[发明专利]一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法

摘要

本发明公开了一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，适用于基于升压变换和软开关的动力电池组均衡电路。在很短的时间内将均衡电路等效为具有交流方波输入的LC串联谐振等效电路，建立串联谐振等效电路的交流方波输入的傅里叶变换模型，并基于傅里叶变换得到均衡电流的表达式，进而得到单位时间内从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体的电量，最终获得均衡时间的具体表达式，得出均衡时间t正比于R和C_q，反比于U_boost和λ，与L、C无关的结论。本方法能够准确预测电池的均衡时间，并确定了影响电池均衡速度的关键因素，为提高均衡电路的均衡速度和效率，减少能量浪费提供了强有力的理论支撑。

主权项

一种基于傅里叶变换的电池均衡时间预测方法，均衡电路的结构为微控制器根据最高单体电压和最低单体电压对应的电池单体编号，经过通用IO端译码控制开关模块，将电池组中任意位置的电压最高和最低的电池单体选通至均衡母线上；然后，微控制器控制BOOST升压变换模块将电压最高的电池单体升压至一个更高的电压；同时微控制器发送一对状态互补的PWM信号控制LC串联谐振电路，使其交替工作在充电和放电两个状态，LC串联谐振电路包括串联的电感L和电容C，串联的电感L和电容C连接在MOSFET开关构成的桥式电路的中点上；其特征是：包括以下步骤：S1.将均衡电路的升压变换输出电压调制成一个较高的恒压，在很短的时间内被均衡的电压最低的电池单体的电压可看作为一个恒值，因此可将均衡电路等效为具有交流方波输入的LC串联谐振电路；S2.建立串联谐振等效电路的等效交流方波输入的傅里叶变换模型和交流阻抗模型，将LC串联谐振电路的谐振电流视为正弦波，得到均衡电流的表达式，计算在一个开关周期内从电压最高的电池单体转移到电压最低的电池单体的电量，进而得到单位时间内转移的电量；S3.建立均衡过程中电池电压与SOC的分段线性模型，将一个线性段内电池电压与SOC的比例系数视为恒值，将储存在电池内的电荷量转换成电池容量，表述电池单体最低电压在单位时间内的变化量与交流方波幅值的变化量之间的关系；S4.推导出均衡时间的最终表达式，得到影响均衡速度的因子。