[发明专利]一种基于升降压变换器的锂离子电池组层级均衡控制方法

权利要求书

1.一种基于升降压变换器的锂离子电池组层级均衡控制方法，其特征在于，所述均衡控制方法包括均衡电路和均衡控制策略，均衡电路是在锂离子电池组的基础上添加了多个储能电感元件、二极管以及均衡控制开关；均衡控制策略在电池组充放电电路和信息采集电路的基础上增加了荷电状态(SOC)估计模块、逻辑判断模块以及开关控制模块，所述串联锂离子电池组的层级均衡控制方法包括：

所述串联锂离子电池组，将两节相邻单体电池构成一个小的模组，两个相邻小的模组构成一个大的模组，以形成两个相邻单体电池、小模组以及大模组之间的三级均衡控制；

所述电池组均衡电路在锂离子电池组的基础上添加了多个储能电感元件、二极管以及均衡控制开关，其中，每个二极管都与相应的均衡开关并联且成对出现，每两个相邻单体电池或模组之间均连接一个储能电感元件，每个单体电池和电池模组都与并联成对的二极管和均衡开关连接；

所述信息采集模块与每一个单体电池模块相连，所述信息采集模块用于采集各单体电池的电压、电流以及温度等信息；

所述SOC估计模块用于计算单体电池的SOC值；

所述逻辑判断模块首先判断各相邻单体电池之间的SOC差值是否超出均衡阈值并确定需要进行均衡的单体电池，其次判断各相邻小模组之间的SOC差值是否超出均衡阈值并确定需要进行均衡的小模组，最后判断各相邻大模组之间的SOC差值是否超出均衡阈值并确定需要进行均衡的大模组；

所述开关控制模块与每个均衡开关相连，用于控制均衡开关的闭合或断开，以给相应的单体电池或模组放电或充电。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：基于信息采集电路收集各个单体电池的电压、电流以及温度等信息；

第二步：利用信息采集电路收集到的电池电压、电流以及温度等数据通过安时积分法获得所述锂离子电池组中各单体电池的SOC值：

其中，t为电池的充放电时间；Q为电池的额定容量，SOC₀为电池的初始荷电状态；

第三步：利用逻辑判断模块首先判断各相邻单体电池之间的SOC差值是否超出其均衡阈值，若超出其均衡阈值则确定需要均衡的单体电池，并通过控制模块控制相应的均衡开关闭合以给相应的单体电池供电；若相邻单体电池之间的SOC差值在其均衡阈值范围之内，则逻辑判断模块再判断各相邻小的模组之间的SOC差值是否超出其均衡阈值，若超出均衡阈值则确定需要均衡的小模组，并通过控制模块控制相应的均衡开关闭合以给相应的小模组供电；若相邻小的模组之间的SOC差值在其均衡阈值范围之内，则逻辑判断模块继续判断各相邻大的模组之间的SOC差值是否超出其均衡阈值，若超出其均衡阈值则确定需要均衡的大模组，并通过控制模块控制相应的均衡开关闭合以给相应的大模组供电；各单体SOC差值在1％范围内即可认为电池组达到一致性；

第四步：涉及到每一层均衡，可将均衡控制开关的周期T分为两个阶段，分别为(t₀,DT)和(DT,t₁)；当t₀tDT时，两个相邻单体电池或模组中能量较高的那个相应的控制开关闭合，将其多余的能量释放并储存在相应的储能电感元件中，当DT≤t≤t₁时，相应的控制开关断开，并将储能电感中的能量转移到此两个相邻单体电池或模组中能量较低的那个当中；以两个相邻的单体电池间均衡为例，若单体电池Bi的荷电状态较大，而与其相邻的单体电池Bj的荷电状态较小，那么，单体电池Bi中多余的电量需要转移至单体电池Bj中，均衡过程中，单体电池间的储能电感中的电流变化如下：

其中，D为占空比，T为周期；DT是D×T；L为电感值；

I_L为流过电感L的电流；V_i为电池Bi的电压，V_j为电池Bj的电压，I_p为电感L的峰值电流；D为脉冲宽度调制信号(PWM)的占空比；将t＝T代入电感电流变化表达式的第二项中，占空比的范围计算如下：