一種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組充電控制模式。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證電池安全可靠地工作，動(dòng)力電池組一般都配備電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)功能主要包括:工作參數(shù)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)參數(shù)估算、電池均衡控制、熱管理等。準(zhǔn)確估算電池組狀態(tài)參數(shù)能保證電池組的使用安全性，但不能降低或消除各單節(jié)電池間的差異，為此，前人提出了電池組的主動(dòng)式均衡和被動(dòng)式均衡方法。被動(dòng)均衡通過將過限的能量轉(zhuǎn)化成熱能釋放出去，保持各單節(jié)電池能量的平衡，此種方式的電路和控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是電池均衡過程中存在能量耗散和熱管理方面的問題。主動(dòng)均衡是通過設(shè)計(jì)特定的能量變換器，對(duì)能量進(jìn)行重新分配，常用的方法有基于電感的Buck-Boost法、飛度電容法、變壓器法等?，F(xiàn)有的均衡方法都是通過外部均衡器實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了基于并聯(lián)單體電池自平衡效應(yīng)與電池可接受的充電電流曲線的電池組充電方法，本發(fā)明提出的電池組充電方法可以降低單節(jié)電池間的差異，同時(shí)考慮電池最優(yōu)充電頻率，實(shí)現(xiàn)電池的快速充電。采用的具體技術(shù)方案為:
[0004]—種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法，包括:確定最佳的充電電流循環(huán)周期、確定充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比；
[0005]所述確定最佳的充電電流循環(huán)周期的過程為:
[0006]步驟1，基于一階RC等效電路模型，建立單體電池模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)單體電池模型進(jìn)行驗(yàn)證；
[0007]步驟2，建立不同單體電池并聯(lián)的單節(jié)電池模型，仿真研究不同并聯(lián)單體電池?cái)?shù)目下，單節(jié)電池處于不同SOC下的內(nèi)部各單體電池間的自平衡時(shí)間；
[0008]步驟3，試驗(yàn)測(cè)試單體電池內(nèi)阻及容量隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系；
[0009]步驟4，研究單節(jié)電池位于不同循環(huán)次數(shù)下重復(fù)執(zhí)行步驟2 ;
[0010]步驟5，對(duì)多組自平衡時(shí)間進(jìn)行正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而確定最佳的充電電流循環(huán)周期；
[0011]所述確定充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比的過程為:
[0012]步驟6，設(shè)定充電頻率矩陣f = (fi, f2,..., fn)，占空比矩陣d = ((I1, d2,..., dm)，將頻率調(diào)整作為內(nèi)環(huán)，占空比調(diào)整作為外環(huán)；
[0013]步驟7，分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內(nèi)不同頻率f 3寸電池進(jìn)行充電；
[0014]步驟8，采集該充電頻率仁下某一固定時(shí)間內(nèi)的平均充電電流I avg (i)，計(jì)算在占空比dj下對(duì)應(yīng)的最佳充電電流頻率；
[0015]步驟9，記錄占空比dj下的最優(yōu)頻率f Sf；t(k)和此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流ISf；t(k);
[0016]步驟10，依據(jù)占空比矩陣d = ((I1, d2，...，dj，重新調(diào)整占空比士進(jìn)行最優(yōu)頻率的重新記錄。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟2中所述的單體電池?cái)?shù)目為8。
[0018]進(jìn)一步，所述步驟8中所述的最佳充電電流頻率的計(jì)算表達(dá)式為:
[0019]fop(j) = {fi|max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需滿足 1p (j) < Icjliax;
[0020]其中為占空比士下對(duì)應(yīng)的最佳充電電流頻率，I op(j)為占空比士時(shí)最佳充電電流頻率f^Jj)對(duì)應(yīng)的充電電流，I?！猒為電池充電可接受充電電流。
[0021]進(jìn)一步，所述步驟9中所述最優(yōu)頻率fSf；t(k) = ‘(j)，所述對(duì)應(yīng)的電流Isf3tGO =1p (J.)。
[0022]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明通過對(duì)磷酸鐵鋰電池充電模式的控制，實(shí)現(xiàn)快速充電的同時(shí)降低了電池組中各單節(jié)電池狀態(tài)參數(shù)的差異，解決了現(xiàn)有利用外部均衡器導(dǎo)致的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題。
【附圖說明】
[0024]圖1為一階RC等效電路模型原理圖；
[0025]圖2單節(jié)電池拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3為8節(jié)單體電池并聯(lián)構(gòu)成單節(jié)電池充電時(shí)各單體電池電壓曲線圖；
[0027]圖4為本發(fā)明提出基于充電方式的電池均衡流程圖；
[0028]圖5為電池充電可接受電流曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0030]本發(fā)明提出的一種實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法包括:確定最佳的充電電流循環(huán)周期、確定充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比。
[0031]上述最佳的充電電流循環(huán)周期確定的過程:
[0032]I)基于一階RC等效電路模型，如圖1所示，建立單體電池模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)單體電池模型進(jìn)行驗(yàn)證；
[0033]2)建立不同單體電池并聯(lián)的單節(jié)電池模型，如圖2所示，仿真研究不同并聯(lián)單體電池?cái)?shù)下，單節(jié)電池處于不同SOC下的內(nèi)部各單體電池間的自平衡時(shí)間，如圖3所示，當(dāng)8節(jié)單體電池并聯(lián)時(shí)，由于連接片的存在，導(dǎo)致各單體電池間充電電壓差異進(jìn)一步擴(kuò)大，故有必要在充電過程中，每隔一定時(shí)間對(duì)單體電池進(jìn)行靜置，實(shí)現(xiàn)單體電池間自平衡；
[0034]3)試驗(yàn)測(cè)試單體電池內(nèi)阻及容量隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系；
[0035]4)研究單節(jié)電池位于不同循環(huán)次數(shù)下步驟2)中的研究內(nèi)容；
[0036]5)對(duì)多組自平衡時(shí)間進(jìn)行正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而確定最佳的充電電流循環(huán)周期。
[0037]上述充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比的確定過程:
[0038]I)如圖4所示，設(shè)定充電頻率矩陣f = (fi, f2,...，fn)，占空比矩陣d =((I1, d2，...，(U，將頻率調(diào)整作為內(nèi)環(huán)，占空比調(diào)整作為外環(huán);
[0039]2)分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內(nèi)不同頻率“對(duì)電池進(jìn)行充電；
[0040]3)采集該充電頻率下某一固定時(shí)間內(nèi)的平均充電電流Iavg⑴，
[0041]貝丨Jfop(j)= Ri |max(Iavg(i))，i = 1，2，...，η}，其中 fjj)為占空比 dj下對(duì)應(yīng)的最佳充電電流頻率，此時(shí)還需滿足IcipU) < I?！猒，其中IcipU)為占空比士時(shí)最佳充電電流頻率對(duì)應(yīng)的充電電流，I?！猒為電池充電可接受充電電流，見附圖5 ;
[0042]4)記錄占空比dj下的最優(yōu)頻率和此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流fSf；t(k) = fop(j), Isf3tGO =
1p U);
[0043]5)依據(jù)占空比矩陣d = ((I1, d2，...，dj，重新調(diào)整占空比d,進(jìn)行最優(yōu)頻率的重新記錄。
[0044]以上所述僅用于描述本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，所應(yīng)理解，在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容和精神的前提下，所作任何修改或等同替換等都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，包括:確定最佳的充電電流循環(huán)周期、確定充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比； 所述確定最佳的充電電流循環(huán)周期的過程為: 步驟1，基于一階RC等效電路模型，建立單體電池模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)單體電池模型進(jìn)行驗(yàn)證； 步驟2，建立不同單體電池并聯(lián)的單節(jié)電池模型，仿真研究不同并聯(lián)單體電池?cái)?shù)目下，單節(jié)電池處于不同SOC下的內(nèi)部各單體電池間的自平衡時(shí)間； 步驟3，試驗(yàn)測(cè)試單體電池內(nèi)阻及容量隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系； 步驟4，研究單節(jié)電池位于不同循環(huán)次數(shù)下重復(fù)執(zhí)行步驟2 ; 步驟5，對(duì)多組自平衡時(shí)間進(jìn)行正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而確定最佳的充電電流循環(huán)周期； 所述確定充電電流最優(yōu)頻率及脈沖占空比的過程為: 步驟6，設(shè)定充電頻率矩陣f =況，f2,...，fn)，占空比矩陣d =(山，d2,...，dm)，將頻率調(diào)整作為內(nèi)環(huán)，占空比調(diào)整作為外環(huán)； 步驟7，分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內(nèi)不同頻率f 3寸電池進(jìn)行充電； 步驟8，采集該充電頻率匕下某一固定時(shí)間內(nèi)的平均充電電流I avg (i)，計(jì)算在占空比dj下對(duì)應(yīng)的最佳充電電流頻率； 步驟9，記錄占空比dj下的最優(yōu)頻率f Sf；t(k)和此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流Isf3tGO ; 步驟10，依據(jù)占空比矩陣d = (Cl1, d2，...，dj，重新調(diào)整占空比士進(jìn)行最優(yōu)頻率的重新記錄。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，所述步驟8中所述的最佳充電電流頻率的計(jì)算表達(dá)式為:fop(j) = {fi |max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需滿足 1p (j) < Icjliax; 其中?；ρ?)為占空比士下對(duì)應(yīng)的最佳充電電流頻率，I Jj)為占空比士時(shí)最佳充電電流頻率f^Jj)對(duì)應(yīng)的充電電流，I?！猒為電池充電可接受充電電流。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，所述步驟9中所述最優(yōu)頻率fSf3t(k) = fmG)，所述對(duì)應(yīng)的電流Isf3tGO = IcipU)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法，包括：1，建立單體電池模型；2，建立不同單體電池并聯(lián)的單節(jié)電池模型；3，試驗(yàn)測(cè)試單體電池內(nèi)阻及容量隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系；4，研究單節(jié)電池位于不同循環(huán)次數(shù)下重復(fù)執(zhí)行步驟2；5，確定最佳的充電電流循環(huán)周期；6，設(shè)定充電頻率矩陣，占空比矩陣；7，分別在不同的占空比，以不同頻率對(duì)電池進(jìn)行充電；8，采集該充電頻率下平均充電電流，計(jì)算在該占空比下的最佳充電電流頻率；9，記錄最優(yōu)頻率和對(duì)應(yīng)的電流；10，重新調(diào)整占空比進(jìn)行最優(yōu)頻率的重新記錄。本發(fā)明提出的可實(shí)現(xiàn)電池均衡的電池組充電方法可以降低單節(jié)電池間的差異，同時(shí)考慮電池最優(yōu)充電頻率，實(shí)現(xiàn)電池的快速充電。
【IPC分類】H01M10/44, H02J7/00
【公開號(hào)】CN105098923
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510542877
【發(fā)明人】王麗梅, 陳龍, 江浩斌, 袁朝春, 汪若塵, 汪少華, 盤朝奉, 徐興
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月28日