一种考虑并联电池差异的单节电池安全充电截止电压界定方法与流程

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及动力电池安全充电截止电压的界定方法。

背景技术：

磷酸铁锂电池因其长寿命和高稳定性，在储能系统及电动汽车领域被广泛关注。但成组后动力电池组寿命及安全问题却制约其进一步应用发展，电池截止电压及容量作为电池安全充放电控制的基本参数，是避免电池“过充/放”，确保电池安全，提高电池使用寿命的基础。

为了达到较高的可用容量，动力电池组一般是将多个单体电池并联成单节电池。若单体电池间不存在差异，单节电池容量可通过单体电池容量与并联单体电池数乘积得到。不一致的使用环境会导致单体电池间老化速率的差异，单节电池容量需重新定义为充电截止电压到放电截止电压间总放出容量。单体电池间老化差异表现为容量及内阻的差异，此差异会导致流经单节电池内各单体电池电流不一致，即单体电池充放电速率存在差异，影响单节电池充电截止电压，进而影响单节电池容量。实际应用过程中，单节电池老化状态难以确定。为保证电池组中各单体电池使用安全，需对不同老化状态下的单节电池充电截止电压变化规律进行分析，以确定包容“老化单节电池”的安全充电截止电压限值。本发明基于单体电池使用安全性，研究考虑单体电池老化的单节电池安全充电截止电压界定方法。

技术实现要素：

针对实际应用过程中单节电池老化状态难以确定的问题，本发明以极限状态下的充电截止电压控制充电过程确保并联电池充电安全的理念，采用的技术方案为：

一种考虑并联电池差异的单节电池安全充电截止电压界定方法，包括：不同老化状态下单节电池充电截止电压分析及单节电池安全充电截止电压界定阶段；

所述不同老化状态下单节电池充电截止电压分析阶段包括如下步骤：

步骤1，建立并联单节电池等效电路模型；所述单体电池一阶rc等效电路模型由描述电池动态特性极化电阻r1、极化电容c1并联后再与欧姆内阻r0、电池开路电压voc串联组成；将单体电池等效电路模型并联构成单节电池等效电路模型，并在各单体电池模型中分别添加老化因子的设定，老化因子的设定范围为0-1。

步骤2，分析不同老化状态下单节电池充电截止电压；建立20节单体电池并联的单节电池模型，设定“老化单体电池”老化因子为0.8即容量均为初始容量的80％，内阻为初始内阻的166％，研究不同“老化单体电池”数目下的充电截止电压；单节电池充电截止电压随“老化单体电池”数目的增加而降低，全寿命周期范围内的最低充电截止电压为3.60v，出现在老化单体电池数为19，即“老化单节电池”内仅包含一只“正常单体电池”的情况下。

所述单节电池安全充电截止电压界定阶段包括如下步骤：

步骤3，确定单节电池安全充电截止电压极限状态；由不同老化状态下单节电池充电截止电压分析步骤可知，当“老化单体电池”整体内阻最大时，流经与“老化单体电池”并联的“正常单体电池”的电流最大，此时安全充电截止电压最低。“老化单体电池”整体内阻呈最大值的条件为各“老化单体电池”具有相同的老化状态，即老化后的容量与内阻相同；仍取单节电池容量为初始容量的80％左右作为动力电池应用限值，包含n节单体电池的单节电池的安全充电截止电压将出现在其包含n-1节“老化单体电池”，各“老化单体电池”容量均降为初始容量的极限状态下。

步骤4，研究单节电池安全充电截止电压影响因素；随着充电电流的增大，安全充电截止电压呈先降低后上升趋势，故实际使用过程中，安全充电截止电压随电流变化的影响可以忽视，仅考虑单节电池结构，以极限状态下的单节电池充电截止电压界定安全充电截止电压。

本发明的有益效果：

本发明提出了考虑单体电池老化的单节电池充电截止电压界定方法，针对实际应用过程中单节电池老化状态难以确定的问题，以极限状态下的充电截止电压控制充电过程确保并联电池充电安全。

附图说明

图1一阶rc等效电路模型原理图。

图2单体电池容量及内阻随循环数的变化曲线。

图3不同老化单体电池数下电池充电截止电压。

图4不同充电电流、并联单体电池数下的单节电池安全充电截止电压。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种考虑并联电池差异的单节电池安全充电截止电压界定方法，包括：不同老化状态下单节电池充电截止电压分析及单节电池安全充电截止电压界定阶段；

所述不同老化状态下单节电池充电截止电压分析阶段包括如下步骤：

步骤1，建立并联单节电池等效电路模型；图1给出了所述单体电池一阶rc等效电路模型，当然本发明不限于此电池模型，这里只是为了便于阐述。图中，voc为电池开路电压，r0是电池欧姆内阻，r1及c1为描述电池动态特性的极化电阻与电容，v表示电池端电压；将单体电池等效电路模型并联构成单节电池等效电路模型，并在各单体电池模型中添加老化因子的设定，老化因子设定范围为0-1。

步骤2，分析不同老化状态下单节电池充电截止电压；建立20节单体电池并联的单节电池等效电路模型，设定“老化单体电池”老化因子为0.8，参考图2可知，此时“老化单体电池”容量均为初始容量的80％，内阻为初始内阻的166％。图3不同“老化单体电池”数目下的充电截止电压，从图中可以看出单节电池充电截止电压随“老化单体电池”数目的增加而降低，全寿命周期范围内的最低充电截止电压为3.60v，出现在老化单体电池数为19，即“老化单节电池”内仅包含一只“正常单体电池”的情况下。

所述单节电池安全充电截止电压界定阶段包括如下步骤：

步骤3，确定单节电池安全充电截止电压极限状态；由不同老化状态下单节电池充电截止电压分析步骤可知，当“老化单体电池”整体内阻最大时，流经与其并联的“正常单体电池”的电流最大，此时安全充电截止电压最低。“老化单体电池”整体内阻呈最大值的条件为各差异单体电池具有相同的老化状态，即老化后的容量与内阻相同；仍取单节电池容量为初始容量的80％左右作为动力电池应用限值，包含n节单体电池的单节电池的安全充电截止电压将出现在其包含n-1节“老化单体电池”，各“老化单体电池”容量均降为初始容量的极限状态下。

步骤4，研究单节电池安全充电截止电压影响因素；图4显示了以步骤3中极限状态为约束，不同充电电流、并联单体电池数下的单节电池安全充电截止。从图中可以看出随着充电电流的增大，安全充电截止电压呈先降低后上升趋势，故实际使用过程中，安全充电截止电压随电流变化的影响可以忽视，仅考虑单节电池结构，以极限状态下的单节电池充电截止电压界定安全充电截止电压。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。