一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统与流程

文档序号:21449586发布日期:2020-07-10 17:42阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电芯放电控制方法,其特征在于,包括:

对负载进行脉冲形式放电,放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形;所述放电脉冲的脉冲间隙间设置充电脉冲;

其中,放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流,放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间,放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间;放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和;充电脉冲的脉冲幅度为充电电流,充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间;

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间,在此时间内导致的电极结构畸变,能在后续的脉冲间隙中得以消除;所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时,电极结构畸变恢复原状所需的时间;所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时,电极结构畸变恢复原状所需的时间;所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间;所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间;所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

2.根据权利要求1所述的一种电芯放电控制方法,其特征在于,所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化。

3.根据权利要求1所述的一种电芯放电控制方法,其特征在于,所述放电恢复时间与电芯的放电电流呈反比,且所述放电恢复时间与dod呈反比。

4.根据权利要求1所述的一种电芯放电控制方法,其特征在于,所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化。

5.一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,包括:

监测在当前时刻的放电脉冲下,放电的电池实时数据及负载实时数据;

根据负载实时数据,电池实时数据,及放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息,计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲;

之后计算下一时刻的放电脉冲;

通过控制电流滤波,将计算好的下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形;

经放电前弛豫时间后,采用计算后的充电脉冲对电池充电,以及经放电后弛豫时间后,采用计算后的放电脉冲放电,采用计算后的电流波形对负载充电,放电过程直到负载充电完毕或电池放到截止状态为止;

其中,所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据;所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据;

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流,放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间,所述放电脉冲电脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间;放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和;充电脉冲的脉冲幅度为充电电流,充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间;

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间,在此时间内导致的电极结构畸变,能在后续的脉冲间隙中得以消除;所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化;所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时,电极结构畸变恢复原状所需的时间,所述放电弛豫时间或所述放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化;

所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时,电极结构畸变恢复原状所需的时间;所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间;所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间;所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

6.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲,之后计算下一时刻的放电脉冲的步骤包括:

根据负载实时数据,确定预测的负载曲线;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soc、soh、dod变化的放电曲线,以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、soc、soh变化的充电曲线,当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时,确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲;在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中,选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度,并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化的曲线,并结合预测的负载曲线,确定每个电芯下一时刻的放电脉冲;取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度,取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

7.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,所述电池全生命周期放电控制方法适用于由多个电芯串联构成的电池,或由多个电芯并联构成的电池,或由多个电芯串并联构成的电池。

8.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,当电池包括串联电芯时,所述计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲,以及下一时刻的放电脉冲的步骤包括:

在串联电芯中的所有电芯均未充满电时:

根据负载实时数据,确定预测的负载曲线;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soc、soh、dod变化的放电曲线,以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、soc、soh变化的充电曲线,当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时,确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲;在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中,选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度,并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化的曲线,并结合预测的负载曲线,确定每个电芯下一时刻的放电脉冲;取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度,取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度;

在串联电芯中至少一个电芯接近放电截止状态时:

根据电池soc,确定其他电芯对达到截止状态的电芯充电的充电电量;

根据负载实时数据,确定预测的负载曲线;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soc、soh、dod变化的放电曲线,以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、soc、soh变化的充电曲线,当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时,确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲;在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中,选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度,并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度;

根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化的曲线,并结合预测的负载曲线,确定每个电芯下一时刻的放电脉冲;取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度,取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

9.根据权利要求8所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,在放电脉冲的脉冲间隙期间,先将对达到截止状态的电芯按照确定的充电电量充电,再根据计算后的充电脉冲充电,之后采用计算后的放电脉冲对负载放电。

10.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,所述通过控制电流滤波,将计算好下一时刻的放电脉冲形成负载所需的电流波形步骤包括:

进行滤波计算,计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时,进行滤波处理,将放电脉冲滤波形成电流波形。

11.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,还包括:在每个放电脉冲和充电脉冲完成放电的一个周期后,根据电池实时数据、soh、soc、dod,对每个电芯的放电曲线、充电曲线进行实时校正。

12.根据权利要求5所述的一种电池全生命周期放电方法,其特征在于,所述方法适用于化学电池的放电。

13.一种电池全生命周期放电系统,其特征在于,包括电池模块、检测保护模块、负载、负载检测模块、电流滤波模块、数据库、计算控制模块、电源;所述数据库存储电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、电池的充电时间、放电阈值弛豫时间的变化信息;所述检测保护模块用于实时检测电池模块,以获得电池实时数据;所述负载检测模块用于实时检测负载,以获得负载实时数据;所述计算控制模块根据负载实时数据、电池实时数据、电池的放电恢复时间、放电弛豫时间、放电阈值弛豫时间、充电时间的变化信息,计算当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲,以及下一时刻的放电脉冲;所述电源经放电前弛豫时间后,根据所述计算控制模块计算的充电脉冲对电池进行充电;所述电池模块经放电后弛豫时间后,根据所述计算控制模块的控制信号进行放电,并将放电脉冲经所述电流滤波模块形成负载所需的电流波形对负载充电,直到负载充电完毕或电芯放到截止状态为止;

其中,所述电池实时数据包括电池的电压、电流、温度数据;所述负载实时数据包括负载的电压、电流、温度数据;

放电脉冲的脉冲幅度为电芯的放电电流,放电脉冲的脉冲宽度不大于放电恢复时间,所述放电脉冲的脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间且不大于放电弛豫时间;放电阈值弛豫时间等于放电前弛豫时间、充电时间和放电后弛豫时间之和;充电脉冲的脉冲幅度为放电电流,充电脉冲的脉冲宽度不大于充电时间;

所述放电恢复时间为电芯最长持续放电时间,在此时间内导致的电极结构畸变,能在后续的脉冲间隙中得以消除;所述放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化;所述放电弛豫时间为多个放电脉冲构成连续脉冲序列时,电极结构畸变恢复原状所需的时间;所述放电弛豫时间或放电阈值弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化;所述放电阈值弛豫时间为放电脉冲的脉冲间隙具有充电脉冲时,电极结构畸变恢复原状所需的时间;所述放电前弛豫时间为放电脉冲变化为充电脉冲的过渡时间;所述充电时间为充电时电芯处在不会对电极产生畸变的电流下充电的时间;所述放电后弛豫时间为充电脉冲变化为放电脉冲的过渡时间。

14.根据权利要求13所述的一种电池全生命周期放电系统,其特征在于,所述计算控制模块包括:

负载曲线确定单元,用于根据负载实时数据,确定预测的负载曲线;

充电脉冲计算单元,用于根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间随电芯的放电电流、温度、soc、soh、dod变化的放电曲线,以及每个电芯的充电时间随充电电流、温度、soc、soh变化的充电曲线,当满足电芯于放电恢复时间和放电阈值弛豫时间内的放电电量-电芯于充电时间内的充电电量≥电芯于放电弛豫时间内的放电电量时,确定每个电芯当前时刻与下一时刻放电脉冲之间的充电脉冲;

电池充电脉冲计算单元,用于在所有电芯的充电脉冲中的充电时间中,选择出最小的充电时间作为充电脉冲的脉冲宽度,并根据最小的充电时间确定充电电流作为充电脉冲的脉冲幅度;

放电脉冲计算单元,用于根据电池实时数据,对照每个电芯的放电恢复时间、放电弛豫时间随电芯的放电电流、温度、soh、soc、dod变化的曲线,并结合预测的负载曲线,确定每个电芯下一时刻的放电脉冲;

电池放电脉冲计算单元,用于取所有电芯中的放电电流最小值作为放电脉冲的脉冲幅度,取所有电芯中的放电恢复时间最小值为放电脉冲的脉冲宽度。

15.根据权利要求13所述的一种电池全生命周期放电系统,其特征在于,还包括所述计算控制模块还包括:滤波计算单元,用于针对电池放电脉冲进行滤波计算,若计算获得的负载曲线与预测负载曲线一致时,所述计算控制模块发送包含电池放电脉冲的控制指令给电池模块,否则,负载曲线确定单元、放电脉冲计算单元、充电脉冲计算单元、电池充电脉冲计算单元、电池放电脉冲计算单元重新启动,以计算当前时刻与下一时刻之间的电池充电脉冲和下一时刻的电池放电脉冲。

16.根据权利要求13所述的一种电池全生命周期放电系统,其特征在于,还包括设于电池模块和电流滤波模块之间的电池能量管理模块和开关模块;所述计算控制模块还包括充电控制单元,用于在所述电池能量管理模块检测到多个电芯中至少一个电芯接近放电截止状态时,控制所述开关模块切断放电通路并控制其他电芯对该接近放电截止状态的电芯进行充电操作,当充电完毕后再控制开关模块接通放电通路,并触发所述负载曲线确定单元、所述放电脉冲计算单元、所述充电脉冲计算单元、所述电池充电脉冲计算单元、所述电池放电脉冲计算单元工作。


技术总结
一种电芯放电控制方法、电池全生命周期放电方法和系统,属于电池管理技术领域。控制方法包括对负载进行脉冲形式放电,放电脉冲经电流滤波形成负载所需电流波形;放电脉冲的脉冲间隙间设置充电脉冲;放电脉冲的脉冲幅度为放电电流,脉冲宽度不大于放电恢复时间tc,脉冲间隙不小于放电阈值弛豫时间tq且不大于放电弛豫时间tr;放电恢复时间为电芯最长持续放电时间,在此时间内导致的电极结构畸变能在脉冲间隙中消除;tq等于放电前弛豫时间tq0、充电时间tqc和放电后弛豫时间tq1之和;充电脉冲的脉冲幅度为充电电流,脉冲宽度不大于tqc。本发明使得负载(工况)、放电和电池管理充分匹配优化,提高电池寿命。

技术研发人员:吴建斌;陈驰
受保护的技术使用者:长兴太湖能谷科技有限公司
技术研发日:2020.06.05
技术公布日:2020.07.10
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