电压，同时起到隔离保护主控单元2的作用；74肥04 反相器3-4的作用是：由于高速光禪隔离电路3-3的输出和主控单元2的PWM占空比的输 出是反向的，经过74肥04反相器4可W得到正向的输出，使得主控单元2的PWM占空比和 MOSFET的开启是同步的；开关电路3-5是由MOSFET和二极管构成，通过控制MOSFET的开 关即可控制电流的流动方向和大小，其中二极管是起到反向截止的作用，避免能量逆流；储 能电感电路3-6的作用是：储能电感电路3-6做为能量传输的载体，将能量由荷电状态高的 电池转移至电感，再从电感转移到荷电状态低的电池，W实现能量的流动，储能电感串联了 瞬态双向抑制二极管，W避免瞬间脉冲对电路造成的冲击。
[0021] 本发明适用于串联裡电池组的均衡控制，将本发明接入串联裡电池组，即可对串 联裡电池组中各节电池的电压、电流进行采集，并实时估算出各节电池的S0C，WSOC为判 断依据，进行能量转移式主动均衡，当串联裡电池组中某节电池单体SOC与串联裡电池组 平均SOC的差值达到2%时启动均衡系统，将串联裡电池组中SOC高的电池的能量转移到 SOC低的电池，直至串联裡电池组中各节电池的SOC差值均在2%W内，串联裡电池组平均 SOC和串联裡电池组单体电池电压差最大值通过显示模块4显示。
[0022] 电池模型的准确性是电池SOC估算的前提。化evenin模型是最有代表性的等效电 路模型，它考虑了电池内部化学反应中的极化现象，能较好的体现电池动静态特性；同时考 虑了内阻受溫度、电流和充放电状态的影响，能够较精确的模拟电池充放电行为，而且结构 较简单，更适用于动力电池的建模与仿真。模型如图4所示。
[002引在图4中Uoc中为开路电压；蘇是电池的欧姆内阻；鶏和q分别是极化内阻和 极化电容，U是电池的端电压。
[0024] 将SOC和鶏止的电压騷作为系统的状态变量，W电池工作电流壤为系统输入，电 池工作电压CT为系统输出，建立离散状态空间模型。
[00巧]该模型的状态方程为：
(1) 式中，T为采样周期，麵幾为采样点k处的SOC值，;为采样点餐:处的藥上的电压 估算值，；T=燕Il为时间常数，为电池额定容量，巧为放电效率，:>1^为高斯白噪声。
[002引输出观测方程为：
似 式中，开路电压Uoc与SOC存在一一对应关系，用/CSOCf)表示该关系，该关系可W通过实验获得，巧为高斯白噪声，rO为电池的欧姆内阻。
[0027] 实验选用单体憐酸铁裡电池，通过HPPC试验，对裡电池进行短时恒流脉冲放电， 记录电池端电压的恢复过程，根据此曲线来确定馬^ ，并通过记录时间来确定电路的时 间常数，最终确定电容的数值。利用非线性最小二乘可得到化evenin电路模型的参数值如 表1所不。
[002引表1 RC参数表
UKFW无迹变换扣nscentedTransform,简称UT)为基础，通过UT的方式实现对状态 分布的逼近，运种方法避免了对非线性函数进行解析求导，同时考虑了概率传播问题，对均 值和方差的逼近精确度提高到至少二阶，提高了SOC估算的精度。结合电池模型（1) (2)， 将UKF应用于SOC估算流程如下： (1)系统初始化 滤波初值；
（3) 其中，与为SOC初值和极化电压初值构成的矩阵，為为状态协方差初值。
[002引 似产生sigma点
(4) 巧） (6) (7) 其中，絮是一个较小的正数，通常取浑=1 ;n为系统状态变量个数，针对单体电池，n=2 ，泌是一比例系数，苯&!(^为对应的sigma点的状态变量。
[0030] (3)确定加权系数
做 (9) (10) 其中，於是二阶比例系数，通常取Ki=I;及用来合并先验信息，对于高斯白噪声系统， 取片=2,巧是对应的Sigma点的加权系数。
[0031] (4)时间更新扣T)
(11) (12) (13) 其中是矩阵平方根的第i列，为权重为过程噪声方差，%^为无迹变 换得到的状态更新值，巧为无迹变换得到的状态协方差更新值。
[00础妨测量更新
(14) (巧） (16) (17) (18) 其中^为测量得到的系统输出，^，^为状态协方差，;％为系统输出矩阵，省^为测量 噪声方差，马为测量更新后的状态协方差。
[003引UKF通过产生Sigma点，对Sigma点进行UT，采用非线性的状态方程和观测方程， 避免线性误差，提高估算精度，而且避免计算矩阵的偏导数，减少了计算量。
【主权项】
1. 一种锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：采用锂电池主动均衡控制装置来实 现，所述锂电池主动均衡控制装置包括DC/DC电源模块和主控单元，所述DC/DC电源模块与 所述主控单元连接；所述主控单元分别与锂电池主动均衡模块，电压检测模块，电流检测模 块和显不_旲块连接； 其实现方法是：1)、系统初始化；预设设定值； 2 )、通过所述电压检测模块和所述电流检测模块对所述电池的电压和电流进行检测； 3)、所述主控单元中的数/模转换模块读取所述电压检测模块和所述电流检测模块检 测到的数据并进行换算； 4)、所述主控单元对所述换算后的数据进行UKF运算并估算SOC;估算完成后计算所述 SOC均值； 5 )、所述主控单元计算各单体电池的SOC和所述SOC均值之间的差值；若所述差值大于 设定值，则控制占空比并开启所述锂电池主动均衡模块对所述单体电池的SOC进行主动均 衡，直到所述单体电池的SOC和所述SOC均值之间的差值小于设定值。2. 根据权利要求1所述的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：所述锂电池主动均 衡模块包括稳压处理电路和隔离DC/DC电路；所述稳压处理电路的输入端接收从串联锂电 池组输送过来的电压信号，其第一输出端与所述隔离DC/DC电路的输入端连接，其第二输 出端与反相器的第二输入端连接；所述隔离DC/DC电路的输出端与高速光耦隔离电路的第 二输入端连接，所述高速光耦隔离电路的输出端与所述反相器的第一输入端连接，所述反 相器的输出端与开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与储能电感电路的输入端 连接，所述储能感电路的输出端与所述串联锂电池组连接；所述高速光耦隔离电路的第一 输入端接收所述主控单元的控制信号。3. 根据权利要求1或2所述的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：所述主控单元 为TMS320F28335数字信号处理器；所述稳压处理电路为12伏稳压处理电路；所述隔离DC/ DC电路为12伏转5伏隔离DC/DC电路。4. 根据权利要求1或2所述的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：所述反相器为 74HC04反相器。5. 根据权利要求3所述的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：所述反相器为 74HC04反相器。
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池主动均衡控制方法，涉及锂电池技术领域；控制步骤是：1）系统初始化；预设设定值；2）对电池的电压和电流进行检测；3）主控单元中的数/模转换模块读取电压检测模块和电流检测模块检测到的数据并进行换算；4）主控单元对换算后的数据进行UKF运算并估算SOC；估算完成后计算SOC均值；5）主控单元计算各单体电池的SOC和SOC均值之间的差值；若差值大于设定值，则控制占空比并开启锂电池主动均衡模块对单体电池的SOC进行主动均衡，直到单体电池的SOC和SOC均值之间的差值小于设定值。它可以解决现有的锂电池均衡方案对SOC估算不精确的问题。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105140981
【申请号】CN201510336128
【发明人】刘胜永, 于跃, 赵振森, 李源
【申请人】广西科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年6月17日