锂离子动力电池均衡控制装置、系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对锂离子动力电池单体不一致性进行均衡的控制装置、系统及方法，属于新能源汽车动力电池均衡控制技术领域。
【背景技术】
[0002]近几年，随着新能源汽车的高速发展，在混合动力、插电式混合动力及纯电动汽车中，锂离子动力电池得到了广泛应用。由于材料、工艺等原因，目前国内外锂离子动力电池厂家生产的单体均存在不一致性问题，为了满足整车的动力性、可靠性、安全性等方面要求，锂离子动力电池单体不一致性已经成为制约新能源汽车发展不容忽视的限制性因素。提供可靠的锂离子动力电池单体均衡控制系统，对于当前新能源汽车产业化具有可观的经济与社会效益。
[0003]当前国内外主流的整车厂、电池厂、大学和科研院所对均衡做了大量的研宄，目前已有的专利和论文中普遍采用电池单体电压、模块剩余电量(模块SOC)作为均衡启动的条件。
[0004]目前国内外对锂离子动力电池均衡控制虽有一定研宄，但是综合考虑以下三个因素:锂离子电池单体SOC(state of charge)、整车状态、动力电池状态，进行锂离子动力电池均衡控制的研宄还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子动力电池均衡控制装置及系统，该装置及系统结合锂离子电池单体S0C、整车状态以及动力电池状态对锂离子动力电池进行均衡控制，能够全面、准确满足新能源汽车中电池总成的每个单体不一致性均衡控制需求，可靠保证了动力电池的寿命、车辆性能、车辆安全等要求。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的锂离子动力电池均衡控制装置包括整车控制器，安全气囊控制器，电池管理系统；电池管理系统包括一个主控制器和与电池总成中电池模块数量相应的从控制器；整车控制器和安全气囊控制器通过CAN总线与主控制器连接；主控制器通过总电流采样线束、总电压采样线束、绝缘信号采样线束与电池总成连接，并通过CAN总线与各从控制器连接；各从控制器通过单体电压采样线束与电池总成的各电池单体连接，通过温度采样线束与电池总成的各电池模块温度传感器连接；各从控制器内部的均衡控制电路分别与对应的电池单体连接。
[0007]各从控制器负责采集对应电池模块中各电池单体的电压、电池模块的温度信号并将其发送到主控制器，同时从控制器负责从CAN总线接收主控制器的均衡控制命令并对需要均衡的电池单体进行均衡；主控制器接收整车控制器状态信号、安全气囊控制器碰撞信号，检测电池总成的总电压、总电流及绝缘漏电流故障信号，根据电池总成的总电压、总电流、温度估算总成的SOC值，根据各电池单体的电压、电池温度和估算各单体的SOC值；在下述情况下，主控制器输出控制指令禁止各均衡控制电路启动锂离子动力电池单体均衡；一、安全气囊控制器的安全气囊碰撞信号有效；二、整车控制器与电池管理系统的主控制器通信失效；三、电池总成出现自身严重故障，包括绝缘故障、单体电压过高和过低故障、温度过高故障；四、电池总成与整车都处于正常工作状态，整个电池总成的SOC值低于下限值；当最大的单体SOC与最小的单体SOC差值超过设定的最高差值阈值时，主控制器通过CAN总线输出控制指令给从控制器，启动从控制器内部对应的均衡控制电路；当最大单体SOC与最小单体SOC差值小于设定的最低差值阈值时停止各均衡控制电路均衡动作。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明的锂离子动力电池均衡控制系统包括:
[0009]整车CAN总线接口模块:用于接收整车控制器状态、安全气囊控制器碰撞信号；
[0010]通过CAN总线接收从控制器信号的接口模块:通过CAN总线接收从控制器传输的各电池单体的电压、电池模块温度信号。
[0011]电池总成信号采集模块:用于接收电池总成的总电压、总电流和绝缘漏电流故障信号;
[0012]通信失效判别模块:用于判别电池管理系统主控制器与整车控制器通信是否失效；
[0013]碰撞判别模块:用于判别安全气囊碰撞信号是否有效；
[0014]电池故障判别模块:用于判别电池总成是否产生严重故障；
[0015]SOC值估算模块:用于根据电池总成的总电压、总电流、温度估算其总成SOC值，根据各电池单体的电压、电池模块温度、总电流估算各单体SOC值；判别整个电池总成的SOC值是否低于下限值、最大的单体SOC与最小的单体SOC差值是否超过设定的最高差值阈值、最大单体SOC与最小单体SOC差值是否小于设定的最低差值阈值；
[0016]均衡控制模块:用于在下述情况下输出控制指令禁止各均衡控制电路启动锂离子动力电池单体均衡:
[0017]一、安全气囊控制器的安全气囊碰撞信号有效；
[0018]二、整车控制器与电池管理系统通信失效；
[0019]三、电池总成出现自身严重故障，包括绝缘故障、单体电压过高和过低故障、温度过尚故障；
[0020]四、电池总成与整车都处于正常工作状态，整个电池总成的SOC值低于下限值；
[0021]在最大的单体SOC与最小的单体SOC差值超过设定的最高差值阈值时，输出控制指令使从控制器内部对应的均衡控制电路启动锂离子动力电池单体均衡，在最大单体SOC与最小单体SOC差值小于设定的最低差值阈值时停止均衡动作。
[0022]本发明要解决的另一个技术问题是提供一种锂离子动力电池均衡控制方法。
[0023]为了解决上述技术问题，本发明的锂离子动力电池均衡控制方法包括下述步骤:
[0024]第一步:
[0025]通过从控制器采集电池单体的电压信息和电池模块温度信息，并将这些信息发送给主控制器；主控制器通过CAN总线接收整车控制器和安全气囊控制器的状态信号，通过线束采集电池总成的绝缘漏电流故障信号、总电压、总电流信号；
[0026]主控制器根据电池总成的总电压、总电流、电池模块温度估算其总SOC值，根据各电池单体的电压、电池模块温度、总电流估算其单体SOC值；
[0027]第二步:
[0028]利用主控制器在下述情况下输出控制指令，禁止各均衡控制电路启动锂离子动力电池单体均衡:
[0029]一、安全气囊控制器的安全气囊碰撞信号有效；
[0030]二、整车控制器与电池管理系统通信失效；
[0031]三、电池总成出现自身严重故障，包括绝缘故障、单体电压过高和过低故障、温度过尚故障；
[0032]四、电池总成与整车都处于正常工作状态，整个电池总成的SOC值低于下限值；
[0033]第三步:
[0034]利用主控制器，在最大的单体SOC与最小的单体SOC的差值超过设定的最高差值阈值时，输出控制指令给从控制器，使各对应的均衡控制电路启动单体均衡；在最大的单体SOC与最小的单体SOC的差值小于设定的最低差值阈值时，输出控制指令，使均衡控制电路停止均衡动作。
[0035]所述均衡控制电路采用消耗高容量单体电能的方法，使电池总成的各电池单体的SOC值达到一致。
[0036]本发明中均衡控制采用被动均衡方式，被动均衡是指在均衡过程中，采用消耗高容量单体的电能的方法，从而达到电池总成各单体一致性的方式。
[0037]本发明从整车状态、锂离子动力电池自身状态以及单体的SOC三个角度出发，对新能源汽车锂离子动力电池进行均衡控制，能够全面、准确满足新能源汽车中电池总成的每个单体不一致性均衡控制需求，可靠保证了动力电池的寿命、车辆性能、车辆安全等要求，具有良好的推广应用价值。
【附图说明】
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