一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，适用于基于升压变换和软开关的动力电池组均衡电路。在很短的时间内将均衡电路等效为具有交流方波输入的LC串联谐振等效电路，建立串联谐振等效电路的交流方波输入的傅里叶变换模型，并基于傅里叶变换得到均衡电流的表达式，进而得到单位时间内从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体的电量，最终获得均衡时间的具体表达式，得出均衡时间t正比于R和Cq，反比于Uboost和λ，与L、C无关的结论。本方法能够准确预测电池的均衡时间，并确定了影响电池均衡速度的关键因素，为提高均衡电路的均衡速度和效率，减少能量浪费提供了强有力的理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法
本专利技术涉及一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法。
技术介绍
锂离子电池因其高能量密度、低放电率和没有记忆效应广泛应用在电动汽车和混合电动汽车中。然而，电池单体具有有限的电压和容量，必须由上百节电池单体串、并联成组使用以满足电动汽车的高功率和高能量要求。例如，一辆BMW电动汽车的动力电池由8088节电池单体组成。然而，串联锂电池组带来了一个更加严峻的问题：即使串联电池组中电池单体的内阻或容量存在微小差异，也可能导致电池单体间电压或SOC(SOC为电池的荷电状态，SOC＝100％时，表示电池为满电状态，SOC＝0％时，表示电池为无电状态)的极度不均衡。此外，在数次充放电循环后，这种不均衡会越来越严重，极大地减小了电池组的可用容量和循环寿命。甚至，可能会引起安全事故，例如爆炸、起火等。因此，电池均衡是不可或缺的。显而易见，作为电池管理系统的关键技术之一，串联电池组的有效均衡已经成为一个研究热点。目前，均衡主要有耗散均衡、非耗散均衡和电池选择三大类。耗散均衡(也称为电池旁路法均衡)通过给电池组中每个电池单体并联一个耗散器件进行放电分流，从而实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，其特征是：包括以下步骤：S1.将均衡电路的升压变换输出电压调制成一个较高的恒压，在很短的时间内被均衡的电压最低的电池单体的电压可看作为一个恒值，因此可将均衡电路等效为具有交流方波输入的LC串联谐振电路；S2.建立串联谐振等效电路的等效交流方波输入的傅里叶变换模型和交流阻抗模型，得到均衡电流的表达式，并推导出在一个开关周期内从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体的电量，进而得到单位时间内转移的电量；S3.建立均衡过程中电池电压与SOC的分段线性模型，并对均衡过程进行分析获取电池单体最低电压在单位时间内的变化量与交流方波幅值的变化量之间的关系；S4....

【技术特征摘要】
1.一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，均衡电路的结构为微控制器根据最高单体电压和最低单体电压对应的电池单体编号，经过通用IO端译码控制开关模块，将电池组中任意位置的电压最高和最低的电池单体选通至均衡母线上；然后，微控制器控制BOOST升压变换模块将电压最高的电池单体升压至一个更高的电压；同时微控制器发送一对状态互补的PWM信号控制LC串联谐振电路，使其交替工作在充电和放电两个状态，LC串联谐振电路包括串联的电感L和电容C，串联的电感L和电容C连接在MOSFET开关构成的桥式电路的中点上；其特征是：包括以下步骤：S1.将均衡电路的升压变换输出电压调制成一个较高的恒压，在很短的时间内被均衡的电压最低的电池单体的电压可看作为一个恒值，因此可将均衡电路等效为具有交流方波输入的LC串联谐振电路；S2.建立串联谐振等效电路的等效交流方波输入的傅里叶变换模型和交流阻抗模型，将LC串联谐振电路的谐振电流视为正弦波，得到均衡电流的表达式，计算在一个开关周期内从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体的电量，进而得到单位时间内转移的电量；S3.建立均衡过程中电池电压与SOC的分段线性模型，将一个线性段内电池电压与SOC的比例系数视为恒值，将储存在电池内的电荷量转换成电池容量，表述电池单体最低电压在单位时间内的变化量与交流方波幅值的变化量之间的关系；S4.推导出均衡时间的最终表达式，得到影响均衡速度的因子。2.如权利要求1所述的一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，其特征是：所述步骤S1中LC串联谐振电路的具体结构，包括等效交流方波输入f(t)，等效交流方波输入的正极依次连接电感、电容、电阻后接回等效交流方波输入的负极，其中，电感、电容、电阻的容量值分别为L、C、R。3.如权利要求2所述的一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，其特征是：所述步骤S2中，等效交流方波输入f(t)的模型为：式中，f(t)为LC串联谐振电路的等效交流方波输入，其幅值记为A(t)，是时间的函数；T为MOSFET的开关周期，表述为Umin(t)为最小电池单体电压，是时间的函数，在一个周期T内，被看成一个恒值；Uboost为BOOST升压变换的输出电压，为一个恒值，满足关系Uboost＞Umax(t)；[·]是高斯函数。4.如权利要求3所述的一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，其特征是：所述步骤S2中，等效交流方波输入f(t)的傅里叶变换表述为：式中，a0，am，bm由以下式得到：由于MOSFET的开关周期T很小，将A(t)，恒值化，即等于A(kT)，因此傅里叶系数a0、am、bm的值计算为：am＝0，m＝1，2，3，...(6)综上所述，等效交流方波输入f(t)的傅里叶变换表述为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，商云龙，崔纳新，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37