、計算所述剩余充電容量的平均值；

S4、根據(jù)S2中每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與S3中所述剩余充電容量的平均值之間的差值控制每個電芯的均衡狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過動力電池系統(tǒng)在充電末端出現(xiàn)的電池剩余充電容量以及電壓差異化，計算動力電池系統(tǒng)平均各個電芯剩余容量，標(biāo)定動力電池系統(tǒng)電芯平均剩余容量，將動力電池系統(tǒng)中高于平均容量的電芯進(jìn)行控制，在下次充放電循環(huán)過程中對高剩余容量電芯耗散放電。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡時間由幾分鐘提高至8至10個小時。相比人工均衡可以大大節(jié)省維護(hù)時間與成本，相比主動均衡，可以簡化電路設(shè)計，大大降低了設(shè)計和生產(chǎn)成本。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述S4包括：

S41、計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與剩余充電容量的平均值之間的差值；

S42、判斷所述差值是否大于或等于預(yù)設(shè)值，如果是，則執(zhí)行S43，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

S43、根據(jù)所述差值以及預(yù)先測量的均衡電流計算每個電芯的目標(biāo)均衡時間；

S44、在下次車輛上電時開始均衡，并在實際均衡時間達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：計算均衡時間，在車輛運行過程中或瑕疵充電過程進(jìn)行均衡，使均衡時間大大延長。

進(jìn)一步，所述S42所述的預(yù)設(shè)值為動力電池系統(tǒng)額定容量的2％至5％。

進(jìn)一步，所述S42所述的預(yù)設(shè)值為動力電池系統(tǒng)額定容量的2％。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：在充電非均衡時，都需要進(jìn)行一致性判定，判定啟動均衡一致性條件為2％，即電池一致性控制在2％以內(nèi)。

進(jìn)一步，所述S44中，當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時重新開啟均衡，并再次對實際均衡時間進(jìn)行檢測，直至達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時停止均衡。。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到計算的均衡時間時重復(fù)進(jìn)行均衡，確保均衡效果達(dá)到最優(yōu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出了一種動力電池系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

電壓檢測模塊，用于檢測并記錄每個電芯的充電末端電芯電壓；

剩余充電容量計算模塊，用于提取所有充電末端電芯電壓中的最高充電末端電芯電壓，并計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量；

平均值計算模塊，用于計算所述剩余充電容量的平均值；

均衡控制模塊，用于根據(jù)剩余充電容量計算模塊中每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與平均值計算模塊中所述剩余充電容量的平均值之間的差值控制每個電芯的均衡狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過動力電池系統(tǒng)在充電末端出現(xiàn)的電池剩余充電容量以及電壓差異化，計算動力電池系統(tǒng)平均各個電芯剩余容量，標(biāo)定動力電池系統(tǒng)電芯平均剩余容量，將動力電池系統(tǒng)中高于平均容量的電芯進(jìn)行控制，在下次充放電循環(huán)過程中對高剩余容量電芯耗散放電。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡時間由幾分鐘提高至8至10個小時。相比人工均衡可以大大節(jié)省維護(hù)時間與成本，相比主動均衡，可以簡化電路設(shè)計，大大降低了設(shè)計和生產(chǎn)成本。

進(jìn)一步，所述均衡控制模塊包括：

差值計算模塊，用于計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與剩余充電容量的平均值之間的差值；

差值判斷模塊，用于判斷所述差值是否大于或等于預(yù)設(shè)值，如果是，則啟動時間計算模塊，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

時間計算模塊，用于根據(jù)所述差值計算模塊獲得的差值以及預(yù)先測量的均衡電流計算每個電芯的目標(biāo)均衡時間；

均衡啟停模塊，用于在下次車輛上電時開始均衡，并在實際均衡時間達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：計算均衡時間，在車輛運行過程中或瑕疵充電過程進(jìn)行均衡，使均衡時間大大延長。

進(jìn)一步，差值判斷模塊所述的預(yù)設(shè)值為動力電池系統(tǒng)額定容量的2％至5％。

進(jìn)一步，差值判斷模塊所述的預(yù)設(shè)值為動力電池系統(tǒng)額定容量的2％。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：在充電非均衡時，都需要進(jìn)行一致性判定，判定啟動均衡一致性條件為2％，即電池一致性控制在2％以內(nèi)。

進(jìn)一步，所述均衡啟停模塊還包括時間檢測模塊，用于當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時重新開啟均衡，并再次對實際均衡時間進(jìn)行檢測，直至達(dá)到目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到計算的均衡時間時重復(fù)進(jìn)行均衡，確保均衡效果達(dá)到最優(yōu)。

附圖說明

圖1為實施例一所述的動力電池系統(tǒng)均衡控制方法的流程圖；

圖2為實施例一所述的步驟S4的流程圖；

圖3為實施例二所述的動力電池系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)的原理圖；

圖4為實施例二所述的均衡控制模塊的原理圖；

圖5為實施例二所述的動力電池系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)的控制流程圖；

圖6為磷酸鐵鋰電芯的充電曲線示意圖；

圖7為充電末端最后時刻電芯電壓分布圖；

圖8為耗散型均衡原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例一

如圖1所示，本實施例提出一種動力電池系統(tǒng)均衡控制方法，所述方法包括：

S1、檢測并記錄每個電芯的充電末端電芯電壓。

具體的，檢測充電末端電芯電壓V₁、V₂……V_n，其中最高電壓為電芯p，1≤p≤n其充電末端電壓為V_p，且對最高電芯p而言，電芯p充電過程中經(jīng)過電壓V₁、V₂……V_p……V_n時刻分別為t₁、t₂、……t_p……t_n，且電池系統(tǒng)額定容量為C₀。

S2、提取所有充電末端電芯電壓中的最高充電末端電芯電壓，并計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量。

具體的，計算V₁、V₂……V_p-1、V_p+1……V_n充電至V_p剩余充電容量，例如，電芯1由電壓V₁充電至V_p剩余充電容量為則電芯i由電壓V_i充電至V_p剩余充電容量為

S3、計算所述剩余充電容量的平均值。

具體的，計算電壓值分別為V₁、V₂……V_p-1、V_p+1……V_n充電至V_p剩余充電容量的平均值

S4、根據(jù)S2中每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與S3中所述剩余充電容量的平均值之間的差值控制每個電芯的均衡狀態(tài)。

具體的如圖2所示：

S41、計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與剩余充電容量的平均值之間的差值；

S42、判斷所述差值是否大于或等于預(yù)設(shè)值，如果是，則執(zhí)行S43，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

S43、根據(jù)所述差值以及預(yù)先測量的均衡電流計算每個電芯的目標(biāo)均衡時間其中I為均衡電流。

S44、在下次車輛上電時開始均衡，并在實際均衡時間達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

利用充電末端電池系統(tǒng)電芯數(shù)據(jù)，計算電池之間剩余容量，并且計算電池平均剩余容量，計算高剩余容量電芯所需均衡時間，對部分電芯進(jìn)行均衡，達(dá)到均衡截止條件時進(jìn)行均衡截止。該截止條件包括了各電芯剩余充電容量與平均剩余充電容量的差值條件，以及判斷實際均衡時間是否達(dá)到了計算獲得的均衡時間，當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到計算獲得的均衡時間時重新開啟均衡，并再次對實際均衡時間進(jìn)行檢測，直至達(dá)到計算獲得的均衡時間時停止均衡。

在充電非均衡時，都需要進(jìn)行一致性判定，判定啟動均衡一致性條件為2％至5％，優(yōu)選的，電池一致性控制在2％以內(nèi)。

本實施例所述方法通過動力電池系統(tǒng)在充電末端出現(xiàn)的電池剩余充電容量以及電壓差異化，計算動力電池系統(tǒng)平均各個電芯剩余容量，標(biāo)定動力電池系統(tǒng)電芯平均剩余容量，將動力電池系統(tǒng)中高于平均容量的電芯進(jìn)行控制，在下次充放電循環(huán)過程中對高剩余容量電芯耗散放電。大大提高了耗散型均衡效率，使原有每天均衡時間由幾分鐘提高至8至10個小時。相比人工均衡可以大大節(jié)省維護(hù)時間與成本，相比主動均衡，可以簡化電路設(shè)計，大大降低了設(shè)計和生產(chǎn)成本。

實施例二

對應(yīng)實施例一，本實施例提出了一種動力電池系統(tǒng)均衡控制系統(tǒng)，如圖3所示，所述系統(tǒng)包括：

電壓檢測模塊，用于檢測并記錄每個電芯的充電末端電芯電壓；

剩余充電容量計算模塊，用于提取所有充電末端電芯電壓中的最高充電末端電芯電壓，并計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量；

平均值計算模塊，用于計算所述剩余充電容量的平均值；

均衡控制模塊，用于根據(jù)剩余充電容量計算模塊中每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與平均值計算模塊中所述剩余充電容量的平均值之間的差值控制每個電芯的均衡狀態(tài)。

具體的，如圖4所示，所述均衡控制模塊包括：

差值計算模塊，用于計算每個電芯由自身的充電末端電芯電壓充電至所述最高充電末端電芯電壓時的剩余充電容量與剩余充電容量的平均值之間的差值；

差值判斷模塊，用于判斷所述差值是否大于或等于預(yù)設(shè)值，如果是，則啟動時間計算模塊，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

時間計算模塊，用于根據(jù)所述差值計算模塊獲得的差值以及預(yù)先測量的均衡電流計算每個電芯的目標(biāo)均衡時間；

均衡啟停模塊，用于在下次車輛上電時開始均衡，并在實際均衡時間達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

所述均衡啟停模塊還包括時間檢測模塊，用于當(dāng)實際均衡時間未達(dá)到所述目標(biāo)均衡時間時重新開啟均衡，并再次對實際均衡時間進(jìn)行檢測，直至達(dá)到目標(biāo)均衡時間時停止均衡。

其中，差值判斷模塊所述的預(yù)設(shè)值為動力電池系統(tǒng)額定容量的2％至5％，優(yōu)選為2％。

具體的，本實施例所述系統(tǒng)在對動力電池系統(tǒng)進(jìn)行均衡控制的過程如圖5所示，：

記錄充電末端電壓值：檢測并記錄充電末端電芯電壓V₁、V₂……V_n，其中最高電壓為電芯p，1≤p≤n其充電末端電壓為V_p，且對最高電芯p而言，電芯p充電過程中經(jīng)過電壓V₁、V₂……V_p……V_n時刻分別為t₁、t₂、……t_p……t_n，且電池系統(tǒng)額定容量為C₀；

計算各電芯充電至最高電壓時充電剩余容量：計算V₁、V₂……V_p-1、V_p+1……V_n充電至V_p剩余充電容量，例如，電芯1由電壓V₁充電至V_p剩余充電容量為則電芯i由電壓V_i充電至V_p剩余充電容量為

計算剩余充電容量平均值：計算電壓值分別為V₁、V₂……V_p-1、V_p+1……V_n充電至V_p剩余充電容量的平均值

判斷C_i與C'之間的差值是否大于等于動力電池系統(tǒng)額定容量的2％；如果是，則進(jìn)行下一步，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

計算均衡時間：根據(jù)C_i與C'之間的差值以及預(yù)先測量的均衡電流計算每個電芯的均衡時間其中I為均衡電流；

判斷車輛當(dāng)前是否處于充電或行駛過程，如果是，則開啟均衡，對電池系統(tǒng)進(jìn)行均衡，如果否，則退出均衡控制且均衡系統(tǒng)無動作；

判斷實際均衡時間是否達(dá)到計算均衡時間，如果是，則關(guān)閉均衡，均衡控制結(jié)束，如果否，則重新開啟均衡，直至實際均衡時間達(dá)到計算均衡時間。

如圖6所示為磷酸鐵鋰電芯在本實施例所述系統(tǒng)中進(jìn)行充電曲線，可以看出電芯進(jìn)行充電過程中充電曲線是相同的，但是出現(xiàn)曲線左右平移現(xiàn)象，此現(xiàn)象即為電池出現(xiàn)一致性差異導(dǎo)致。若通過管理系統(tǒng)對部分電芯進(jìn)行均衡，使高SOC狀態(tài)電芯電量適當(dāng)通過旁路電阻進(jìn)行消耗，達(dá)到系統(tǒng)一致性要求。

如圖7所示為充電末端最后時刻電芯電壓分布圖，可以看出電芯電壓呈現(xiàn)散亂狀態(tài)，需要計算每支電芯與最高電壓電芯的剩余充電容量，通過均衡電路將高SOC電芯進(jìn)行放電至平均容量。

如圖8所示為耗散型均衡原理圖，其中均衡電路的開關(guān)狀態(tài)由MOS管控制，且有一個固定電阻，使均衡過程中通過電阻額外消耗高SOC狀態(tài)的電芯能量，使電池一致性增加，電池系統(tǒng)可用電量增加，進(jìn)而提高車輛續(xù)航里程。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。