一种混合动力用锂电池组均衡控制方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力用锂电池组均衡控制方法
本专利技术设计一种混合动力用锂电池组均衡控制方法，具体涉及混合动力用多串联锂电池组一致性的控制方法，本控制方法可使电池组达到一种稳定的均衡状态，尽可能减小锂电池组可用容量损失。
技术介绍
由于材料特性、制造工艺、使用工况、老化衰退的原因，锂电池串联成组后，随着使用次数的增加，单体电池的容量、剩余电量和内阻都出现了差异并逐步扩大，导致锂电池组性能衰退。业内提出了多种均衡方法，但没有针对混合动力锂电池特点实施相应的均衡方法，导致混合动力锂电池组一致性状态不符合使用需求。混合动力用锂电池组的特点为，锂电池组剩余容量工作在50％附近，几乎不会工作在充电截止点或放电截止点。混合动力用锂电池组一致性不能依据充电截止点和放电截止点的数据来调整，并且剩余容量在50％附近时电池端电压变化微弱，不能以端电压来判断电池一致性，因此混合动力锂电池组缺乏一致性判定标准和有效的调整方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供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。所述的均衡控制方法为，根据单体电池充电末端附近电压急剧变化区间的端电压数据，计算充电时各单体电池SOC与电池组SOC的差值，根据单体电池放电末端附近电压急剧变化区间的端电压数据，计算放电时各单体电池SOC与电池组SOC的差值，然后综合上述两个差值，计算得到单体电池SOC在电池组SOC到达中间值Sm时与Sm的差值Se，利用所述差值Se计算均衡电量Qo，根据所述均衡电量对各单体电池进行均衡，如此循环执行，所述的控制方法为一个闭环控制的算法，因此对所述均衡电量Qo的准确性要求不高，允许存在一定误差，但要求Qo要小于均衡电量真实理论值，保证闭环控制系统的稳定性。所述的均衡控制方法需要利用所用型号电池的制定数据，数据可实测获得，可由生产厂家提供，也可由均衡控制器在线辨识，数据包括：数据(a)，电池组的最大可用容量C0，该数据可不更新；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(b)可不更新；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，数据(c)可不更新。以串联电池组中的一个单体电池为例，实现单个电池的均衡控制的步骤为：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，经过大量实验研究证明，在一段时间内，平均电流和平均电压关系大致等同于恒流充电、放电时电流和电压的关系，因此，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，在大量实验研究中发现，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UvhnUvhs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，UvhnUvhs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。为保证均衡电量Qn不大于理论的真实均衡电量，执行均衡电量Qon＝Qn*h，系数h小于1大于0，具体值根据工程调试确定，当Qon大于充电均衡阈值Qc并且小于放电均衡阈值-Qd，则执行均衡，均衡电量为Qon，均衡可选择在充电和放电的任意阶段执行。所述的步骤(4)中，如果(Sa本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓磊，李小谦，孔祥伟，吴浩伟，魏华，蔡凯，姜波，李锐，李可维，李鹏，蔡久青，汪文涛，吴钫，金翔，方芸，徐正喜，陈涛，罗伟，耿攀，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42