一种锂离子电池组均衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池组均衡控制方法，包括如下步骤：(1)、确定电池一致性的评价指标，建立m个电池的分析序列；(2)利用标准化欧式距离公式计算任意两个电池的标准化欧氏距离数值得到矩阵G；(3)、将矩阵G变换得到m行m列相似度矩阵W

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池组均衡控制方法
本专利技术涉及锂离子电池均衡
，特别涉及锂离子电池组均衡控制方法。
技术介绍
目前大型储能用锂离子电池需要串联成组使用，为了最大化利用电池组能量，必须配备能量均衡系统来改善单体电池一致性。当前常用的电池组均衡控制方法多是以电池电压为基准进行均衡控制，均衡效果较差，而且存在误均衡缺陷。均衡控制方法设计的核心是解决电池如何进行分类的问题。实际上电池分类需要考虑诸如电压、荷电状态、能量状态等反映电池特性的多种电池状态参数。聚类算法是解决该分类问题的有效手段，但一般的聚类算法如K均值聚类算法，在算法执行时容易陷入局部极值，得不到全局最优解。而且对于多维数据，一般的聚类方法也不易处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有产品中的不足，提供一种锂离子电池组均衡控制方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种锂离子电池组均衡控制方法，所述控制方法包括如下步骤：(1)、确定电池一致性的评价指标，建立m个电池的分析序列，所述电池一致性的评价指标包括电池荷电状态SOC，电池在t时刻正负极之间的电压Ut，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的能量变化速率vE，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的功率变化速率vP；电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的能量变化速率vE的公式为vE＝Ut·It·△t，式中Ut、It分别为t时刻的电池端电压和主回路电流，Δt＝t1-t0，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的功率变化速率vP为vP＝Ut·It。(2)、利用标准化欧式距离公式计算任意两个电池的标准化欧氏距离数值，得到Cm2个标准化欧氏距离数值，然后将Cm2个标准化欧氏距离数值排列构造1行Cm2列的矩阵G，所述任意两个电池的标准化欧氏距离数值的平方为任意两个电池的SOC的差值的平方再加上任意两个电池的Ut的差值的平方再加上任意两个电池的vE的差值的平方再加上任意两个电池的vP的差值的平方；(3)、将矩阵G变换得到m行m列相似度矩阵Wm×m；(4)、计算对角矩阵Dm×m，对角矩阵Dm×m对角线上的值(5)、计算Laplace矩阵，所述Laplace矩阵＝对角矩阵Dm×m-相似度矩阵Wm×m；(6)、用Nomarlizedcut方法对Laplace矩阵进行归一化处理得到矩阵L，所述(7)、计算矩阵L中除零外k个最小特征值及对应的特征向量(e1,...,ek)，再将k个特征向量竖着并排放在一起，形成一个m×k的特征矩阵，从而得到低维度特征矩阵E＝[e1,…,ek]；(8)、通过K-means聚类算法对特征矩阵E中不同的特征向量进行聚类，所述聚类的类别至少两个，循环执行该算法至达到算法终止条件，获得电池分类解；(9)、将聚类中电池数目最少的组中的电池通过均衡模块进行均衡，完成1个均衡周期后，再根据均衡的终止条件判断电池是否需要均衡，若不需要均衡则结束，否则重复步骤1到步骤8进行均衡直到电池不需要均衡为止。所述任意两个电池的标准化欧氏距离数值标记为fxy，所述fxy指的是序号x电池与序号y电池的标准化欧氏距离数值，矩阵Gm(m-1)/2为f12，f13依次排列到f1m，然后f23，f24依次排列到f2m，然后按照此规律排列到f(m-1)m，即矩阵G＝(f12,f13,...,f1m,f23,f24,...,f2m,f34,f35,...,f3m,...,f(m-2)(m-1),f(m-2)m,f(m-1)m)。所述矩阵G变换得到相似度矩阵Wm×m方法为Wm×m矩阵的对角线上的值均为0，其对角线以下的数字将G1到Gm(m-1)/2依次按照从左列向右列排列，每一列按照从上行到下行排列，其对角线以上的数字将G1到Gm(m-1)/2依次按列从左到右排列，每一列按照从上行到下行排列。所述电池荷电状态SOC是通过电池管理系统采集到的电压、电流、温度计算得到。所述均衡的终止条件是通过设定SOC的极限值、Ut的极限值、vE的极限值、vP的极限值来定。所述算法终止条件为最大聚类中不含m个电池的电池荷电状态SOC、电压Ut、能量变化速率vE、功率变化速率vP中最大值和最小值。所述电池管理系统采集到的电压、电流、温度是一段时间内连续采集的数据。所述一段时间为不低于10秒。本专利技术的有益效果如下：本专利技术为电池组均衡提供一个基于多指标的电池一致性的简捷、综合判别方法；能够有效区分不同电池能量状态，克服单一指标作为评判标准的片面性；能够实现均衡方案的快速制定和均衡进程的合理控制，适用于电池系统实时在线均衡。附图说明图1为本专利技术的控制方法的流程图；图2为实施例1的测试平台结构示意图；图3为实施例1的均衡效果图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步说明：实施例：如图2所示，本专利技术以16节100Ah磷酸铁锂电池串联组成的电池组为测试对象，搭建了测试平台，通过监控电脑的调试软件收集电池数据，调整均衡控制算法，控制均衡操作和电池组的充放电，以验证该均衡控制方法的有效性。图2中，1为220V交流母线，2为储能变流器PCS，3为电池组。1、2和3组成电能流动主回路，实现电池组与交流母线的充放电能量交换。4为电池组管理系统BMU，用于采集电池组中每一个电池电压、电流、温度等数据，同时采集主回路电流、环境温度等信息。4还与2实时通信，传输电池组充放电状态、报警、保护等信息。5为均衡模块BEU，用于对电池组均衡。6为后台电脑，与2、4、5进行通信，可实现采集数据的存储和处理，控制2对3进行充放电操作，控制5对3进行均衡操作。2、4、5和6组成整个测试平台的控制系统。如图1所示，步骤(1)、确定电池一致性的评价指标，建立m个电池的分析序列，所述电池一致性的评价指标包括电池荷电状态SOC，电池在t时刻正负极之间的电压Ut，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的能量变化速率vE，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的功率变化速率vP；电池荷电状态SOC是通过电池管理系统采集到的电压、电流、温度计算得到。电池组工作过程中，电池管理系统采集到的每一个电池电压、电流、温度数据是一段时间内连续采集的数据，采集数据时间段不低于10秒，如果电池组中无电流流过，vE和vP均为0，根据vE＝Ut·It·ΔtvP＝Ut·It，得到每一个电池的不同时刻的vE、vP数值，从而得到电池组分析数据序列表1。表1电池组分析数据序列电池节号SOC/％Ut/VvE/WvP/W.s-11133.07091.4931.432123.07291.5431.443143.07391.5831.464113.06091.1931.335123.06091.1931.336123.07091.4931.427113.05390.9831.26852.96788.4230.42993.01689.8830.901073.03790.5031.1011103.06091.1931.341293.03490.4131.081393.04190.6231.1514103.05891.1331.3115113.06091.1931.341692.99989.3730.74最大值143.07391.5831.46最小值52.96788.4230.42(2)、利用标准化欧式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池组均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)、确定电池一致性的评价指标，建立m个电池的分析序列，所述电池一致性的评价指标包括电池荷电状态SOC，电池在t时刻正负极之间的电压U

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池组均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)、确定电池一致性的评价指标，建立m个电池的分析序列，所述电池一致性的评价指标包括电池荷电状态SOC，电池在t时刻正负极之间的电压Ut，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的能量变化速率vE，电池在充或放电过程中Δt时间段内电池的功率变化速率vP；(2)、利用标准化欧式距离公式计算任意两个电池的标准化欧氏距离数值，得到Cm2个标准化欧氏距离数值，然后将Cm2个标准化欧氏距离数值排列构造1行Cm2列的矩阵G，所述任意两个电池的标准化欧氏距离数值的平方为任意两个电池的SOC的差值的平方再加上任意两个电池的Ut的差值的平方再加上任意两个电池的vE的差值的平方再加上任意两个电池的vP的差值的平方；(3)、将矩阵G变换得到m行m列相似度矩阵Wm×m；(4)、计算对角矩阵Dm×m，对角矩阵Dm×m对角线上的值(5)、计算Laplace矩阵，所述Laplace矩阵＝对角矩阵Dm×m-相似度矩阵Wm×m；(6)、用Nomarlizedcut方法对Laplace矩阵进行归一化处理得到矩阵L，所述(7)、计算矩阵L中除零外k个最小特征值及对应的特征向量(e1,...,ek)，再将k个特征向量竖着并排放在一起，形成一个m×k的特征矩阵，从而得到低维度特征矩阵E＝[e1,…,ek]；(8)、通过K-means聚类算法对特征矩阵E中不同的特征向量进行聚类，所述聚类的类别至少两个，循环执行该算法至达到算法终止条件，获得电池分类解；(9)、将聚类中电池数目最少的组中的电池通过均衡模块进行均衡，完成1个均衡周期后，再根据均衡的终止条件判断电池是否需要均衡，若不需要均衡则结束，否则重复步骤1到步骤8进行均衡直到电池不需要均衡为止。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱华，宋欣民，王荣强，刘平根，
申请(专利权)人：杭州科工电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33