一种可实现电池均衡的电池组充电方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及电动汽车动力电池组充电控制模式。
【背景技术】
[0002]为保证电池安全可靠地工作，动力电池组一般都配备电池管理系统。电池管理系统功能主要包括:工作参数监测、状态参数估算、电池均衡控制、热管理等。准确估算电池组状态参数能保证电池组的使用安全性，但不能降低或消除各单节电池间的差异，为此，前人提出了电池组的主动式均衡和被动式均衡方法。被动均衡通过将过限的能量转化成热能释放出去，保持各单节电池能量的平衡，此种方式的电路和控制方法相对简单，但是电池均衡过程中存在能量耗散和热管理方面的问题。主动均衡是通过设计特定的能量变换器，对能量进行重新分配，常用的方法有基于电感的Buck-Boost法、飞度电容法、变压器法等。现有的均衡方法都是通过外部均衡器实现的，结构非常复杂。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提出了基于并联单体电池自平衡效应与电池可接受的充电电流曲线的电池组充电方法，本发明提出的电池组充电方法可以降低单节电池间的差异，同时考虑电池最优充电频率，实现电池的快速充电。采用的具体技术方案为:
[0004]—种可实现电池均衡的电池组充电方法，包括:确定最佳的充电电流循环周期、确定充电电流最优频率及脉冲占空比；
[0005]所述确定最佳的充电电流循环周期的过程为:
[0006]步骤1，基于一阶RC等效电路模型，建立单体电池模型，并利用试验数据对单体电池模型进行验证；
[0007]步骤2，建立不同单体电池并联的单节电池模型，仿真研究不同并联单体电池数目下，单节电池处于不同SOC下的内部各单体电池间的自平衡时间；
[0008]步骤3，试验测试单体电池内阻及容量随循环次数的变化关系；
[0009]步骤4，研究单节电池位于不同循环次数下重复执行步骤2 ;
[0010]步骤5，对多组自平衡时间进行正态分布统计分析，进而确定最佳的充电电流循环周期；
[0011]所述确定充电电流最优频率及脉冲占空比的过程为:
[0012]步骤6，设定充电频率矩阵f = (fi, f2,..., fn)，占空比矩阵d = ((I1, d2,..., dm)，将频率调整作为内环，占空比调整作为外环；
[0013]步骤7，分别在不同的占空比d,下，以矩阵f内不同频率f 3寸电池进行充电；
[0014]步骤8，采集该充电频率仁下某一固定时间内的平均充电电流I avg (i)，计算在占空比dj下对应的最佳充电电流频率；
[0015]步骤9，记录占空比dj下的最优频率f Sf；t(k)和此时对应的电流ISf；t(k);
[0016]步骤10，依据占空比矩阵d = ((I1, d2，...，dj，重新调整占空比士进行最优频率的重新记录。
[0017]作为优选，所述步骤2中所述的单体电池数目为8。
[0018]进一步，所述步骤8中所述的最佳充电电流频率的计算表达式为:
[0019]fop(j) = {fi|max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需满足 1p (j) < Icjliax;
[0020]其中为占空比士下对应的最佳充电电流频率，I op(j)为占空比士时最佳充电电流频率f^Jj)对应的充电电流，I。—_为电池充电可接受充电电流。
[0021]进一步，所述步骤9中所述最优频率fSf；t(k) = ‘(j)，所述对应的电流Isf3tGO =1p (J.)。
[0022]和现有技术相比，本发明的有益效果:
[0023]本发明通过对磷酸铁锂电池充电模式的控制，实现快速充电的同时降低了电池组中各单节电池状态参数的差异，解决了现有利用外部均衡器导致的电路结构复杂问题。
【附图说明】
[0024]图1为一阶RC等效电路模型原理图；
[0025]图2单节电池拓扑结构图；
[0026]图3为8节单体电池并联构成单节电池充电时各单体电池电压曲线图；
[0027]图4为本发明提出基于充电方式的电池均衡流程图；
[0028]图5为电池充电可接受电流曲线图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0030]本发明提出的一种实现电池均衡的电池组充电方法包括:确定最佳的充电电流循环周期、确定充电电流最优频率及脉冲占空比。
[0031]上述最佳的充电电流循环周期确定的过程:
[0032]I)基于一阶RC等效电路模型，如图1所示，建立单体电池模型，并利用试验数据对单体电池模型进行验证；
[0033]2)建立不同单体电池并联的单节电池模型，如图2所示，仿真研究不同并联单体电池数下，单节电池处于不同SOC下的内部各单体电池间的自平衡时间，如图3所示，当8节单体电池并联时，由于连接片的存在，导致各单体电池间充电电压差异进一步扩大，故有必要在充电过程中，每隔一定时间对单体电池进行静置，实现单体电池间自平衡；
[0034]3)试验测试单体电池内阻及容量随循环次数的变化关系；
[0035]4)研究单节电池位于不同循环次数下步骤2)中的研究内容；
[0036]5)对多组自平衡时间进行正态分布统计分析，进而确定最佳的充电电流循环周期。
[0037]上述充电电流最优频率及脉冲占空比的确定过程:
[0038]I)如图4所示，设定充电频率矩阵f = (fi, f2,...，fn)，占空比矩阵d =((I1, d2，...，(U，将频率调整作为内环，占空比调整作为外环;
[0039]2)分别在不同的占空比d,下，以矩阵f内不同频率“对电池进行充电；
[0040]3)采集该充电频率下某一固定时间内的平均充电电流Iavg⑴，
[0041]贝丨Jfop(j)= Ri |max(Iavg(i))，i = 1，2，...，η}，其中 fjj)为占空比 dj下对应的最佳充电电流频率，此时还需满足IcipU) < I。—_，其中IcipU)为占空比士时最佳充电电流频率对应的充电电流，I。—_为电池充电可接受充电电流，见附图5 ;
[0042]4)记录占空比dj下的最优频率和此时对应的电流fSf；t(k) = fop(j), Isf3tGO =
1p U);
[0043]5)依据占空比矩阵d = ((I1, d2，...，dj，重新调整占空比d,进行最优频率的重新记录。
[0044]以上所述仅用于描述本发明的技术方案，并不用于限定本发明的保护范围，所应理解，在不违背本发明实质内容和精神的前提下，所作任何修改或等同替换等都将落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种可实现电池均衡的电池组充电方法，其特征在于，包括:确定最佳的充电电流循环周期、确定充电电流最优频率及脉冲占空比； 所述确定最佳的充电电流循环周期的过程为: 步骤1，基于一阶RC等效电路模型，建立单体电池模型，并利用试验数据对单体电池模型进行验证； 步骤2，建立不同单体电池并联的单节电池模型，仿真研究不同并联单体电池数目下，单节电池处于不同SOC下的内部各单体电池间的自平衡时间； 步骤3，试验测试单体电池内阻及容量随循环次数的变化关系； 步骤4，研究单节电池位于不同循环次数下重复执行步骤2 ; 步骤5，对多组自平衡时间进行正态分布统计分析，进而确定最佳的充电电流循环周期； 所述确定充电电流最优频率及脉冲占空比的过程为: 步骤6，设定充电频率矩阵f =况，f2,...，fn)，占空比矩阵d =(山，d2,...，dm)，将频率调整作为内环，占空比调整作为外环； 步骤7，分别在不同的占空比d,下，以矩阵f内不同频率f 3寸电池进行充电； 步骤8，采集该充电频率匕下某一固定时间内的平均充电电流I avg (i)，计算在占空比dj下对应的最佳充电电流频率； 步骤9，记录占空比dj下的最优频率f Sf；t(k)和此时对应的电流Isf3tGO ; 步骤10，依据占空比矩阵d = (Cl1, d2，...，dj，重新调整占空比士进行最优频率的重新记录。2.根据权利要求1所述的一种可实现电池均衡的电池组充电方法，其特征在于，所述步骤8中所述的最佳充电电流频率的计算表达式为:fop(j) = {fi |max(Iavg(i)), i = I, 2,..., η};并且需满足 1p (j) < Icjliax; 其中?；ρ?)为占空比士下对应的最佳充电电流频率，I Jj)为占空比士时最佳充电电流频率f^Jj)对应的充电电流，I。—_为电池充电可接受充电电流。3.根据权利要求1或2所述的一种可实现电池均衡的电池组充电方法，其特征在于，所述步骤9中所述最优频率fSf3t(k) = fmG)，所述对应的电流Isf3tGO = IcipU)。
【专利摘要】本发明公开了一种可实现电池均衡的电池组充电方法，包括：1，建立单体电池模型；2，建立不同单体电池并联的单节电池模型；3，试验测试单体电池内阻及容量随循环次数的变化关系；4，研究单节电池位于不同循环次数下重复执行步骤2；5，确定最佳的充电电流循环周期；6，设定充电频率矩阵，占空比矩阵；7，分别在不同的占空比，以不同频率对电池进行充电；8，采集该充电频率下平均充电电流，计算在该占空比下的最佳充电电流频率；9，记录最优频率和对应的电流；10，重新调整占空比进行最优频率的重新记录。本发明提出的可实现电池均衡的电池组充电方法可以降低单节电池间的差异，同时考虑电池最优充电频率，实现电池的快速充电。
【IPC分类】H01M10/44, H02J7/00
【公开号】CN105098923
【申请号】CN201510542877
【发明人】王丽梅, 陈龙, 江浩斌, 袁朝春, 汪若尘, 汪少华, 盘朝奉, 徐兴
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月28日