[发明专利]一种全局优化控制的串联锂电池组SOC均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种全局优化控制的串联锂电池组SOC均衡控制方法。根据串联电池组的不均衡情况设计均衡拓扑结构及电池间的均衡电路，针对电池、串联电池组和均衡电路建立数理模型，结合数理模型用全局优化控制的均衡控制方法进行均衡控制，实现串联电池组中各节电池之间的均衡处理。本发明方法考虑电池组整体的均衡电流，对进行全局优化控制，可比对控制器进行单独控制更好地实现电池均衡，缩短均衡时间，提高均衡效率，有效节约能源，提高电池寿命。

技术领域

本发明涉及一种全局优化控制的串联锂电池组SOC均衡控制方法。

背景技术

可充电锂电池能量密度高、价格低廉，在混合动力汽车中已得到广泛应用。电池不均衡在电池系统中很常见，也是电池系统寿命的一个重要问题。电池均衡对于电池系统特别重要，否则会使电池过充，充电不足，甚至过放。

所以对串联的锂电池组进行电池均衡，能够有效维持电池能量平衡、延长寿命、提高放电效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全局优化控制的串联锂电池组SOC均衡控制方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

根据串联电池组的不均衡情况设计均衡拓扑结构及电池间的均衡电路，针对电池、串联电池组和均衡电路建立数理模型，结合数理模型用全局优化控制的均衡控制方法进行均衡控制，实现串联电池组中各节电池之间的均衡处理。

本发明将电池组中相邻电池间的各个均衡电路合并控制，并将所有需要均衡的电路作为一个整体进行优化控制。其中，均衡电路能够从硬件层面上实现均衡，数理模型包括电池数理模型和均衡电路模型，数理模型能够对整个电池均衡方法的稳定性和收敛性进行相应的分析和评估，控制方法是SOC(荷电状态)的全局优化控制。

本发明通过特殊设计的全局优化控制可以优化所有变换器的均衡电流和能量转移效率，而且通过数学仿真和实验证明，电池组的SOC可收敛到一致，能够迅速对电池进行均衡，有效节约能源，提高电池寿命。

所述的步骤1)中，在串联电池组的两个相邻电池之间连接有作为均衡电路的双向Cuk变换器电路，并且每个均衡电路均连接一个控制器，由相邻电池之间之间的均衡电路及其各自的控制器构成了电池均衡拓扑结构。

均衡拓扑结构如图1所示。

以第i节电池和第i+1节电池(1≤i≤n-1)之间的所述双向Cuk变换器作为第i个双向Cuk变换器，如图2所示，具体电路结构为：包括第一电感L_i1、第二电感L_i2、能量传递电容器C_i、第一MOSFET管Q_i1、第二MOSFET管Q_i2、第一体二极管d_i1和第二体二极管d_i2，第一MOSFET管Q_i1和第一体二极管d_i1并联后组成第一开关管，第一开关管和第一电感L_i1一起串联在第i节电池的两端，第二MOSFET管Q_i2和第二体二极管d_i2并联后组成第二开关管，第二开关管和第二电感L_i2一起串联在第i+1节电池的两端，能量传递电容器C_i两端串联在第一电感L_i1和第二电感L_i2之间；由此使得n节电池串联的电池组之间共有n-1个双向Cuk变换器在其中相连，并且电路用PWM信号驱动控制两个MOSFET管的开通与关断来控制两节电池之间的充放电，以实现两节电池之间的电压平衡。

电路由PWM信号驱动，控制MOSFET的开通与关断。PWM信号的占空比作为电池均衡的控制变量，通过选择合适的占空比可以减少MOSFET的开关损耗。