一種可實現電池均衡的電池組充電方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電動汽車技術領域，具體涉及電動汽車動力電池組充電控制模式。
【背景技術】
[0002]為保證電池安全可靠地工作，動力電池組一般都配備電池管理系統。電池管理系統功能主要包括:工作參數監測、狀態參數估算、電池均衡控制、熱管理等。準確估算電池組狀態參數能保證電池組的使用安全性，但不能降低或消除各單節電池間的差異，為此，前人提出了電池組的主動式均衡和被動式均衡方法。被動均衡通過將過限的能量轉化成熱能釋放出去，保持各單節電池能量的平衡，此種方式的電路和控制方法相對簡單，但是電池均衡過程中存在能量耗散和熱管理方面的問題。主動均衡是通過設計特定的能量變換器，對能量進行重新分配，常用的方法有基于電感的Buck-Boost法、飛度電容法、變壓器法等。現有的均衡方法都是通過外部均衡器實現的，結構非常復雜。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明提出了基于并聯單體電池自平衡效應與電池可接受的充電電流曲線的電池組充電方法，本發明提出的電池組充電方法可以降低單節電池間的差異，同時考慮電池最優充電頻率，實現電池的快速充電。采用的具體技術方案為:
[0004]—種可實現電池均衡的電池組充電方法，包括:確定最佳的充電電流循環周期、確定充電電流最優頻率及脈沖占空比；
[0005]所述確定最佳的充電電流循環周期的過程為:
[0006]步驟1，基于一階RC等效電路模型，建立單體電池模型，并利用試驗數據對單體電池模型進行驗證；
[0007]步驟2，建立不同單體電池并聯的單節電池模型，仿真研究不同并聯單體電池數目下，單節電池處于不同SOC下的內部各單體電池間的自平衡時間；
[0008]步驟3，試驗測試單體電池內阻及容量隨循環次數的變化關系；
[0009]步驟4，研究單節電池位于不同循環次數下重復執行步驟2 ;
[0010]步驟5，對多組自平衡時間進行正態分布統計分析，進而確定最佳的充電電流循環周期；
[0011]所述確定充電電流最優頻率及脈沖占空比的過程為:
[0012]步驟6，設定充電頻率矩陣f = (fi, f2,..., fn)，占空比矩陣d = ((I1, d2,..., dm)，將頻率調整作為內環，占空比調整作為外環；
[0013]步驟7，分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內不同頻率f 3寸電池進行充電；
[0014]步驟8，采集該充電頻率仁下某一固定時間內的平均充電電流I avg (i)，計算在占空比dj下對應的最佳充電電流頻率；
[0015]步驟9，記錄占空比dj下的最優頻率f Sf；t(k)和此時對應的電流ISf；t(k);
[0016]步驟10，依據占空比矩陣d = ((I1, d2，...，dj，重新調整占空比士進行最優頻率的重新記錄。
[0017]作為優選，所述步驟2中所述的單體電池數目為8。
[0018]進一步，所述步驟8中所述的最佳充電電流頻率的計算表達式為:
[0019]fop(j) = {fi|max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需滿足 1p (j) < Icjliax;
[0020]其中為占空比士下對應的最佳充電電流頻率，I op(j)為占空比士時最佳充電電流頻率f^Jj)對應的充電電流，I。—_為電池充電可接受充電電流。
[0021]進一步，所述步驟9中所述最優頻率fSf；t(k) = ‘(j)，所述對應的電流Isf3tGO =1p (J.)。
[0022]和現有技術相比，本發明的有益效果:
[0023]本發明通過對磷酸鐵鋰電池充電模式的控制，實現快速充電的同時降低了電池組中各單節電池狀態參數的差異，解決了現有利用外部均衡器導致的電路結構復雜問題。
【附圖說明】
[0024]圖1為一階RC等效電路模型原理圖；
[0025]圖2單節電池拓撲結構圖；
[0026]圖3為8節單體電池并聯構成單節電池充電時各單體電池電壓曲線圖；
[0027]圖4為本發明提出基于充電方式的電池均衡流程圖；
[0028]圖5為電池充電可接受電流曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0030]本發明提出的一種實現電池均衡的電池組充電方法包括:確定最佳的充電電流循環周期、確定充電電流最優頻率及脈沖占空比。
[0031]上述最佳的充電電流循環周期確定的過程:
[0032]I)基于一階RC等效電路模型，如圖1所示，建立單體電池模型，并利用試驗數據對單體電池模型進行驗證；
[0033]2)建立不同單體電池并聯的單節電池模型，如圖2所示，仿真研究不同并聯單體電池數下，單節電池處于不同SOC下的內部各單體電池間的自平衡時間，如圖3所示，當8節單體電池并聯時，由于連接片的存在，導致各單體電池間充電電壓差異進一步擴大，故有必要在充電過程中，每隔一定時間對單體電池進行靜置，實現單體電池間自平衡；
[0034]3)試驗測試單體電池內阻及容量隨循環次數的變化關系；
[0035]4)研究單節電池位于不同循環次數下步驟2)中的研究內容；
[0036]5)對多組自平衡時間進行正態分布統計分析，進而確定最佳的充電電流循環周期。
[0037]上述充電電流最優頻率及脈沖占空比的確定過程:
[0038]I)如圖4所示，設定充電頻率矩陣f = (fi, f2,...，fn)，占空比矩陣d =((I1, d2，...，(U，將頻率調整作為內環，占空比調整作為外環;
[0039]2)分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內不同頻率“對電池進行充電；
[0040]3)采集該充電頻率下某一固定時間內的平均充電電流Iavg⑴，
[0041]貝丨Jfop(j)= Ri |max(Iavg(i))，i = 1，2，...，η}，其中 fjj)為占空比 dj下對應的最佳充電電流頻率，此時還需滿足IcipU) < I。—_，其中IcipU)為占空比士時最佳充電電流頻率對應的充電電流，I。—_為電池充電可接受充電電流，見附圖5 ;
[0042]4)記錄占空比dj下的最優頻率和此時對應的電流fSf；t(k) = fop(j), Isf3tGO =
1p U);
[0043]5)依據占空比矩陣d = ((I1, d2，...，dj，重新調整占空比d,進行最優頻率的重新記錄。
[0044]以上所述僅用于描述本發明的技術方案，并不用于限定本發明的保護范圍，所應理解，在不違背本發明實質內容和精神的前提下，所作任何修改或等同替換等都將落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種可實現電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，包括:確定最佳的充電電流循環周期、確定充電電流最優頻率及脈沖占空比； 所述確定最佳的充電電流循環周期的過程為: 步驟1，基于一階RC等效電路模型，建立單體電池模型，并利用試驗數據對單體電池模型進行驗證； 步驟2，建立不同單體電池并聯的單節電池模型，仿真研究不同并聯單體電池數目下，單節電池處于不同SOC下的內部各單體電池間的自平衡時間； 步驟3，試驗測試單體電池內阻及容量隨循環次數的變化關系； 步驟4，研究單節電池位于不同循環次數下重復執行步驟2 ; 步驟5，對多組自平衡時間進行正態分布統計分析，進而確定最佳的充電電流循環周期； 所述確定充電電流最優頻率及脈沖占空比的過程為: 步驟6，設定充電頻率矩陣f =況，f2,...，fn)，占空比矩陣d =(山，d2,...，dm)，將頻率調整作為內環，占空比調整作為外環； 步驟7，分別在不同的占空比d,下，以矩陣f內不同頻率f 3寸電池進行充電； 步驟8，采集該充電頻率匕下某一固定時間內的平均充電電流I avg (i)，計算在占空比dj下對應的最佳充電電流頻率； 步驟9，記錄占空比dj下的最優頻率f Sf；t(k)和此時對應的電流Isf3tGO ; 步驟10，依據占空比矩陣d = (Cl1, d2，...，dj，重新調整占空比士進行最優頻率的重新記錄。2.根據權利要求1所述的一種可實現電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，所述步驟8中所述的最佳充電電流頻率的計算表達式為:fop(j) = {fi |max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需滿足 1p (j) < Icjliax; 其中?；ρ?)為占空比士下對應的最佳充電電流頻率，I Jj)為占空比士時最佳充電電流頻率f^Jj)對應的充電電流，I。—_為電池充電可接受充電電流。3.根據權利要求1或2所述的一種可實現電池均衡的電池組充電方法，其特征在于，所述步驟9中所述最優頻率fSf3t(k) = fmG)，所述對應的電流Isf3tGO = IcipU)。
【專利摘要】本發明公開了一種可實現電池均衡的電池組充電方法，包括：1，建立單體電池模型；2，建立不同單體電池并聯的單節電池模型；3，試驗測試單體電池內阻及容量隨循環次數的變化關系；4，研究單節電池位于不同循環次數下重復執行步驟2；5，確定最佳的充電電流循環周期；6，設定充電頻率矩陣，占空比矩陣；7，分別在不同的占空比，以不同頻率對電池進行充電；8，采集該充電頻率下平均充電電流，計算在該占空比下的最佳充電電流頻率；9，記錄最優頻率和對應的電流；10，重新調整占空比進行最優頻率的重新記錄。本發明提出的可實現電池均衡的電池組充電方法可以降低單節電池間的差異，同時考慮電池最優充電頻率，實現電池的快速充電。
【IPC分類】H01M10/44, H02J7/00
【公開號】CN105098923
【申請號】CN201510542877
【發明人】王麗梅, 陳龍, 江浩斌, 袁朝春, 汪若塵, 汪少華, 盤朝奉, 徐興
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月28日