一种三元锂-磷酸铁锂混合电池组均衡方法技术

本发明专利技术公开了三元锂

【技术实现步骤摘要】
一种三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法


[0001]本专利技术涉及电池管理系统
，具体涉及一种三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法。

技术介绍

[0002]可进行梯次利用、可持续性更高且制造碳排放更低的磷酸铁锂电芯将进一步在电动汽车和电网储能上得到广泛应用。但磷酸铁锂电池相比于三元锂电池仍存在能量密度和低温性能等方面的不足，并且当前电池组都是以单一电芯组成，不能充分发挥各体系电池优势。然而，在合理的构型匹配和管理下三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组可以有效降低热蔓延风险，调和成本和能量密度，综合发挥两种电芯的各自优势，因而有望替代两种纯电池组。
[0003]但是，值得注意的是，两种不同体系的电池单体，其自放电率、老化速率等特性各不相同，若不进行相应修正措施，在混合电池组的长期使用过程中，其构型因异型电芯间的电量差异发生改变，导致混合电池组可用能量衰减，严重影响用户体验。
[0004]为此，针对异型电芯差异性，提出异型差异状态观测器，通过长周期间歇性反馈混合电池组异型电芯充电电量差异，结合均衡算法调整构型的容量电量匹配来实现稳定或较少衰减的能量输出期待。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法。
[0006]本专利技术提供了一种三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法，具有这样的特征，混合电池组包含N个三元锂电池单体和N个磷酸铁锂电池单体，三元锂电池单体和磷酸铁锂电池单体彼此串联，包括以下步骤：步骤1，在充电过程中，为两种体系的电池分别设定电压阈值 U
T_NCM
和U
T_LFP
；步骤2，当两种体系电池的每个单体充电电压U
NCM，i
和U
LFP，i
分别大于或等于各体系电压阈值U
T_NCM
和U
T_LFP
时，开始计算单体的充电电流积分直至充电结束，得到此时两种体系的每个电池单体对应的充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
；步骤3，分别选取两种体系电池中充电电量最小的单体，使其对应的充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
作差，获得异型电芯充电电量差异Q
D
，并将其作为混合电池组异型电芯均衡的控制目标，在下一次充电结束时进行充电电量差异迭代，得到迭代结果；步骤4，将迭代结果作为目标均衡放电电量Q
E
；步骤5，根据异型差异状态观测器反馈异型电芯充电电量差异Q
D
的估计，判断异型电芯是否因自然演变导致其充电电量差异Q
D
增加或减小；步骤6，将目标均衡放电电量Q
E
与对应电池体系的均衡电阻在每个采样周期Δt 的放电均衡电量进行差值迭代；步骤7，根据差值与设定值Q
d
的对比，判断混合电池组是否进行异型电芯均衡操作，从而控制均衡控制器的开启或闭合。
[0007]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，在设置电压阈值U
T_NCM
和U
T_LFP
时，由于两种体系电池单体的上下限截止电压范围不同，因此需要分别监控各体系单体充电电压，故三元锂电池和磷酸铁锂电池分
别选取部分充电电压曲线，磷酸铁锂电池体系的设定标准在平台期之后。
[0008]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，通过电流积分来估计充电电量 Q
NCM，i
和Q
LFP，i
；若电池组充电结束时混合电池组中三元锂单体到达阈值，则表示为：
[0009][0010]若电池组充电结束时混合电池组中磷酸铁锂单体到达阈值，则表示为：
[0011][0012]式中，I是电池组充电电流，t
e
为混合电池组充电结束时刻，t
N，s
、t
L，s
分别为三元锂与磷酸铁锂电压阈值所对应的时刻，Q
NCM，i
为第i个三元锂单体充电电量，Q
LFP，i
为第i个磷酸铁锂单体充电电量。
[0013]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，混合电池组的均衡类型包括同型电芯均衡和异型电芯均衡。
[0014]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，对于同型电芯均衡，采用剩余充电电量一致的均衡算法进行均衡通道的控制。
[0015]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，对于异型电芯均衡，控制过程为：分别选取两种体系电池中充电电量最小的单体，使其对应的充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
作差，其值表示为：
[0016]Q
D
＝min(Q
LFP，i
)
‑
min(Q
NCM，i
)
[0017]式中，min(Q
LFP，i
)是混合电池组中充电电量最小的磷酸铁锂单体，min(Q
NCM，i
)是混合电池组中充电电量最小的三元锂单体，Q
D
是异型电芯的充电电量差异。
[0018]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，异型电芯的充电电量差异迭代的过程表示为：
[0019]Q
e
＝Q
D，0
‑
Q
D，i
[0020]式中，Q
D，0
是混合电池组原始构型下异型电芯的初始充电电量差异， Q
D，i
是异型电芯间第i次充电结束时所记录的充电电量差异，Q
e
是异型电芯的理论目标均衡电量，为防止过均衡的产生，需选取防过均衡系数K，且K＜1，即目标均衡放电电量Q
E
为：
[0021]Q
E
＝KQ
e
。
[0022]在本专利技术提供的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，自然演变为：在实际情况下，由于串联混合电池组内各单体的电量变化并不完全一致，并且三元锂电池体系与磷酸铁锂电池体系的自放电率、老化速率等特性各不相同，因此各体系电池呈现出不同的衰减速率，故导致异型电芯间充电电量差异Q
D
增加或减小。
[0023]在本专利技术提供的三元锂
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法，其特征在于，所述混合电池组包含N个三元锂电池单体和N个磷酸铁锂电池单体，所述三元锂电池单体和所述磷酸铁锂电池单体彼此串联，包括以下步骤：步骤1，在充电过程中，为两种体系的电池分别设定电压阈值U
T_NCM
和U
T_LFP
；步骤2，当两种体系电池的每个单体充电电压U
NCM，i
和U
LFP，i
分别大于或等于各体系电压阈值U
T_NCM
和U
T_LFP
时，开始计算单体的充电电流积分直至充电结束，得到此时两种体系的每个电池单体对应的充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
；步骤3，分别选取两种体系电池中充电电量最小的单体，使其对应的充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
作差，获得异型电芯充电电量差异Q
D
，并将其作为混合电池组异型电芯均衡的控制目标，在下一次充电结束时进行充电电量差异迭代，得到迭代结果；步骤4，将所述迭代结果作为目标均衡放电电量Q
E
；步骤5，根据异型差异状态观测器反馈所述异型电芯充电电量差异Q
D
的估计，判断异型电芯是否因自然演变导致其充电电量差异Q
D
增加或减小；步骤6，将所述目标均衡放电电量Q
E
与对应电池体系的均衡电阻在每个采样周期Δt的放电均衡电量进行差值迭代；步骤7，根据所述差值与设定值Q
d
的对比，判断混合电池组是否进行异型电芯均衡操作，从而控制均衡控制器的开启或闭合。2.根据权利要求1所述的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法，其特征在于：其中，步骤1中，在设置所述电压阈值U
T_NCM
和U
T_LFP
时，由于两种体系电池单体的上下限截止电压范围不同，因此需要分别监控各体系单体充电电压，故三元锂电池和磷酸铁锂电池分别选取部分充电电压曲线，磷酸铁锂电池体系的设定标准在平台期之后。3.根据权利要求1所述的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法，其特征在于：其中，步骤2中，通过电流积分来估计所述充电电量Q
NCM，i
和Q
LFP，i
：若电池组充电结束时混合电池组中三元锂单体到达阈值，则表示为：若电池组充电结束时混合电池组中磷酸铁锂单体到达阈值，则表示为：式中，I是电池组充电电流，t
e
为混合电池组充电结束时刻，t
N，s
、t
L，s
分别为三元锂与磷酸铁锂电压阈值所对应的时刻，Q
NCM，i
为第i个三元锂单体充电电量，Q
LFP，i
为第i个磷酸铁锂单体充电电量。4.根据权利要求1所述的三元锂
‑
磷酸铁锂混合电池组均衡方法，其特征在于：其中，步骤3中，混合电池组的均衡类型包括同型电芯均衡和异型电芯均衡。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑岳久，姚帅，王冠，袁明，王明珠，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：