[發(fā)明專利]一種基于升降壓變換器的鋰離子電池組層級(jí)均衡控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110626598.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN113489083A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張彥琴;楊冉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于升降壓變換器的鋰離子電池組層級(jí)均衡控制方法，其特征在于，所述均衡控制方法包括均衡電路和均衡控制策略，均衡電路是在鋰離子電池組的基礎(chǔ)上添加了多個(gè)儲(chǔ)能電感元件、二極管以及均衡控制開關(guān)；均衡控制策略在電池組充放電電路和信息采集電路的基礎(chǔ)上增加了荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)模塊、邏輯判斷模塊以及開關(guān)控制模塊，所述串聯(lián)鋰離子電池組的層級(jí)均衡控制方法包括：

所述串聯(lián)鋰離子電池組，將兩節(jié)相鄰單體電池構(gòu)成一個(gè)小的模組，兩個(gè)相鄰小的模組構(gòu)成一個(gè)大的模組，以形成兩個(gè)相鄰單體電池、小模組以及大模組之間的三級(jí)均衡控制；

所述電池組均衡電路在鋰離子電池組的基礎(chǔ)上添加了多個(gè)儲(chǔ)能電感元件、二極管以及均衡控制開關(guān)，其中，每個(gè)二極管都與相應(yīng)的均衡開關(guān)并聯(lián)且成對(duì)出現(xiàn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰單體電池或模組之間均連接一個(gè)儲(chǔ)能電感元件，每個(gè)單體電池和電池模組都與并聯(lián)成對(duì)的二極管和均衡開關(guān)連接；

所述信息采集模塊與每一個(gè)單體電池模塊相連，所述信息采集模塊用于采集各單體電池的電壓、電流以及溫度等信息；

所述SOC估計(jì)模塊用于計(jì)算單體電池的SOC值；

所述邏輯判斷模塊首先判斷各相鄰單體電池之間的SOC差值是否超出均衡閾值并確定需要進(jìn)行均衡的單體電池，其次判斷各相鄰小模組之間的SOC差值是否超出均衡閾值并確定需要進(jìn)行均衡的小模組，最后判斷各相鄰大模組之間的SOC差值是否超出均衡閾值并確定需要進(jìn)行均衡的大模組；

所述開關(guān)控制模塊與每個(gè)均衡開關(guān)相連，用于控制均衡開關(guān)的閉合或斷開，以給相應(yīng)的單體電池或模組放電或充電。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：基于信息采集電路收集各個(gè)單體電池的電壓、電流以及溫度等信息；

第二步：利用信息采集電路收集到的電池電壓、電流以及溫度等數(shù)據(jù)通過安時(shí)積分法獲得所述鋰離子電池組中各單體電池的SOC值：

其中，t為電池的充放電時(shí)間；Q為電池的額定容量，SOC₀為電池的初始荷電狀態(tài)；

第三步：利用邏輯判斷模塊首先判斷各相鄰單體電池之間的SOC差值是否超出其均衡閾值，若超出其均衡閾值則確定需要均衡的單體電池，并通過控制模塊控制相應(yīng)的均衡開關(guān)閉合以給相應(yīng)的單體電池供電；若相鄰單體電池之間的SOC差值在其均衡閾值范圍之內(nèi)，則邏輯判斷模塊再判斷各相鄰小的模組之間的SOC差值是否超出其均衡閾值，若超出均衡閾值則確定需要均衡的小模組，并通過控制模塊控制相應(yīng)的均衡開關(guān)閉合以給相應(yīng)的小模組供電；若相鄰小的模組之間的SOC差值在其均衡閾值范圍之內(nèi)，則邏輯判斷模塊繼續(xù)判斷各相鄰大的模組之間的SOC差值是否超出其均衡閾值，若超出其均衡閾值則確定需要均衡的大模組，并通過控制模塊控制相應(yīng)的均衡開關(guān)閉合以給相應(yīng)的大模組供電；各單體SOC差值在1％范圍內(nèi)即可認(rèn)為電池組達(dá)到一致性；

第四步：涉及到每一層均衡，可將均衡控制開關(guān)的周期T分為兩個(gè)階段，分別為(t₀,DT)和(DT,t₁)；當(dāng)t₀tDT時(shí)，兩個(gè)相鄰單體電池或模組中能量較高的那個(gè)相應(yīng)的控制開關(guān)閉合，將其多余的能量釋放并儲(chǔ)存在相應(yīng)的儲(chǔ)能電感元件中，當(dāng)DT≤t≤t₁時(shí)，相應(yīng)的控制開關(guān)斷開，并將儲(chǔ)能電感中的能量轉(zhuǎn)移到此兩個(gè)相鄰單體電池或模組中能量較低的那個(gè)當(dāng)中；以兩個(gè)相鄰的單體電池間均衡為例，若單體電池Bi的荷電狀態(tài)較大，而與其相鄰的單體電池Bj的荷電狀態(tài)較小，那么，單體電池Bi中多余的電量需要轉(zhuǎn)移至單體電池Bj中，均衡過程中，單體電池間的儲(chǔ)能電感中的電流變化如下：

其中，D為占空比，T為周期；DT是D×T；L為電感值；

I_L為流過電感L的電流；V_i為電池Bi的電壓，V_j為電池Bj的電壓，I_p為電感L的峰值電流；D為脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM)的占空比；將t＝T代入電感電流變化表達(dá)式的第二項(xiàng)中，占空比的范圍計(jì)算如下：