[发明专利]一种针对电池组电池均衡的分层最优控制方法

说明书

本发明公开了一种针对电池组电池均衡的分层最优控制方法。首先，建立分层电池均衡系统模型，模块级均衡器用于电池模块间的能量均衡，电池级均衡器用于单个电池间的能量均衡；其次，进行顶层模块级均衡控制，将电池模块视为单个电池，并将每个电池模块的电池级均衡电流设置为零，得到模块级均衡电流；最后，进行底层电池级均衡控制：利用得到的模块级均衡电流，并行计算不同电池模块电池级均衡电流。本发明不但能够全局优化所有均衡电流，而且可以显著降低控制策略的计算负担，使得实时电池均衡应用更加可行。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及了一种针对电池组电池均衡的控制方法。

背景技术

近年来，为了减少对化石燃料的依赖和缓解全球变暖的影响，可持续能源受到了广泛关注。可充电锂电池作为应用最广泛的可持续能源储存系统之一，由于其能量密度高、设计灵活、成本合理等特点，在便携式电子产品与混合动力电动汽车的许多应用中发挥着越来越重要的作用。由于单个电池的电化学特性，其电压本质上较低，限制在2.0-4.2V的阈值内。因此通常将电池串联为电池组，以提供必要的高电压。但由于现有的电池制造技术无法保证电池内部电阻等参数的一致性，导致了电池不均衡的问题。

在实际应用中，串联电池组被视为一个集成系统，电池组中的所有电池都同时充电或放电。由于过度充电或过度放电会损害电池性能并缩短电池寿命，因此当其中一个电池达到充电上限或下限时，必须终止充电或放电的过程，其中SOC是表示电池剩余可用容量的关键指标。结果表明，最低的电池SOC限制了电池组可用电量，而最高的电池SOC制约了整个电池组的重复充电能力。

如果继续使用未均衡的电池组，串联电池组的有效容量将降低。极端情况下例如电池组a和电池组b的SOC分别为0％和100％。电池组既不能向负载提供能量以避免电池a过度放电，也不能充电以防止电池b过度充电。这意味着电池组不能再使用了，尽管仍然有大量的能量留在其中。但是经过电池均衡后，电池的SOC被调整到相同的水平，这样可以提高电池组的有效容量，也证明了电池组中电池均衡的重要性和必要性。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种针对电池组电池均衡的分层最优控制方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种针对电池组电池均衡的分层最优控制方法，包括以下步骤：

(1)建立分层电池均衡系统模型：

分层电池均衡系统的电路包括mn个串联电池组成的电池组，该电池组被被分为m个电池模块，每个电池模块内包括n个电池，该电路还包括m-1个模块级均衡器，模块级均衡器用于电池模块间的能量均衡，每个电池模块内还包括n-1个电池级均衡器，电池级均衡器用于单个电池间的能量均衡；

基于上述电路计算均衡电流，建立分层电池均衡系统模型，确定模型的约束条件和目标函数；

(2)进行顶层模块级均衡控制：

将电池模块视为单个电池，并将每个电池模块的电池级均衡电流设置为零，得到模块级均衡电流；

(3)进行底层电池级均衡控制：

利用步骤(2)得到的模块级均衡电流，并行计算不同电池模块电池级均衡电流。

进一步地，在步骤(1)中，均衡电流的计算方法如下：

其中：