實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法，方法具體如下：首先，根據(jù)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并確定其各個參數(shù)；其次，根據(jù)單體電池物理模型，在恒流充電過程中采用安時法結(jié)合擴展的卡爾曼濾波法計算各時刻單體電池的剩余容量和路端電壓；然后，對電池組恒流充電至各單體電池端電壓離散時，根據(jù)此時端電壓求出其剩余容量和剩余容量差；最后，對電池組用小電流進行全程剩余容量調(diào)整，直到各單體電池剩余容量均衡。本發(fā)明與傳統(tǒng)串聯(lián)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(tǒng)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(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組的均衡充電方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 作為鋰離子電池管理系統(tǒng)的主要功能之一，均充是對串聯(lián)電池組各個單體電池進 行電量的調(diào)整，以保持各單體電池的荷電狀態(tài)基本相同，實現(xiàn)電池組均衡充電。一般情況 下，對電池組實現(xiàn)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(fā)生離散，根據(jù) 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。由于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(xiàn)完全均充，而且要盡量增加均充電流，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(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法。
[0004] 本發(fā)明的實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法，步驟如下：
[0005] 1)根據(jù)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(nèi)阻R〇以及RiCi組成的并聯(lián)電路、R 2C2組成的并聯(lián)電路串聯(lián)而 成，設(shè)：模型中電池歐姆內(nèi)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(shù)τ i和τ 2 ;
[0006] 根據(jù)電池脈沖放電法，通過電池內(nèi)阻壓降法計算電池的歐姆內(nèi)阻
【權(quán)利要求】
1.實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法，其特征是步驟如下： 1)根據(jù)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(nèi)阻&以及RiCi組成的并聯(lián)電路、R2C2組成的并聯(lián)電路串聯(lián)而成， 設(shè)：模型中電池歐姆內(nèi)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(shù)τ i和τ 2 ; 根據(jù)電池脈沖放電法，通過電池內(nèi)阻壓降法計算電池的歐姆內(nèi)阻：A = |，通過鋰離 子單體電池模型中零輸入響應和零狀態(tài)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并聯(lián)回路和R2C2并聯(lián)回路的時間常數(shù)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(tài)響應：VQUt = U' -1? (1-exp (_t/ τ D) _IR2 (1-exp (_t/ τ 2)) (2) 其中，U'為脈沖平穩(wěn)后的路端電壓，Up U2分別是R&并聯(lián)回路和R2C2并聯(lián)回路的電 壓，t是脈沖放電的時間，I是單體電池的脈沖電流，為單體電池的路端電壓； 根據(jù)式（3)狀態(tài)方程和式（4)量測方程采用安時法結(jié)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余容量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采樣時刻點k的電池剩余容量和路端電壓，η為 庫侖系數(shù)，ipOCVpUu和U2，k分別是采樣時刻點k的電流、電池開路電壓、RA并聯(lián)電路電 壓和R 2C2并聯(lián)電路電壓，Q是電池標稱容量，At為采樣周期，《，為狀態(tài)方程噪聲系數(shù)，vk 為量測方程噪聲系數(shù)； 將狀態(tài)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為采樣時刻點k之前的xk的估計值； 根據(jù)式（8)至式（12)循環(huán)計算：預測計算、預報誤差協(xié)方差、濾波增益、濾波計算以及 預報誤差協(xié)方差，得到恒流充電時單體電池各個時刻路端電壓所對應的電池剩余容量 Sk， 預測計算
（8) 預報誤差協(xié)方差：
（9) 濾波增益：
（10) 濾波計算：
（11) 濾波誤差協(xié)方差：
（12) 其中，E為單位矩陣，D(CO)和D(U)分別是狀態(tài)方程噪聲系數(shù)ω和量測方程噪聲系數(shù) υ的方差； 2) 將η個串聯(lián)鋰離子電池組在電池管理系統(tǒng)BMS上進行恒流充電，充電過程中，當在充 電電壓特征曲線上出現(xiàn)η個單體電池的端電壓離散時，根據(jù)所測的各單體電池的端電壓值 求出各個單體電池的剩余容量Si，i = 1?η,以及所有單體電池的平均剩余容量S = (S^V-^+Sj/n ； 3) 計算出各個單體電池的剩余容量Si與所有單體電池平均剩余容量S之差AQi = S「S ; 4) 利用電池管理系統(tǒng)BMS雙向DC/DC轉(zhuǎn)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余容量Si相等，即Λ Qi = 0。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法，其特征是所述的對 AQi < 0的單體電池進行充電是采用0. 05C或0. 1C大小的電流進行全程充電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的方法，其特征是所述的對 AQi > 0的單體電池進行放電是采用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(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】宋晨路, 姜威, 劉涌 申請人:浙江大學