[发明专利]一种双目标分阶段均衡控制策略

说明书

本发明公开了一种电池组双目标分阶段均衡电路控制策略。根据锂电池等效电路模型可知，电池工作状态一致性由电池端电压、开路电压共同决定，而开路电路与SOC在一定范围内呈现一一对应的线性关系。双目标是指同时以单体电池端电压、单体电池SOC作为均衡指标，实现电压均衡、SOC均衡；分阶段是指在一个均衡周期内，先均衡电压，再均衡SOC，实现电池端电压均衡、SOC均衡，最终实现电池端电压、开路电压的均衡。本发明能够从本质上消除电池组内单体电池的不一致性。该控制策略适用于混合动力汽车、纯电动汽车或蓄能电站中的蓄能装置的电池均衡管理系统。

技术领域

本发明涉及一种电池组均衡技术，适用于混合动力电动汽车、纯电动汽车或蓄能电站中的蓄能装置的电池均衡管理系统。

背景技术

近年来，随着空气质量的日益恶化以及石油资源的渐趋匮乏，新能源汽车，尤其是纯电动汽车成为当今世界各大汽车公司的开发热点。动力电池组作为电动汽车的关键部件，动力电池作为电动汽车的关键部件，对整车动力性、经济性和安全性都有重大影响。

由于单体电池容量有限，而且单体电压较低，所以动力电池组一般由多个单体电池串并联组成以满足使用要求。如此一来，在实际使用中，由于同一型号的单体电池间存在不可避免的不一致性问题，将严重影响电池组使用寿命，并且容易导致出现过充和过放现象。

为了改善电池组的不一致性问题，延长电池组的使用寿命，大幅度提高电池组的整体性能，保证电池组使用的安全性和可靠性，如今已有大量的均衡拓扑和控制策略被提出。对于均衡电路控制策略的研究，Kobzev、Tae-hoon Kim等均是以电池端电压作为均衡指标，对电池组均衡，然而电池性能的好坏不能只凭电压的高低来衡量，电池组中容量低的电池在充电时或充电以后，其端电压可能比其他电池高，如果采用这种均衡方法，那么均衡的结果是容量低的电池给容量高的电池补充能量，加大了电池组中各电池容量的差距。Danielson、Huang W等人认为采用SOC作为均衡变量优点在于当不同工况下电流突然变化时不会导致电池荷电状态波动，使得均衡目标变化比较稳定，有利于减少均衡震荡对电池的影响，但是这种均衡方法只能解决电池组中容量较大的电池因长期充电不足而性能下降问题，并不能减小或消除各电池实际容量的差距。总体而言，目前均衡控制策略的研究多以单一的端电压或者单一的SOC作为均衡指标。

发明内容

本发明结合电池等效电路模型，如图2所示，两个单体电池的一致性由电池开路电压、“内阻+阻容环节”、电池端电压等3部分构成，而在一定的SOC范围内，电池开路电压与SOC存在一一对应的关系，如图3所示为，实测的三洋锂离子电池在不同工作条件下的开路电压与SOC的关系曲线图，在0.1-0.9范围内，各条曲线几乎重合，说明在此范围内，开路电压与SOC具有一一对应的关系。若仅以单一的SOC、单体的端电压作为均衡指标，并不能从本质上反应电池的动态一致性，而以SOC、端电压同时作为均衡指标，可以保证“内阻+阻容环节”的一致性，进而保证电池动态性能一致。

基于此，本发明提出以SOC、端电压同时作为均衡指标制定均衡控制策略，通过分阶段对SOC、端电压进行均衡，从本质上提高动力电池组单体电池的一致性。

一种双目标分阶段均衡控制策略，是指基于SOC、端电压建立均衡指标，一个均衡周期内分阶段对其进行均衡，最终实现电池组内各单体电池SOC、端电压的一致性满足设计要求。

进一步的，该方法包含以下内容：

S1、设定均衡指标：由检测电路判断各电池SOC、端电压的不一致性是否满足均衡电路工作条件；如满足均衡条件，均衡电路开始工作；如不满足均衡条件，均衡电路不工作。

设定电池组各单体电池平均开路电压为U_{oc_ave}，各单体电池平均端电压为U_{L_ave}，令：

D_i＝U_{oc_i}-U_{L_i} (1)