基于模糊-pi控制的锂电池主动均衡控制方法
【专利摘要】本发明公开了基于模糊?PI控制的锂电池主动均衡控制方法，涉及锂电池技术领域；1)、检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的SOC值；2)、设电池组为n节单体电池串联，则电池组的SOC均值各节电池的SOC差值3)、当ΔSOC≥设定值时，启动模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值和所述差值ΔSOC为输入，并将所述均值和所述差值ΔSOC进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象。本发明可以解决现有的锂电池均衡方法存在的均衡时间长，能量浪费严重，以寿命换取电能利用率，无法保证均衡的效率和精度，均衡判据不稳定的问题。
【专利说明】
基于模糊-PI控制的裡电池主动均衡控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及裡电池技术领域;尤其是一种裡电池均衡的基于模糊-PI控制的主动 均衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着裡电池技术的发展和节能环保的受到各方面越来越多的重视，裡电池的应用 领域越来越广阔，如便携式电子产品、电动汽车W及太阳能发电系统等新能源领域。为满足 用电装置的功率驱动要求，通常采用串联电池的方式来提高电压等级。然而，现有的技术无 法保证各单体电池相关电池参数的一致性，尤其是各单体电池荷电状态（state of charge,简称SOC)的一致性。通过均衡装置缩小各单体电池的SOC差异，不仅可W使动力电 池组的使用寿命最大化，容量利用最大化，而且关系到动力电池组的动力性能、能源利用效 率及整个用电装置的运行与安全。
[0003] 目前有多种裡电池均衡控制方法，如容量浮充式均衡方法，该方法在满电后对所 有电池继续进行浮充充电W使所有电池的容量达到一致。运种方法具有过高的浮充电压并 且大多数单体电池都处于过冲状态，是一种W寿命换取电能利用率的方式。平均值、差值比 较均衡控制方法具有简单，实现容易，但无法保证均衡的效率和精度。电压式均衡方法W电 压替代S0C作为均衡依据，存在W外电压作为电池组一致性判据所导致的均衡判据不稳定 的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于模糊-PI控制的裡电池主动均衡控制方法，它可W 解决现有的裡电池均衡方法存在的均衡时间长，能量浪费严重，W寿命换取电能利用率，无 法保证均衡的效率和精度，均衡判据不稳定的问题。
[0005] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是:运种基于模糊-PI控制的裡电池主 动均衡控制方法，步骤为：1)、首先检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端 电压，利用UKF算法估算各节单体电池的S0C值； 2 )、设电池组为η节单体电池串联，则电池组的S0C均隹
，各节 电池的S0C差值，A S0C为电池组中单体电池的最大S0C差值； 3)、当Δ S0C >设定值时，启动模糊控制器，所述模糊控制器W所述均值凉^和所述差 值A S0C为输入，并将所述均值藻5和所述差值Δ S0C进行模糊运算后得到一个精确的均 衡电流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象。
[0006] 上述技术方案中，更为具体的方案还可W是:经过所述步骤1)至3)后，由检测单元 检测所述被控对象的实际均衡电流最大值，再反馈到所述PI控制器，由所述PI控制器保证 所述实际均衡电流收敛于所述模糊控制器输出的均衡电流最大值Imax，进而实现主动均衡 系统的闭环控制。
[0007] 更进一步:所述模糊控制器的忍片为TMS320F28335忍片。
[0008] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：由于本发 明中设置有模糊控制器，模糊控制器W电池组的均值雨^和差值A S0C为输入，均衡电流最 大值Imax为输出量。较大的A S0C意味着较大的Imax此陕速减小偏差;较小的Δ S0C则用较小 的ImaxW减小能量损耗。当电池组雨^较大时需要较大的ImaxW迅速减小偏差；当电池组凉^ 较小时W较小的Imax均衡，W避免对电池造成的损害，当合理调制隶属度时，可W实现均衡 速度和均衡效率的优化控制。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的方框示意图。
[0010] 图2是本发明的隶属度函数图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述： 图1所示的裡电池主动均衡控制方法，步骤为：1)、检测串联电池组的充放电电流信号 和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的S0C值； 2) 、设电池组为η节单体电池串联，则电池组的S0C均值
各节 电池的S0C差值AWCi = |wc,-^i，A S0C为电池组中单体电池的最大S0C差值； 3) 、当Δ S0C >设定值时，启动模糊控制器1，模糊控制器1W均值而^和差值Δ S0C为输 入，并将均值:森S和差值A S0C进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出， 经PI控制器2,执行单元3到达被控对象4。
[0012] 经过所述步骤1)至3)后，由检测单元5检测被控对象4的实际均衡电流最大值，再 反馈到PI控制器2,由PI控制器2保证实际均衡电流收敛于模糊控制器1输出的均衡电流最 大值Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。
[0013] 本发明的模糊控制器1是双输入单输出的控制器，其忍片为TMS320F28335忍片。模 糊控制器1选择电池组的S0C均值凉?和各节电池的S0C差值Δ S0C作为输入量，均衡电流 最大值Imax为输出量。较大的Δ S0C意味着较大的ImaxW快速减小偏差;较小的Δ S0C则用较 小的ImaxW减小能量损耗。当电池组添^较大时需要较大的ImaxW迅速减小偏差；当电池组 ;而产较小时W较小的Imax均衡，W避免对电池造成的损害，当合理调制隶属度时，可W实现 均衡速度和均衡效率的优化控制。
[0014] 选择Ξ角形作为隶属度函数的形状，根据裡电池特性将Δ S0C、雨5和Imax分为很小 (VS)、小(S)、中等(M)、大(B)、很大(VB)五个等级，其中0< ASOC^OO,〇：s历^<K)〇，Imax根据 实际需求设置，模糊控制隶属度函数如图2所示。
[001引 W Δ S0C、京巧为系统输入，均衡电流为系统输出，控制原则如下：（1)当A S0C较 大，雨^较大时用较大的均衡电流W提高均衡速度，避免电池过充；（2)当Δ S0C较大，京形较 小时用较小的均衡电流W避免电池过放；（3)ΔS0C较小，涼^^较大时用较小的均衡电流W 减小能量损耗；（4) ASOC较小，历^较小时用较小的均衡电流W修正偏差。根据上述原则， 得到模糊原则如表1所示。
[0016] 表1模糊原则表
模糊控制器1应用于均衡电流控制速度更快，能量利用率更高，运是由于模糊控制器1 能够因 S0C差值和S0C均值智能调节电流，在差值大时采用大电流迅速减小偏差，在差值小 时采用小电流提高能量利用率，因而实现了均衡速度和能量利用率的优化控制。
[0017] 由检测单元5测量均衡电路中的实际均衡电流最大值I'max，由PI控制器2保证均衡 电流收敛于模糊控制器1输出的Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。在该系统中，PI控 制器2的输入为模糊控制器1输出的Imax，输出为固定频率、占空比变动的驱动信号，通过驱 动信号控制开关管的导通与关断，W实现均衡电流方向和大小的控制。通过调节PI参数可 使实际均衡电流最大值I'max收敛于模糊控制器1输出的Imax附近，进而避免了输出偏差造成 的不良影响，保证了模糊控制的输出效果。
【主权项】
1. 一种基于模糊-pi控制的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于:步骤为：1)、检测串 联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的 SOC 值； 2) 、设电池组为η节单体电池串联，则电池组的SOC均值--各节 11 电池的S0C差值，Δ S0C为电池组中单体电池的最大S0C差值； 3) 、当Δ S0C 2设定值时，启动模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值W和所述差值 A S0C为输入，并将所述均值^和所述差值△ S0C进行模糊运算后得到一个精确的均衡电 流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象。2. 根据权利要求1所述的基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于： 经过所述步骤1)至3)后，由检测单元检测所述被控对象的实际均衡电流最大值，再反馈到 所述PI控制器，由所述PI控制器保证所述实际均衡电流收敛于所述模糊控制器输出的均衡 电流最大值I max，进而实现主动均衡系统的闭环控制。3. 根据权利要求1或2所述的基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，其特征在 于:所述模糊控制器的芯片为TMS320F28335芯片。
【文档编号】H02J7/00GK105870993SQ201610165107
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】刘胜永, 于跃, 黄俊华, 王建超, 雷贺鈞
【申请人】柳州市中航能源科技有限公司