[發明專利]一種串聯電池組雙電壓自適應均衡控制方法

在審

• 申請號: 201910024824.5
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN111435791A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 郭向偉;耿佳豪;卜旭輝;華顯;韓素敏;謝東壘
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 焦作市科彤知識產權代理事務所(普通合伙) 41133
• 代理人: 聶智良

本發明公開了一種串聯電池組雙電壓自適應均衡控制方法。雙電壓是指串聯電池組所有單體電池中最大的單體電池端電壓ULmax和最小的單體電池端電壓ULmin。自適應均衡是指，設電池組各單體電池平均端電壓為ULave，設定均衡電路工作的閾值電壓Vref，若ULmax與ULave的差值大于Vref，且ULave與ULmin的差值也大于Vref，則一個采樣周期內所包含的第n（n為奇數，n=1,3,5…）個均衡周期對ULmax對應的單體電池放電均衡，第n+1個均衡周期對ULmin對應的單體電池充電均衡；直到滿足電池組端電壓一致性指標即停止均衡。本發明能夠在既有硬件的基礎上大大提高電池組端電壓的均衡速度，或者在均衡過程中轉移相同能量的前提下減小儲能元件的體積。該控制方法適用于電池組均衡管理系統。

技術領域

本發明涉及一種串聯電池組均衡控制方法，適用于新能源汽車或微電網儲能系統中電池管理系統。

背景技術

由于電池組中單體電池的不一致性，導致電池組充電完成后，部分單體電池并未充滿；電池組放電完成后，部分單體電池并未放完，結果，電池組的實際可用容量比各單體電池的容量之和減小，并且，電池組的循環壽命也受到影響，均衡電路的作用即是減小單體電池不一致性對整體電池組的影響，進而提高電池組能量利用率，延長電池組使用壽命。

電池組均衡作為電池管理系統最重要的功能，國內外眾多學者對其進行了研究。均衡技術的研究包括均衡電路結構的研究和均衡控制方法的研究。本發明內容涉及均衡控制方法的研究。對于均衡電路控制方法的研究，重點是確定均衡指標，目前常見的均衡指標包含電池端電壓、電池SOC或電池內阻等。

北京交通大學姜久春、張彩萍教授團隊對串聯電池組均衡診斷及一致性進行研究，提出SOC變化相比于容量、端電壓、內阻，對電池組的一致性影響更大，更能反映電池組的不一致性，并未否定端電壓、容量也會對一致性產生影響。合肥工業大學劉新天研究員設計出了一種新型的基于功率電感的均衡拓撲，均衡效果良好，但未見從原理上闡明選擇SOC作為均衡指標的原因。香港理工大學Yuanmao等人提出利用電容傳遞均衡能量的拓撲結構，以電池端電壓作為均衡指標，雖然具有較高的精度，但并未解釋選擇端電壓作為均衡指標的原因。韓國浦項科技大學Kyung-Min Lee等人，馬來西亞國家能源大學Mohammad等人和我國山東大學張成輝等人設計出了基于變壓器的主動均衡電路，以電池端電壓作為均衡指標，雖然其具有良好的均衡效果，但變壓器型均衡電路擴展性較差，當電池組包含的單體電池數量變化時，需要重新設計電路，并且變壓器可能存在漏磁現象。香港理工大學Dah-Chuan等人同時利用電感、電容設計出了高精度的均衡拓撲，雖然精度較高，但其結構復雜，可能并不適合實際應用。

總體而言，目前均衡控制方法的研究多以單體電池端電壓為均衡指標，未來，設計可以快速直接均衡的拓撲結構，探索更能反映電池組一致性的均衡指標，是電池組均衡技術的研究目標。

發明內容

本發明涉及均衡控制方法的研究，以電池端電壓作為均衡指標，將充電過程的均衡控制和放電過程的均衡控制合二為一，充電均衡過程中，不僅對端電壓高的單體電池進行放電均衡，也要對端電壓低的單體電池進行充電均衡，放電均衡過程中，不僅對端電壓低的單體電池進行充電均衡，也要對端電壓高的單體電池進行放電均衡，最終實現提高均衡速度，或者同樣的均衡速度條件下，減小均衡電流，進而減小均衡過程對單體電池性能的影響。

基于此，本發明提出以串聯電池組中最高的單體電池端電壓和最低的單體電池端電壓共同作為均衡指標制定均衡控制方法。

進一步的，該方法包含以下內容：

（1）設定均衡指標