一种串联电池PACK充放电均衡控制方法与流程

本发明属于电池组均衡控制，特别涉及一种串联电池pack充放电均衡控制方法。

背景技术：

1、多个磷酸铁锂电芯串联成组，根据不同的电压使用场景需求可以广泛应用于新能源储能、新能源汽车等多个行业。在磷酸铁锂电池串联使用过程中，各电芯在出厂时的容量往往会存在一定差异，受“木桶效应”的限制，整个串联电池系统的最大放电容量取决于系统中的最小电芯容量。但由于系统中各电芯自放电速率、内阻、工作环境温度、串联电路板焊接工艺存在差异，电芯soc工作区间会逐渐分化，导致系统出现最大容量无法完全发挥的不均衡问题。并且随着时间的累积，该不均衡问题会渐渐恶化，在电池全生命周期内的表现为实际充放电容量和能量利用效率大幅降低。

2、为有效解决该问题，需要对电池系统进行均衡，以降低各个电芯soc工作区间离散程度。传统的均衡算法是通过设定固定压差阈值来控制均衡开启或关闭，在充放电过程中，若电芯与平均电压或最低电压的偏差大于某一阈值则对该电芯开启均衡，当二者偏差小于结束阈值，均衡停止。这种算法一方面无法精确定位最小容量电芯，实现其容量最大程度发挥；另一方面也无法精准控制均衡时间，若某一电芯出现漏电问题造成电压持续降低，多数电芯都会开启均衡，若电池系统长期未进行工作，最终整个系统都会亏电。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种串联电池pack充放电均衡控制方法。

2、本发明提供了一种串联电池pack充放电均衡控制方法及方法，包括以下步骤：

3、获取串联电池pack的充放电参数以及串联电池pack中各个电芯的状态信息；

4、确定最先充满电芯和最先放空电芯，在充电截止时刻，获取串联电池pack中各个电芯的电压，电芯电压最高的电芯为最先充满电芯；在放电截止时刻，获取串联电池pack中各个电芯的电压，电芯电压最低的电芯为最先放空电芯；

5、基于所述充放电参数和状态信息计算参考soc，并在所述充放电参数和状态信息中提取特征数对，基于所述参考soc和特征数对组成参考soc和特征值一一对应的数对集合；将最先放空电芯放电末段数对集合作为放电末段参考数对集合，最先充满电芯充电末段数对集合作为充电末段参考数对集合；

6、计算各个电芯的实际放电容量并确定最小容量电芯；

7、设定放电截止时刻最大期望压差阈值以及充电阶段最大压差阈值，基于放电末段参考数对集合和充电末段参考数对集合利用插值法计算各个电芯放电截止时刻的电芯预留电量soc、各个电芯充电截止时刻的电芯预期电量soc、预期充电截止压差；判断各个电芯预期充电截止压差与充电阶段最大压差阈值的差值是否超出调整阈值，若超出调整阈值，则调整放电截止时刻最大期望压差阈值，直至各个电芯预期充电截止压差与充电阶段最大压差阈值的差值回归调整阈值，重新计算各个电芯充电截止时刻的电芯预期电量soc和预期充电截止压差；

8、基于各电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差、放电末端预留电量soc、各个电芯实际容量计算各个电芯期望均衡容量和均衡时间，基于所述期望均衡容量和均衡时间对所述串联电池pack进行均衡控制。

9、进一步的方案为，基于所述充放电参数和状态信息确定电芯充满时刻和放空时刻，并分别记录串联电池pack中各个电芯在充满时刻和放空时刻的电压。

10、进一步的方案为，所述特征数对包括最先放空电芯放电末段的第一特征和最先充满电芯充电末段的第二特征；

11、所述放电末段参考数对集合包括第一特征不同时刻的第一子特征集合以及与所述第一子特征相对应的参考soc集合，所述充电末段参考数对集合包括第二特征不同时刻的第二子特征集合以及与所述第二子特征相对应的参考soc集合。

12、进一步的方案为，所述充放电参数和状态信息至少包括充放电状态参数 state (t)、充放电电流参数 i(t)、串联电池packsoc参数 soc(t)、电压变化曲线、各个电芯电压参数 v_i(t)和充放电安时数 q（ t），其中 i代表第 i个电芯，t代表时刻，所述充放电状态参数 state(t)至少包括充电状态、放电状态、待机状态、停机状态。

13、进一步的方案为，基于所述充放电电流参数 i(t)、串联电池packsoc参数 soc(t)、充电状态、放电状态确定电芯充满时刻t1和满放时刻t2并记录该时刻各个电芯充满时刻t1电压 v_i(t1)和满放时刻t2电压 v_i(t2)。

14、进一步的方案为，所述参考soc包括放电末段不同时刻参考soc和充电末端不同时刻参考soc；

15、所述放电末段不同时刻参考soc计算过程为：

16、；

17、所述充电末段不同时刻参考soc计算过程为：

18、；

19、其中， soc ref_dis (t)为放电末段不同时刻的参考soc， soc ref_cha (t)为充电末段不同时刻的参考soc， t为充放电时刻， q dis为放电总容量， q(t)为实时电芯容量，soc dis为放电截止时刻的参考soc， q r 为串联电池pack额定容量，soc cha为充电截止时刻的参考soc， q cha为充电总容量。

20、进一步的方案为，基于充放电截止时刻电压利用插值法计算充电末端电量 soc end_cha_i和放电末端电量 soc end_dis_i；

21、所述各个电芯的实际放电容量 q actual_i，计算过程为：

22、；

23、其中， soc end_cha_i为充电末端电量soc、 soc end_dis_i为放电末端电量soc，所述充电末端电量soc基于充电末段参考数对集合和充电截止时刻电压利用插值法计算得出，所述放电末端电量soc基于放电末段参考数对集合和放电截止时刻电压利用插值法计算得出。

24、进一步的方案为，在计算所述预期充电截止压差之前，还需要计算各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差 ∆v exp_dis_i、各个电芯的放电截止时刻的预期电压 v exp_dis_i、各个电芯放电截止时刻的预留电量 soc exp_dis_i；

25、所述各个电芯放电截止时刻与最小容量电芯的预期压差 ∆v exp_dis_i计算过程为：

26、；

27、其中，qactual代表电芯实际容量的向量组qactual=[ q actual_1,  q actual_2, ......,  q actual_n ]， n代表电池系统中串联电芯的总数；max()和min()分别代表对向量组取最大值和最小值； ∆ v max_dis为放电截止时刻最大期望压差阈值；

28、所述各个电芯的放电截止时刻的预期电压 v exp_dis_i计算过程为：

29、；

30、其中，v(t2)为放电截止时刻各电芯电压向量组；所述各个电芯放电截止时刻的预留电量 soc exp_dis_i基于放电末段参考数对集合利用插值法得出；

31、所述各个电芯充电截止时刻的电芯预期电量soc计算过程为：

32、；

33、其中， soc exp_cha_i为电芯充电截止时刻的电芯预期电量soc； soc exp_dis_i为各个电芯放电截止时刻的预留电量soc，基于放电末段参考数对集合利用插值法计算得出；min(qactual)为向量组最小值；所述预期充电截止压差计算过程为：

34、；

35、其中， v exp_cha_i为充电截止时刻预期电压，基于充电末段参考数对集合利用插值法计算得出，max( v exp_cha)为充电预期电压的最大值。

36、进一步的方案为，所述各个电芯期望均衡容量 q b_i，计算过程为：

37、；

38、所述均衡时间 t b_i，计算过程为：

39、；

40、其中， μ为均衡效率， i b为均衡电流。

41、进一步的方案为，所述调整放电截止时刻最大期望压差阈值 ∆v max_dis，调整后的放电截止时刻最大期望压差阈值为：；

42、其中，k为增益系数，其数值以固定间隔逐步递增，k值更新后均需要重新计算充电截止时刻各个电芯预期电量 soc exp_cha_i和放电截止时刻的预期电压 v exp_dis_i，直至各个电芯预期充电截止压差与充电阶段最大压差阈值的差值回归调整阈值。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过获取串联电池pack的充放电参数以及各个电芯的状态信息，进而确定最先充满电芯和最先放空电芯以及充放电末段的参考soc，组成充放电末段参考数对集合，基于放电末段参考数对集合计算各个电芯放电截止时刻的电芯预留电量soc、各个电芯充电截止时刻的规划soc、预期充电截止压差，根据输出的各电芯放电截止时刻规划soc，计算未均衡前各电芯soc与规划soc的偏差，进而计算出各电芯期望均衡容量，结合串联电池系统的均衡电流可计算出均衡时间，基于所述期望均衡容量和均衡时间对所述串联电池pack进行均衡控制，可以精准识别待均衡电芯，有效控制均衡时间和均衡容量，实现最小容量电芯容量最大程度发挥，保证了最先充满的电芯最先放空，提高了串联电池pack性能。