專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力電池充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法及均衡充電裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于汽車(chē)尾氣排放造成的城市空氣污染問(wèn)題，已受到各國(guó)政府的高度重視，電動(dòng)汽車(chē)的推廣使用被認(rèn)為是最終解決這一問(wèn)題的最佳途徑。電動(dòng)汽車(chē)具有能源利用率高、可以綜合利用各種不同能源的特點(diǎn)，對(duì)于全球性節(jié)能和能源形式的更新?lián)Q代有著十分重要的意義。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)中必不可少的重要組成部分，動(dòng)力電池供電質(zhì)量直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)能否正?？煽康倪\(yùn)行。由于單節(jié)動(dòng)力電池的電壓和容量達(dá)不到電動(dòng)汽車(chē)使用要求，因此需要將單節(jié)動(dòng)力電池串聯(lián)組成電池組使用。單節(jié)動(dòng)力電池循環(huán)壽命能達(dá)到2000 次，但是串聯(lián)后的動(dòng)力電池組其循環(huán)壽命卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2000次。這是由于電池的制作工藝、 初始充電的狀態(tài)不一致、散熱條件不同、環(huán)境氣溫的變化等因素導(dǎo)致了電池參數(shù)的分散性、 自放電率增大、多次放電循環(huán)產(chǎn)生差異導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)不一致。當(dāng)電池荷電狀態(tài)差異較大時(shí)，為了防止過(guò)充電和過(guò)放電，電池組將不能達(dá)到接近100%的充電和不能達(dá)到接近0%的放電，影響電池組提供電能的范圍，不能有效使用電池組存儲(chǔ)的能量，如果某一節(jié)電池的荷電狀態(tài)較低，則電池的有效能量使用范圍將大打折扣，唯一解決此問(wèn)題的辦法就是采用電池容量均衡的方法，否則就必須更換其電池，更換電池需要重新匹配電池組，這將又帶來(lái)重新再匹配等問(wèn)題。磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有超長(zhǎng)壽命、使用安全、功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電源的最佳選擇，但是這些優(yōu)勢(shì)都是在電池管理系統(tǒng)有效工作的前提下。動(dòng)力電池組在電動(dòng)汽車(chē)上使用時(shí)，其性能指標(biāo)往往達(dá)不到單節(jié)電池原有水平，使用壽命將大大縮短，并嚴(yán)重影響在其電動(dòng)汽車(chē)上的推廣應(yīng)用。目前對(duì)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組的管理以及均衡充電方法的研究剛剛起步。為了有效改善磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組的不一致性，提高動(dòng)力電池組的可用容量和延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的循環(huán)使用壽命，對(duì)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組的均衡充電方法進(jìn)行研究十分必要。目前鋰離子電池組均衡充電的方法主要分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類(lèi)
1、能量耗散型這種方法通過(guò)給電池組中每節(jié)電池并聯(lián)一個(gè)功率電阻進(jìn)行放電，從而實(shí)現(xiàn)均衡。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)單節(jié)電池電壓偏高時(shí)，用功率電阻對(duì)電池進(jìn)行放電，以達(dá)到所有電池都充滿(mǎn)電量的目的；但是電阻大小的選取不好控制，而且存在能量浪費(fèi)和電阻發(fā)熱的問(wèn)題，尤其在大容量動(dòng)力電池充電過(guò)程中，能量浪費(fèi)和電阻發(fā)熱問(wèn)題尤為突出。2、能量非耗散型這種方法主要是利用電感或電容等儲(chǔ)能元件，在充電過(guò)程中將電荷從電壓高的電池傳送到電壓低的電池，以達(dá)到均衡的目的。這種電路的耗能比能量耗
3散型要小，在小容量鋰離子電池均衡充電中應(yīng)用較多，但在大容量鋰離子電池均衡充電中還存在較多問(wèn)題(1)電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；(2)不能實(shí)現(xiàn)很精確的均衡；(3)均衡的時(shí)間很長(zhǎng)。電動(dòng)汽車(chē)用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組由于具有電池?cái)?shù)量多、容量大等特點(diǎn)，因此，需要一種更為方便、簡(jiǎn)單的均衡充電方法對(duì)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組進(jìn)行均衡充電。中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為201010213210公開(kāi)的“動(dòng)力電池組均衡控制方法采用的是電阻放電式均衡”，是一種能量損耗型均衡，對(duì)于大容量的電池來(lái)說(shuō)是不適用的，均衡需消耗大量的能量，只適用于小容量電池。又如中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為201010213210公開(kāi)的“動(dòng)力電池組進(jìn)行充電時(shí)的均衡控制方法”充電過(guò)程中當(dāng)某一單體達(dá)到充滿(mǎn)條件即結(jié)束充電，采集各個(gè)電池單體電壓，如有電池單體電壓未處于設(shè)定的“充滿(mǎn)區(qū)間”之內(nèi)，則記錄該電池單體；再次對(duì)電池組充電時(shí)，同時(shí)對(duì)記錄的電池單體進(jìn)行均衡操作，往復(fù)均衡、充電直至電池組內(nèi)各電池單體同時(shí)達(dá)到充滿(mǎn)條件。它針對(duì)20Ah磷酸亞鐵鋰電池。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法，該方法采用電池荷電狀態(tài)作為均衡充電判據(jù)，能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車(chē)車(chē)載磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組進(jìn)行均衡充電，控制方法簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高，均衡速度快，均衡精度高。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電裝置。實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法，其特征在于，包括以下步驟
實(shí)時(shí)檢測(cè)單節(jié)電池的參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)的參數(shù)計(jì)算單節(jié)電池的荷電狀態(tài)，根據(jù)所獲取的單節(jié)電池荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算并更新電池組的平均荷電狀態(tài)；將各單節(jié)電池荷電狀態(tài)與電池組平均荷電狀態(tài)進(jìn)行比較；
當(dāng)單節(jié)電池的荷電狀態(tài)小于電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，對(duì)該單節(jié)電池進(jìn)行均衡充電；單節(jié)電池的荷電狀態(tài)接近電池組平均荷電狀態(tài)閾值時(shí)，該單節(jié)電池均衡充電結(jié)束；
當(dāng)所有已啟動(dòng)均衡充電的單節(jié)電池都充電結(jié)束時(shí)，整個(gè)電池組的均衡充電結(jié)束，此時(shí)所有電池荷電狀態(tài)基本達(dá)到一致；然后再重復(fù)以上步驟，進(jìn)行新一輪循環(huán)；當(dāng)電池組中各節(jié)電池的荷電狀態(tài)都接近電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，便不再需要均衡充電； 所述電池組的平均荷電狀態(tài)的計(jì)算按如下公式進(jìn)行
權(quán)利要求
1.一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法，其特征在于，包括以下步驟實(shí)時(shí)檢測(cè)單節(jié)電池的參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)的參數(shù)計(jì)算單節(jié)電池的荷電狀態(tài)，根據(jù)所獲取的單節(jié)電池荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算并更新電池組的平均荷電狀態(tài)；將各單節(jié)電池荷電狀態(tài)與電池組平均荷電狀態(tài)進(jìn)行比較；當(dāng)單節(jié)電池的荷電狀態(tài)小于電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，對(duì)該單節(jié)電池進(jìn)行均衡充電；單節(jié)電池的荷電狀態(tài)接近電池組平均荷電狀態(tài)閾值時(shí)，該單節(jié)電池均衡充電結(jié)束；當(dāng)所有已啟動(dòng)均衡充電的單節(jié)電池都充電結(jié)束時(shí)，整個(gè)電池組的均衡充電結(jié)束，此時(shí)所有電池荷電狀態(tài)基本達(dá)到一致；然后再重復(fù)以上步驟，進(jìn)行新一輪循環(huán)；當(dāng)電池組中各節(jié)電池的荷電狀態(tài)都接近電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，便不再需要均衡充電；所述電池組的平均荷電狀態(tài)的計(jì)算按如下公式進(jìn)行^^ SOQ+SOQ+ -+SOQ η其中，《是電池組中電池個(gè)數(shù)；SOCpSOC2,……是各個(gè)單節(jié)電池的荷電狀態(tài)；所述單節(jié)電池的參數(shù)包括電壓、溫度和充放電電流。
2.磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電裝置，其特征在于電池組中單節(jié)電池每個(gè)并聯(lián)一個(gè)單節(jié)電池檢測(cè)均衡充電模塊，該模塊包括單節(jié)電池檢測(cè)單元和均衡充電單元，各單節(jié)電池檢測(cè)均衡充電模塊之間相互獨(dú)立工作；單節(jié)電池檢測(cè)均衡模塊用于檢測(cè)單節(jié)電池的參數(shù)，并計(jì)算單節(jié)電池的荷電狀態(tài)，且控制均衡充電單元將電池組能量變換成低電壓的輸出向低荷電狀態(tài)的單節(jié)電池充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電裝置，其特征在于所述均衡充電是電池組通過(guò)DC/DC變換器向單節(jié)電池充電；荷電狀態(tài)的比較是通過(guò)整車(chē)控制器實(shí)現(xiàn)，由整車(chē)控制器發(fā)出指令控制單節(jié)電池檢測(cè)均衡模塊工作；當(dāng)單節(jié)電池荷電狀態(tài)低于電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，單節(jié)電池檢測(cè)均衡充電模塊將啟動(dòng)對(duì)該單節(jié)電池進(jìn)行均衡充電；當(dāng)該單節(jié)電池荷電狀態(tài)接近于電池組平均荷電狀態(tài)閾值時(shí)，單節(jié)電池檢測(cè)均衡充電模塊將關(guān)閉對(duì)該單節(jié)電池均衡充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電裝置，其特征在于所述單節(jié)電池檢測(cè)均衡充電模塊采用小電流恒流充電方式對(duì)單節(jié)電池進(jìn)行均衡充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電裝置，其特征在于所述整車(chē)控制器與各單節(jié)電池檢測(cè)均衡模塊采用隔離的CAN總線(xiàn)進(jìn)行信息交換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡充電方法，包括以下步驟實(shí)時(shí)檢測(cè)單節(jié)電池的參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)的參數(shù)計(jì)算單節(jié)電池的荷電狀態(tài)，根據(jù)所獲取的單節(jié)電池荷電狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算并更新電池組的平均荷電狀態(tài)；將各單節(jié)電池荷電狀態(tài)與電池組平均荷電狀態(tài)進(jìn)行比較；當(dāng)單節(jié)電池的荷電狀態(tài)小于電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，對(duì)該單節(jié)電池進(jìn)行均衡充電；單節(jié)電池的荷電狀態(tài)接近電池組平均荷電狀態(tài)閾值時(shí)，該單節(jié)電池均衡充電結(jié)束；當(dāng)所有已啟動(dòng)均衡充電的單節(jié)電池都充電結(jié)束時(shí)，整個(gè)電池組的均衡充電結(jié)束，此時(shí)所有電池荷電狀態(tài)基本達(dá)到一致；然后再重復(fù)以上步驟，進(jìn)行新一輪循環(huán)；當(dāng)電池組中各節(jié)電池的荷電狀態(tài)都接近電池組平均荷電狀態(tài)時(shí)，便不再需要均衡充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102355031SQ20111033437
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者余陽(yáng), 劉和平, 徐偉, 徐巧巧, 胡銀全, 袁閃閃, 鄧力, 邱斌斌, 鄭群英, 郭軍, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶百轉(zhuǎn)電動(dòng)汽車(chē)電控系統(tǒng)有限責(zé)任公司