电池组内操作电芯持续被动平衡的方法
【专利摘要】本发明涉及一种电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特点是：包括有前期估算与后期控制，前期估算包括以下步骤，持续平衡电芯荷电状态估算电芯开路电压，通过加权限脉冲响应的滤波器用于电芯CVRS估算，消除滞后电压，同时估算电芯开路电压值。后期控制时，从整个电池组找出最小的电池CVRS，通过阀门开关进行平衡控制。由此，可以对应型号不同的电芯，针对其中的差异实现平衡控制。能够有效防止电容流失提高其寿命。更为重要的是，可以免去采用繁琐的主动平衡过程。
【专利说明】电池组内操作电芯持续被动平衡的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种被动平衡方法，尤其涉及一种电池组内操作电芯持续被动平衡的方法。
【背景技术】
[0002]就现有技术来看，电动汽车、混合动力车或插电式混合动力汽车越来越流行，因为这种技术相比燃油汽车拥有更高能效和更低操作成本。所有这些技术要求在汽车上存储电能，随着能源更多来自于电源储能并且对燃油动力元件依赖渐小，每项技术都需要更大电池。为了在大电池组里储存足够电能，电芯连接可配置为串联和并联。锂离子电芯含有多种化学物质，这些物质的电压水平和电容各不相同。混合电芯可为电容范围在10-20 Ahr的NMC化学物质，而PHEV或EV电芯是典型的磷酸铁锂化学物质，电容范围在IOOAhr以内。
[0003]并且，典型的混合动力电池组可为96节串联电芯以达到混合动力系统的所需电压窗口，也可根据电源要求为I或2节并联。多节电芯串联需要外部电芯均衡。但是，电芯不可能完全相同。每个电芯，即使是同一型号，也会在电容、开路电压、装载容量、自放电率、阻抗及热特性等方面存在些许差异，影响电池荷电状态。串联配置组装时，这些差异使得电池组只有在最弱的电芯是满的或空的状态下才允许电池充电或放电，即使它的邻居很乐意继续充电或放电。如果电池组继续充电，最弱的电芯将处于过压状态，造成电芯过热或损坏，并将进一步弱化电芯，造成安全隐患，比如火灾。
[0004]因此，电芯间的不平衡极大地限制了电池组的操作。更糟的是电芯间的差异与日俱增，将导致电池组电容流失更大、寿命更短。为了充分利用电池组的总容量，并尽可能增加使用寿命，必须增加平衡电路用来平衡电芯容量。
[0005]当今主要有两种使用广泛的电芯均衡硬件设计:主动和被动均衡。被动均衡通常使用一个开关和一个电阻为过充电芯放电以平衡电流至较低电芯。主动均衡技术差异较大，但都通过吸取电容较高的电池或整个电池组的电流并注入较弱或电容较低的电芯来完成电荷转移。主动均衡能效更高，电芯间的能源转移效率约为90%。同时，相比被动均衡，在电池放电时它也允许能源持续注入较弱电芯并使得电池组输送更多电容。然而，由于主动平衡电路的复杂性和高成本，它很少被使用。电芯平衡控制方案使用的不同算法在前面的条款里已有显示。
[0006]具体来说，电芯电压的差异是电芯不平衡最典型的表现。大多数算法试图基于电芯电压差异来平衡电芯。如果电压差值超过了预定义的阈值，平衡电路工作。然而在电池操作过程中，很多事情可以影响测定的电芯电压，这些会误导对电芯平衡状况的判断。电容的差异会造成电荷不平衡。如果一个电芯较另一电芯容量低，两者放电量、放电时长都相同，那么电容较低的电芯荷电量则较低。由于OCV是SOC的一个功能，电芯的OCV将和其他电芯不同，造成电压不平衡。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种电池组内操作电芯持续被动平衡的方法。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:包括有前期估算与后期控制，所述的前期估算包括以下步骤，步骤①，通过估算电芯开路电压，持续均衡电芯荷电状态；步骤②，将测定的电芯开路电压减去电流乘以电芯内阻，得到电芯开路电压滞后电压估算值，这个数值为电池CVRS (电芯电压去除R和串联电阻效应的电压);步骤③，通过加权限脉冲响应的滤波器用于电芯CVRS估算，消除滞后电压，同时估算电芯开路电压值；
所述的后期控制包括以下步骤，步骤①，从整个电池组找出最小的电池CVRS ;步骤②，检查电池组内所有电芯，进行对应的平衡判断；步骤③，阀门开关进行平衡控制。
[0009]进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述的电芯荷电状态出现内阻及滞后状态时，电压对测定电压的影响通过CVRS值滤波来进行计算去除。
[0010]更进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述的CVRS值滤波为从测定的电芯电压减去电流乘以电芯内阻将得到电芯OCV及滞后电压估算值。
[0011]更进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述的后期控制每隔IOOms执行一次。
[0012]更进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述的平衡判断为，如果电池CVRS大于最小的电池CVRS与阀门打开之和，则为平衡，保持现有状态；如果电池CVRS小于最小的电池CVRS与阀门关闭之和，则停止平衡。
[0013]更进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述的平衡控制为，当电池负载时，阀门值微增以说明任何电池的内阻不精确和电池间的滞后值，当无电池负载时，CVRS值将接近电池OCV值并允许更严格的电池平衡限制以获得充分平衡的电池组。
[0014]再进一步地，上述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其中:所述阀门开关的值差异在有无动态电流时使用。
[0015]本发明技术方案的优点主要体现在:提供一种用被动电芯平衡电路来平衡操作中的电池组的方法和控制方案，可以对应型号不同的电芯，针对其中的差异实现平衡控制。能够有效防止电容流失提高其寿命。更为重要的是，可以免去采用繁琐的主动平衡过程。
[0016]本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
【具体实施方式】
[0017]电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特别之处在于:本发明所采用的方法包括有前期估算与后期控制。
[0018]具体来说，采用的期估算包括以下步骤:
首先，持续平衡电芯荷电状态(SOC)估算电芯开路电压(0CV)。此处的OCV是SOC的一项功能，每个电芯OCV都一样。之后，将测定的电芯开路电压减去电流乘以电芯内阻，得到电芯开路电压滞后电压估算值，这个数值为电池CVRS (电芯电压去除R和串联电阻效应的电压)。接着，通过加权限脉冲响应的滤波器用于电芯CVRS估算，消除(变化较快的)滞后电压，同时估算(变化较慢的)电芯开路电压(OCV)值。在此期间，该滤过的CVRS可用作控制被动平衡的基础。
[0019]进一步来看，采用的后期控制包括以下步骤:首先，从整个电池组找出最小的电池CVRS。之后，检查电池组内所有电芯，进行对应的平衡判断。最后，阀门开关进行平衡控制。
[0020]就本发明一较佳的实施方式来看，电芯荷电状态出现内阻及滞后状态时，电压对测定电压的影响通过CVRS值滤波来进行计算去除。具体来说，可以从测定的电芯电压减去电流乘以电芯内阻将得到电芯OCV及滞后电压估算值。
[0021]结合本发明的实际使用情况来看，为了提高后期控制的效率，后期控制每隔IOOms执行一次。
[0022]再进一步来看，考虑到对能够实现最终的被动平衡，本发明采用的平衡判断为，如果电池CVRS大于最小的电池CVRS与阀门打开之和，则为平衡，保持现有状态。如果电池CVRS小于最小的电池CVRS与阀门关闭之和，则停止平衡。当然，在具体的实施过程中，阀门打开或关闭可因电芯类型、化学物质及容量而异，并且可从电池测试选择。
[0023]与之对应的是，本发明实施过程中所采用的平衡控制为，当电池负载时，阀门值微增以说明任何电池的内阻不精确和电池间的滞后值。同时，当无电池负载时，CVRS值将接近电池OCV值并允许更严格的电池平衡限制以获得充分平衡的电池组。并且，在整个实施过程中，阀门开关的值差异在有无动态电流时使用。
[0024]通过上述的文字表述可以看出，采用本发明后，提供一种用被动电芯平衡电路来平衡操作中的电池组的方法和控制方案，可以对应型号不同的电芯，针对其中的差异实现平衡控制。能够有效防止电容流失提高其寿命。更为重要的是，可以免去采用繁琐的主动平衡过程。
【权利要求】
1.电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:包括有前期估算与后期控制，所述的前期估算包括以下步骤， 步骤①，通过估算电芯开路电压，持续均衡电芯荷电状态； 步骤②，将测定的电芯开路电压减去电流乘以电芯内阻，得到电芯开路电压滞后电压估算值，这个数值为电池CVRS，既表示电芯电压去除R和串联电阻效应的电压； 步骤③，通过加权限脉冲响应的滤波器用于电芯CVRS估算，消除滞后电压，同时持续估算电芯开路电压值OCV ； 所述的后期控制包括以下步骤， 步骤①，从整个电池组找出最小的电池CVRS ； 步骤②，检查电池组内所有电芯，进行对应的平衡判断； 步骤③，阀门开关进行平衡控制。
2.根据权利要求1所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述的电芯荷电状态出现内阻及滞后状态时，电压对测定电压的影响通过CVRS值滤波来进行计算去除。
3.根据权利要求2所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述的CVRS值滤波为从测定的电芯电压减去电流乘以电芯内阻将得到电芯OCV及滞后电压估算值。
4.根据权利要求1所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述的后期控制每隔IOOms执行一次；或是，其他设定时间周期执行一次。
5.根据权利要求1所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述的平衡判断为，如果电池CVRS大于最小的电池CVRS与阀门打开值之和，则为平衡，保持现有状态；如果电池CVRS小于最小的电池CVRS与阀门关闭值之和，则停止平衡。
6.根据权利要求1所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述的平衡控制为，当电池负载时，阀门值微增以说明任何电池的内阻不精确和电池间的滞后值，当无电池负载时，CVRS值将接近电池OCV值并允许更严格的电池平衡限制以获得充分平衡的电池组。
7.根据权利要求1所述的电池组内操作电芯持续被动平衡的方法，其特征在于:所述阀门开关的差异值通常在有动态电流时使用。
【文档编号】H01M10/42GK103633384SQ201210312882
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】施敏捷, 史蒂文·万沃浩文, 罗素·波特, 李倩, 董玮 申请人:石家庄杰泰特动力能源有限公司