一种考虑温度的不均衡电池组充电方法与流程

本发明涉及电池温度估计和串联电池组充电技术，具体涉及一种考虑温度的不均衡电池组充电方法。

背景技术：

由于受生产制造工艺、日历老化、充放电电流大小及使用环境温度等因素的制约，动力电池单体之间不可避免的会出现特性差异。而电池单体特性差异在长期使用后将造成电池单体的电量不均衡。

对于串联电池组来说，单体电量的不均衡直接导致电池组的可用容量降低，并且对电池组的充放电功率特性产生影响。此外，电量不均衡单体串联构成的电池组在循环充放电过程中还会造成生热和温度的不一致，加剧电池老化差异。极端情况下甚至可能出现热失控的安全问题。因为电池的电量不均衡往往在定期维护时发现并在超过一定阈值的条件下进行均衡，因此串联电池组容易出现在电量不均衡状态下充电的情况。

为了保证电池组使用安全，需要在电池组充电过程中估计电池温度并调整充电电流，以提高电池充电安全性和可靠性。经检索发现，现有文献大多关注单体电池充电效率、时间以及温升问题，提及均衡也只是关注均衡电路结构和控制方法，少有提到串联电池组考虑温度的不均衡电池组充电方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种考虑温度的不均衡电池组充电方法，解决电量不均衡单体构成串联电池组在不具备均衡条件时的考虑温度的优化充电问题，避免充电过程中出现单体过温或者温度不均引发的电池老化程度不一致等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种考虑温度的不均衡电池组充电方法，包括以下步骤：

步骤1，hppc测试获取电池开路电压；

步骤2，电池充电过程中计算各单体soc；

步骤3，计算各电池单体温度；

步骤4，对不均衡单体串联构成的电池组进行充电；

充电开始前，利用步骤2获取每一个单体的soc，当最大soc<20％时，初始充电电流设定为0.3c倍率，充电达到soc≥40％时，以1c倍率充电；当最大soc≥20％时，初始充电电流为1c倍率；

充电进行过程中，实时计算每一节电池单体的温度，当计算得到的单体最高温度高于60℃或者电池组最大温差高于5℃时，充电电流倍率降低0.2c后继续充电；若再次达到上述限制条件，则继续降低0.2c充电电流进行充电；在电池组充电过程中的任意时刻，任意单体电压达到上限截止电压时充电结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了串联电池组在电量不均衡情况下考虑温度的充电方法，能够保证在电池组电量不均衡的情况下仍然能够安全充电，该方法根据温度变化调整充电电流，减小生热从而降低电池温度，简单实用，具有普遍适用性；

(2)本发明所提出的电池组电量不均衡时的充电方法，可以保证单体最大温度不超过60℃，保证电池组内最大温差低于5℃；降低充电温度过高造成的电池老化不一致风险，减小充电热失控的风险。

附图说明

图1为充电hppc测试电流曲线图。

图2为hppc测试获得的开路电压随soc变化曲线图。

图3为hppc测试获得的等效充电内阻随soc变化曲线图。

图4为考虑温度的不均衡电池组充电流程图。

图5为电联个不均衡电池组充电电流示意图。

具体实施方式

一种考虑温度的不均衡电池组充电方法，包括以下步骤：

步骤1，hppc测试获取电池开路电压ocv

电池单体首先按照厂家提供的手册进行一次标准循环充放电，恒流-恒压(cc-cv)充满后恒流放电到达下限截止电压，测定电池容量q；静置1小时以上后进行充电hppc测试，并辨识充电内阻和ocv-soc曲线。参数获取过程为：

(1)以1c倍率充入电池容量的10％电量后，静置2小时。记录电池端电压作为该点的开路电压ocv；

(2)1c倍率放电10s，静置40s，0.75c倍率充电10s；

(3)返回(1)，进行循环10％，20％……100％soc状态的脉冲功率测试hppc，当(1)或者(2)过程中任意时刻单体电压超过充电上限截止电压时结束。

利用hppc测试，获得每间隔10％soc状态下的开路电压ocv信息。绘制soc-ocv对应关系曲线。通过每个soc点处的脉冲功率测试结果辨识获得该点的等效充电内阻r。10％间隔区间内的各点开路电压和内阻信息，由线性插值获得。图1是充电hppc测试电流曲线，图2是hppc测试获得的开路电压随soc变化曲线，图3是hppc测试获得的等效充电内阻随soc变化曲线。

步骤2，电池充电过程中计算各单体soc

其中下标k代表k单体，n和0分别代表第k个单体充电阶段中的任意时刻和初始时刻；sock,0表示k单体充电初始时刻的soc，i为充电电流，q为电池容量。

步骤3，计算各单体温度

电池热平衡方程

其中m(g)是电池质量，c(jg^-1k^-1)是电池热容量，ts(k)是电池表面温度，这里认为单个电池表面温度均一，qg(w)是电池生热功率，qd(w)是电池散热功率；

qg＝i²r(2)

其中i是充电电流，r是步骤一中获得的等效充电内阻。

qd＝ha(ts-ta)(3)

其中h(wm^-2k^-1)是热传递系数，a(m²)是电池表面积，ta(k)是环境温度。

根据公式(1)-(3)，求解线性微分方程，获得通过前一时刻温度计算当前时刻温度迭代公式

其中tsample是采样时间，p代表第p次采样。

步骤4，不均衡单体串联构成的电池组充电

结合图4，充电开始前，利用步骤2获取每一个单体的soc，当最大soc<20％时，初始充电电流设定为0.3c倍率，充电达到soc≥40％时，以1c倍率充电；当最大soc≥20％时，初始充电电流为1c倍率。

充电进行过程中，利用步骤3的方法实时估计每一节电池单体的温度，当估计得到的单体最高温度高于60℃或者电池组最大温差高于5℃时，充电电流倍率降低0.2c后继续充电。若再次达到上述限制条件，则继续降低0.2c充电电流进行充电。在电池组充电过程中的任意时刻，任意单体电压达到上限截止电压时充电结束，其中充电上限截止电压为电池生产厂家手册规定的充电最高电压。当电池组内初始最大soc≥20％时的串联电池组充电电流变化示意图如图5所示。

进一步的，步骤2中，sock,0用静置2小时以上的ocv通过查找soc-ocv对应曲线获得。步骤3中下一时刻的电池单体温度根据当前时刻的温度通过热平衡方程迭代计算得到。