實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法
2023-05-15 23:09:16 2
實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法
【專利摘要】本發明涉及一種實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法，方法具體如下：首先，根據鋰離子電池充放電的特性，建立鋰離子單體電池的物理模型並確定其各個參數；其次，根據單體電池物理模型，在恆流充電過程中採用安時法結合擴展的卡爾曼濾波法計算各時刻單體電池的剩餘容量和路端電壓；然後，對電池組恆流充電至各單體電池端電壓離散時，根據此時端電壓求出其剩餘容量和剩餘容量差；最後，對電池組用小電流進行全程剩餘容量調整，直到各單體電池剩餘容量均衡。本發明與傳統串聯鋰離子電池組均充方法相比，用小電流對電池組實行全程均充，克服傳統方法只在充電末期用大電流均充導致元器件功耗大的缺點，且可靠易行。
【專利說明】實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及一種實現串聯鋰離子電池組的均衡充電方法。 【背景技術】
[0002] 作為鋰離子電池管理系統的主要功能之一，均充是對串聯電池組各個單體電池進 行電量的調整，以保持各單體電池的荷電狀態基本相同，實現電池組均衡充電。一般情況 下，對電池組實現均充是在電池組充電末期進行，此時各個單體電池端電壓發生離散，根據 單體電池端電壓的離散程度，對端電壓高的單體電池進行外部分流，對端電壓低的單體電 池由外電源對其補電。由於充電末期各個單體電池端電壓離散時間很短，均充效率較低，難 以一次實現完全均充，而且要儘量增加均充電流，從而要求均充電路的元器件耗散功率較 大，增加均充電路的體積，降低均充電路的可靠性。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法。
[0004] 本發明的實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法，步驟如下：
[0005] 1)根據鋰離子電池充放電的特性，建立鋰離子單體電池的物理模型，該物理模型 由理想電壓源0CV、電池歐姆內阻R〇以及RiCi組成的並聯電路、R 2C2組成的並聯電路串聯而 成，設：模型中電池歐姆內阻&、兩個電池極化電阻札和R 2、兩個極化電容q和C2，兩個時 間常數τ i和τ 2 ;
[0006] 根據電池脈衝放電法，通過電池內阻壓降法計算電池的歐姆內阻
【權利要求】
1.實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法，其特徵是步驟如下： 1)根據鋰離子電池充放電的特性，建立鋰離子單體電池的物理模型，該物理模型由理 想電壓源OCV、電池歐姆內阻&以及RiCi組成的並聯電路、R2C2組成的並聯電路串聯而成， 設：模型中電池歐姆內阻R〇、兩個電池極化電阻&和R 2、兩個極化電容Q和C2，兩個時間常 數τ i和τ 2 ; 根據電池脈衝放電法，通過電池內阻壓降法計算電池的歐姆內阻：A = |，通過鋰離 子單體電池模型中零輸入響應和零狀態響應的兩個方程如（1)、（2)式所示，用最小二乘擬 合法分別計算電池模型中的RiQ並聯迴路和R2C2並聯迴路的時間常數τ ρ τ 2和極化電阻 R!、R2， 零輸入響應：VQUt = OCV-l^exp (_t/ τ D -U2exp (_t/ τ 2) (1) 零狀態響應：VQUt = U' -1? (1-exp (_t/ τ D) _IR2 (1-exp (_t/ τ 2)) (2) 其中，U'為脈衝平穩後的路端電壓，Up U2分別是R&並聯迴路和R2C2並聯迴路的電 壓，t是脈衝放電的時間，I是單體電池的脈衝電流，為單體電池的路端電壓； 根據式（3)狀態方程和式（4)量測方程採用安時法結合擴展的卡爾曼濾波法計算充電 過程中各個單體電池每個時刻的電池剩餘容量Sk以及相對應的單體電池端電壓V。^
v0utk = 0^+1^0+^,+^,+Vk (4) 式中，SpVd分別為鋰離子單體電池採樣時刻點k的電池剩餘容量和路端電壓，η為 庫侖係數，ipOCVpUu和U2，k分別是採樣時刻點k的電流、電池開路電壓、RA並聯電路電 壓和R 2C2並聯電路電壓，Q是電池標稱容量，At為採樣周期，《，為狀態方程噪聲係數，vk 為量測方程噪聲係數； 將狀態方程（3)和量測方程（4)改成xk+1 = f (xk) + c〇k和yk = g(xk)+vk，令
其中4為採樣時刻點k之前的xk的估計值； 根據式（8)至式（12)循環計算：預測計算、預報誤差協方差、濾波增益、濾波計算以及 預報誤差協方差，得到恆流充電時單體電池各個時刻路端電壓所對應的電池剩餘容量 Sk， 預測計算
（8) 預報誤差協方差：
（9) 濾波增益：
（10) 濾波計算：
（11) 濾波誤差協方差：
（12) 其中，E為單位矩陣，D(CO)和D(U)分別是狀態方程噪聲係數ω和量測方程噪聲係數 υ的方差； 2) 將η個串聯鋰離子電池組在電池管理系統BMS上進行恆流充電，充電過程中，當在充 電電壓特徵曲線上出現η個單體電池的端電壓離散時，根據所測的各單體電池的端電壓值 求出各個單體電池的剩餘容量Si，i = 1?η,以及所有單體電池的平均剩餘容量S = (S^V-^+Sj/n ； 3) 計算出各個單體電池的剩餘容量Si與所有單體電池平均剩餘容量S之差AQi = S「S ; 4) 利用電池管理系統BMS雙向DC/DC轉換電路對Λ Qi > 0的單體電池進行放電，對 AQi < 0的單體電池進行充電，直到各個單體電池的乘IJ餘容量Si相等，即Λ Qi = 0。
2. 根據權利要求1所述的實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法，其特徵是所述的對 AQi < 0的單體電池進行充電是採用0. 05C或0. 1C大小的電流進行全程充電。
3. 根據權利要求1所述的實現串聯鋰離子電池組均衡充電的方法，其特徵是所述的對 AQi > 0的單體電池進行放電是採用0. 05C或0. 1C大小的電流進行全程放電。
【文檔編號】H02J7/00GK104065117SQ201410239931
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】宋晨路, 姜威, 劉湧 申請人:浙江大學