專利名稱：串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)動力蓄電池充電均衡控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及均衡電路中開關(guān)器 件脈沖占空比的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)各單體電池荷電狀態(tài)在充電過程中的均衡。
背景技術(shù)：
串聯(lián)鋰離子動力蓄電池開關(guān)器件的脈沖占空比的計(jì)算，一般是以SOC與開路電壓 的關(guān)系為前提，在電池組充電過程中的均衡控制階段進(jìn)行計(jì)算。開路電壓的測量主要采用 電池開路電壓法。若只利用此方式來估測電池S0C，會有所誤差。為了縮短等待的時間，利 用回歸曲線方式，以較短的時間獲得修正開路電壓值，進(jìn)而決定電池的容量。然而，開路電 壓法是測量電池在無負(fù)載狀態(tài)下的電壓，主要用于估計(jì)電池的初始電容量，并無法在電池 充放電過程中提供準(zhǔn)確的電池狀態(tài)。電池剩余容量受輸出輸入電流大小及溫度的影響，開 路電壓法無法修正這些因素，故此方法必須搭配其它方法使用，無法單獨(dú)存在。同時，在電 池組充電過程中的均衡控制中，參數(shù)檢測階段主要測量充電電源電流及各單體電池端電壓 值。檢測端電壓時，為得到準(zhǔn)確的端電壓值，停止各均衡模塊工作，且在參數(shù)檢測延時Tp的 末期進(jìn)行測量最佳，因?yàn)榇藭r電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)趨于平穩(wěn)，端電壓穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器 件的脈沖占空比計(jì)算方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種用于串聯(lián)動力蓄電池均衡電路 開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法，該方法根據(jù)鋰離子電池開路電壓與SOC的關(guān)系，擬合出 SOC與開路電壓的二次多項(xiàng)式的關(guān)系表達(dá)式。然后根據(jù)電池充電態(tài)動態(tài)模型，推出充電過程 中電池端電壓與開路電壓關(guān)系，再由各電池在參數(shù)檢測期間的SOC值Spn計(jì)算均衡模塊PWM 占空比，達(dá)到各單體電池荷電狀態(tài)在充電過程中趨于一致的目的。本發(fā)明的有益效果是1.根據(jù)蓄電池充電態(tài)動態(tài)模型建立的端電壓與電池荷電狀態(tài)之間關(guān)系，解決了均 衡電路開關(guān)器件脈沖占空比計(jì)算問題2.有效調(diào)節(jié)均衡電路開關(guān)器件PWM脈沖占空比，使各單體電池荷電狀態(tài)趨于一致。


圖1是開路電壓與SOC關(guān)系示意圖；圖2是充電態(tài)動態(tài)模型；圖3是均衡控制流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法，是 在上述背景下，在電池組充電過程中的均衡控制階段，將測得的端電壓值代入式(6)得到 各電池在參數(shù)檢測期間的SOC值Spn，然后通過Spn計(jì)算得到均衡模塊PWM的占空比。下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。本發(fā)明的核心是根據(jù)蓄電池充電態(tài)動態(tài)模型與端電壓與電池荷電狀態(tài)之間的關(guān) 系，計(jì)算出均衡電路開關(guān)器件PWM脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)電池在充電過程中SOC趨于一致。本發(fā)明 目的配合本人另一發(fā)明——動力蓄電池能量非耗散型均衡充電電路，制定出相應(yīng)的均衡控制 策略。本發(fā)明用于串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法包括以下步驟1、開關(guān)關(guān)斷時，開關(guān)管上的電流立即降為零，則Iavn按計(jì)算公式(1)進(jìn)行 其中Iavn為一個周期內(nèi)流入均衡模塊的平均電流，Dn*開關(guān)占空比，T為開關(guān)周期， Vb為電池端電壓。同理，一周期內(nèi)電感釋放的平均電流Iun的計(jì)算按公式(2)進(jìn)行 2、在均衡電路工作期間，流入蓄電池的電流除了充電電源的充電電流外，還有各 工作均衡模塊的回送電流，平均電流Ibn的計(jì)算按公式(3)進(jìn)行 3、根據(jù)鋰離子電池開路電壓與SOC的關(guān)系，如圖1所示，SOC在20% -100%期間， 與開路電壓的關(guān)系可由二次多項(xiàng)式有效擬合S = -3. 712V2+31. 149V-64. 363(4)考慮到電池充電動態(tài)過程中，受電池充電等效內(nèi)阻及終端電阻的影響，測得的電 池端電壓與開路電壓會有差異，于是采用電池充電態(tài)動態(tài)模型(見圖2)，得到充電過程中 電池端電壓與開路電壓關(guān)系V0 = Vb-IcR (5)其中R = Re+Rb，為電池充電態(tài)總內(nèi)阻。結(jié)合式⑷與(5)得到 4、在SOC均衡期間，為保持各電池容量平衡，使各單體電池的SOC達(dá)到總電池平均 SOC的均衡目標(biāo)值St:
剛(7) 實(shí)際上，在SOC均衡階段，由于受各工作均衡電路的影響，流入某一單體電池的電 荷量各有差異，其實(shí)際電池容量為
5
Qsn = Qpn+(Ibn-I J Ts (8)其中Qpn為參數(shù)檢測階段的電池容量，兩邊同除以電池額定容量Qt得相應(yīng)的實(shí)際 SOC 其中Spn為參數(shù)檢測期間的SOC值，故在SOC均衡階段，各工作均衡模塊應(yīng)使各單 體電池實(shí)際SOC達(dá)到目標(biāo)的平衡荷電狀態(tài)st，即
St = Ssn (10)
將⑴、(2)、(3)式代入式(10),可得均衡電路開關(guān)管PWM占空比
2N 根據(jù)上述公式迭代，得到各均衡電路的有效占空比，實(shí)現(xiàn)電池在充電過程中SOC
趨于一致。
權(quán)利要求
一種用于串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法，其特征是根據(jù)鋰離子電池開路電壓與SOC的關(guān)系，擬合出SOC與開路電壓的二次多項(xiàng)式的關(guān)系表達(dá)式。然后根據(jù)電池充電態(tài)動態(tài)模型，推出充電過程中電池端電壓與開路電壓關(guān)系，再由各電池在參數(shù)檢測期間的SOC值Spn計(jì)算均衡模塊PWM占空比，達(dá)到各單體電池荷電狀態(tài)在充電過程中趨于一致的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方 法，其特征是該方法具體包括以下步驟(1)開關(guān)關(guān)斷時，開關(guān)管上的電流立即降為零，則Iavn通過下式得到 其中，Iavn為一個周期內(nèi)流入均衡模塊的平均電流，DnS開關(guān)占空比，T為開關(guān)周期，Vb 為電池端電壓。同理，一周期內(nèi)電感釋放的平均電流Iun按下式得到 (2)在均衡電路工作期間，流入蓄電池的電流除了充電電源的充電電流外，還有各工作 均衡模塊的回送電流，平均電流Ibn的計(jì)算按下式進(jìn)行 (3)根據(jù)鋰離子電池開路電壓與SOC的關(guān)系，SOC在20%-100%期間，與開路電壓的關(guān) 系可由以下二次多項(xiàng)式有效擬合S = -3. 712V2+31. 149V-64. 363?？紤]到電池充電動態(tài)過程中，受電池充電等效內(nèi)阻及終端電阻的影響，測得的電池端 電壓與開路電壓會有差異，于是采用電池充電態(tài)動態(tài)模型，得到充電過程中電池端電壓與 開路電壓關(guān)系V0 = Vb-Ic 扎其中R = Rc+Rb，為電池充電態(tài)總內(nèi)阻。從而S = -3. 712 (Vb-IcR) 2+31. 149 (Vb-IcR) -64. 363。(4)在SOC均衡期間，為保持各電池容量平衡，使各單體電池的SOC達(dá)到總電池平均 SOC的均衡目標(biāo)值St: 實(shí)際上，在SOC均衡階段，由于受各工作均衡電路的影響，流入某一單體電池的電荷量 各有差異，其實(shí)際電池容量為Qsn = Qpn+(Ibn-Isn) TS ；其中Qm為參數(shù)檢測階段的電池容量，兩邊同除以電池額定容量Qt得相應(yīng)的實(shí)際SOC 其中Spn為參數(shù)檢測期間的SOC值，故在SOC均衡階段，各工作均衡模塊應(yīng)使各單體電 池實(shí)際SOC達(dá)到目標(biāo)的平衡荷電狀態(tài)st，即St — Ssn將⑴、⑵、(3)式代入式(10)，可得均衡電路開關(guān)管PWM占空比
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于串聯(lián)動力蓄電池均衡電路開關(guān)器件的脈沖占空比計(jì)算方法，根據(jù)鋰離子電池充電態(tài)動態(tài)模型建立的端電壓與電池荷電狀態(tài)之間關(guān)系，解決了均衡電路開關(guān)器件脈沖占空比計(jì)算問題使各單體電池荷電狀態(tài)趨于一致。本占空比計(jì)算方法為根據(jù)鋰離子電池開路電壓與電池荷電狀態(tài)SOC之間關(guān)系，擬合出相應(yīng)的二次曲線；然后根據(jù)蓄電池充電態(tài)動態(tài)模型，得到充電過程中電池端電壓與開路電壓的關(guān)系式；結(jié)合均衡充電電路得到各電池在參數(shù)檢測期間的SOC值Spn，由Spn計(jì)算均衡模塊PWM占空比，并進(jìn)入SOC均衡階段，使各單體電池荷電狀態(tài)趨于一致。本發(fā)明計(jì)算方法步驟清晰，模型簡單，計(jì)算效率高，具有較大的理論創(chuàng)新和應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G06F19/00GK101894208SQ201010200849
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉維霞, 尹濤, 張寅孩, 林俊, 汪琴 申請人:浙江理工大學(xué)