[发明专利]基于健康状态的电池组双目标自适应均衡控制方法

说明书

本发明公开了基于健康状态的电池组双目标自适应均衡控制方法，双目标指串联电池组中各单体的健康状态(SOH)和荷电状态(SOC)；自适应均衡指分别设置SOH的不均衡度和SOC的不均衡度，均衡系统根据这两个不均衡度的大小自动判别对电池组进行SOH均衡或SOC均衡，实现电池组SOH和SOC的共同均衡。SOH均衡实现各单体电池在不同工况下的寿命衰减程度达到一致，使得电池的不一致性从根源上得到改善，SOC均衡进一步避免不一致性的扩大，最大限度的发挥动力电池的性能。最终，提高电池组的能量利用率及循环寿命。该控制方法适用于新能源汽车电池组均衡管理系统。

技术领域

本发明属电池均衡技术领域，涉及一种基于健康状态的电池组双目标自适应均衡控制方法，适用于新能源汽车或微电网储能系统中电池管理系统。

背景技术

新能源汽车被列为我国中长期发展战略重点项目，具有广阔的市场前景。动力电池应用于新能源汽车时，由于其单体电池容量有限，而且单体电压较低，所以要将多个单体电池进行串并联以组成满足应用要求的动力电池组。如此一来，由于同一型号的单体电池间存在不可避免的不一致性问题，将对电池组的能量利用率、循环寿命产生严重影响，并且容易导致出现过充和过放现象。为了改善电池组的不一致性问题必须引入有效的均衡系统。

均衡控制研究的核心内容是均衡对象的判定，目前，基于端电压、SOC、可用容量的均衡控制策略相继被提出。依据电池端电压建立均衡对象判据，动力电池是一个复杂的非线性系统，实际应用中，电池的差异不能仅凭端电压的高低来衡量，电池组中容量低的电池在充电时或者充电后，其端电压可能比其它电池高，如果采用这用均衡方法，那么均衡的结果是容量低的电池给容量高的电池补充能量，最终均衡结果可能加大了池组中电池容量的差距。以SOC作为判据，这种均衡方法只能解决电池组中容量较大的电池因长期充电不足而性能下降问题，并不能减小或消除各电池实际容量的差距；另外，以开路电压为均衡对象判据实质仍是以SOC为判据，因为电池在正常工作电压范围内两者呈一一对应的函数关系。利用电池当前时刻的剩余可用容量来判定均衡目标，仅仅以当前剩余可用容量作为均衡指标可能会导致每个单体充入或放出相同的电量时各单体的SOC值变化不一致，最终，充电过程，当检测电路检测到某单体SOC值为1时即停止充电，而此时还有部分单体SOC不为1，即还有部分单体未充满时电池组就停止充电，减小了能量利用率，放电过程分析类同。综上所述，目前较多文献以SOC作为均衡指标建立控制策略，无论SOC还是容量、端电压，它们都是电池的外部特性参数，并不能从本质上反映电池组的不一致性。

电池组不一致性的外部表现重点体现在以下两个方面：(1)电池单体性能参数的差异，主要包括电池容量、内阻和自放电率的差异；(2)电池工作状态的差异，主要包括电池荷电状态(State-Of-Charge，SOC)、工作电压、温度的差异等。而使得电池组出现不一致性的实质原因是：(1)由于材质和工艺的原因，相同批次相同型号的电池在内阻、容量等方面可能出现不一致的情况。(2)在使用过程中，电池内部电化学系统复杂的相互作用，结合电池的充放电倍率、放电深度、环境温度等外部因素将导致电池的老化衰减速度不同，随后使得电池组老化程度产生不一致。由此分析，即使单体电池技术取得重大突破、性能显著提高，但是影响电池组使用寿命的关键因素始终是动力电池的一致性。对于制造工艺引起的初始性能差异并不能依靠均衡改善，只能提高电池的制造工艺，而在实际使用时，即使保证了单体电池初始性能的一致，也会因为使用条件和环境的不同导致单体电池老化程度产生差异。因此，具有实际意义的均衡控制应该是在电池组使用过程中，采用适当的均衡电流来减小各单体老化程度的差异，使电池实际可用容量差距不扩大，保持电池组的能量利用率和充放电效率在正常水平，延长电池组的使用寿命。显然，以“电压、SOC或容量为目的”的均衡控制达不到上述要求。

发明内容