[發(fā)明專利]一種電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組均衡控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510052135.7
• 申請(qǐng)日: 2015-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN104617623B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜常清;朱一多;顏伏伍;趙奕凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司42104
• 代理人: 潘杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池電能管理領(lǐng)域，特別是一種電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組均衡控制方法。

背景技術(shù)

由于能源短缺和環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車因其排放低，油耗少等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，車載動(dòng)力電池也將逐漸取代石油，天然氣等不可再生資源成為汽車的主要驅(qū)動(dòng)來源。為了達(dá)到電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓需求，需要將幾十節(jié)甚至幾百節(jié)動(dòng)力電池單體串聯(lián)組成電池組模塊。由于生產(chǎn)過程中存在不可避免的差異，導(dǎo)致成組中單體電池化學(xué)成分比例不一致，在其容量、內(nèi)阻、極化效應(yīng)等電特性方面存在一定程度的差異性。并且電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中動(dòng)力電池組長(zhǎng)期處于反復(fù)充/放電狀態(tài)，尤其在回饋制動(dòng)和急加速階段所經(jīng)歷的大脈沖充/放電過程，更加劇了電池單體的不一致性，嚴(yán)重降低了電池組可用容量，減少了電池組循環(huán)壽命。因此必須采取均衡技術(shù)補(bǔ)償電池性能差異，降低電池單體不一致性，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。

目前均衡方案很多，總結(jié)起來一般可分為兩種:①基于電壓的均衡方法。②基于容量的均衡方法。基于電壓的均衡方法是指通過采集得到的單體鋰離子電池的電壓差異來衡量電池組的不一致現(xiàn)象，并通過各種充電均衡及放電均衡的方式對(duì)電壓高的電池進(jìn)行均衡放電、對(duì)電壓低的電池進(jìn)行均衡充電。這種方法控制簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛。均衡的最根本目的是平衡電池間剩余電量的差異，單體電壓雖然能反映容量的特性，但無法準(zhǔn)確描述電池的剩余容量狀態(tài)，基于單體電壓進(jìn)行電池組均衡可能出現(xiàn)過均衡現(xiàn)象，加劇電池組的一致性變差。鋰電池內(nèi)部的化學(xué)材料是造成該現(xiàn)象的原因。鋰電池的極化效應(yīng)導(dǎo)致當(dāng)電流流過電池時(shí)，電池電壓偏離其平衡值；由于鋰電池生產(chǎn)過程中無法做到完全一致，即在相同的電壓下，鋰電池的剩余容量值可能不同。基于容量的均衡方法彌補(bǔ)了上述不足，在鋰電池使用全周期中依然可以提供安全有效的均衡，延長(zhǎng)其使用壽命。直接利用均衡模塊對(duì)剩余容量過大的電池進(jìn)行均衡放電，對(duì)剩余容量過低的電池進(jìn)行均衡充電。但是基于容量的均衡方法需要準(zhǔn)確預(yù)估單體電池的SOC，若SOC的準(zhǔn)確性得不到保證，均衡的可靠性會(huì)大大降低。可見電池SOC的準(zhǔn)確估計(jì)是提高電池組均衡效果的關(guān)鍵，本發(fā)明的核心內(nèi)容就是提出一種更加準(zhǔn)確有效的SOC估算方法，并基于對(duì)SOC的準(zhǔn)確估計(jì)進(jìn)行動(dòng)力電池組的均衡控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)對(duì)電池SOC估計(jì)不準(zhǔn)的不足，而提供一種利用SOC估算結(jié)果進(jìn)行電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組均衡控制方法，使其能夠?qū)崿F(xiàn)電池組均衡控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組均衡控制方法，包括以下步驟：

建立電池單體二階戴維寧(Thevenin)模型和一狀態(tài)滯回特性模型；

對(duì)動(dòng)力電池單體進(jìn)行充/放電測(cè)試，記錄充/放電安時(shí)數(shù)并計(jì)算SOC理論值；

將采樣時(shí)間間隔，實(shí)時(shí)電流激勵(lì)，單體實(shí)際端電壓及SOC理論值作為系統(tǒng)輸入，對(duì)二階戴維寧(Thevenin)模型采用基于自適應(yīng)無跡卡爾曼濾波(AUKF)的SOC估算方法進(jìn)行估算，一狀態(tài)滯回特性模型則采用基于無跡卡爾曼濾波(UKF)的SOC估算方法進(jìn)行估算；

將兩種估算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和與轉(zhuǎn)換，構(gòu)成交互多模型卡爾曼濾波(IMMKF)，求解SOC最優(yōu)估計(jì)值；

根據(jù)SOC最優(yōu)估計(jì)值進(jìn)行電池組均衡控制。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

運(yùn)用交互多模型卡爾曼濾波(IMMKF)算法對(duì)SOC進(jìn)行估計(jì)，采用不同的卡爾曼濾波算法分別結(jié)合一狀態(tài)滯回特性模型及二階戴維寧(Thevenin)模型兩種不同的模型，根據(jù)動(dòng)力電池當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，在濾波的初始與結(jié)尾處，將模型輸出及濾波結(jié)果按照一定的模型概率進(jìn)行加權(quán)求和與轉(zhuǎn)換。有效的解決了動(dòng)力電池作為一個(gè)多因素強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，無法通過單一的動(dòng)力電池模型模擬動(dòng)力電池在不同工作狀態(tài)下的特征的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

圖2為n階戴維寧(Thevenin)模型。

圖3為均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組均衡控制方法包括以下步驟：

S100、建立電池單體二階戴維寧(Thevenin)模型和一狀態(tài)滯回特性模型。

根據(jù)如圖2所示的n階等效戴維寧(Thevenin)電路模型，二階戴維寧(Thevenin)模型參數(shù)表達(dá)式為：