[发明专利]一种动力锂电池均衡方法及装置

权利要求书

1.一种动力锂电池均衡方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1，同步数据采集模块以周期T对动力锂电池单体阵列中各锂电池单体输出电压和输出电流进行A/D采样，得到各锂电池单体输出电压序列和输出电流序列，并将相关数据传输到MCU模块；

步骤2，MCU模块基于相同的动力学模型，对每个锂电池单体的充电电路建模，并得到每个锂电池单体的充电电路模型；

步骤3，MCU模块将每个锂电池单体作为一个网络结点，把由N个具有相同动力学模型的充电电路模型构成的动力网络系统进行线性耦合网络建模，并得到动力锂电池单体阵列的网络模型；其中动力锂电池单体阵列的网络模型的表达式为：

式中，分别是锂电池的充电电路输出电压和输出电流的微分形式，u₁、u₂分别是锂电池的充电电路输出电压和输出电流，L是滤波电感量，C是滤波电容量，R是充电电路输出端的负载，D是PWM信号占空比，E是输入电压，C_ij是网络连接矩阵的分量，A是各个结状态变量间的内部耦合矩阵，u_j为第j个结点的状态向量，d是网络的耦合强度，N是动力锂电池单体阵列中锂电池单体的个数；

步骤4，MCU模块以一个随机重连概率p对网络连接矩阵进行随机重连，构建一个环形网络，生成锂电池单体阵列的随机耦合矩阵；

步骤5，MCU模块把每个锂电池单体及其对应充电电路当作一个结点，生成锂电池单体阵列的随机耦合网络，通过步骤4所得的随机耦合矩阵来决定2个结点间是否存在耦合关系；

步骤6、MCU模块按照耦合关系，将状态变量送到PWM控制模块，以控制对应电池结点的功率流动，使能量从该对锂电池单体中能量较高的锂电池单体转移到能量较低的锂电池单体，直至2个锂电池单体状态同步。

2.根据权利要求1所述的一种动力锂电池均衡方法，其特征是，步骤2中，每个锂电池单体的充电电路模型的表达式为：

式中，分别是锂电池的充电电路输出电压和输出电流的微分形式，u₁、u₂分别是锂电池的充电电路输出电压和输出电流，L是滤波电感量，C是滤波电容量，R是充电电路输出端的负载，D是PWM信号占空比，E是输入电压。

3.根据权利要求1所述的一种动力锂电池均衡方法，其特征是，步骤4中，随机耦合矩阵C_sc的生成方法为：

首先，根据动力锂电池单体阵列的锂电池单体数量N，构建一个度为3，结点数为N的环形网络，此时该环形网络的连接矩阵为C_nc；

接着，在连接矩阵C_nc中，若某个矩阵分量c_ij＝1，则以重连概率p将矩阵分量c_ij和c_ji修改为0，随机选择值为0的矩阵分量c_ij′和c_j′i，并将矩阵分量c_ij′和c_j′i修改为1；

最后，利用重新计算对角元素，最终生成锂电池单体阵列的随机耦合矩阵C_sc；

上述c_ii、c_ij和c_ji均是连接矩阵C_nc的矩阵分量，其中i、j、j′＝1,2…N，且j′≠i。

4.根据权利要求1所述的一种动力锂电池均衡方法，其特征是，步骤5中，当连接矩阵C_sc内的矩阵分量c_ij＝1，则说明电池结点i和电池结点j有耦合；否则说明电池结点i和电池结点j无耦合。

5.实现权利要求1所述方法的一种动力锂电池均衡装置，其特征在于：包括动力锂电池单体阵列、功率交叉连接双向开关DC/DC矩阵和MCU模块；

动力锂电池单体阵列包括m×n个锂电池单体；功率交叉连接双向开关DC/DC矩阵包括由m×n开关矩阵、同步数据采集模块和PWM控制模块组成；

动力锂电池单体阵列的各个锂电池单体的正负极均与m×n开关矩阵双向连接；m×n开关矩阵的控制输出端连接同步数据采集模块的控制输入端，m×n开关矩阵的控制输入端连接PWM控制模块的控制输出端；同步数据采集模块的控制输出端和PWM控制模块的控制输入端均与MCU模块相连接；

上述m和n均为大于等于1的正整数。