一种锂离子电池动态均衡控制方法
【专利摘要】本发明提供一种锂离子电池动态均衡控制方法，所述方法是根据整车驻车时间判断动力电池静置时间，当达到足够静置时间后，判断电池当前电压为电池真实状态，且根据此时压差判断是否需要均衡；同时根据压差的范围选取适当电阻进行放电，控制均衡时间。此方法优势在于均衡过程发生在整车运行过程中，即判断需要开启均衡后，控制方法执行均衡命令的同时还响应整车命令对电池进行充放电控制，并且本方法的优势还在于根据单体间压差大小，可适当选取均衡电阻，控制均衡时间。
【专利说明】一种锂离子电池动态均衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池动态均衡控制方法，属于新能源汽车的锂电池系统领域。
【背景技术】
[0002]实践表明电池单体寿命远长于电池总成寿命，这是由于电池总成是由电池单体串联而成，且电池总成的使用常处于不均衡状态，而蓄电池的不均衡状态会随着充放电循环不断加剧，受损最严重的电池单体寿命减损引起所在的电池组寿命减损，从而减损整个电池系统的寿命，虽然电池组由同样规格的单体电池组成，但由于单体电池制造的工艺和使用过程中电池组内部环境的不均匀性等原因，随着使用实践的增加，单体电池之间的性能差异将逐渐拉大，若不采取措施将造成某些单体电池过充过放，而过充和过放不仅影响电池寿命，对于电池容量也是一个威胁。
[0003]目前已有许多电池管理系统对均衡管理进行研究，例如专利文献号为CN101917044A的一种锂电池管理系统均衡控制方法，该专利根据电池动态过程中单体压差判断是否需要均衡，并未考虑动态过程中该压差是否能够真实反映电池状态；专利文献号为CN 102064586A的一种新型电池均衡器控制系统及其控制方法，该专利根据电池压差判断是否对电池放电或充电，但并未考虑根据压差范围选取充放电电流，用以控制均衡时间。
[0004]因此，现有的电池均衡控制方法还存在进一步改进的必要。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种锂离子电池动态均衡控制方法，以有效地减小电池组间单体电压差异。本发明提出根据整车驻车时间判断动力电池静置时间，当达到足够静置时间后，判断电池当前电压为电池真实状态，且根据此时压差判断是否需要均衡；本发明还提出根据压差的范围选取适当电阻进行放电，控制均衡时间。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种锂离子电池动态均衡控制方法，其采用由以下模块组成的系统完成:均衡判断模块、系统判断模块、均衡参数配置模块、均衡及过程诊断模块。
[0008]所述控制方法包括以下步骤:
[0009]步骤1:由均衡判断模块根据整车驻车时间及采集的所有单体电压判断是否需要进行均衡。
[0010]步骤2:由系统判断模块判断整车系统是否存在安全故障或处于特殊工况无法响应均衡。
[0011]步骤3:由均衡参数配置模块根据检查到当前单体压差范围，选择适当的均衡电阻,对单体电压过高电池进行放电。
[0012]步骤4:由均衡及过程诊断模块执行均衡操作，并实时检测均衡过程中是否出现
安全故障。[0013]所述步骤I中，均衡判断模块根据锂离子电池充分静置后端电压为开路电压特性，判断电池均衡状况，具体内容包括:
[0014]步骤1.1:判断整车驻车时间是否大于X(根据电池实际情况确定，通常设置为0.5小时)小时，如未大于则禁止均衡。
[0015]步骤1.2:判断所有电池单体间压差是否在Ul≤Δ U ≤ U2，如果Δ U≤U2时，单体间差压过大，无法通过均衡方式对其补偿，此时放弃均衡。
[0016]步骤1.3:将步骤2判断需要均衡的电池单体将其均衡标志位置1，发送给系统判断模块。
[0017]本发明的步骤2中的系统判断模块是用于判断整车系统状态。具体内容包括:
[0018]步骤2.1:判断整车是否存在致命故障，即整车当前是否可以响应电池均衡动作。
[0019]步骤2.2:判断整车是否在运行特殊工况，如爬坡助力时，需动力电池大功率输出，此时禁止对电池进行均衡操作。
[0020]步骤2.3:根据步骤2.1,2.2判断结果进入均衡参数配置模块。
[0021]本发明的步骤3中，均衡参数配置模块根据单体电池间压差配置均衡电阻，选取均衡电流，具体包括:
[0022]步骤3.1:判断单体压差大小，选取不同均衡电阻，配置均衡电流。
[0023]步骤3.2:根据选取的均衡电阻，设定均衡时间Y分钟，并进入到均衡及过程诊断模块。
[0024]本发明的步骤4，均衡及过程诊断模块用于判断均衡过程中是否出现故障及均衡是否结束，具体包括:
[0025]步骤4.1:执行均衡并计算均衡时间。
[0026]步骤4.2:判断均衡时间是否大于步骤3.2中设定的时间，如超时则均衡结束。
[0027]步骤4.3:判断均衡过程中是否出现安全故障，如出现电池总成绝缘等问题，则均
衡结束。
[0028]由以上控制步骤可见，本控制方法是通过对整车动力电池静置时间及锂电池单体电压的采集，将电压偏高的电池进行放电的方法来达到电池的一致性，此方法优势在于均衡过程发生在整车运行过程中，即判断需要开启均衡后，控制方法执行均衡命令的同时还响应整车命令对电池进行充放电控制，且本方法的优势还在于根据单体间压差大小，可适当选取均衡电阻，控制均衡时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0030]图1为锂离子电池动态均衡控制方法的总流程图；
[0031]图2为锂离子电池动态均衡控制方法的均衡判断模块的工作流程图；
[0032]图3为锂离子电池动态均衡控制方法的系统判断模块的工作流程图；
[0033]图4为锂离子电池动态均衡控制方法的均衡参数配置模块的工作流程图；
[0034]图5为锂离子电池动态均衡控制方法的均衡及过程诊断模块的工作流程图。【具体实施方式】
[0035]下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0036]本发明公开的一种锂离子电池均衡控制方法，该控制方法是通过对整车动力电池静置时间及锂电池单体电压的采集，将电压偏高的电池进行放电的方法来达到电池的一致性，此方法大大增加了锂电池的使用寿命，并对锂电池的安全性提供了保障。
[0037]图1锂离子电池动态均衡控制方法的总流程图，本控制方法采用以下模块实现，包括:均衡判断模块S101、系统判断模块S102、均衡参数配置模块S103、均衡及过程诊断模块 S104。
[0038]整车上电后，均衡判断模块SlOl根据整车驻车时间及采集单体电压判断是否需要进行均衡，并根据判断结果进入到不同的处理模块，且均衡过程中同时响应整车对电池充放电管理。
[0039]图2锂离子电池动态均衡控制方法的均衡判断模块SlOl的工作流程图:
[0040]步骤SlOll:根据整车上电后，判断整车驻车时间是否大于X(根据电池实际情况确定，锂电池通常设置为0.5小时)，用于判断采集到的电池组单体电压是否可真实反映电池状态；
[0041]步骤S1012:根据采集到的单体电压，判断单体压差是否满足Ul U < U2 (其中U1、U2根据试验数据获取，5Ah锂电池Ul为0.2V，U2为0.5V)，如果满足，则单体电池需要均衡；如果Λ U^U2时，单体间差压过大，无法通过均衡方式对其补偿，此时放弃均衡。
[0042]步骤S1013:将步骤S1012判断需要均衡的单体均衡标准位置I发送给系统判断模块S102。
`[0043]图3锂离子电池动态均衡控制方法的系统判断模块S102的工作流程图:
[0044]步骤S1021:判断整车系统是否存在安全故障，是否可以响应均衡操作，用以确保均衡开启阶段不存在安全隐患。
[0045]步骤S1022:判断整车是否正在进行特殊工况无法响应均衡操作，如爬坡助力时，需动力电池大功率输出，此时禁止对电池进行均衡操作。
[0046]图4锂离子电池动态均衡控制方法均衡参数配置模块S103的工作流程图:
[0047]步骤S1031:根据步骤S1012计算的单体压差，选取均衡电流，本专利所提供的方法是基于均衡电路设计中包含可选的均衡电阻，即根据压差范围选取不同的均衡电阻(即不同的放电电流)进行均衡；
[0048]步骤S1032:根据均衡电流设定均衡时间(30mA均衡2小时，IOOmA均衡0.6小时，避免放电均衡过程中造成能量过多损失)，保证电池单体能够在规定时间内经过几次均衡后达到一致。
[0049]图5锂离子电池动态均衡控制方法的均衡及过程诊断模块S104的工作流程图:
[0050]步骤S1041:计算均衡时间；
[0051]步骤S1042:判断均衡时间是否达到设定时间(由步骤S1032设定的)，如超时则均
衡结束。
[0052]步骤S1043:判断均衡过程中是否出现安全隐患，如出现故障则均衡结束，均衡完成后清除均衡标志位，并继续执行整车命令。
【权利要求】
1.一种锂离子电池动态均衡控制方法，其包括以下步骤: 步骤1:由均衡判断模块根据整车驻车时间及采集的所有单体电压判断是否需要进行均衡； 步骤2:由系统判断模块判断整车系统是否存在安全故障或处于特殊工况无法响应均衡； 步骤3:由均衡参数配置模块根据检查到当前单体电池压差范围，选择适当的均衡电阻,对单体电压过高电池进行放电； 步骤4:由均衡及过程诊断模块执行均衡操作，并实时检测均衡过程中是否出现安全故障。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池动态均衡控制方法，其特征在于:所述步骤I中，均衡判断模块是根据锂离子电池充分静置后端电压为开路电压特性，判断电池均衡状况，具体为: 步骤1.1:判断整车驻车时间是否大于X小时，如未大于则禁止均衡；如大于则进入步骤 1.2 ; 步骤1.2:判断所有电池单体间压差是否在Ul U ( U2，如果Λ U≥U2时，单体间差压过大，无法通过均衡方式对其补偿，此时放弃均衡；如是在上述范围，则判断需要均衡，进入步骤1.3 ; 步骤1.3:将步骤1.2判断需要均衡的电池单体将其均衡标志位置1，发送给系统判断模块。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池动态均衡控制方法，其特征在于:Χ通常设置为0.5小时。 3.根据权利要求1所述的锂离子电池动态均衡控制方法，其特征在于所述步骤2的具体过程如下: 步骤2.1:判断整车是否存在致命故障，即整车当前是否可以响应电池均衡动作，如是，则进行下一步； 步骤2.2:判断整车是否在运行特殊工况，如爬坡助力时，需动力电池大功率输出，此时禁止对电池进行均衡操作；如不是，则进行下一步； 步骤2.3:根据步2.1,2.2判断结果进入均衡参数配置模块。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池动态均衡控制方法，其特征在于所述步骤3的均衡参数配置模块是根据单体电池间压差配置均衡电阻，选取均衡电流，具体过程如下: 步骤3.1:判断单体压差大小，选取不同均衡电阻，配置均衡电流； 步骤3.2:根据选取的均衡电阻，设定均衡时间Y分钟，并进入到均衡及过程诊断模块。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池动态均衡控制方法，其特征在于所述步骤4中的均衡及过程诊断模块用于判断均衡过程中是否出现故障及均衡是否结束，具体过程如下: 步骤4.1:执行均衡并计算均衡时间； 步骤4.2:判断均衡时间是否大于步骤3.2中设定的时间，如超时则均衡结束。 步骤4.3:判断均衡过程中是否出现安全故障，如出现电池总成绝缘等问题，则均衡结束 。
【文档编号】H02J7/00GK103475063SQ201310441889
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】赵立波, 邓柯军, 杨辉前, 苏岭, 姚振辉, 陕亮亮, 郭晓甜 申请人:重庆长安汽车股份有限公司, 重庆长安新能源汽车有限公司