[发明专利]一种基于GM（1，N）灰色预测模型的均衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GM(1，N)灰色预测模型的均衡控制方法。

背景技术

能源危机和环境污染是当今世界面临的两大难题。电动汽车以节能、环保而广受人们的欢迎，已成为未来汽车发展的必然趋势。而锂离子电池因其高能量密度、低放电率和没有记忆效应，作为动力源广泛应用在电动汽车和混合电动汽车中。但是受到电池制造技术和电源管理系统的技术制约，动力电池使用过程中需要大量单体多级串并联才能够提供足够的供电电压和驱动功率。但是这类电池串联使用时，容易由于容量的不均衡问题造成部分电池单体过充电与过放电的现象，大大影响动力电池组的使用寿命和安全性。因此，必须对对电池组进行均衡管理。显而易见，作为电池管理系统的关键技术之一，串联电池组的有效均衡已经成为一个研究热点。

目前，均衡主要有耗散型均衡、非耗散型均衡和电池选择三大类。

耗散型均衡(也称为电池旁路法均衡)通过给电池组中每个电池单体并联一个耗散器件进行放电分流，从而实现电池电压的均衡。耗散均衡进一步又被分为两类：被动均衡和主动均衡。耗散均衡结构和控制简单、成本低，但是存在能量浪费和热管理的问题。

非耗散均衡采用电容、电感等作为储能元件，利用常见的电源变换电路作为拓扑基础，采取分散或集中的结构，实现单向或双向的均衡方案。根据能量流，非耗散均衡又能够分为以下四种：(1)Cell to Cell；(2)Cell to Pack；(3)Pack to Cell；(4)Cell to Pack to Cell。对于Cell to Pack或Pack to Cell的均衡方法，每一次均衡都是通过电池组对电压最低的电池单体进行能量补给，能够实现较大的均衡电流，较适合于大容量的动力电池。而对于Cell to Cell的均衡方法，能量能够直接从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体，具有较高的均衡效率，但是电池单体之间的电压差较小再加之电力电子器件存在导通压降使得均衡电流很小，因此Cell to Cell均衡方法不适合于大容量的动力电池。很明显，非耗散均衡全部为主动均衡方法。非耗散均衡存在电路结构复杂、体积大、成本高、均衡时间长、高开关损耗等问题。

电池选择均衡是指通过实验选择性能一致的电池单体构建电池组，一般有两步筛选过程。第一步，在不同的放电电流下，选择电池平均容量相近的电池单体；第二步，在第一步筛选的电池单体中，通过脉冲充、放电实验在不同SOC下选择具有相近电池电压变化量的电池单体。由于电池单体的自放电率不尽相同，电池选择均衡在电池整个生命周期内不足以保持电池组一直均衡。它只能作为其他均衡方法的一种补充均衡方法。

传统均衡方法不适合锂离子电池的主要原因如下：

1)锂离子电池的开路电压在SOC为30％～70％之间时较为平坦，即使SOC相差很大，其对应的电压差也很小，此外由于电力电子器件存在导通压降，使得均衡电流很小，甚至可能导致电力电子器件不能正常导通；

2)由于电力电子器件存在导通压降，电池单体间很难实现零电压差均衡。

中国发明专利申请(申请号201310278475.2)提出了一种动力电池零电流开关主动均衡电路及实现方法，其能够实时判断电池组中电压最高和最低的电池单体，并对其进行零电流开关均衡，并且每次均衡都是针对电池组中电压差最大的两个电池单体进行削峰填谷，极大提高了均衡效率，有效减少了电池单体之间的不一致性。但是，由于所使用的电力电子器件存在导通压降，使得电池单体间很难达到零电压差，并且均衡电流很小，均衡时间较长。

为此，中国实用新型申请(申请号201320660950.8)和中国发明专利申请(申请号201310507016.7)提出一种基于升压变换和软开关的Cell to Cell电池均衡电路，该发明使用一个Boost升压变换将电池组中电压最高的电池单体升压至一个较高的电压，以实现大电流、零电压差均衡；使用一个LC谐振变换以实现零电流开关均衡，减少了能量浪费、提高了均衡效率。但是，该发明存在的主要问题是：由于属于Cell to Cell型均衡电路，即使使用Boost升压变换，所提高的均衡电流有限，远远不能够满足电动汽车大容量动力电池的均衡需求；并且Boost升压变换本身也存在能量浪费。