[发明专利]基于绝对可充放容量的全阶段动力锂电池均衡方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽车动力系统技术领域，特别涉及基于绝对可充放容量的全阶段动力锂电池均衡方法及装置。 

背景技术

在纯电动汽车、插电式混合动力汽车、储能电站等大功率动力电池组应用场合，动力电池组都是其主要的能量来源。而动力电池组往往由多个单体电芯串并联构成。由于动力电池在生产过程中，生产工艺、生产环境等因素的影响，使得单体电芯在生产过程中或多或少存在差异。将这些电芯串并联构成电动汽车用动力电池组，在长期使用过程中，伴随使用环境的差异性，必然会造成电芯之间容量、内阻、自放电率的不一致。而由于锂离子电池的特性，串联锂离子电池的容量由容量最低的电芯容量决定，从而导致长期使用整组电池寿命衰减，甚至造成安全隐患。 

为了减少电芯之间的不一致性，会采用电芯间均衡的方法。已知的均衡方法包括被动均衡方法、主动均衡方法、并联充电方法。被动均衡方法采用电阻耗能方法，由于其浪费能量、均衡电流小、散热困难，而很少使用在电动汽车环境中；主动均衡方法通过电容、电感等储能元件，将高容量电芯的电量搬移到低容量电芯中，由于其实现方法困难，且目前的主动均衡方法大多是仅在成组电池包内电芯进行均衡，很少实现电池包之间的均衡，因此也不适合于由多组电池包串联构成的电动汽车等应用环境；并联充电方法，通过外部充电器将所有电芯直接充满，一定程度上延长了电池寿命，然而由于其只考虑了充电时的情况，而没有考虑放电时的情况，因此当某节电芯容量降低时，无法从根本上延长电池的使用寿命。 

从已经发布的相关专利中，大多数只是描述了充电均衡，而没有考虑放电均衡。成组电池在使用一段时间后，由于多种原因，会造成电芯间满充容量值（Full of Charge，FCC）的不一致，如果没有放电均衡，即使所有电芯都充满，其整组电池放出的电量也是由满充容量值最小的那节电芯决定，从而降低了整个电池组的使用效率，同时，由于满充容量值小的电芯总是被最先放光，从而加速了该节电芯的损坏，从而缩短了整组电池的使用寿命。 

另外，从已经发布的相关专利中，对于均衡开启和关闭的条件描述的很少，好的均衡开启、关闭条件可以大大增加有效均衡时间，提高均衡效率，减小均衡电流，易于均衡电路的实现，提高安全性。现有的均衡开启和关闭条件或者是以电芯电压为条件，或者是以剩余电量SOC为条件，判定条件相对简单、实现容易，但却大大降低了均衡的效率，导致有效均衡 时间短，均衡效率低下等问题。 

以电芯电压为均衡开启关闭的判定条件，判定条件多是当电芯间压差超到某一阈值时，开启均衡，当电芯间压差小于某一阈值时，关闭均衡，然而对于锂离子电池而言，由于其自身的特点，电压平台期较长，电压只有在快充满或者快放光时电压才会出现明显变化，在电压平台期，即使电芯间容量相差很大，电芯间压差也不会很大，这就导致在持续时间最长的电压平台期，电芯间压差无法拉开，无法开启均衡，造成有效均衡时间短，均衡效率低下等问题，有时候为了提高均衡效率而加大均衡电流，也会带来实现困难、安全性降低等问题。 

以电芯剩余电量（SOC）为均衡开启关闭的判定条件，判定条件多是当电芯间剩余电量超过某一阈值时，开启均衡，当电芯间剩余电量值小于某一阈值时，关闭均衡。首先，美国先进电池联合会(USABC)在其《电动汽车电池实验手册》中定义SOC为：电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。因此，在充电时，电池剩余电量无法直观反应当前电池还需要充多少电，在整个充电过程中，会出现均衡反复开启关闭的情况，从而降低了均衡的效率。另外，对于SOC的估算多采用开路电压法或者安时法（如专利《一种可充电电池系统全均衡方法》，CN201110376362.7），采用开路电压法存在非常大的瞬态误差，采用安时法存在累计误差，都无法满足均衡算法对SOC的要求。 

以下总结了几个均衡相关领域主要的专利及其问题，以及它们与本专利的不同：