锂离子电池包的充放电控制方法、电池管理系统及充放电方法与流程

本发明属于锂电池充放电领域，具体涉及一种锂离子电池包的充放电控制方法、电池管理系统及充放电方法。

背景技术：

1、众所周知，锂离子电池包的循环寿命与温度有较强的关联性，高温循环寿命比常温循环寿命会显著降低。因此，降低或不增加电池包的发热量，能够有效延长电池包的使用寿命。对于被动式自然冷却(不通过液冷装置等主动降温的)的电池系统，如何改善电池包发热更为重要。

2、传统的电池管理系统(以下简称bms)充放电控制策略大多通过预设电池系统不同soc不同温度下不同的充放电电流对应关系(如采用区间map表或电流表)，一般不考虑电池内部电化学状态量的变化。而锂电池因极化等固有特性,在低soc区间[0-30％]和高soc区间[80-100％]电池内阻变化明显。若能基于电池内阻变化相应调整充放电电流,改善电池包发热，能有利于减缓电池容量的衰减，延长电池包的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种锂离子电池包的充放电控制方法、电池管理系统及充放电方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种锂离子电池包的充放电控制方法，包括下述步骤：

4、1)根据电池内阻-soc曲线，依据电池内阻变化情况划分低soc区间、中soc区间和高soc区间；

5、2)根据电阻随soc变化的关系计算低soc区间新电流i1’、高soc区间的新电流i3’和中soc区间新充电电流i2’。

6、步骤2)中首先计算低soc区间新电流i1’、高soc区间的新电流i3’，之后根据低soc区间新电流i1’、高soc区间的新电流i3’调整中soc区间新充电电流i2’。

7、步骤s1)中电池内阻-soc曲线为呈现两端高，中间低的u型；中间电阻低的部分为中soc区间，两端电阻高的部分为低soc区间和高soc区间。低soc区间为[0,x1％]、中soc区间为[x1％,x2％]和高soc区间为[x2％,100％],其中x1≤30，x2≥80。

8、步骤s1)中,一般低soc区间和高soc区间中内电阻的变化率大于0.01-0.2mω/1％，中soc区间内电阻的变化率小于0.01-0.5mω/10％。

9、分别对低soc区间以及高soc区间的电阻随soc变化的关系进行拟合；电阻随soc变化的关系为:

10、r(soc)＝ansocn+an-1socn-1+…+a1soc1+a0                     (1)；

11、其中，r(soc)表示电池内阻，ai是多项式系数(i从n到0)，n表示多项式次数，拟合的决定系数r2＝1。

12、假设决定系数r2＝1时，在n＝2时达成；则电阻随soc变化的关系可拟合为y＝ax2+bx+c。

13、定义电池内阻增加时保持发热量不增加，则可得式(2)和式(3)：

14、△q＝i×i×y×△t＝i×i×y×(△x/i)＝i’×i’×y’×(△x/i’)(2)

15、i×(ax2+bx+c)＝i’[a(x2+2x△x+△x2)+bx+b△x)+c](3)；

16、式中，△q为系统发热量，i为原始充放电电流，i’为低soc区间或高soc区间调整后的电流，y为当前电池内阻，y’为测量的下一时刻soc对应的电池内阻，x为当前系统soc,△x为测量的下一时刻soc变化量也即是电池容量的变化量。充电过程中，容量增加，△x＞0；放电过程中，容量减少，△x＜0；△t为soc变化微元对应的时间，a，b，c为n＝2时拟合得到的多项式系数。

17、根据式(2)、(3)可得低soc区间新电流i1’式(4)和高soc区间新电流i3’式(5)。

18、i1’＝i×y1/y1’＝i×(a1x2+b1x+c1)/[a1(x2+2x△x+△x2)+b1x+b1△x1)+c3](4)；

19、式中，i为原始充放电电流，i1’为调整后的低soc区间的新电流；y为当前电池内阻，y1’为低soc区间下一时刻soc对应的电池内阻，x为当前系统soc,△x为测量的下一时刻soc变化量也即是电池容量的变化量；充电过程中，容量增加，△x＞0；放电过程中，容量减少，△x＜0；a1，b1，c1为n＝2时拟合得到的多项式系数。

20、i3’＝i×y3/y3’＝i×(a3x2+b3x+c3)/[a3(x2+2x△x+△x2)+b3x+b3△x3)+c3](5)；

21、式中，i为原始充放电电流，i3’为调整后的高soc区间的新电流；y为当前电池内阻，y3’为高soc区间下一时刻soc对应的电池内阻，x为当前系统soc,△x为测量的下一时刻soc变化量也即是电池容量的变化量；充电过程中，容量增加，△x＞0；放电过程中，容量减少，△x＜0；a3，b3，c3为n＝2时拟合得到的多项式系数。

22、可选的，对于放电过程，中soc区间的放电电流控制阈值i2不作调整增大。

23、可选的，对于充电过程，假设维持充电总时长不增加，在电池内阻较小的中soc区间可以对充电设备(例如充电桩)请求比原i2更大的充电电流i2’。则依据下列公式(6)和(7)得到公式(8)。

24、

25、t总＝t1总+t2总+t3总＝t1总’+t2总’+t3总’                         (7)

26、i2’＝(c总-∑i1i’ ×t1i’-∑i3i’ ×t3i’)/(t总-t1总’-t3总’)    (8)

27、其中，c总表示电池系统充电总容量，c1总、c2总、c3总分别为低soc区间、中soc区间以及高soc区间的充电总容量，i1i、i2i、i3i分别为原始的低soc区间、中soc区间以及高soc区间对应i单元时的充电电流(i＝1,2,……,n，n为自然数)，t1i、t2i、t3i分别为原始的低soc区间、中soc区间以及高soc区间对应i单元时的充电时间(i＝1,2,……,n。n为自然数)，t1总、t2总、t3总分别为原始的低soc区间、中soc区间以及高soc区间的充电总时间，i1i’、i2i’、i3i’分别为调整后的低soc区间、中soc区间以及高soc区间对应i单元时的新充电电流，t1i’、t2i’、t3i’分别为调整后的低soc区间、中soc区间以及高soc区间对应i单元时的充电时间(i＝1,2,……,n。n为自然数)，t1总’、t2总’、t3总’分别为原始的低soc区间、中soc区间以及高soc区间的充电总时间。

28、本发明还包括一种充放电方法，使用所述的锂离子电池包的充放电控制方法进行充放电。

29、本发明还包括一种电池管理系统，应用该电池管理系统使用所述的锂离子电池包的充放电控制方法进行充放电。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本技术基于电池内阻随soc变化的模型，提供了一种算法简单的充放电电流控制方法，可以改善电池包在低soc区间和高soc区间的发热，有利于延缓电池老化。本技术的技术方案使用常规已有电池内阻即可完成，r(soc)函数多项式拟合容易，电流控制算法简单。