一种动力电池模组均衡系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种动力电池模组均衡系统及其控制方法，当需要进行均衡时，均衡控制模块通过电池单体的电压巡检数据和串联电池模组的容量，计算通过串联电池模组的电流，进而确定电池单体的SOC，电池单体SOC最大值SOC

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池模组均衡系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电动汽车
，具体涉及一种动力电池模组均衡系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]动力电池是电动汽车主要的能量载体和动力来源，也是电动汽车重要的组成部件。动力电池包内包含成百上千的电池单体，制造过程中难免存在内阻和容量等不一致，加上在使用过程中电池模组内单体与电池模组间因温度等条件的不同，导致电池单体以及电池模组间电压和容量的不一致性，这些不一致性造成能量或电压最小的单体限制了电池包容量，减小其容量利用效率，甚至于大大削弱电池包的可放电容量。
[0003]针对这一个问题，电动汽车动力电池包一般配置有均衡控制模块，目前主要有主动均衡和被动均衡两种方法。前者进行能量转移，而后者将高能量电池单体的多余电量以热能的方式消耗掉，以达到均衡的目的。主动均衡在串联电池之间设置有复杂的控制电路，通常以电感和电容等作为能量中转站，通过控制相关电路的依次导通，即可实现能量从高能量电池向电容或电感、电容或电感，再向低能量电池转移的过程，但能量转移过程并非一蹴而就，且能量流需要在无关电池内部流动；因此，该种方式均衡时间较长、效率不高。而被动均衡则没有复杂的能量转移电路与控制流程，以“向低看齐”为目标，通过接通高能量电池的均衡电路，将多余能量以热能方式耗散，其主要缺点是能量白白流失(当电池不一致性较差时能量散失很大)、均衡期间会产热。
[0004]综上所述，主动均衡电路与控制流程复杂，难以实现快速均衡，均衡效率不高；被动均衡在老化的电池包上能量散失更为严重。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种动力电池模组均衡系统及其控制方法，有助于提升整个电池包的能量利用率。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种动力电池模组均衡系统的控制方法，具体为：
[0008]均衡控制模块判断电池单体之间的最大电压差值是否大于所设置的电压阈值，若否，则均衡结束，否则根据当前各电池单体电压巡检数据和串联电池模组的容量，估算通过电池模组的电流值；
[0009]基于所述通过电池模组的电流值确定电池单体的SOC，电池单体SOC最大值SOC
max
分别与其余电池单体作差，判定需进行均衡补电的电池单体，根据均衡补电时间对需要均衡补电的电池单体分别进行补电；
[0010]所述通过电池模组的电流值为其中第i个电池单体k时刻电流的修正估计值表示第i个电池单体k时刻电流的修正
估计值，表示第i个电池单体k时刻电流的先验估计值，K
t
为卡尔曼增益，U
i,oc
表示第i个电池单体的开路电压，R
i,0
表示第i个电池单体的欧姆内阻，U
i,1,k
表示第i个电池单体的Thevenin等效电路模型在k时刻的R1C1环路的电压，U
i,t,k
表示第i个电池单体在k时刻的端电压；
[0011]所述均衡补电时间即为开关选择控制电路相应端口的闭合时间，其中：C
n
为电池模组的容量，C
c
为所设定的补电倍率，ΔSOC
j
为所述SOC
max
分别与其余电池单体的差值。
[0012]进一步地，当ΔSOC
j
＞2％，判定当前电池单体需进行均衡补电。
[0013]进一步地，所述电压巡检数据是在电池模组的温度处于15℃
‑
40℃之间时，电压检测模块持续对各个电池单体进行电压巡检得到的。
[0014]进一步地，估算通过电池模组电流值的状态方程和量测方程为：
[0015][0016]其中：I
i,k
表示第i个电池单体k时刻电流，U
i,oc,k
‑1表示第i个电池单体在k
‑
1时刻的开路电压，U
i,t,k
‑1表示第i个电池单体在k
‑
1时刻的端电压，U
i,1,k
‑1表示第i个电池单体的Thevenin等效电路模型在k
‑
1时刻的R1C1环路的电压，Q为过程噪声，ΔR
i,0
表示第i个电池单体与端电压最低电池单体的欧姆内阻R0差值，U
i,t,k
表示第i个电池单体在k时刻的端电压，U
min,t,k
‑1表示端电压最低电池单体在k
‑
1时刻的端电压，R
i,0
表示第i个电池单体的欧姆内阻。
[0017]进一步地，所述电压阈值为0.01V。
[0018]进一步地，所述通过电池模组的电流值是在各电池单体电流值的最大差值小于所设置的电流阈值时确定的，所述电流阈值为1mA。
[0019]一种动力电池模组均衡系统，包括串联通信连接的电压检测模块、电池管理系统、均衡控制模块以及开关选择控制电路，所述开关选择控制电路与串联电池模组电连接，所述开关选择控制电路还通过均衡端口与均衡降压DC/DC电连接，均衡降压DC/DC与超级电容器电连接，电池管理系统还与温度传感器通信连接，温度传感器贴附于每一个电池单体上。
[0020]上述技术方案中，所述均衡降压DC/DC与均衡端口﹢连接的线路上设有限流器。
[0021]上述技术方案中，所述超级电容器替换为小型蓄电池或飞轮电池或充电机或燃料电池。
[0022]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过各电池单体电压巡检数据和串联电池模组的容量，估算通过电池模组的电流值，进而确定电池单体的SOC，电池单体SOC最大值SOC
max
分别与其余电池单体作差，判定需进行均衡补电的电池单体，根据均衡补电时间对需要均衡补电的电池单体分别进行补电；本专利技术无需检测串联电池模组的电流，尤其是在多个电池模组的情况下简化了检测电路，避免电流测量的累计误差对SOC计算的影响，抗环境因素干扰能力更强；另外，根据电池单体SOC和电池模组容量对最低能量电池单体进行均衡补电，提高了均衡补电的准确性和均衡效率并大大降低了能量的损耗。
附图说明
[0023]图1为本专利技术所述动力电池模组均衡系统框图；
[0024]图2为本专利技术所述动力电池模组均衡系统的控制方法流程图；
[0025]图3为本专利技术所述Thevenin等效电路模型图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0027]如图1所示，本专利技术一种动力电池模组均衡系统，包括串联电池模组、电池管理系统、均衡控制模块、超级电容器、均衡降压DC/DC、电压检测模块、开关选择控制电路、限流器以及温度传感器；串联电池模组与开关选择控制电路的端口电连接，具体的，每个电池单体正负极分别与开关选择控制电路相邻的端口电连接；开关选择控制电路通过均衡端口与均衡降压DC/DC电连接，均衡降压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池模组均衡系统的控制方法，其特征在于：均衡控制模块判断电池单体之间的最大电压差值是否大于所设置的电压阈值，若否，则均衡结束，否则根据当前各电池单体电压巡检数据和串联电池模组的容量，估算通过电池模组的电流值；基于所述通过电池模组的电流值确定电池单体的SOC，电池单体SOC最大值SOC
max
分别与其余电池单体作差，判定需进行均衡补电的电池单体，根据均衡补电时间对需要均衡补电的电池单体分别进行补电；所述通过电池模组的电流值为其中第i个电池单体k时刻电流的修正估计值计值表示第i个电池单体k时刻电流的修正估计值，表示第i个电池单体k时刻电流的先验估计值，K
t
为卡尔曼增益，U
i,oc
表示第i个电池单体的开路电压，R
i,0
表示第i个电池单体的欧姆内阻，U
i,1,k
表示第i个电池单体的Thevenin等效电路模型在k时刻的R1C1环路的电压，U
i,t,k
表示第i个电池单体在k时刻的端电压；所述均衡补电时间即为开关选择控制电路相应端口的闭合时间，其中：C
n
为电池模组的容量，C
c
为所设定的补电倍率，ΔSOC
j
为所述SOC
max
分别与其余电池单体的差值。2.根据权利要求1所述的动力电池模组均衡系统的控制方法，其特征在于，当ΔSOC
j
＞2％，判定当前电池单体需进行均衡补电。3.根据权利要求1所述的动力电池模组均衡系统的控制方法，其特征在于，所述电压巡检数据是在电池模组的温度处于15℃
‑
40℃之间时，电压检测模块持续对各个电池单体进行电压巡检得到的。4.根据权利要求1所述的动力电池模组均衡系统的控制方法，其特征在于，估算通过电池模组电流值的状态方程和量测方程为：其中：I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志刚，金英洁，盘朝奉，郭晓丹，倪祥淦，张香港，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：