[发明专利]一种动力电池多变量均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种动力电池多变量均衡控制方法，包括了建立均衡电路拓扑结构，采集BMS中电池组的电压电流；利用UKF算法估算电池的SOC值；根据所述SOC值计算各个电池单体的SOC差值并确定其与均衡启动阈值的关系；所述差值大于所述均衡启动阈值，计算SOC和电压的平均状态及差值并分别进行模糊控制，得到SOC均值和均衡电流值；对所述SOC均值和均衡电流值进行自适应模糊控制，得到PWM占空比；所述占空比小于均衡启动阈值，则均衡控制结束。根据电池的工作状态进行了分段混合控制，有效地改善了电池组的差异性，大大提高了电池组的能量利用率，避免了电池组过充过放现场，保护了电池的安全。

技术领域

本发明涉及均衡管理系统的技术领域，尤其涉及一种动力电池多变量均衡控制方法。

背景技术

近年来，在国家政策倾斜和市场机制的双向引导下，我国新能源汽车产业发展势头持续向好。据中汽协统计，截至2019年底，我国新能源汽车保有量达381 万辆，动力电池装载量超过174GWh，2025年，累计退役量将达116GWh，约有 81.2GWh的退役电池具备二次利用的价值。电池在生产制造时要经历多道工序，每道工序的生产环境和制造工艺都不可避免存在差别，这就导致各个出厂电池在开路电压、内阻、容量等关键参数产生细微的不一致性。为了满足用户对储能容量和功率的要求，需要对电池单体进行串并联连接成组。在电池工作过程中，存在运行工况的随机性和电池散热不均匀的问题，这将导致电池组内单体的性能参数随着循环次数增加不一致性越来越大，最终因为“木桶效应”迫使整个电池组无法工作。因此，有必要研究电池组均衡技术来降低电池组间的差异性，从而提高电池的剩余寿命，节约电池成本。

目前业内相关研究人员已经在电池均衡技术上做了大量的研究。采用自适应无迹卡尔曼滤波算法估算电池SOC，以Buck电路作为均衡的拓扑结构，通过设置SOC阈值来控制均衡电流的大小，实现电池组内单体的能量均衡，同时也避免了电池的过充过放现象，仿真和实验结果表明电池组均衡效果良好，但仿真和实验中只有电池组短时间尺度的动态均衡，缺乏长时间尺度下稳态均衡的研究。利用开路电压法估算电池SOC，并在传统Buck-Boost电路基础上加以改进，通过控制电池组和电池单体之间能量的双向流动，对设定SOC阈值之外的电池单体进行均衡，实验结果验证了均衡策略的有效性，但开路电压法估算误差较大，也不适合在线估计，局限性较大。以电池的剩余容量作为均衡状态的判断标准，保证所有单体电量能够在同一时刻充满或放空，而并不需要均衡电路时刻工作，从而减少了电路损耗，最终也能实现电池组内电池均衡，但是容量测试误差较大且复杂度较高，造成均衡速度太低，难以满足变化剧烈的工况。提出了一种基于反激变压器的电池组模块化有源均衡，可以实现模组内任意单体，电池包内任意模组同时进行电量均衡，因此均衡速度较快，但是均衡效率较低，控制方式也比较复杂，且均衡系统成本较高。

已有的均衡技术在均衡变量上多以单体电池电压、SOC或容量作为均衡的目标，但电池的相关参数采集会因传感器和估算算法精度问题而产生误差，因此不管选取哪种变量都存在瑕疵。因此根据电池工作状态进行分段混合控制，可以有效改善电池组的差异性，提高电池组的能量利用率，避免电池组的过充过放现象。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的单一均衡变量无法消除动力电池在复杂多变工况下的不一致性的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：克服了单一均衡变量无法解决退役电池在复杂多变工况下的性能不一致性的问题。