一种锂离子电池组主动均衡控制方法技术

本发明专利技术属于电动汽车技术领域，具体涉及一种锂离子电池组主动均衡控制方法，针对大部分主动均衡电路，采用三阈值和中断均衡控制策略，其中三阈值均衡不仅仅包含传统控制策略中的动作阈值，还包含预动作阈值和结束阈值。通过预测处于预动作阈值和动作阈值之间的单体电池在下一段时间的状态，适当调整其均衡阈值。在三阈值均衡控制策略无法照顾到的情形下，启动中断均衡控制策略，允许电池在均衡过程中被中断。使用三阈值和中断均衡控制策略，能够在不改变电路拓扑结构，不加大均衡电流的前提下，尽量避免均衡时间重叠的情况发生。

An active equalization control method for Li ion battery pack

The invention belongs to the technical field of electric vehicles, in particular relates to an active equalization control method for lithium-ion battery packs. For most active equalization circuits, a three-threshold and interrupt equalization control strategy is adopted, in which the three-threshold equalization includes not only the action threshold in the traditional control strategy, but also the pre-action threshold and the end threshold. Value. By predicting the state of the cell between the pre-action threshold and the action threshold in the next period of time, the equilibrium threshold is adjusted appropriately. When the three-threshold equalization control strategy can not take into account, the interrupt equalization control strategy is started to allow the battery to be interrupted in the equalization process. Using the three threshold and interrupt equalization control strategy, the overlap of equalization time can be avoided as far as possible without changing the circuit topology and increasing the equalization current.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池组主动均衡控制方法
本专利技术属于电动汽车
，具体涉及一种锂离子电池组主动均衡控制方法。
技术介绍
与传统汽车相比，电动汽车具有很多优点，比如：无污染，噪音小，效率高等，所以，这些年来电动汽车得到大家的青睐，发展势头很迅猛，而动力电池技术是约束电动汽车发展的一个瓶颈。目前，电动汽车车载动力电池组普遍采用锂电池组。在电动汽车电池组中，需要将大量单体电池串并联以提高电池组电压和容量，满足电动汽车需求。单体电池之间工艺和性能在出厂时会存在些许差别。在使用过程中这种差异会逐渐放大，可能导致过充电和过放电的情况，这会对电池造成很大损伤，甚至可能导致爆炸引发安全事故。配备良好的均衡系统可以减小单体之间的差异性，有效的保证锂电池组安全可靠的运行。为了减小锂电池组单体电池之间的差异，从而增加锂电池组的循环使用次数以及防止意外事故的发生，有必要设计有效的均衡控制方法来缩小单体电池间的差异性，从而保障电动汽车能够安全使用。较多的主动均衡电路存在同一时刻均衡器只能对单节电池进行均衡的问题，可能会出现电池达到动作阈值而无法为其均衡的情况。在电池处于等待均衡的时间内，其情况可能会更加恶化，这会降低电池组的使用寿命。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池组主动均衡控制方法，在不改变均衡拓扑结构，不加大均衡电流的情况下，避免出现均衡时间重叠的情况。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，采用三阈值及中断均衡控制策略，其中三阈值不仅包含传统控制策略中的动作阈值，还包含预动作阈值和结束阈值，所述控制方法包含以下步骤：(1)计算出各单体电池在电池组进行均衡时SOC变化率与平均值的差值，记为单体电池SOC相对变换率；(2)计算出各单体电池SOC与平均SOC的差值，记为单体电池SOC偏移量；(3)对于SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，计算最大SOC偏移量的电池在此时刻均衡至结束阈值这段时间内，是否会有其余电池达到动作阈值，根据设定的均衡系数，动态地改变最大SOC偏移量的单体电池均衡阈值；(4)当电池组中单体电池SOC偏移量分布较为集中，导致三阈值均衡控制策略无法较好地进行均衡时，启动中断均衡控制策略；当某单体电池处于均衡状态时，另一节电池到达动作阈值，此时中断正在均衡的电池的均衡过程，为达到动作阈值的电池进行均衡；均衡完毕后对被中断的电池进行均衡；均衡过程中允许嵌套。进一步地，所述单体电池SOC相对变化率，所测值是基于电池组处于均衡状态，而且只需要一段时间更新一次，不需要每次均衡时读取。进一步地，所述预动作阈值，其值处于动作阈值与结束阈值之间。进一步地，所述结束阈值，其值不小于动作阈值的20％。进一步地，所述均衡阈值，其值小于或等于设定的动作阈值。进一步地，所述中断均衡，其可以让均衡器中断任意电池的均衡过程。进一步地，所述方法具体实施过程包括：首先需要计算各单体电池SOC相对变化率，即Di，如式(1)所示：其中di和分别是在电池组处于均衡状态时，各单体电池SOC以及电池组平均SOC变化率，可分别由式(2)和式(3)求出：式(3)中为电池组SOC的平均值，可由式(4)计算：式(4)中n为电池组中单体电池个数；接着求出各单体电池SOC偏移量，由式(5)可以计算：对电池组中单体电池SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，取最大SOC偏移量，记为△SOCmax，此时对该电池进行均衡，所需时间为：其中SOCoff为结束阈值，Ie为均衡电流，而对仅次于最大SOC偏移量的电池，其达到动作阈值所需时间为：其中SOCset为动作阈值，取均衡系数k，其中0<k<1，当电池处于预动作区而满足式(8)时，需要对相应的电池进行均衡：Te≥kTa(8)当使用中断均衡时，对于正在均衡的电池i，将其均衡至结束阈值所需时间为：在这段时间内，第j节电池达到动作阈值，由于此时第i节电池的SOC偏移量必小于第j节电池的SOC偏移量，中断第i节电池的均衡过程，为第j节电池进行均衡，如果在对第j节电池均衡的过程中还有其它电池达到动作阈值，中断对第j节电池的均衡，为达到动作阈值的电池进行均衡，均衡完毕后，将从后往前依次为被中断的电池进行均衡；由知三阈值及中断均衡控制策略的使用条件如式（11）所示：当满足式(11)时，经过一段时间，各单体电池将会被均衡至设定值附近。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：使用三阈值和中断均衡控制策略，能够在不改变电路拓扑结构，不加大均衡电流的前提下，较好地解决电池组均衡时出现均衡时间重叠的问题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。图1是三阈值均衡控制策略示意图。图2是使用三阈值和中断均衡控制策略时的运行流程图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种针对大部分主动均衡电路的三阈值和中断均衡控制策略，其中三阈值均衡不仅仅包含传统控制策略中的动作阈值，还包含预动作阈值和结束阈值。通过预测处于预动作阈值和动作阈值之间的单体电池在下一段时间的状态，适当调整其均衡阈值。在三阈值均衡控制策略无法照顾到的情形下，启动中断均衡控制策略，允许电池在均衡过程中被中断。所述控制方法包含如下步骤：(1)计算出各单体电池在电池组进行均衡时SOC(stateofcharge)变化率与平均值的差值，记为单体电池SOC相对变换率。(2)计算出各单体电池SOC与平均SOC的差值，记为单体电池SOC偏移量。(3)对于SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，计算最大SOC偏移量的电池在此时刻均衡至结束阈值这段时间内，是否会有其余电池达到动作阈值。根据设定的均衡系数，动态地改变最大SOC偏移量的单体电池均衡阈值。(4)当电池组中单体电池SOC偏移量分布较为集中，导致三阈值均衡控制策略无法较好地进行均衡时，启动中断均衡控制策略。当某单体电池处于均衡状态，另一节电池到达动作阈值时，此时中断正在均衡的电池的均衡过程，为达到动作阈值的电池进行均衡。均衡完毕后对被中断的电池进行均衡。均衡过程中允许嵌套。所述的单体电池SOC相对变化率，所测值是基于电池组处于均衡状态，而且只需要一段时间更新一次，不需要每次均衡时读取。所述的预动作阈值，其值处于动作阈值与结束阈值之间。所述的结束阈值，其值不小于动作阈值的20％。所述的均衡阈值，其值小于或等于设定的动作阈值。所述的中断均衡，其可以让均衡器中断任意电池的均衡过程。如图2所示，首先需要计算各单体电池SOC相对变化率，即Di。如式(1)所示。其中di和分别是在电池组处于均衡状态时，各单体电池SOC以及电池组平均SOC变化率，可分别由式(2)和式(3)求出。式(3)中为电池组SOC的平均值，可由式(4)计算。式(4)中n为电池组中单体电池个数。接着求出各单体电池SOC偏移量，由式(5)可以计算。对电池组中单体电池SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，取最大SOC偏移量，记为△SOCmax。此时对该电池进行均衡，所需时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，采用三阈值及中断均衡控制策略，其中三阈值不仅包含传统控制策略中的动作阈值，还包含预动作阈值和结束阈值，所述控制方法包含以下步骤：(1)计算出各单体电池在电池组进行均衡时SOC变化率与平均值的差值，记为单体电池SOC相对变换率；(2)计算出各单体电池SOC与平均SOC的差值，记为单体电池SOC偏移量；(3)对于SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，计算最大SOC偏移量的电池在此时刻均衡至结束阈值这段时间内，是否会有其余电池达到动作阈值，根据设定的均衡系数，动态地改变最大SOC偏移量的单体电池均衡阈值；(4)当电池组中单体电池SOC偏移量分布较为集中，导致三阈值均衡控制策略无法较好地进行均衡时，启动中断均衡控制策略；当某单体电池处于均衡状态时，另一节电池到达动作阈值，此时中断正在均衡的电池的均衡过程，为达到动作阈值的电池进行均衡；均衡完毕后对被中断的电池进行均衡；均衡过程中允许嵌套。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，采用三阈值及中断均衡控制策略，其中三阈值不仅包含传统控制策略中的动作阈值，还包含预动作阈值和结束阈值，所述控制方法包含以下步骤：(1)计算出各单体电池在电池组进行均衡时SOC变化率与平均值的差值，记为单体电池SOC相对变换率；(2)计算出各单体电池SOC与平均SOC的差值，记为单体电池SOC偏移量；(3)对于SOC偏移量达到预动作阈值而未达到动作阈值的电池，计算最大SOC偏移量的电池在此时刻均衡至结束阈值这段时间内，是否会有其余电池达到动作阈值，根据设定的均衡系数，动态地改变最大SOC偏移量的单体电池均衡阈值；(4)当电池组中单体电池SOC偏移量分布较为集中，导致三阈值均衡控制策略无法较好地进行均衡时，启动中断均衡控制策略；当某单体电池处于均衡状态时，另一节电池到达动作阈值，此时中断正在均衡的电池的均衡过程，为达到动作阈值的电池进行均衡；均衡完毕后对被中断的电池进行均衡；均衡过程中允许嵌套。2.根据权利要求1所述的锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，所述单体电池SOC相对变化率，所测值是基于电池组处于均衡状态，而且只需要一段时间更新一次，不需要每次均衡时读取。3.根据权利要求1所述的锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，所述预动作阈值，其值处于动作阈值与结束阈值之间。4.根据权利要求1所述的锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，所述结束阈值，其值不小于动作阈值的20％。5.根据权利要求1所述的锂离子电池组主动均衡控制方法，其特征在于，所述均衡阈值，其值小于或等于设定的动作阈值。6.根据权利要求1所述的锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴铁洲，纪锋，廖力，徐元中，石肖，高媚，谢建武，熊金龙，杜炘宇，郝山，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42