一种基于电池历史数据的主动均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池充放电技术，具体是一种基于电池历史数据的主动均衡方法，可主动均衡电池模块内电池单体的剩余电量水平，从而有效提高电池组的容量。
【背景技术】
[0002]目前发展的主动均衡方法主要可分为两大类，第一类(对比文件I，CN201110101124.5)是实时比较电池单体的端电压与平均电压，从而对电压较高的单体进行放电均衡，和/或对电压较低的单体进行充电均衡。第二类(对比文件2，CN201510060954.6)是根据开路电压，判断当开路电压能够较真实地反映剩余电量水平时，在充电/放电开始后进行均衡。其中，前一类均衡方法适用于电池电压与剩余电量存在单调变化关系的情形，如对于无明显电压平台的三元锂离子电池体系，当均衡模块内部各电池单体的温度和电流条件一致性较好时，电池单体的电压与剩余电量存在明显的单调变化特性。第二类则主要针对存在明显电压平台的磷酸铁锂电池体系，公开了一种在特定开路电压范围判断剩余电量是否高于或低于模块平均电量水平从而进行均衡控制的方法。在满足相应的条件时，上述两类方法均可以对电池模块内部各单体容量水平相当而剩余电量水平不同的单体进行均衡处理，改善电池组整体的容量表现。其不足之处在于，没有充分利用电池的历史数据，因而不能针对电池组使用一段时间后单体容量水平出现差异的情况做出均衡处理。也就是说，采用这两类均衡方法所能达成效果的极限是电池组的容量等于电池组中容量最小串联之路的容量。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的均衡方法导致电池组容量小的技术问题，本发明公开了一种基于电池历史数据的主动均衡方法。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]本发明提供了一种基于电池历史数据的主动均衡方法，具体包括以下步骤:
[0006]步骤一、测量不同种类电池在规定条件下的电压特性曲线，建立不同条件下充电/放电电压或开路电压与电池电量水平之间的对应关系；
[0007]步骤二、充电开始时，查询电池组中每个单体上次充电结束时的电压对应的电量，并根据上一次放电过程中对每个单体的均衡电量，预测不进行均衡的情况下本次充电结束时各单体的电量;或放电开始时，查询电池组中每个单体上次放电结束时的电压对应的电量，并根据上一次充电过程中对每个单体的均衡电量，预测不进行均衡的情况下本次放电结束时各单体的电量；
[0008]步骤三、计算所有单体预测电量的平均值，并将预测电量从大到小进行排序，找出其中m节预测电量最大和η节预测电量最小的单体，这些单体的预测电量与所有单体预测电量的平均值之间的差值作为这些单体的均衡电量需求值；
[0009]步骤四、充电/放电过程中，根据步骤三计算得到的均衡电量需求值，对电量最大的m节单体进行放电均衡，对电量最小的η节单体进行充电均衡，并对本次充电/放电过程中的实际均衡电量进行记录。通过电池的历史数据，对电池组进行主动均衡，使得电池组的剩余电量水平趋于一致，和/或电池组容量高于电池组中容量最小串联支路的容量。以历史放电数据作为放电过程电量均衡的参考基准，可以迅速确定电池组中容量衰退较大的单体。通过本发明所公开的主动均衡方法进行均衡处理，不仅可以充分发挥电池的理论容量，还能实现电池组的整体容量大于容量最小的串联支路。
[0010]更进一步地，上述方法还包括步骤五、充电结束时，比较本次充电和上次充电结束时被放电均衡的电池单体的电压所对应的电量与所有单体各自电压所对应电量的平均值之差的变化，从而修正放电均衡系数;或放电结束时，比较本次放电和上次放电结束时被充电均衡的电池单体的电压所对应的电量与所有单体各自电压所对应电量的平均值之差的变化，从而修正充电均衡系数。
[0011]修正后的放电均衡系数=(上次放电过程的均衡电量+本次充电过程的均衡电量)/(被均衡单体本次充电结束时电压对应的电量与模块各个单体电压对应电量得平均值之差-被均衡单体上次充电结束时电压对应的电量与模块各个单体电压对应电量得平均值之差)，修正后的放电均衡系数作为新的放电均衡系数用于计算下次进行放电均衡时的放电均衡需求值，计算公式为:放电均衡需求值=(需进行放电均衡单体的预测电量-所有单体预测电量的平均值)*放电均衡系数。修正后的充电均衡系数=(上次充电过程的均衡电量+本次放电过程的均衡电量)/(被均衡单体本次放电结束时电压对应的电量与模块各个单体电压对应电量的平均值之差-被均衡单体上次放电结束时电压对应的电量与模块各个单体电压对应电量的平均值之差)，修正后的充电均衡系数作为新的充电均衡系数用于计算下次进行充电均衡时的充电均衡需求值，计算公式为:充电均衡需求值=(需进行充电均衡单体的预测电量-所有单体预测电量的平均值)*充电均衡系数。
[0012]作为优选，所述电压特性曲线的规定条件为不同温度和电流条件下的恒流充放电曲线。温度范围通常为-20至50°C，温度间隔为5°C，实际操作中还可以根据实际情况适当调整温度范围和温度间隔；电流大小根据电池容量和工作倍率条件具体确定，通常选取0.1C、
0.2C、0.5C、1.0C、2.0C和5.0C，实际操作中根据电池组工作条件可适当压缩和/或增加倍率区间范围并缩小倍率变化间隔。测试规定条件下的电压特性曲线，从而保证根据充放电截止时的电压查询所得电量值的准确性。
[0013]作为优选，所述方法还包括，在电压随电量的变化关系不显著的电压区间，充电时以此电压区间的电量上限作为电量值，放电时以此电压区间的电量下限作为电量值。从而有效降低存在电压平台的电芯体系在电压平台区间电压随剩余电量变化不明显而导致的查询电量误差对均衡电量需求值计算的影响。
[0014]作为优选，充电过程的预测电量=查询所得到的上次充电结束时的电量+上次放电过程的均衡电量;放电过程的预测电量=查询所得到的上次放电结束时的电量+上次充电过程的均衡电量。
[0015]作为优选，预测电量最大的m节单体的均衡电量需求值为负数，预测电量最小的η节单体的均衡电量需求值为正数，其他单体的均衡电量需求值为零。
[0016]作为优选，预测电量最大与电量最小的单体m、n的取值满足:若电池管理系统能同时对单个模块中电池进行放电均衡处理的单体数目大于模块中单体数目的三分之一，则m的大小取模块单体数目的三分之一，否则m的大小为电池管理系统能同时给单个模块进行放电均衡处理的单体数目；若电池管理系统能同时对单个模块中电池进行充电均衡处理的单体数目大于模块中单体数目的三分之一，则η的大小取模块单体数目的三分之一，否则η的大小为电池管理系统能同时给单个模块进行放电均衡处理的单体数目。
[0017]作为优选，进行充电均衡处理时电池的均衡电量为正数，进行放电均衡处理时电池的均衡电量为负数，未进行均衡处理的电池的均衡电量为零。
[0018]作为优选，所述放电均衡与充电均衡处理时应考虑到电池老化系数。当电池实际容量为标称容量的K倍，则充电/放电均衡电量需求值=(单体的预测电量-所有单体预测电量的平均值)*Κ*充电/放电均衡系数。其中K为电池老化系数。
[0019]作为优选，所述电池老化系数从电池管理系统的其他模块如SOC计算模块获取，也可以通过均衡模块计算得到。
[0020]作为优选，所述放电均衡与充电均衡系数均为正数。从而避免电池特性发生突变(如外部或内部因素导致的内阻、极化特性的突变)时，计算所得放电均衡与充电均衡系数均为负数导致出现错误均衡。
[0021]作为优选，所述充电均衡系数，放电均衡系数在每次均衡后存入电池管理系统存