一种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法，包括以下步骤：建立电池的等效电路模型以及选择均衡拓扑结构；根据电池组输出电流的变化趋势，预测出输出电流的变化方向；计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和温度不平衡度，并由此可得各单体电池总的不平衡度；根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，以此得到开关组合决策，并计算开关占空比。本发明专利技术主要应用于电动车辆的电池管理系统上，用于改善电池组的不一致性问题，延长电池组的使用寿命，大幅度提高电池组的整体性能，保证电池组使用的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电动汽车电池管理系统领域，特别设及一种基于电流预测的动力电池 组均衡控制方法。
技术介绍
近年来，由于空气质量的日益恶化W及石油资源的渐趋匿乏，低排放、低油耗的新 型电动汽车成为当今世界各大汽车公司的开发热点。动力电池作为电动汽车的关键部件， 对整车动力性、经济性和安全性都有重大影响。 由于单体电池容量有限，且电压较低，而电动汽车所需的电池容量大，所W其动力 电池组需要由多个单体电池串并联组成W满足使用要求。如此一来，在实际使用中，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，将严重影响电池组使用寿命，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，延长电池组的使用寿命，大 幅度提高电池组的整体性能，保证电池组使用的安全性和可靠性，则需要采用均衡控制。虽 然如今已有大量的关于电动汽车的电池组均衡控制策略被提出，但是都或多或少地忽略了 电池组的老化及溫度情况，导致各电池的差异终将越来越大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电流预测的动力电 池组均衡控制方法，实现电动车辆动力电池组的能量均衡，延长电池组的使用寿命，提高电 池组的整体性能。[000引本专利技术的目的通过如下技术方案实现:一种基于电流预测的动力电池组均衡控制 方法，包括如下步骤：S1、建立电池等效电路模型W及选择均衡拓扑结构；S2、预测电池组输出电流；S3、计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各单 体电池总的不平衡度；S4、根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，W此得到开关组合决策，并 计算开关占空比。 所述步骤Sl中的电池等效电路模型为一个电压源Uoc、一个欧姆电阻Ro、一个电容 Cb和一个RC环路(Rp、Cp)，即PNGV等效电路模型；电池组均衡拓扑结构为基于buck-boost的 电感型均衡电路，每个电池都对应有各自的充电和放电均衡回路。 所述步骤S2中的预测电池组输出电流的方法为:假设在化-2)t时刻电池组输出电 流为ip2,在化-IH时刻电池组输出电流为ipl，在kt时刻电池组输出电流为ic，则下一时刻即 化+l)t时刻电池组输出电流ii为：^ =tx+ ― 二2it. - 其中 k为整数。 所述步骤S3中计算不平衡度的方法为： S31、由n节单体电池串联组成的电池组，分别记为Bi，B2，……，Bn，利用安时积分法 估算各单体电池的SOC，分别记为Sl，S2，……，Sn,其中的最小值记为Smin,根据热量守恒计算 电池溫度T，分别记为Tl，T2，……，Tn，其中的最小值记为Tmin;基于溫度对电池老化影响的机 理，估算出电池老化率，分别记为El，E2，……，En,其中的最小值记为Emin,由公式P=I2R及预 测的输出电流可得t时刻后电池将产生的热量，分别记为fl，f2，……，fn，其中的最小值记为 fmin； S32、单体电池的各项不平衡度为D(Si)二Si-Smin,D(Ti)二Ti-Tinin，D(￡i)二 ￡ 广￡min,D (fi)二fi-fmin，其中i二 1，2，......，n;[001引 S33、最终，单体电池总的不平衡度为：化=心)(扣）+WpD(Pi) --W,(D化）+ 雌D煤)))曲，其中We、Wp、WT为权重常数，且We+Wp+WT=l，Wf为将产生的热量不平衡度的补偿 系数，为一常数，T为充放电时间。 所述步骤S4中的约束条件为：IbalminUibal(t) <Ibalmax,巧=11化,，1似二 0，lib(t) = Iic(t) +Iibal(t)，其中libal(t)为电池Bi在t时刻的均衡电流，Ibalmin为均衡电流最小值，Ibalmax 为均衡电流最大值，Iic(t)为电池Bi充放电电流，Iib(t)为流过电池Bi的总电流；由此可解得 Di的最大值Dmax与最小值Dmin。由此可得开关组合决策为：在一个开关周期内，导通Dmax对应 的电池Bmax的放电均衡回路，电池给电感充电，导通一段时间后，关断；同时导通Dmin对应的 电池Bmin的充电均衡回路，电感释放能量给电池;开关占空比取值，其中SVis 为提供均衡能量的电池电压和，SVir为吸收均衡能量的电池电压和。本专利技术与现有技术相比，在电池均衡中加入了溫度、老化率W及预测电流的影响， 能够极大程度地改善电池组的平均溫度和老化率，并利用将产生的热量影响减少了均衡过 程中的能量损耗，大幅度提高了电池组的整体性能。【附图说明】图1为本专利技术所述的基于电流预测的动力电池组均衡控制方法流程图。 图2为所述方法中的电池等效电路模型图。图3为所述方法中的均衡拓扑结构图。【具体实施方式】下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限 于此。 -种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法，如图1所示，包括如下步骤：Sl、建立电池等效电路模型W及选择均衡拓扑结构；S2、预测电池组输出电流；S3、计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各单 体电池总的不平衡度；S4、根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，W此得到开关组合决策，并 计算开关占空比。如图2所示，所述步骤SI中的电池等效电路模型为一个电压源Uoc、一个欧姆电阻 Ro、一个电容Cb和一个RC环路(Rp、Cp)，即PNGV等效电路模型；其中化C为理想电压源，表示动 力电池的开路电压。Ro表示电池的欧姆电阻。Cb用于描述随着负载电流的时间累计而产生的 开路电压的变化。用Rp与Cp为电池极化电阻与电容，其构成的环路用来模拟电池的极化过 程。 电池组均衡拓扑结构为基于buck-boost的电感型均衡电路，每个电池都对应有各 自的充电和放电均衡回路。 如图3所示，是均衡拓扑结构图。每个电池Bi都对应有自己的充电和放电回路。充 电回路的控制开关为Si-I,a与Si,b，放电回路的控制开关为Si-I,b与Si,3。假设电池单体Bx的总 不平衡度Dx为最大值，By的总不平衡度Dy为最小值，则先控制开关管Sx-I,b、Sx,a导通，电池放 电，电感L充电，导通一定时间后关断，同时控制开关管Sy-I,a、Sy,诏通，使电感当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法，其特征在于包括如下步骤：S1、建立电池等效电路模型以及选择均衡拓扑结构；S2、预测电池组输出电流；S3、计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和温度不平衡度，并由此可得各单体电池总的不平衡度；S4、根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，以此得到开关组合决策，并计算开关占空比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，李文彪，郭向伟，王书彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44