[发明专利]一种锂离子动力电池组全寿命周期均衡控制方法

说明书

本发明涉及一种锂离子动力电池组全寿命周期均衡控制方法，属于电池管理技术领域。该方法包括：S1：选定一批待测电池单体，完成在不同条件下的电池老化实验；S2：根据获得的电池老化数据，建立一种描述电池老化速率的模型；S3：建立模型预测控制的目标函数，实现电池组的老化速率最小；S4：以电池模型为预测模型，实现基于模型预测控制的均衡策略。本发明能够使电池组的老化速率更小，从而延长了电池组的使用寿命。

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，涉及一种锂离子动力电池组全寿命周期均衡策略。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，能源资源的消耗越来越大，并且对我国的经济发展造成了一定的影响。同时也使得环境污染问题愈发严重，而内燃机车的排放是其中一个无法忽视的部分。因此，大力推进新能源汽车各项技术的突破。在新能源汽车的整体研发中，除去电机、传动系统、整车性能优化等设计外，作为新能源汽车电能存储装置，动力电池具有举足轻重的作用。为了给电动汽车提供足够高的电压和功率，需要将很多单体电池进行串并联形成一个高压电池组。但是由于电池制造工艺的复杂性，同一批生产的相同型号的电池，在性能上都难以达到完全一致，同时在电池组的使用过程中，由于环境的差异，使得电池组中各个单体之间的不一致性更加严重，最终影响汽车性能及电池组的使用寿命。

为了改善电池组的不一致性，一般可以通过三种方式：在电池的生产过程中，改进制造工艺来提高电池之间的不一致性；对出厂电池进行分选，选择差异性较小的单体组合成组；通过均衡管理，在使用过程中改善电池间的不一致性。前两种方式在电池组成组前是一定要进行的，但是不论成组的电池初始一致性有多好，随着使用时间的增加，单体间的不一致性还是会越来越明显。所以均衡管理系统是电池管理系统(BMS)中必不可少的一部分，有效的均衡管理能够增加电池组使用容量、延长电池组使用寿命、提高电池组安全性能及经济性、强化电池组能量利用率。而均衡管理主要包括两部分：均衡拓扑结构及均衡控制策略。拓扑结构就是均衡电路，决定了能量的传递方式及传递效率，在进行控制策略开发前要先选好拓扑结构。不过，相同的拓扑结构也可以有不同的控制策略，好的控制策略可以使能量传递的更快、更有效。同时，由于电动汽车再生制动和急加速工况会导致电池电流和电压测量值瞬变，状态估计精度和稳定性还有待提高，不同应用场景下的均衡目标需要完善，因此均衡策略的研究极具挑战性。

在均衡控制策略领域，还没有形成明确的体系划分。但按照控制策略的主要组成：控制变量、控制目标及控制算法，可以大致将均衡控制策略分为基于均衡变量、基于均衡目标及基于均衡控制算法三类。均衡变量主要包含电压、荷电状态(SOC)、容量，以及融合变量。均衡目标主要包括均衡速度的快慢、均衡时间的长短、均衡效果的好坏等。控制算法的发展已经有很多年，按照控制理论的发展历程整理，从经典控制理论，到现代控制理论，如最优控制、模型预测控制、滑模控制等。最后是智能控制理论，如粒子群算法、模糊控制、遗传算法等。以及多种算法的融合。

目前对电池组的均衡控制策略的主要内容是：通过某种或多种融合控制策略，在一定的工况下，使得电池组的容量、SOC或电压等指标达到一致。但是目前为止，尚未发现研究以减缓电池组老化速率为目标的均衡策略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子动力电池组全寿命周期均衡控制方法，基于模型预测控制算法，实现了电池组老化速率最小。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子动力电池组全寿命周期均衡控制方法，通过建立一种描述电池老化速率的模型，并将串联电池老化速率之和作为电池组的老化速率，基于模型预测控制(MPC)实现以电池组老化速率最小为目标的均衡策略，包括以下步骤：

S1：选定一批待测电池单体，完成在不同条件下的电池老化实验；

S2：根据获得的电池老化数据，建立一种描述电池老化速率的模型；

S3：建立模型预测控制的目标函数，实现电池组的老化速率最小；