本发明专利技术具体公开了基于绝对可充放容量的全阶段动力锂电池均衡方法及装置，均衡装置包含两个部分，第一部分为一个能量来源切换装置，第二部分为充电装置，所述第一部分给第二部分提供供电标准直流电压。方法以包括：步骤（1）通过每个电池的电池管理系统采集单体电芯的数据；步骤（2）估算单体电芯的电池剩余容量值、满充容量值；步骤（3）计算单体电芯的绝对可充容量值和绝对可放电容量值；步骤（4）实现充电均衡：步骤（5）实现放电均衡。本发明专利技术采用在充电阶段依据电芯电压、放电阶段依据电芯剩余电量估计值的方法，既解决了充电阶段，所有电芯不能充满的问题，又解决了放电阶段由于某些节电芯容量低而造成的放电能力不足的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车动力系统
，特别涉及基于绝对可充放容量的全阶段动力锂电池均衡方法及装置。
技术介绍
在纯电动汽车、插电式混合动力汽车、储能电站等大功率动力电池组应用场合，动力电池组都是其主要的能量来源。而动力电池组往往由多个单体电芯串并联构成。由于动力电池在生产过程中，生产工艺、生产环境等因素的影响，使得单体电芯在生产过程中或多或少存在差异。将这些电芯串并联构成电动汽车用动力电池组，在长期使用过程中，伴随使用环境的差异性，必然会造成电芯之间容量、内阻、自放电率的不一致。而由于锂离子电池的特性，串联锂离子电池的容量由容量最低的电芯容量决定，从而导致长期使用整组电池寿命衰减，甚至造成安全隐患。 为了减少电芯之间的不一致性，会采用电芯间均衡的方法。已知的均衡方法包括被动均衡方法、主动均衡方法、并联充电方法。被动均衡方法采用电阻耗能方法，由于其浪费能量、均衡电流小、散热困难，而很少使用在电动汽车环境中；主动均衡方法通过电容、电感等储能元件，将高容量电芯的电量搬移到低容量电芯中，由于其实现方法困难，且目前的主动均衡方法大多是仅在成组电池包内电芯进行均衡，很少实现电池包之间的均衡，因此也不适合于由多组电池包串联构成的电动汽车等应用环境；并联充电方法，通过外部充电器将所有电芯直接充满，一定程度上延长了电池寿命，然而由于其只考虑了充电时的情况，而没有考虑放电时的情况，因此当某节电芯容量降低时，无法从根本上延长电池的使用寿命O从已经发布的相关专利中，大多数只是描述了充电均衡，而没有考虑放电均衡。成组电池在使用一段时间后，由于多种原因，会造成电芯间满充容量值(Full of Charge,FCC)的不一致，如果没有放电均衡，即使所有电芯都充满，其整组电池放出的电量也是由满充容量值最小的那节电芯决定，从而降低了整个电池组的使用效率，同时，由于满充容量值小的电芯总是被最先放光，从而加速了该节电芯的损坏，从而缩短了整组电池的使用寿命。另外，从已经发布的相关专利中，对于均衡开启和关闭的条件描述的很少，好的均衡开启、关闭条件可以大大增加有效均衡时间，提高均衡效率，减小均衡电流，易于均衡电路的实现，提高安全性。现有的均衡开启和关闭条件或者是以电芯电压为条件，或者是以剩余电量SOC为条件，判定条件相对简单、实现容易，但却大大降低了均衡的效率，导致有效均衡时间短，均衡效率低下等问题。以电芯电压为均衡开启关闭的判定条件，判定条件多是当电芯间压差超到某一阈值时，开启均衡，当电芯间压差小于某一阈值时，关闭均衡，然而对于锂离子电池而言，由于其自身的特点，电压平台期较长，电压只有在快充满或者快放光时电压才会出现明显变化，在电压平台期，即使电芯间容量相差很大，电芯间压差也不会很大，这就导致在持续时间最长的电压平台期，电芯间压差无法拉开，无法开启均衡，造成有效均衡时间短，均衡效率低下等问题，有时候为了提高均衡效率而加大均衡电流，也会带来实现困难、安全性降低等问题。以电芯剩余电量(SOC)为均衡开启关闭的判定条件，判定条件多是当电芯间剩余电量超过某一阈值时，开启均衡，当电芯间剩余电量值小于某一阈值时，关闭均衡。首先，美国先进电池联合会(USABC)在 其《电动汽车电池实验手册》中定义SOC为电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。因此，在充电时，电池剩余电量无法直观反应当前电池还需要充多少电，在整个充电过程中，会出现均衡反复开启关闭的情况，从而降低了均衡的效率。另外，对于SOC的估算多采用开路电压法或者安时法(如专利《一种可充电电池系统全均衡方法》，CN201110376362. 7)，采用开路电压法存在非常大的瞬态误差，采用安时法存在累计误差，都无法满足均衡算法对SOC的要求。以下总结了几个均衡相关领域主要的专利及其问题，以及它们与本专利的不同专利《一种可充电电池系统全均衡方法》(CN201110376362. 7)提出一种可充电电池在充电、放电、静止状态及其不同的荷电状态下等均可对可充电电池系统能量均衡，并根据各个可充电电池性能差异程度采取不同的均衡电流和不同的时间进行均衡的方法。专利中采用的方法是“对所述电池系统内能量相对富余的单体电池的能量输出并按需要控制其输出强度和时间，对所述电池系统内能量相对欠缺的单体电池的补充能量并按需要控制其补充强度和时间”，即从能量相对富余的单体电池搬移能量到能量相对欠缺的单体电池。该方法是针对单个电池包内的电芯进行均衡。由于在大功率应用场合，需要许多电芯串联构成电池包，再由电池包串联构成电池组以满足高电压需要。在这种应用场合除了要求电池包内部电芯间的平衡，还需要串联在一起的各个电池包之间也要平衡，但是在该专利中并没有针对这项技术进行公开，该专利提出的方法很难实现电池包之间的均衡。该专利阐述的方法及装置原理上是从由多个电池包串并联构成的整个电池组获取能量，为容量不足的电芯在充放电条件下进行补充电。可以在串并联的电池包之间完成均衡，更适合于需要多个电池包串并联的高压大电流应用环境，比如电动汽车以及电池储能电站等。由于最基本的均衡方法的不同，使得均衡开启的判断标准以及实现均衡的装置也完全不同。比如，专利《一种可充电电池系统全均衡方法》(CN201110376362. 7)提出的均衡开启的判断标准是“对所述电池系统中每个单体电池实时荷电电量进行比较，若不存在明显富余和明显欠缺的单体电池，则不启动均衡操作；若存在电量明显富余和明显欠缺的单体电池，依据以上方法设定的电池均衡参数通过可充电电池系统能量可调转移均衡电路进行均衡；若均衡时已经达到不存在明显富余和明显欠缺的单体电池则停止均衡操作”，即通过比较电芯间容量的最大差值是否超过或小于一个阈值来判断均衡是否开启和关闭。而该专利均衡开启的依据则完全不同。该专利均衡开启关闭的依据是每节电芯的绝对可充容量值和绝对可放容量值。在充电时，以每节电芯绝对可充容量值作为充电均衡开启评判依据，当某两节电芯绝对可充容量的差值达到一定阈值时，开启均衡装置给绝对可充容量值高的电芯充电，在充电过程中，当所有电芯绝对可充容量值一致时，充电均衡结束；在放电时，以每节电芯绝对可放容量值作为放电均衡开启评判依据，当某两节电芯绝对可放容量的差值达到一定阈值时，开启均衡装置给绝对可放容量值低的电芯充电，在放电过程中，当所有电芯绝对可放容量值一致时，放电均衡结束。该专利均衡方法的好处在于，在开始充电初期和开始放电初期就开始进行均衡操作，从而延长均衡时间，大大增加了有效均衡时间，进而一个非常小的均衡电流就能达到非常好的效果，从而减轻了硬件设计的难度，提高整个系统的可靠性。总的来说，专利《一种可充电电池系统全均衡方法》(CN201110376362. 7)最大的贡献是提出了在可充电电池充电、放电、不充不放阶段都进行均衡的一种方法，但仍然是基于电池包内部，从高容量电芯搬移电量到低容量电芯的传统方法。该专利则是基于电池包之间，从整个电池组或者外部电源给所有容量不足的电芯进行补充电的方式，从而采用的均衡方法、评判依据都是全新的、革命性的。专利《串联蓄电池组充电均衡装置》(CN200810048919. 2)提出一种通过给每一个单体电芯并联一个独立泄放回路的方式构建均衡装置。其特点在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于绝对可充放容量的全阶段动力锂电池均衡装置，其特征在于：均衡装置包含两个部分，第一部分为一个能量来源切换装置，第二部分为充电装置，所述第一部分通过切换装置给第二部分提供标准直流电压。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：乔昕，王知学，贺冬梅，刘广敏，侯恩广，李扬，崔立志，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。