專利名稱：一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池管理及充放電功率控制技術領域。
背景技術：
鋰離子電池組應用越來越廣泛，逐步應用于電動自行車、電動汽車、大型能量存儲 系統等，鋰離子電池組管理系統以及充放電功率控制技術是影響鋰離子電池組廣泛應用的 幾個關鍵技術之一。在電動汽車等高功率大脈沖充放電的應用場合，經常需要對電池組的 最大可充放電功率作出預判，從而可以減小充放電脈沖對電池性能的損傷，提高電池組的 使用壽命并保證安全。目前應用較多的鋰離子電池組充放電功率控制方法都僅僅局限于 不同溫度和荷電狀態下的基準值，為了保證電池組的使用安全，往往都減小了電池組的充 放電功率，使得電池組無法最大限度的發揮作用。而且這種方法嚴格上不屬于動態的，無法 根據電池組在使用過程中性能的變化而改變最大可充放電功率，制約了電動汽車的技術發 展。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池組最大可充放電控制方法，能夠 在保證電池組安全和使用壽命的基礎上最大限度的發揮鋰離子電池組的充放電功率特性。本發明解決技術問題所采用的技術方案是一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法，其特征在于電池組管理系統通過通訊每隔時間t送一次當前的最大可充電功率和最大可放 電功率，所述送出的最大可充電功率為當前時刻的最大可充電功率基準值、充電最大極值 因子和疲勞因子的乘積；所述送出的最大可放電功率為當前時刻的最大可放電功率基準 值、放電最小極值因子和疲勞因子的乘積。最大可充、放電功率基準值每隔時間T更新一 次，而充放電極值因子和疲勞因子每隔時間t更新一次，t < T0所述最大可充電功率基準值和最大可放電功率基準值為電池組管理系統調用的 預先設置在微控制器內的與時刻相對應的實驗值；所述實驗值的取得方法為首先根據電 池組在不同溫度和荷電狀態下的脈沖充放電實驗得到最大可充放電功率Rn，再根據電池組 的最大可充放電電流算出一個充放電功率Pc，兩者取最小值即為該鋰離子電池組在該溫度 和荷電狀態下的最大可充放電功率基準值；電池組管理系統在運行時，以時間T為周期循環調用當前時刻對應的最大可充、 放電功率基準值；另外，同時以時間t為周期循環，用于更新極值因子和疲勞因子；所述極值因子更新方法如下極值因子分為充電極值因子和放電極值因子，當電池組管理系統檢測到當前電池 組中的單體電池電壓超過設定值時，充電極值因子即乘以系數k，k< 1，而當電池組中最 高單體電壓低于設定值持續達到固定時間時，充電極值因子除以系數k，每隔時間t更新一 次；但是充電極值因子永遠不大于系數1。當電池組管理系統檢測到當前電池組中單體電池最小電壓低于設定值時，放電極值因子即乘以系數μ，μ < 1，而當電池組中最小單體電 池電壓高于設定值持續達到固定時間時，放電極值因子除以系數μ，每隔時間t更新一次； 但是放電極值因子永遠不大于系數1。所述疲勞因子的更新方法如下初始過程中，電池組的疲勞因子為1，鋰離子電池組在使用過程中當充電電流或放 電電流大于設定的值時，疲勞因子按時間累積減小一定值；當電池組的充放電電流低于某 個設定的值時，疲勞因子按時間累積增加一定值。本發明的有益效果是解決了采用傳統鋰離子電池組充放電功率控制方法不能充 分發揮電池組的功率特性的問題，采用了動態改變充放電功率的方法，在保證電池組安全 的基礎上，提高了電池組的使用壽命。本發明采用的鋰離子電池組最大可充放電控制方法，是一種根據電池組工作狀態 動態變化的控制方法，可充分發揮鋰離子電池組的最大可充放電功率特性。
圖1是鋰離子電池組最大可充放電控制方法流程圖。圖2是鋰離子電池組不同荷電狀態下的最大可放電功率3是鋰離子電池組不同荷電狀態下的最大可充電功率圖
具體實施例方式本實施例是電動汽車用鋰離子電池組，電池組由108節標稱3. 2V20Ah的磷酸鐵鋰 電池串聯而成電池組最大充電電流為150A，最大放電電流為200A。本實施例僅以常溫為主，其它溫度段實施步驟相同。實施方式如下，參見圖1、圖2、圖3 首先對電池組充滿電，荷電狀態每隔5%進行一次高功率脈沖放電試驗，每次放電 放出5%的荷電量，可以根據電池組脈沖放電時的直流內阻算出一個最大可放電功率Rn， 再根據最大放電電流和脈沖結束時的放電電壓算出最大可放電功率Pc。取Pc和Rii之間的 最小值，為對應電池組荷電狀態的最大可放電功率，擬合成一個曲線圖，如圖2所示，在電 池組荷電狀態5%以下時，采用線性插值的方法，主要是為了功率的平滑性。當電池組荷電 狀態超過25%時，可以看到電池組的最大可放電功率相差不大，主要是因為由電池組最大 可放電電流限制了放電功率，電池組最大可充電功率與放電相似，參照圖3。根據圖2把最 大可放電功率對應電池組荷電狀態做成表格存儲在微控制器里，程序在運行時分為2個時 鐘循環，一個是1分鐘循環，用于查詢當前電池組荷電狀態下的最大可充放電功率基準值， 另外一個是Is循環，用于更新極值因子和疲勞因子。而每秒鐘送出的最大可充電功率為最 大可充電功率基準值、充電最大極值因子和疲勞因子的乘積。最大可放電功率為最大可放 電功率基準值、放電最小極值因子和疲勞因子的乘積。極值因子分為充電極值因子和放電極值因子，當電池組中單體電池電壓超過3. 8V 時，充電極值因子乘以一個系數0. 95，每秒鐘更新一次，而當電池組中最高單體電壓低于 3. 6V持續5秒鐘時，充電極值因子除以一個系數0. 95，但是充電極值因子永遠不大于系數 1。當電池組中單體電池最小電壓低于2. 7V時，放電極值因子乘以一個系數0. 95，每秒鐘更新一次，而當電池組中最小單體電池電壓高于2. 9V持續5秒鐘時，放電極值因子除以一個 系數0. 95，但是放電極值因子永遠不大于系數1。疲勞因子是根據電池組使用過程中的疲勞程度來決定大小的，為了減小系統復雜 程度，盡量減小電池組疲勞分段。當電池組充電電流大于75A時，每秒鐘疲勞因子減去一個 系數0. 05，但是先不修改疲勞因子，僅當充電電流小于60A時修改疲勞因子。當充電電流小 于40A時，每秒鐘疲勞因子增加一個系數0.05，但是疲勞因子永遠不大于1。當電池組放電 電流大于100A時，每秒鐘疲勞因子減去一個系數0. 05，但是先不修改，僅當放電電流小于 80A時修改疲勞因子。當放電電流小于60A時，每秒鐘疲勞因子增加一個系數0.05，但是疲 勞因子永遠不大于1。最后電池組管理系統通過通訊每秒鐘送一次當前的最大可充放電功率，每秒鐘送 出的最大可充電功率為最大可充電功率基準值、充電最大極值因子和疲勞因子的乘積。最 大可放電功率為最大可放電功率基準值、放電最小極值因子和疲勞因子的乘積。最大可充 放電功率基準值每分鐘更新一次，而充放電極值因子和疲勞因子每秒鐘更新一次。上述為本發明的較佳實施例而已，并非限定本發明的申請專利權利；同時以上的 描述，對熟知本技術領域的專門人士可明了及實施，因此其它未脫離本發明所揭示的精神 下所完成的等效改變或修飾，均應包含在上述的申請專利范圍中。
權利要求
1.一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法，其特征在于電池組管理系統通過通訊每隔時間t送一次當前的最大可充電功率和最大可放電功 率，所述送出的最大可充電功率為當前時刻的最大可充電功率基準值、充電最大極值因子 和疲勞因子的乘積；所述送出的最大可放電功率為當前時刻的最大可放電功率基準值、放 電最小極值因子和疲勞因子的乘積；最大可充、放電功率基準值每隔時間T更新一次，而充 放電極值因子和疲勞因子每隔時間t更新一次，t < T0
2.按照權利要求1所述的一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法，其特征在 于所述最大可充電功率基準值和最大可放電功率基準值為預先設置在微控制器內的與時 刻相對應的實驗值；電池組管理系統在運行時，以時間T為周期循環調用當前時刻對應的 最大可充、放電功率基準值；所述實驗值的取得方法為首先根據電池組在不同溫度和荷 電狀態下的脈沖充放電實驗得到最大可充放電功率Rn，再根據電池組的最大可充放電電流 算出一個充放電功率Pc，兩者取最小值即為該鋰離子電池組在該溫度和荷電狀態下的最大 可充放電功率基準值。
3.按照權利要求1或2所述的一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法，其特 征在于所述極值因子更新方法如下極值因子分為充電極值因子和放電極值因子，當電池組管理系統檢測到當前電池組中 的單體電池電壓超過設定值時，充電極值因子即乘以系數k，k< 1，而當電池組中最高單體 電壓低于設定值持續達到固定時間時，充電極值因子除以系數k，每隔時間t更新一次；但 是充電極值因子永遠不大于系數1 ；當電池組管理系統檢測到當前電池組中單體電池最小電壓低于設定值時，放電極值因 子即乘以系數μ，μ < 1，而當電池組中最小單體電池電壓高于設定值持續達到固定時間 時，放電極值因子除以系數μ，每隔時間t更新一次；但是放電極值因子永遠不大于系數1。
4.按照權利要求1或2所述所述的一種鋰離子電池組的最大可充放電功率控制方法， 其特征在于疲勞因子的更新方法如下初始過程中，電池組的疲勞因子為1，鋰離子電池組在使用過程中當充電電流或放電電 流大于設定的值時，疲勞因子按時間累積減小一定值；當電池組的充放電電流低于某個設 定的值時，疲勞因子按時間累積增加一定值。
全文摘要
本發明涉及鋰離子電池管理及充放電功率控制技術領域。所要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池組最大可充放電控制方法，能夠在保證電池組安全和使用壽命的基礎上最大限度的發揮鋰離子電池組的充放電功率特性。其特征在于它是建立在電池組實驗數據的基礎上，首先以不同溫度和荷電狀態下的電池組最大可充放電功率作為基準值，再根據電池組使用過程中的極值因子和疲勞因子進行校正。本發明采用的鋰離子電池組最大可充放電控制方法，是一種根據電池組工作狀態動態變化的控制方法，可充分發揮鋰離子電池組的最大可充放電功率特性。
文檔編號H01M10/42GK102044717SQ20091019702
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者劉勇, 蔣新華, 解晶瑩, 那偉 申請人:上海空間電源研究所