一種基于電池歷史數(shù)據(jù)的主動(dòng)均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池充放電技術(shù)，具體是一種基于電池歷史數(shù)據(jù)的主動(dòng)均衡方法，可主動(dòng)均衡電池模塊內(nèi)電池單體的剩余電量水平，從而有效提高電池組的容量。
【背景技術(shù)】
[0002]目前發(fā)展的主動(dòng)均衡方法主要可分為兩大類，第一類(對(duì)比文件I，CN201110101124.5)是實(shí)時(shí)比較電池單體的端電壓與平均電壓，從而對(duì)電壓較高的單體進(jìn)行放電均衡，和/或?qū)﹄妷狠^低的單體進(jìn)行充電均衡。第二類(對(duì)比文件2，CN201510060954.6)是根據(jù)開路電壓，判斷當(dāng)開路電壓能夠較真實(shí)地反映剩余電量水平時(shí)，在充電/放電開始后進(jìn)行均衡。其中，前一類均衡方法適用于電池電壓與剩余電量存在單調(diào)變化關(guān)系的情形，如對(duì)于無明顯電壓平臺(tái)的三元鋰離子電池體系，當(dāng)均衡模塊內(nèi)部各電池單體的溫度和電流條件一致性較好時(shí)，電池單體的電壓與剩余電量存在明顯的單調(diào)變化特性。第二類則主要針對(duì)存在明顯電壓平臺(tái)的磷酸鐵鋰電池體系，公開了一種在特定開路電壓范圍判斷剩余電量是否高于或低于模塊平均電量水平從而進(jìn)行均衡控制的方法。在滿足相應(yīng)的條件時(shí)，上述兩類方法均可以對(duì)電池模塊內(nèi)部各單體容量水平相當(dāng)而剩余電量水平不同的單體進(jìn)行均衡處理，改善電池組整體的容量表現(xiàn)。其不足之處在于，沒有充分利用電池的歷史數(shù)據(jù)，因而不能針對(duì)電池組使用一段時(shí)間后單體容量水平出現(xiàn)差異的情況做出均衡處理。也就是說，采用這兩類均衡方法所能達(dá)成效果的極限是電池組的容量等于電池組中容量最小串聯(lián)之路的容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的均衡方法導(dǎo)致電池組容量小的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于電池歷史數(shù)據(jù)的主動(dòng)均衡方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明提供了一種基于電池歷史數(shù)據(jù)的主動(dòng)均衡方法，具體包括以下步驟:
[0006]步驟一、測(cè)量不同種類電池在規(guī)定條件下的電壓特性曲線，建立不同條件下充電/放電電壓或開路電壓與電池電量水平之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0007]步驟二、充電開始時(shí)，查詢電池組中每個(gè)單體上次充電結(jié)束時(shí)的電壓對(duì)應(yīng)的電量，并根據(jù)上一次放電過程中對(duì)每個(gè)單體的均衡電量，預(yù)測(cè)不進(jìn)行均衡的情況下本次充電結(jié)束時(shí)各單體的電量;或放電開始時(shí)，查詢電池組中每個(gè)單體上次放電結(jié)束時(shí)的電壓對(duì)應(yīng)的電量，并根據(jù)上一次充電過程中對(duì)每個(gè)單體的均衡電量，預(yù)測(cè)不進(jìn)行均衡的情況下本次放電結(jié)束時(shí)各單體的電量；
[0008]步驟三、計(jì)算所有單體預(yù)測(cè)電量的平均值，并將預(yù)測(cè)電量從大到小進(jìn)行排序，找出其中m節(jié)預(yù)測(cè)電量最大和η節(jié)預(yù)測(cè)電量最小的單體，這些單體的預(yù)測(cè)電量與所有單體預(yù)測(cè)電量的平均值之間的差值作為這些單體的均衡電量需求值；
[0009]步驟四、充電/放電過程中，根據(jù)步驟三計(jì)算得到的均衡電量需求值，對(duì)電量最大的m節(jié)單體進(jìn)行放電均衡，對(duì)電量最小的η節(jié)單體進(jìn)行充電均衡，并對(duì)本次充電/放電過程中的實(shí)際均衡電量進(jìn)行記錄。通過電池的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)電池組進(jìn)行主動(dòng)均衡，使得電池組的剩余電量水平趨于一致，和/或電池組容量高于電池組中容量最小串聯(lián)支路的容量。以歷史放電數(shù)據(jù)作為放電過程電量均衡的參考基準(zhǔn)，可以迅速確定電池組中容量衰退較大的單體。通過本發(fā)明所公開的主動(dòng)均衡方法進(jìn)行均衡處理，不僅可以充分發(fā)揮電池的理論容量，還能實(shí)現(xiàn)電池組的整體容量大于容量最小的串聯(lián)支路。
[0010]更進(jìn)一步地，上述方法還包括步驟五、充電結(jié)束時(shí)，比較本次充電和上次充電結(jié)束時(shí)被放電均衡的電池單體的電壓所對(duì)應(yīng)的電量與所有單體各自電壓所對(duì)應(yīng)電量的平均值之差的變化，從而修正放電均衡系數(shù);或放電結(jié)束時(shí)，比較本次放電和上次放電結(jié)束時(shí)被充電均衡的電池單體的電壓所對(duì)應(yīng)的電量與所有單體各自電壓所對(duì)應(yīng)電量的平均值之差的變化，從而修正充電均衡系數(shù)。
[0011]修正后的放電均衡系數(shù)=(上次放電過程的均衡電量+本次充電過程的均衡電量)/(被均衡單體本次充電結(jié)束時(shí)電壓對(duì)應(yīng)的電量與模塊各個(gè)單體電壓對(duì)應(yīng)電量得平均值之差-被均衡單體上次充電結(jié)束時(shí)電壓對(duì)應(yīng)的電量與模塊各個(gè)單體電壓對(duì)應(yīng)電量得平均值之差)，修正后的放電均衡系數(shù)作為新的放電均衡系數(shù)用于計(jì)算下次進(jìn)行放電均衡時(shí)的放電均衡需求值，計(jì)算公式為:放電均衡需求值=(需進(jìn)行放電均衡單體的預(yù)測(cè)電量-所有單體預(yù)測(cè)電量的平均值)*放電均衡系數(shù)。修正后的充電均衡系數(shù)=(上次充電過程的均衡電量+本次放電過程的均衡電量)/(被均衡單體本次放電結(jié)束時(shí)電壓對(duì)應(yīng)的電量與模塊各個(gè)單體電壓對(duì)應(yīng)電量的平均值之差-被均衡單體上次放電結(jié)束時(shí)電壓對(duì)應(yīng)的電量與模塊各個(gè)單體電壓對(duì)應(yīng)電量的平均值之差)，修正后的充電均衡系數(shù)作為新的充電均衡系數(shù)用于計(jì)算下次進(jìn)行充電均衡時(shí)的充電均衡需求值，計(jì)算公式為:充電均衡需求值=(需進(jìn)行充電均衡單體的預(yù)測(cè)電量-所有單體預(yù)測(cè)電量的平均值)*充電均衡系數(shù)。
[0012]作為優(yōu)選，所述電壓特性曲線的規(guī)定條件為不同溫度和電流條件下的恒流充放電曲線。溫度范圍通常為-20至50°C，溫度間隔為5°C，實(shí)際操作中還可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整溫度范圍和溫度間隔；電流大小根據(jù)電池容量和工作倍率條件具體確定，通常選取0.1C、
0.2C、0.5C、1.0C、2.0C和5.0C，實(shí)際操作中根據(jù)電池組工作條件可適當(dāng)壓縮和/或增加倍率區(qū)間范圍并縮小倍率變化間隔。測(cè)試規(guī)定條件下的電壓特性曲線，從而保證根據(jù)充放電截止時(shí)的電壓查詢所得電量值的準(zhǔn)確性。
[0013]作為優(yōu)選，所述方法還包括，在電壓隨電量的變化關(guān)系不顯著的電壓區(qū)間，充電時(shí)以此電壓區(qū)間的電量上限作為電量值，放電時(shí)以此電壓區(qū)間的電量下限作為電量值。從而有效降低存在電壓平臺(tái)的電芯體系在電壓平臺(tái)區(qū)間電壓隨剩余電量變化不明顯而導(dǎo)致的查詢電量誤差對(duì)均衡電量需求值計(jì)算的影響。
[0014]作為優(yōu)選，充電過程的預(yù)測(cè)電量=查詢所得到的上次充電結(jié)束時(shí)的電量+上次放電過程的均衡電量;放電過程的預(yù)測(cè)電量=查詢所得到的上次放電結(jié)束時(shí)的電量+上次充電過程的均衡電量。
[0015]作為優(yōu)選，預(yù)測(cè)電量最大的m節(jié)單體的均衡電量需求值為負(fù)數(shù)，預(yù)測(cè)電量最小的η節(jié)單體的均衡電量需求值為正數(shù)，其他單體的均衡電量需求值為零。
[0016]作為優(yōu)選，預(yù)測(cè)電量最大與電量最小的單體m、n的取值滿足:若電池管理系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)單個(gè)模塊中電池進(jìn)行放電均衡處理的單體數(shù)目大于模塊中單體數(shù)目的三分之一，則m的大小取模塊單體數(shù)目的三分之一，否則m的大小為電池管理系統(tǒng)能同時(shí)給單個(gè)模塊進(jìn)行放電均衡處理的單體數(shù)目；若電池管理系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)單個(gè)模塊中電池進(jìn)行充電均衡處理的單體數(shù)目大于模塊中單體數(shù)目的三分之一，則η的大小取模塊單體數(shù)目的三分之一，否則η的大小為電池管理系統(tǒng)能同時(shí)給單個(gè)模塊進(jìn)行放電均衡處理的單體數(shù)目。
[0017]作為優(yōu)選，進(jìn)行充電均衡處理時(shí)電池的均衡電量為正數(shù)，進(jìn)行放電均衡處理時(shí)電池的均衡電量為負(fù)數(shù)，未進(jìn)行均衡處理的電池的均衡電量為零。
[0018]作為優(yōu)選，所述放電均衡與充電均衡處理時(shí)應(yīng)考慮到電池老化系數(shù)。當(dāng)電池實(shí)際容量為標(biāo)稱容量的K倍，則充電/放電均衡電量需求值=(單體的預(yù)測(cè)電量-所有單體預(yù)測(cè)電量的平均值)*Κ*充電/放電均衡系數(shù)。其中K為電池老化系數(shù)。
[0019]作為優(yōu)選，所述電池老化系數(shù)從電池管理系統(tǒng)的其他模塊如SOC計(jì)算模塊獲取，也可以通過均衡模塊計(jì)算得到。
[0020]作為優(yōu)選，所述放電均衡與充電均衡系數(shù)均為正數(shù)。從而避免電池特性發(fā)生突變(如外部或內(nèi)部因素導(dǎo)致的內(nèi)阻、極化特性的突變)時(shí)，計(jì)算所得放電均衡與充電均衡系數(shù)均為負(fù)數(shù)導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤均衡。
[0021]作為優(yōu)選，所述充電均衡系數(shù)，放電均衡系數(shù)在每次均衡后存入電池管理系統(tǒng)存