一种电池组电压均衡控制方法

本发明属于电池管理，具体涉及一种电池组电压均衡控制方法。

背景技术：

1、电池在生产过程中，由于工艺上的问题和材质的不均匀，使得电池极板的活性物质活化程度、厚度等存在微小的差别，导致对于同一批次出厂的同一型号电池来说，其内部结构和材质不完全一致，从而使得容量、内阻等并不完全一致。在使用过程中，由于电池组中各个电池的电解液密度、温度和通风条件、自放电程度、放电深度及充放电过程等存在差异，使得各个电池的衰退速度各不相同，且使用过程中产生的差异具有累积性，进一步扩散了出厂电池的不一致性，导致各个电池的容量、内阻各不相同，另外，初始soc差异随着库伦效率的差异将会进一步被放大，导致放电深度的差异不断扩大，也会导致容量和内阻的差异不断扩大。

2、电池的不一致性带来soc不均衡问题，soc就是state of charge的缩写，指的是电池目前的容量状态。100％soc就是在设计使用范围内充满电，0％就是在设计使用范围内电量放光。

3、soc不均衡导致过充或过放，影响整个电池系统的容量，因此需要对各电池组进行soc协调控制。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电池组电压均衡控制方法，其结构简单、设计合理，选择soc偏移量δsocnt和电池电压偏移量δvnt两个变量作为均衡评价指标，基于可学习权重计算相内电压均衡控制器的输入量，通过叠加方法对电池组内电压过高或过低的单体电池进行电压均衡，能够避免电池组之间的电压差过大所造成的安全隐患，延长了电池组整体的寿命。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

3、步骤一、根据公式δsocnt＝socnt-socave-t计算t时刻第n相的soc偏移量δsocnt，socnt表示t时刻第n相电池组的soc值，socave-t表示t时刻相内电池组的平均soc值，n＝1,2,3；

4、步骤二、根据公式δvnt＝vnt-vave-t计算t时刻第n相的电池电压偏移量δvnt，vnt表示t时刻第n相电池组的电池电压，vave-t表示t时刻相内电池组的平均电池电压；

5、步骤三、建立初始权重向量：

6、步骤301：以t时刻的δsocnt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到soc二维图像；以t时刻的δvnt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到电压二维图像；

7、步骤302：对soc二维图像和电压二维图像分别提取特征，得到第一特征图和第二特征图；

8、步骤303：对第一特征图和第二特征图分别进行池化操作，得到池化值，以池化值构建第一初始权重向量和第二初始权重向量；

9、步骤四、构建基于深度神经网络的可学习权重模型：

10、步骤401：建立多层感知mlp模型；

11、步骤402：将第一初始权重向量和第二初始权重向量输入多层感知mlp模型，mlp模型输出可学习权重w；

12、步骤五、相内电压均衡控制：基于可学习权重计算相内电压均衡控制器的输入量：根据公式errn(t+k)＝w·δsocnt·k1+(1-w)·δvnt·k2计算相内电压均衡控制器的t+k时刻的第n相的输入量errn(t+k)，相内电压均衡控制器输出第n相需要叠加的调制波vn(t+k)。

13、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤五、相内电压均衡控制的具体方法还包括：相内电压均衡控制的触发条件为：若满足或则进行相内电压均衡控制，否则返回步骤一，其中，tnt表示t时刻第n相电池组的表面温度，tset表示设定温度，β表示折扣系数，d1表示第一触发阈值，d2表示第二触发阈值，a表示第一常数，b表示第二常数，c表示第三常数。

14、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤五、相内电压均衡控制的具体方法还包括：相内电压均衡控制的结束条件为：若满足则相内电压均衡控制结束，返回步骤一，d3表示第一结束阈值，d4表示第二结束阈值。

15、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：若不满足则判断是否到达下一采样周期，若到达下一采样周期，则返回步骤一，否则等待进入下一采样周期。

16、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：所述第n相需要叠加的调制波其中，k3表示比例系数，ω表示电网角频率，θ表示注入零序电压的相位。

17、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤301中以t时刻的δsocnt和截止t时刻电池的使用时长tt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到soc二维图像；以t时刻的δvnt和截止t时刻电池的使用时长tt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到电压二维图像。

18、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤302中，采用v-net网络模型对soc二维图像和电压二维图像分别提取特征，得到第一特征图和第二特征图。

19、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤303中对第一特征图分别进行第一池化操作和第二池化操作，得到第一池化值和第二池化值，第一初始权重向量由第一池化值和第二池化值构成；对第二特征图分别进行第一池化操作和第二池化操作，得到第三池化值和第四池化值，第二初始权重向量由第三池化值和第四池化值构成。

20、上述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：第一池化操作为平均池化，第二池化操作为最大池化。

21、本发明与现有技术相比具有以下优点：

22、1、本发明的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。

23、2、本发明选择soc偏移量δsocnt和电池电压偏移量δvnt两个变量作为均衡评价指标，达到电池组任意两相之间的一致性，当任意两相都达到一致，实现整个电池组的均衡控制。

24、3、本发明以soc偏移量和电池使用时长构造soc二维图像，以电压偏移量和电池使用时长构造电压二维图像，以实现对场景的有效描述，从而适用于神经网络进行机器学习和分类。

25、4、本发明基于可学习权重计算相内电压均衡控制器的输入量，相内电压均衡控制器输出第n相需要叠加的调制波，通过设置叠加方法对电池组内电压过高或过低的单体电池进行电压均衡，使电池组内的电池都工作在相近的电压上，提高了电池组整体的可靠性与安全性。

26、综上所述，本发明结构简单、设计合理，选择soc偏移量δsocnt和电池电压偏移量δvnt两个变量作为均衡评价指标，基于可学习权重计算相内电压均衡控制器的输入量，通过叠加方法对电池组内电压过高或过低的单体电池进行电压均衡，能够避免电池组之间的电压差过大所造成的安全隐患，延长了电池组整体的寿命。

27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤五、相内电压均衡控制的具体方法还包括：相内电压均衡控制的触发条件为：若满足或则进行相内电压均衡控制，否则返回步骤一，其中，tnt表示t时刻第n相电池组的表面温度，tset表示设定温度，β表示折扣系数，d1表示第一触发阈值，d2表示第二触发阈值，a表示第一常数，b表示第二常数，c表示第三常数。

3.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤五、相内电压均衡控制的具体方法还包括：相内电压均衡控制的结束条件为：若满足则相内电压均衡控制结束，返回步骤一，d3表示第一结束阈值，d4表示第二结束阈值。

4.按照权利要求3所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：若不满足则判断是否到达下一采样周期，若到达下一采样周期，则返回步骤一，否则等待进入下一采样周期。

5.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：所述第n相需要叠加的调制波其中，k3表示比例系数，ω表示电网角频率，θ表示注入零序电压的相位。

6.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤301中以t时刻的δsocnt和截止t时刻电池的使用时长tt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到soc二维图像；以t时刻的δvnt和截止t时刻电池的使用时长tt作为矩阵元素，以矩阵元素作为图像像素点得到电压二维图像。

7.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤302中，采用v-net网络模型对soc二维图像和电压二维图像分别提取特征，得到第一特征图和第二特征图。

8.按照权利要求1所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：步骤303中对第一特征图分别进行第一池化操作和第二池化操作，得到第一池化值和第二池化值，第一初始权重向量由第一池化值和第二池化值构成；对第二特征图分别进行第一池化操作和第二池化操作，得到第三池化值和第四池化值，第二初始权重向量由第三池化值和第四池化值构成。

9.按照权利要求8所述的一种电池组电压均衡控制方法，其特征在于：第一池化操作为平均池化，第二池化操作为最大池化。

技术总结
本发明公开了一种电池组电压均衡控制方法，包括以下步骤：步骤一、计算t时刻第n相的SOC偏移量ΔSOC<subgt;nt</subgt;；步骤二、计算t时刻第n相的电池电压偏移量ΔV<subgt;nt</subgt;；步骤三、建立初始权重向量；步骤四、构建基于深度神经网络的可学习权重模型；步骤五、相内电压均衡控制。本发明结构简单、设计合理，选择SOC偏移量ΔSOC<subgt;nt</subgt;和电池电压偏移量ΔV<subgt;nt</subgt;两个变量作为均衡评价指标，基于可学习权重计算相内电压均衡控制器的输入量，通过叠加方法对电池组内电压过高或过低的单体电池进行电压均衡，能够避免电池组之间的电压差过大所造成的安全隐患，延长了电池组整体的寿命。

技术研发人员：赵国欣,胡青璞,刘金浦,李杰,高杨,刘亚平,聂光辉,张培航
受保护的技术使用者：黄河水利职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15