一种改进的动力电池模组电量均衡系统及控制方法

本发明属于电动汽车，具体涉及一种改进的动力电池模组电量均衡系统及控制方法。

背景技术：

1、动力电池是电动汽车的主要能量载体和动力源泉，是电动汽车非常重要的组成部分。目前普遍使用的动力电池模式为由电池包包含的众多单体电池，这些单体电池在生产制造过程中由于制造精度等问题难免会存在内阻、容量等不一致的情况，这些不一致又会导致使用过程中在功率、温度上的差异。“木桶原理”是众所周知的，而电池包的整体容量也取决于包内能量或电压最小的单体电池。这将大大降低电池包的整体容量利用率，进而减小实际可使用容量。

2、为解决这一问题，电动汽车的动力电池包普遍配有电量均衡模块，以希望能够在第一时间均衡电池包内各单体电池的电压电量。目前使用的均衡模式主要有两种，分别为主动均衡模式和被动均衡模式。前者的原理是将能量由高向低转移，后者的原理是将高能量单体的电量以热能的形式消耗掉。主动均衡模式一般在串连电池间配置均衡控制电路，在检测出电量的不均衡之后抽出多余的电量，将这部分电量线转移至电感或电容器中，再分配给能量较低的单体；但是能量转移需要较多时间，并且在诸多电路、电容器之间转移，依旧会存在能量损耗。被动均衡是以包含较低能量的单体为依据，选出能量较高的单体，将多余的能量以热能形式消耗掉，这样效率比较高，电路结构简单，但是会造称大量的能量损失，并且在平衡过程中模块产生大量热量，容易导致整体运行的不稳定。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种改进的动力电池模组电量均衡系统及控制方法，根据各单体电池现有电量计算均衡后的单体电量，减少电量在各单体和各电容器间传播的时间，降低电量损耗及整体的发热量，且有助于提升整个电池包的能量利用率。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种改进的动力电池模组电量均衡系统的控制方法：

4、s1，当电池模组的温度在15℃-40℃之间，均衡控制模块判断最大单体电池的电压差值是否大于设置的电压阈值，若是，则进行s1，否则继续获取电池模组温度信息；

5、s2，基于当前各单体电池的电压数据和电池模组的容量，根据卡尔曼滤波算法估算通过电池模组的电流值；

6、s2.1，每一个单体电池建立thevenin等效电路模型，并对thevenin等效电路模型进行在线参数辨识；

7、s2.2，根据单体电池的电压数据以及辨识得到的参数，估算得到单体电池电流；

8、s2.3，判断计算得到各单体电池电流的最大差值是否小于设置的电流阈值，若是，则电池模组的电流取单体电池的平均值，否则重新对thevenin等效电路模型进行在线参数辨识；

9、s3，由通过电池模组的电流值计算第i个单体电池的soc，并将所有单体电池soc值进行从低到高排序，记为socj，其中j＝1,2,3...n，n为单体电池总数；

10、s4，若|socj-socm|>socm*5％，判定单体电池需要参与电量均衡，计算各单体电池均衡所需时间，其中socm为均衡后的单体电池soc数值；

11、s5，判断需要参与电量均衡的单体电池均衡方案：若δsocj>0，则需要从单体电池中抽取相应电量，若δsocj<0，则需要对相应单体电池进行补充电量；其中δsocj＝socj-socm。

12、进一步地，所述socm的计算过程为：

13、a.假设均衡后的单体电池soc初始值为socx，n，其中n＝1,2,…；

14、b.第一次二分法中分别计算wa1＝|soc1-a1|+|soc2-a1|+|soc3-a1|+…+|socn-a1|，wb1＝|soc1-b1|+|soc2-b1|+|soc3-b1|+…+|socn-b1|，其中a1为soc1与的中间值，b1为与socn的中间值；

15、c.若wa1<wb1，则a1为socx，1，判定a1所在的区间为优势区间，并进入下一步，否则选择b1及其所在的优势区间

16、d.从第二次二分法开始，按照b和c的流程，每次都将前一次得到的优势区间平均分为两个区间，分别将这两个区间的中间值an与bn代入wan和wbn，再比较wan和wbn的大小，确定选择an还是bn作为本次的socx，n；其中：wan＝|soc1-an|+|soc2-an|+|soc3-an|+…+|socn-an|，wbn＝|soc1-bn|+|soc2-bn|+|soc3-bn|+…+|socn-bn|；

17、e.若|socx，n+1-socx，n|<soc1*2％，则判定此时的socx，n即为socm，否则返回d。

18、进一步地，所述socm需满足以下的条件：

19、(1)soc1<socm<socn；

20、(2)所有单体电量变动的数值总和w最小：w＝|δsoc1|+|δsoc2|+|δsoc3|+…+|δsocn|，其中δsocj为单体电池电量均衡至socm所经历的数值变动，即δsocj＝socj-socm。

21、进一步地，所述第i个单体电池的soc满足公式：

22、

23、其中cn为电池模组的容量，ik为电池模组的电流，δt为采样时间步长。

24、进一步地，所述单体电池均衡所需时间为：其中cn为电池模组的容量，cc为设定的充放电倍率。

25、进一步地，所述参数辨识具体是对离散时间状态空间模型进行参数辨识，所述离散时间状态空间模型中的开路电压采用多项式拟合得到各单体电池的ocv-soc关系进行确定。

26、一种改进的动力电池模组电量均衡系统，包括：串联电池模组、电池管理系统、均衡控制模块、均衡装置和电压检测模块，均衡控制模块与电池管理系统通信连接，电池管理系统还与电压检测模块通信连接，均衡控制模块、电压检测模块还分别和均衡与检测总线电连接，串联电池模组和均衡装置均与检测总线电连接。

27、上述技术方案，还包括总控制电路，总控制电路包括限流器、二极管、光继电器和电感，n个光继电器一端分别与电池模组内的n个单体电池正极电连接，另一端连接到均衡与检测总线上，n个电感一端分别与电池模组内的n个单体电池负极电连接，另一端连接到均衡与检测总线上。

28、上述技术方案中，所述均衡装置包括超级电容器，超级电容器通过二极管和均衡与检测总线电连接。

29、上述技术方案中，所述均衡装置还包括均衡降压dc/dc，超级电容器与均衡降压dc/dc电连接，均衡降压dc/dc再通过限流器和均衡与检测总线电连接。

30、本发明的有益效果为：本发明所提方法较当前技术可在保证均衡精度的条件下得到电池模组的电流值及单体电池的soc，进一步判定单体电池需要参与电量均衡，并计算各单体电池均衡所需时间，判断需要参与电量均衡的单体电池均衡方案，从而减少电量在均衡支路和超级电容器之间的流动，减少能量损耗，提高均衡速率，同时提升电池模组的容量利用率，改善电池模组的安全状态。