[发明专利]一种基于SOC的动力电池组均衡充放电控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电池组均衡控制技术领域，具体地，涉及一种基于SOC的动力电池组均衡充放电控制方法及系统。

背景技术

由于锂动力电池具有能量密度高、自放电率低、循环寿命长等优点，目前已广泛应用于储能领域。在动力电池使用过程中，需要将多节单体电池通过串联后为负载提供能量。此时单体电池性能的差异会导致电池组出现不一致性现象，而电池组的不一致性会造成电池组使用性能的下降，导致电池组的可用容量和使用寿命衰减，从而降低纯电动汽车的续驶里程，增加使用成本。因此对于均衡技术进行研究，可以有效改善电池组的不一致性带来的不利影响，避免在使用过程中电池组不一致性的恶化，增加电池的使用寿命，降低使用成本，提升电池的存储性能。

根据对所传递的能量的处理方式不同，均衡电路可以分为被动型和主动型。被动型电路主要通过令电池组中能量较高的电池利用其旁路电阻进行放电的方式损耗部分能量，以期达到电池组能量状态的一致。这种方法容易实现，但是造成了大量的能量损耗，且散热问题难以解决。主动型电路本质上是利用储能元件和均衡旁路构建能量传递通道，将其从能量较高电池直接或间接转移至能量较低的电池。例如，高速开关电容技术利用一组电容器在串联储能电源组相邻储能单体之间传递能量，效率高，控制简单，但是当单体间能量差距较小时，均衡所需时间较长。双向Buck-Boost变换器均衡结构的能量转移路径是双向的，能够在相邻两个电池单体间进行能量传递，但是当组内电池单体较多时，难以实现跨越式的能量传递，均衡效率降低。隔离式DC/DC变换器分布式均衡技术采用隔离式变换器结构，最常见的为反激式结构。该方法效率较高，控制电路简单，但是电路中变压器数量较多，构建的均衡系统结构相对复杂。

为了满足电动汽车的功率、电压的要求，需要将多节单体电池构成电池组为其供能。电池成组的方式有串联、并联和混联三种，其中串联方式是目前大多数电动车采用的成组方法。当电池数量较多时，单一一层均衡拓扑由于自身电路的限制，很难设计出具有良好性能的均衡系统。

均衡变量是均衡系统通过控制均衡电路使之达到一致的电池特征参数，可以表征电池的不一致性状态，并具有实时性、高精度等特点。按照均衡变量的不同，均衡方法可以分为容量均衡法、化学均衡法、电压均衡法、SOC(stateofcharge,荷电状态)均衡法。早期采用容量均衡法，这种方法以电池实际容量趋于一致为目的，采用浮充电压对电池组续充电，但由于该方法导致电池处于过充电状态，缩短了电池寿命，目前已很少使用。化学均衡法是通过电池内部化学反应达到均衡效果，在锂电池电解液中添加一定比例氧化-还原电对的方法，抑制电池正极电位升高，避免电极材料和电解液氧化，提高电池抗过充能力。此方法还处于理论研究阶段，距实际应用上有一段距离。目前很多均衡研究以电压作为均衡变量，在铅酸电池、镍氢电池中应用效果较好，但由于磷酸铁锂电池的自身特点，电压并不能真实反映电池组容量状态的一致性，且受电池内部多种因素影响，均衡效果不稳定，很容易波动。

SOC表征当前电池剩余容量占最大可用容量的比例，以SOC作为均衡变量时，可以忽略电池组内单体电池间最大可用容量的差异，使所有单体电池同时达到充放电截止电压，使得电池组容量得到有效利用。同时，当电池的SOC保持一致时，意味着所有单体均工作于相同的放电深度，避免由于放电深度不同导致的电池老化速度的差异。但是基于SOC的均衡方法需要快速准确地预测单体电池的荷电状态，现有技术很难实时跟踪锂电池复杂快速的内部反应。若SOC的准确性和实时性得不到保证，均衡的可靠性会大大降低。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中不能快速准确地监测电池组SOC变化的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种基于SOC的动力电池组均衡充放电控制方法。

本发明实施例提供的一种基于SOC的动力电池组均衡充放电控制方法，包括：

获取动力电池的充放电数据，充放电数据包括动力电池的端电压、电流和温度；动力电池包括电池单体；

基于ELM方法建立计算动力电池SOC的数学模型，将充放电数据作为数学模型的输入，并根据数学模型的输出确定动力电池SOC数据；

根据动力电池SOC数据对动力电池组进行一致性分析，在动力电池组存在不一致时根据均衡控制策略控制均衡电路的开关管的通断状态，实现动力电池能量转移。

在上述技术方案中，基于ELM方法建立计算动力电池SOC的数学模型，包括：