本發(fā)明涉及汽車電池管理，特別涉及基于老化均衡的多目標(biāo)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著空氣質(zhì)量的日益惡化以及石油資源的漸趨匱乏，新能源汽車，尤其是純電動(dòng)汽車成為當(dāng)今世界各大汽車公司的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。動(dòng)力電池組作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性都有重大影響。動(dòng)力電池組在經(jīng)過(guò)多個(gè)充放電循環(huán)后，各電池單體的剩余容量的分布大致將會(huì)出現(xiàn)高低不一的情況，若不加以均衡將容易出現(xiàn)過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象。如此一來(lái)，在實(shí)際使用中，將嚴(yán)重影響電池組使用壽命，甚至存在過(guò)熱起火的安全隱患。針對(duì)上述情況，為了改善電池組的不一致性問(wèn)題，提高電池組的整體性能，則需要采用均衡控制。

對(duì)于均衡控制策略的研究主要是建立電池組一致性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡目的。目前電池組均衡控制策略可分為單目標(biāo)均衡控制策略和多目標(biāo)均衡控制策略。

(1)單目標(biāo)均衡控制策略是在電池組均衡過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)單個(gè)參數(shù)來(lái)判斷是否實(shí)現(xiàn)均衡目標(biāo)，主要有電壓均衡法、soc均衡法、容量均衡法和化學(xué)均衡法。

電壓均衡法是根據(jù)各單體電池兩端的電壓高低來(lái)控制均衡過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)所有電池的電壓趨于一致。在充放電狀態(tài)下，單體電池的開(kāi)路電壓和soc幾乎呈線性關(guān)系，因此電壓可以作為soc的表征量，并且隨著電壓測(cè)量精度的不斷改進(jìn)，利用精確的電壓均衡是可以替代soc均衡的，加上其易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，電壓均衡法在現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛。

soc均衡法是通過(guò)實(shí)時(shí)估算各單體電池的soc，當(dāng)檢測(cè)到soc不一致時(shí)，利用均衡電路使所有電池的soc達(dá)到一致。利用soc均衡在一定程度上可以保證均衡精度，但就soc估算方法本身來(lái)說(shuō)，存在著預(yù)估不精確、模型復(fù)雜、控制器計(jì)算能力要求高等缺點(diǎn)。

容量均衡法的目標(biāo)是使各單體電池的實(shí)際可用容量最終達(dá)到一致。因?yàn)樵摲椒ㄍ瑯有枰獪?zhǔn)確的soc估算，且電池的最大可用容量不能在線測(cè)定，目前已很少使用。

化學(xué)均衡法是通過(guò)電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)提高抗過(guò)充能力，使得電壓較低的電池持續(xù)充電時(shí)，電壓較高的電池不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，最終實(shí)現(xiàn)電池組充電均衡。該方法距實(shí)際應(yīng)用仍有一段距離。

(2)多目標(biāo)均衡控制策略是在電池組使用過(guò)程中，導(dǎo)致電池組不一致性擴(kuò)大的原因有電池內(nèi)部電化學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜的相互作用、充放電倍率、放電深度、環(huán)境溫度和老化衰減速度等。而電池組表現(xiàn)出來(lái)的差異就是電池可用容量、內(nèi)阻、自放電率、電壓和soc等的不同。為了使電池組實(shí)現(xiàn)均衡，多目標(biāo)均衡控制策略則是以多個(gè)參數(shù)作為控制目標(biāo)，即不僅考慮單體電池的電壓、soc或容量，也會(huì)加入環(huán)境溫度和老化衰減率等外部因素，利用這些參數(shù)之間的關(guān)系建立均衡模型，以此控制均衡電路實(shí)現(xiàn)均衡目的。

針對(duì)動(dòng)力電池組的不一致性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員現(xiàn)已提出各種不同的均衡拓?fù)浜涂刂品椒?。目前?guó)內(nèi)外主要的均衡方法都追求單一目標(biāo)均衡，比如電壓均衡、soc(stateofcharge)均衡、容量均衡等。單一目標(biāo)均衡方法忽略了各因素之間的相互影響，忽視了溫度與電池老化程度對(duì)電池不一致性造成的影響，其均衡效果只是僅僅解決了暫時(shí)了電量均衡問(wèn)題，并未從根本上解決電池老化帶來(lái)的不一致性問(wèn)題。在東莞市引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助(項(xiàng)目編號(hào)：2014607119)，中研究解決了電池老化帶來(lái)的不一致性問(wèn)題并得到本次申請(qǐng)的技術(shù)方案，項(xiàng)目的英文翻譯如下：supportedbydongguaninnovativeresearchteamprogram(no：2014607119)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)電池組產(chǎn)生不一致性的根本原因，結(jié)合電池內(nèi)、外部影響因素的耦合關(guān)系，提出了基于老化均衡的多目標(biāo)自適應(yīng)均衡控制方法，該方法實(shí)現(xiàn)電池老化、溫度、soc三者同時(shí)均衡，使得電池的不一致性從根源上得到改善，最大限度地發(fā)揮動(dòng)力電池的性能，并延長(zhǎng)其使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：基于老化均衡的多目標(biāo)自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟，

步驟一，使用rint等效電路模型作為電池等效電路模型；

步驟二，根據(jù)溫度t、放電倍率idischar、充電倍率ichar和充電截止電壓vup，建立電池老化模型εc＝a(idischar，ichar，vup，t)q^z+b(idischar，ichar，vup，t)，計(jì)算出老化衰減率εc；

步驟三，建立溫度模型，其中m為電池質(zhì)量，cp為電池比熱容，ta為環(huán)境溫度，hc為電池?zé)崃拷粨Q系數(shù)，r為電池內(nèi)阻，s為電池外表面面積；

步驟四，利用安時(shí)計(jì)量法建立soc模型，其中socinit為soc的初始值，ce為電池的額定容量，η為庫(kù)倫效率為，放電時(shí)電流為正值，充電時(shí)電流為負(fù)值；

步驟五，根據(jù)步驟二的老化衰減率εc計(jì)算單體電池的老化衰減率不均衡度d(εci)＝εci-εcmin，根據(jù)步驟三的溫度模型計(jì)算單體電池的溫度不均衡度d(ti)＝ti-tmin，根據(jù)步驟四的soc模型計(jì)算soc不均衡度d(pi)＝pi-pmin，其中pi為各單體電池的soc；其中i＝1，2，…n；

步驟六，根據(jù)步驟五中的老化衰減率、溫度、soc不均衡度計(jì)算單體電池總不平衡度其中ye＝d(εci)/εcmin，yp＝d(pi)/pmax，yt＝d(ti)/tmin，w1+w2+w3＝1，t為充放電時(shí)間；

步驟七，根據(jù)步驟六的單體電池總不平衡度di和約束條件計(jì)算出電池均衡開(kāi)關(guān)決策其中(i＝1，2，…，n)；并計(jì)算開(kāi)關(guān)占空比ds。

進(jìn)一步闡述方案，所述步驟二中的老化衰減率εc滿足以下條件，

進(jìn)一步闡述方案，所述步驟七中的約束條件為，ibalmin≤iibal(t)≤ibalmax，iib(t)＝iic(t)+iibal(t)；其中iibal(t)為電池bi(i＝1，2，…，n)在t時(shí)刻的均衡電流，ibalmin為均衡電流最小值，ibalmax為均衡電流最大值，iic(t)為電池bi充放電電流，iib(t)為流過(guò)電池bi的總電流。

進(jìn)一步闡述方案，步驟七中的開(kāi)關(guān)占空比其中∑vis為提供均衡能量的電池電壓和，∑vir為吸收均衡能量的電池電壓和。

本發(fā)明有益效果在于，其一從電池組產(chǎn)生不一致問(wèn)題的根源入手，以電池老化為主要均衡目標(biāo)，同時(shí)兼顧soc均衡與溫度均衡；實(shí)現(xiàn)了單體電池在不同工況下老化程度達(dá)到一致，通過(guò)soc與溫度的均衡進(jìn)一步避免了單體電池不一致性的擴(kuò)大，最大限度的發(fā)揮動(dòng)力電池性能，并延長(zhǎng)了其壽命；極大地提高電池老化和溫度的一致性，使得電池不一致性從根本上得到改善，且能實(shí)現(xiàn)與soc均衡方法相當(dāng)?shù)碾娏烤庑Ч?/p>

其二，通過(guò)控制老化速度快的電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)某浞烹?，減小與其他電池老化速度的差異，與此同時(shí)，保證電池組soc均衡并控制各電池的發(fā)熱量，防止出現(xiàn)過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象，并將電池間的溫差控制在合適的范圍內(nèi)，最終，完成三者均衡的目標(biāo)，提高電池一致性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的均衡控制。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的等效電路模型。

具體實(shí)施方式

參照附圖1介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

基于老化均衡的多目標(biāo)自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟，

步驟一，如圖1所示的，使用rint等效電路模型作為電池等效電路模型；ocv為電池開(kāi)路電壓，是電池荷電狀態(tài)soc的函數(shù)；r為電池內(nèi)阻，同樣受soc影響；uo為電池端電壓。

步驟二，根據(jù)溫度t、放電倍率idischar、充電倍率ichar和充電截止電壓vup，建立電池老化模型εc＝a(idischar，ichar，vup，t)q^z+b(idischar，ichar，vup，t)，進(jìn)一步得到計(jì)算出老化衰減率其中q為累積充放的電量，ea為電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)的活化能，ea＝-16.2kj/mol，r為理想氣體常數(shù)，r＝8.314472j·mol-1·k-1，待定系數(shù)a1＝0.1605e-03，a2＝0.3988e-03，b1＝0.1979e-03，b2＝0.325e-03，c1＝0.002627，c2＝-0.01058。；最后老化衰減率εc滿足以下條件

步驟三，建立溫度模型，電池溫度的改變是由內(nèi)阻產(chǎn)熱和周圍環(huán)境熱量交換決定的，根據(jù)熱量守恒建立其中m為電池質(zhì)量(batterymass)，cp為電池比熱容(specificheatofthecell)，ta為環(huán)境溫度(ambienttemperature)，hc為電池?zé)崃拷粨Q系數(shù)(heattransfercoefficient)，r為電池內(nèi)阻(batteryinternalresistance)，s為電池外表面面積(batteryexternalsurfacearea)。

步驟四，利用安時(shí)計(jì)量法建立soc模型，其中socinit為soc的初始值，ce為電池的額定容量，η為庫(kù)倫效率為，放電時(shí)電流為正值，充電時(shí)電流為負(fù)值；

步驟五，根據(jù)步驟二的老化衰減率εc計(jì)算單體電池的老化衰減率不均衡度d(εci)＝εci-εcmin，根據(jù)步驟三的溫度模型計(jì)算單體電池的溫度不均衡度d(ti)＝ti-tmin，根據(jù)步驟四的soc模型計(jì)算soc不均衡度d(pi)＝pi-pmin，其中pi為各單體電池的soc；其中n節(jié)單體電池串聯(lián)組成的電池組，分別記為b1，b2，…，bn；i＝1，2，…n；各單體電池對(duì)應(yīng)的老化衰減率分別記為εc1，εc2，…εcn，其中的最小值記為εcmin；soc分別記為p1，p2，…，pn，其中的最小值記為pmin，最大值記為pmax；溫度分別記為t1，t2，…，tn，其中的最小值記為tmin。

由d(εci)、d(pi)和d(ti)構(gòu)成了n維向量x，簡(jiǎn)化電池組均衡問(wèn)題，并在約束條件下，求得一條最佳路徑，這條最佳路徑?jīng)Q定了均衡電流從某一單體電池到另一單體電池之間的轉(zhuǎn)移。

步驟六，根據(jù)步驟五中的老化衰減率、溫度、soc不均衡度計(jì)算單體電池總不平衡度其中ye＝d(εci)/εcmin，yp＝d(pi)/pmax，yt＝d(ti)/tmin，w1+w2+w3＝1，t為充放電時(shí)間；

步驟七，為求di的最大值dmax與最小值dmin，取約束條件為，ibalmin≤iibal(t)≤ibalmax，iib(t)＝iic(t)+iibal(t)；其中iibal(t)為電池bi(i＝1，2，…，n)在t時(shí)刻的均衡電流，ibalmin為均衡電流最小值，ibalmax為均衡電流最大值，iic(t)為電池bi充放電電流，iib(t)為流過(guò)電池bi的總電流。

根據(jù)步驟六的單體電池總不平衡度di和約束條件計(jì)算出電池均衡開(kāi)關(guān)決策其中(i＝1，2，…，n)；其中signi＝1時(shí)表示電池bi提供均衡能量，就是控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電池bi的放電回路給電感充電，signi＝0時(shí)表示電池bi不做其他處理，signi＝-1時(shí)表示電池bi吸收均衡能量，也就是控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電池bi的充電回路，使電感給電池充電。

計(jì)算出開(kāi)關(guān)占空比其中∑vis為提供均衡能量的電池電壓和，∑vir為吸收均衡能量的電池電壓和。

當(dāng)輸入電池初始soc及容量值參數(shù)后，就輸出針對(duì)每個(gè)單體的放電、充電和靜置三種狀態(tài)的均衡開(kāi)關(guān)決策組合，求得一條最佳路徑，這條最佳路徑?jīng)Q定了均衡電流從某一單體電池到另一單體電池之間的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)部的均衡，實(shí)現(xiàn)了單體電池在不同工況下老化程度達(dá)到一致，極大地提高電池老化和溫度的一致性，使得電池不一致性從根本上得到改善，最大限度的發(fā)揮動(dòng)力電池性能，并延長(zhǎng)壽命。

以上所述并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。