实现串联锂离子电池组均衡充电的方法
【专利摘要】本发明涉及一种实现串联锂离子电池组均衡充电的方法，方法具体如下：首先，根据锂离子电池充放电的特性，建立锂离子单体电池的物理模型并确定其各个参数；其次，根据单体电池物理模型，在恒流充电过程中采用安时法结合扩展的卡尔曼滤波法计算各时刻单体电池的剩余容量和路端电压；然后，对电池组恒流充电至各单体电池端电压离散时，根据此时端电压求出其剩余容量和剩余容量差；最后，对电池组用小电流进行全程剩余容量调整，直到各单体电池剩余容量均衡。本发明与传统串联锂离子电池组均充方法相比，用小电流对电池组实行全程均充，克服传统方法只在充电末期用大电流均充导致元器件功耗大的缺点，且可靠易行。
【专利说明】实现串联锂离子电池组均衡充电的方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种实现串联锂离子电池组的均衡充电方法。 【背景技术】
[0002] 作为锂离子电池管理系统的主要功能之一，均充是对串联电池组各个单体电池进 行电量的调整，以保持各单体电池的荷电状态基本相同，实现电池组均衡充电。一般情况 下，对电池组实现均充是在电池组充电末期进行，此时各个单体电池端电压发生离散，根据 单体电池端电压的离散程度，对端电压高的单体电池进行外部分流，对端电压低的单体电 池由外电源对其补电。由于充电末期各个单体电池端电压离散时间很短，均充效率较低，难 以一次实现完全均充，而且要尽量增加均充电流，从而要求均充电路的元器件耗散功率较 大，增加均充电路的体积，降低均充电路的可靠性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种实现串联锂离子电池组均衡充电的方法。
[0004] 本发明的实现串联锂离子电池组均衡充电的方法，步骤如下：
[0005] 1)根据锂离子电池充放电的特性，建立锂离子单体电池的物理模型，该物理模型 由理想电压源0CV、电池欧姆内阻R〇以及RiCi组成的并联电路、R 2C2组成的并联电路串联而 成，设：模型中电池欧姆内阻&、两个电池极化电阻札和R 2、两个极化电容q和C2，两个时 间常数τ i和τ 2 ;
[0006] 根据电池脉冲放电法，通过电池内阻压降法计算电池的欧姆内阻
【权利要求】
1.实现串联锂离子电池组均衡充电的方法，其特征是步骤如下： 1)根据锂离子电池充放电的特性，建立锂离子单体电池的物理模型，该物理模型由理 想电压源OCV、电池欧姆内阻&以及RiCi组成的并联电路、R2C2组成的并联电路串联而成， 设：模型中电池欧姆内阻R〇、两个电池极化电阻&和R 2、两个极化电容Q和C2，两个时间常 数τ i和τ 2 ; 根据电池脉冲放电法，通过电池内阻压降法计算电池的欧姆内阻：A = |，通过锂离 子单体电池模型中零输入响应和零状态响应的两个方程如（1)、（2)式所示，用最小二乘拟 合法分别计算电池模型中的RiQ并联回路和R2C2并联回路的时间常数τ ρ τ 2和极化电阻 R!、R2， 零输入响应：VQUt = OCV-l^exp (_t/ τ D -U2exp (_t/ τ 2) (1) 零状态响应：VQUt = U' -1? (1-exp (_t/ τ D) _IR2 (1-exp (_t/ τ 2)) (2) 其中，U'为脉冲平稳后的路端电压，Up U2分别是R&并联回路和R2C2并联回路的电 压，t是脉冲放电的时间，I是单体电池的脉冲电流，为单体电池的路端电压； 根据式（3)状态方程和式（4)量测方程采用安时法结合扩展的卡尔曼滤波法计算充电 过程中各个单体电池每个时刻的电池剩余容量Sk以及相对应的单体电池端电压V。^
v0utk = 0^+1^0+^,+^,+Vk (4) 式中，SpVd分别为锂离子单体电池采样时刻点k的电池剩余容量和路端电压，η为 库仑系数，ipOCVpUu和U2，k分别是采样时刻点k的电流、电池开路电压、RA并联电路电 压和R 2C2并联电路电压，Q是电池标称容量，At为采样周期，《，为状态方程噪声系数，vk 为量测方程噪声系数； 将状态方程（3)和量测方程（4)改成xk+1 = f (xk) + c〇k和yk = g(xk)+vk，令
其中4为采样时刻点k之前的xk的估计值； 根据式（8)至式（12)循环计算：预测计算、预报误差协方差、滤波增益、滤波计算以及 预报误差协方差，得到恒流充电时单体电池各个时刻路端电压所对应的电池剩余容量 Sk， 预测计算
（8) 预报误差协方差：
（9) 滤波增益：
（10) 滤波计算：
（11) 滤波误差协方差：
（12) 其中，E为单位矩阵，D(CO)和D(U)分别是状态方程噪声系数ω和量测方程噪声系数 υ的方差； 2) 将η个串联锂离子电池组在电池管理系统BMS上进行恒流充电，充电过程中，当在充 电电压特征曲线上出现η个单体电池的端电压离散时，根据所测的各单体电池的端电压值 求出各个单体电池的剩余容量Si，i = 1?η,以及所有单体电池的平均剩余容量S = (S^V-^+Sj/n ； 3) 计算出各个单体电池的剩余容量Si与所有单体电池平均剩余容量S之差AQi = S「S ; 4) 利用电池管理系统BMS双向DC/DC转换电路对Λ Qi > 0的单体电池进行放电，对 AQi < 0的单体电池进行充电，直到各个单体电池的乘IJ余容量Si相等，即Λ Qi = 0。
2. 根据权利要求1所述的实现串联锂离子电池组均衡充电的方法，其特征是所述的对 AQi < 0的单体电池进行充电是采用0. 05C或0. 1C大小的电流进行全程充电。
3. 根据权利要求1所述的实现串联锂离子电池组均衡充电的方法，其特征是所述的对 AQi > 0的单体电池进行放电是采用0. 05C或0. 1C大小的电流进行全程放电。
【文档编号】H02J7/00GK104065117SQ201410239931
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】宋晨路, 姜威, 刘涌 申请人:浙江大学