一種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方法
2023-06-12 10:06:51 5
一種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方法，包括：步驟1，試驗測量得到電池組內單體電池工作特性曲線；步驟2，根據一致性指標確定電池組中電池連接方式；步驟3，根據測得的各單體電池參數，估算其容量和實時SOC；步驟4，根據電池最佳放電電流與容量的關係，確定電池組塊級的匹配方案；步驟5，由電池組塊級的SOC參數，確定電池組片級的匹配方案；步驟6，實時更新各單體電池工作電壓和片級的總電壓，並根據保持電動車輛運行所需電壓改變片級的個數。本發明用於純電動汽車行駛過程中基於一致性指標的電池組匹配，有利於電池組工作在更適宜的放電環境，增加電池放電時間，延長電池使用壽命。
【專利說明】-種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電池管理領域，具體地，設及一種基於一致性指標的純電動汽車電池 組的匹配方法。
【背景技術】
[0002] 純電動汽車的電池技術是電動汽車發展的技術關鍵。在電池單體性能沒有質的飛 躍的情況下，如何通過調度措施提高電池組的性能非常必要。W裡電池組為例，現有電動汽 車的電池組通常包含大量裡電池單體，電池的連接方式對電池組的可靠性和電池間不一致 性產生巨大的影響，從而直接影響電池組的性能和使用壽命。
[0003] 電池單體之間性能的不一致性表現在電池單體容量、內阻、電壓和電流的不一致 性。實踐表明，根據電池單體性能的不一致性進行電池組匹配，有助於提高電池組的整體性 能。美國特斯拉汽車公司生產的純電動汽車W 18650型裡離子電池作為汽車的動力電池， 採用S級電池管理系統管理數量巨大的電池單體，取得了優越的供電性能；國內比亞迪公 司生產的e6電動汽車使用磯酸鐵裡電池作為動力電池，使用的也是=級電池管理系統，但 是採用與特斯拉公司不同的電池組成組方式，也取得了較好的效果。
[0004] 對現有技術的檢索發現，中國專利申請號201210272662. 5,
【公開日】2012. 10. 31， 記載了一種動力裡電池電壓動態均衡管理系統，設及串聯動力電池組的充放電均衡電路。 在放電過程中，電壓檢測電路對每個單體電池進行監控，當發現電壓較低的最需均衡單體 電池後，電池組整體通過均衡電路對該單體電池進行充電。通過循環檢測並均衡實現電池 組均衡放電的目的。但是該方法只是對電壓低於最低放電電壓的最需均衡單體電池進行處 理，並未對剩餘單體電池進行均衡匹配，影響了均衡的效率，在最需均衡單體電池數目較少 時，該方法難W發揮較大的效用。
【發明內容】
[0005] 針對現有電池組管理技術的不足，本發明的目的是提供一種基於一致性指標的純 電動汽車電池組匹配方法。該方法在分析不同電池連接方式對電池組一致性指標影響的基 礎上，提出電池先串聯再並聯最後串聯的連接方式。在監控電池工作參數的基礎上，給出各 級電池匹配的方法，對於延長電池組使用壽命和提高電池組工作性能具有潛在應用價值。
[0006] 為實現W上目的，本發明提供一種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方 法，該方法具體包括W下步驟：
[0007] 步驟一、實驗測量得到電池組內單體電池工作特性曲線，包括工作電壓曲線和工 作電流曲線，測量結果用於步驟S的參數計算。
[000引優選地，所述的實驗測量，是對電池組每節電池進行分路測試，利用繼電器進行電 池測量通路選擇，由電池組、負載、電流傳感器和繼電器等組成電池參數測量電路，利用數 據採集卡將測量信息採集至計算機進行處理。
[0009] 步驟二、基於電池組的安全性、系統可靠性和不一致性分析，包括容量、電流和電 壓不一致性分析，確定電池組的成組方式，即先串聯再並聯最後串聯的成組方式；約定若干 單體電池先串聯的層次為塊級，塊級並聯為片級；
[0010] 步驟=、根據測量得到的電池組參數，估算各單體電池的容量和實時SOC(State of化arge，荷電狀態），用於步驟五的電池組片級匹配。
[0011] 根據測量得到的電池組參數，估算各單體電池的容量和實時S0C，單體電池容量
【權利要求】
1. 一種基於一致性指標的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵在於，所述方法具體步 驟包括： 步驟一、實驗測量得到電池組內單體電池工作特性曲線，包括工作電壓曲線和工作電 流曲線，測量結果用於步驟三的參數計算； 步驟二、基於電池組的安全性、系統可靠性和不一致性分析，包括容量、電流和電壓不 一致性分析，確定電池組的成組方式，即先串聯再並聯最後串聯的成組方式；約定若干單體 電池先串聯的層次為塊級，塊級並聯為片級； 步驟三、根據測量得到的電池組參數，估算各單體電池的容量和實時SOC，用於步驟五 的電池組片級匹配； 步驟四、根據串聯電池工作電流一致性原則，結合電池最佳放電電流與容量的關係，進 行塊級的匹配； 步驟五、在電池組塊級匹配完成的基礎上，根據電池並聯電壓一致性的原則，進行片級 的匹配； 步驟六、根據片級的實時電壓，改變片級塊數以提供車輛運行匹配電壓和功率。
2. 根據權利要求1所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，步驟一中：對電池組每節電池進行分路測試，利用繼電器進行電池測量通路選擇，由 電池組、負載、電流傳感器和繼電器組成電池參數測量電路，利用數據採集卡將測量信息採 集至計算機進行處理。
3. 根據權利要求1所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，步驟三中：單體電池的容量
，其中t2為放電測試的起始和終止時間， i(t)為放電電流隨時間的變化關係，得到的單體電池容量用於步驟四的電池組塊級匹配； 根據開路電壓與SOC的關係，確定電池的初始SOC，然後結合測量得到的工作電流曲線，利 用電池剩餘容量與額定容量的比值計算實時SOC。
4. 根據權利要求3所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，步驟三中：單體電池的容量測量採用離線測量，將單體電池的容量離線測量周期設定 為每50個完整充放電循環，測量方法米用安時積分法。
5. 根據權利要求1所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，步驟四中：由每節電池的容量計算出其最佳工作電流，去除電池容量低於設定要求的 電池，將最佳工作電流偏差在允許範圍以內的電池進行串聯，減少由於電流不一致帶來的 影響，匹配好的塊層次用於步驟五的片級匹配。
6. 根據權利要求5所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，步驟四中：根據電池的工作電流一致性原則進行塊級的匹配，由於電池最佳放電電流 =電池容量X電池最佳放電倍率，將最佳放電電流相近的單體電池進行串聯且按照電池 容量相近的原則進行匹配；當單體電池容量低於70%時，已經超出電池使用壽命範圍，故 去除容量低於70%的單體電池；由於當串聯某節單體電池的工作電流顯著低於其他單體 電池的放電電流時，將最佳工作電流偏差在7%範圍以內的電池進行串聯。
7. 根據權利要求1-6任一項所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方 法，其特徵在於，步驟五中：將塊級等效為一個電池單體，計算塊級的SOC，然後分電池已充 滿電和未充電兩種情形進行片級匹配；若所有單體電池已充滿電，即剩餘電量為100%時， 忽略電池老化帶來的壓降，將任意兩個塊級進行並聯；若有單體電池未充滿電，則根據計算 得到的每個塊級的SOC，將SOC偏差在10%範圍內的塊級進行並聯。
8. 根據權利要求7所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方法，其特徵 在於，所述的計算塊級的SOC，將其等效為一個電池單體：
容量衰減因子為電池組內所有單體電池由於老化減少的容量總和，若所有單體電池都 充滿電，即剩餘電量為100%，那麼忽略電池老化帶來的壓降，當塊級內電池塊數相等時，將 任意兩個已經匹配好的塊級進行並聯；若有單體電池未充滿電，則根據上述公式計算得到 每一塊級模塊的SOC，在保證模塊SOC高於50 %的基礎上，將SOC偏差在10 %範圍內的塊級 進行並聯；若模塊間SOC偏差大於10%時，在考慮電池內阻時，模塊間產生的充電電壓會形 成一定的充電電流，影響電池組的放電性能。
9. 根據權利要求1-6任一項所述的一種基於電池一致性的純電動汽車電池組匹配方 法，其特徵在於，步驟六中：隨著放電過程的進行，每節單體電池電壓下降，致使片級電壓下 降，每隔一段時間更新單體電池電壓和片級的電壓，增加片級塊數以提供匹配電壓和功率 保持車輛正常運行。
【文檔編號】H01M10/04GK104485474SQ201410736783
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】張翔, 袁景淇, 成寶琨 申請人:上海交通大學