一種基于電流預(yù)測的動力電池組均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電動汽車電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于電流預(yù)測的動力電池 組均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于空氣質(zhì)量的日益惡化W及石油資源的漸趨匿乏，低排放、低油耗的新 型電動汽車成為當(dāng)今世界各大汽車公司的開發(fā)熱點。動力電池作為電動汽車的關(guān)鍵部件， 對整車動力性、經(jīng)濟性和安全性都有重大影響。
[0003] 由于單體電池容量有限，且電壓較低，而電動汽車所需的電池容量大，所W其動力 電池組需要由多個單體電池串并聯(lián)組成W滿足使用要求。如此一來，在實際使用中，由于同 一型號的單體電池間存在不可避免的不一致性問題，將嚴(yán)重影響電池組使用壽命，并且容 易導(dǎo)致出現(xiàn)過充和過放現(xiàn)象。為了改善電池組的不一致性問題，延長電池組的使用壽命，大 幅度提高電池組的整體性能，保證電池組使用的安全性和可靠性，則需要采用均衡控制。雖 然如今已有大量的關(guān)于電動汽車的電池組均衡控制策略被提出，但是都或多或少地忽略了 電池組的老化及溫度情況，導(dǎo)致各電池的差異終將越來越大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于電流預(yù)測的動力電 池組均衡控制方法，實現(xiàn)電動車輛動力電池組的能量均衡，延長電池組的使用壽命，提高電 池組的整體性能。
[000引本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于電流預(yù)測的動力電池組均衡控制 方法，包括如下步驟：
[0006]S1、建立電池等效電路模型W及選擇均衡拓撲結(jié)構(gòu)；
[0007]S2、預(yù)測電池組輸出電流；
[0008]S3、計算各單體電池將產(chǎn)生的熱量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各單 體電池總的不平衡度；
[0009]S4、根據(jù)約束條件，求得不平衡度的最大值與最小值，W此得到開關(guān)組合決策，并 計算開關(guān)占空比。
[0010] 所述步驟Sl中的電池等效電路模型為一個電壓源Uoc、一個歐姆電阻Ro、一個電容 Cb和一個RC環(huán)路(Rp、Cp)，即PNGV等效電路模型；電池組均衡拓撲結(jié)構(gòu)為基于buck-boost的 電感型均衡電路，每個電池都對應(yīng)有各自的充電和放電均衡回路。
[0011] 所述步驟S2中的預(yù)測電池組輸出電流的方法為:假設(shè)在化-2)t時刻電池組輸出電 流為ip2,在化-IH時刻電池組輸出電流為ipl，在kt時刻電池組輸出電流為ic，則下一時刻即 化+l)t時刻電池組輸出電流ii為：^ =tx+ ― 二2it. - 其中 k為整數(shù)。
[0012] 所述步驟S3中計算不平衡度的方法為：
[0013] S31、由n節(jié)單體電池串聯(lián)組成的電池組，分別記為Bi，B2，……，Bn，利用安時積分法 估算各單體電池的SOC，分別記為Sl，S2，……，Sn,其中的最小值記為Smin,根據(jù)熱量守恒計算 電池溫度T，分別記為Tl，T2，……，Tn，其中的最小值記為Tmin;基于溫度對電池老化影響的機 理，估算出電池老化率，分別記為El，E2，……，En,其中的最小值記為Emin,由公式P=I2R及預(yù) 測的輸出電流可得t時刻后電池將產(chǎn)生的熱量，分別記為fl，f2，……，fn，其中的最小值記為 fmin；
[001 4] S32、單體電池的各項不平衡度為D(Si)二Si-Smin,D(Ti)二Ti-Tinin，D(￡i)二 ￡ 廣￡min,D (fi)二fi-fmin，其中i二 1，2，......，n;
[001引 S33、最終，單體電池總的不平衡度為：化=心)(扣）+WpD(Pi) --W,(D化）+ 雌D煤)))曲，其中We、Wp、WT為權(quán)重常數(shù)，且We+Wp+WT=l，Wf為將產(chǎn)生的熱量不平衡度的補償 系數(shù)，為一常數(shù)，T為充放電時間。
[0016] 所述步驟S4中的約束條件為：IbalminUibal(t) <Ibalmax,巧=11化,，1似二 0，lib(t) = Iic(t) +Iibal(t)，其中l(wèi)ibal(t)為電池Bi在t時刻的均衡電流，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)為流過電池Bi的總電流；由此可解得 Di的最大值Dmax與最小值Dmin。由此可得開關(guān)組合決策為：在一個開關(guān)周期內(nèi)，導(dǎo)通Dmax對應(yīng) 的電池Bmax的放電均衡回路，電池給電感充電，導(dǎo)通一段時間后，關(guān)斷；同時導(dǎo)通Dmin對應(yīng)的 電池Bmin的充電均衡回路，電感釋放能量給電池;開關(guān)占空比取值
，其中SVis 為提供均衡能量的電池電壓和，SVir為吸收均衡能量的電池電壓和。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在電池均衡中加入了溫度、老化率W及預(yù)測電流的影響， 能夠極大程度地改善電池組的平均溫度和老化率，并利用將產(chǎn)生的熱量影響減少了均衡過 程中的能量損耗，大幅度提高了電池組的整體性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的基于電流預(yù)測的動力電池組均衡控制方法流程圖。
[0019] 圖2為所述方法中的電池等效電路模型圖。
[0020]圖3為所述方法中的均衡拓撲結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0022] -種基于電流預(yù)測的動力電池組均衡控制方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0023]Sl、建立電池等效電路模型W及選擇均衡拓撲結(jié)構(gòu)；
[0024]S2、預(yù)測電池組輸出電流；
[0025]S3、計算各單體電池將產(chǎn)生的熱量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各單 體電池總的不平衡度；
[0026]S4、根據(jù)約束條件，求得不平衡度的最大值與最小值，W此得到開關(guān)組合決策，并 計算開關(guān)占空比。
[0027]如圖2所示，所述步驟SI中的電池等效電路模型為一個電壓源Uoc、一個歐姆電阻 Ro、一個電容Cb和一個RC環(huán)路(Rp、Cp)，即PNGV等效電路模型；其中化C為理想電壓源，表示動 力電池的開路電壓。Ro表示電池的歐姆電阻。Cb用于描述隨著負載電流的時間累計而產(chǎn)生的 開路電壓的變化。用Rp與Cp為電池極化電阻與電容，其構(gòu)成的環(huán)路用來模擬電池的極化過 程。
[0028] 電池組均衡拓撲結(jié)構(gòu)為基于buck-boost的電感型均衡電路，每個電池都對應(yīng)有各 自的充電和放電均衡回路。
[0029] 如圖3所示，是均衡拓撲結(jié)構(gòu)圖。每個電池Bi都對應(yīng)有自己的充電和放電回路。充 電回路的控制開關(guān)為Si-I,a與Si,b，放電回路的控制開關(guān)為Si-I,b與Si,3。假設(shè)電池單體Bx的總 不平衡度Dx為最大值，By的總不平衡度Dy為最小值，則先控制開關(guān)管Sx-I,b、Sx,a導(dǎo)通，電池放 電，電感L充電，導(dǎo)通一定時間后關(guān)斷，同時控制開關(guān)管Sy-I,a、Sy,詔通，使電感