一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法

本发明涉及锂电池组主动均衡，具体为一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法。

背景技术：

1、现在的电池均衡技术可以分为两种：一种是能量耗散型均衡，即被动均衡，这种均衡方式是通过电阻分流的方式将电量较高的电池的电量耗散出去，这种方式结构简单但会导致电能的浪费；另一种方式就是非能量耗散型均衡，即主动均衡，主动均衡又电池soc均衡、电池容量均衡和电池电压均衡，主动均衡效率较高，能量会由高的电池转移到低的电池。

2、均衡的对象即电池指标的选取，会直接影响到电池均衡的速度效率，均衡的对象包括以下几种：

3、(1)电池soc均衡：电池的荷电状态是均衡最为直接的指标，直接反映出了电池的剩余电量，该方式是以电池单体的soc作为均衡对象，使其达到一致水平。

4、(2)电池容量均衡：该方式是将电池单体的容量进行均衡，对整体电池组的容量进行最大化处理。

5、(3)电池电压均衡：电池单体的电压值是判断对外供电能力最直观的指标，并且它与电池荷电状态呈严格的正相关。

6、对比以上三种主动均衡控制方式，电池soc均衡对算法的精度要求高，且电池荷电状态难以直接测量；电池容量均衡容易对电池单体过充电，虽然可以实现均衡，但是损伤了电池的寿命；电池电压均衡获取简单且精度较高，可以避免对电池进行过充和过放，并且能够准确反映电池的荷电状态，所以综上所述，发明人选择对电池电压这一指标进行均衡，提出了一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，具备均衡效果好等优点，解决了传统均衡效果较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，包括以下具体步骤：

3、步骤1：将2n个电池单体平均分为两组，n＞1，n为正整数，通过电压测量元件采集电池单体的电压；

4、步骤2：根据式(1)和式(2)计算得到电池组内电池单体的最大电压差和两个电池组间的电压差：

5、δv1＝vmax-vmin式(1)

6、

7、其中vmax为电池单体中电压最高的电压数值，vmin为电池单体中电压最低的电压数值，v1至vn为其中一个电池组内电池单体的电压数值，vn+1至v2n为其中另一个电池组内电池单体的电压数值，δv1为电池组内电池单体的最大电压差，δv2为两个电池组间的电压差；

8、步骤3：分别判断δv1的数值和δv2的数值是否大于阈值电压xv，若否，则进入步骤2，若是，则进入步骤4；

9、步骤4：当δv1的数值大于xv时，利用模糊逻辑控制器调节电池组内电池单体间的能量转移路径，由电池组内电压数值最高的电池单体转移到其余电池单体中，当δv2的数值大于xv时，利用模糊逻辑控制器调节两个电池组间的能量转移路径，由电池组间电压较高的一组转移到电池组间电压较低的一组中。

10、进一步，步骤4所述锂电池组内组间双层电感均衡电路结构为：电池单体b1-b2n串联并分为两组，b1-bn为第一组，bn+1-b2n为第二组，两组电池数量相等；

11、组内均衡的电路结构为：

12、电池单体b1-b2n中任一电池单体bi与电压测量元件vi并联，所述电池单体bi的正极与电感元件li的一端连接，所述电感元件li的另一端连接开关管qi的d极和二极管di的正极，所述二极管di的负极连接电池单体b1的正极；所述开关管qi的s极连接电池单体bi的负极；所述电感元件li的一端还连接开关管qi-1的s极；其中，i＞1，i为正整数；

13、当i＝2时，所述电感元件l2的一端连接电感元件l1的另一端；所述电池单体b1与电压测量元件v1并联，所述电池单体b1的正极连接开关管q1的d极，所述开关管q1的s极连接电感元件l1的一端和二极管d1的负极，所述二极管d1的正极与电池单体b2n的负极相连；

14、组间均衡的电路结构为：

15、所述电池单体b1的正极连接开关管q2n+1的d极，所述开关管q2n+1的s极与电感l2n+1的一端相连；所述电池单体bn的负极与开关管q2n+2的s极连接，所述开关管q2n+2的d极连接电感l2n+1的一端相连；所述电感l2n+1的另一端连接电池单体bn+1的正极和电池单体bn的负极。

16、进一步，步骤4所述模糊逻辑控制器输入变量包括电池组内电池单体的最大电压差δv1和电池组间的电压差δv2，所述模糊逻辑控制器根据电池组内电池单体的最大电压差δv1和电池组间的电压差δv2获得输出变量开关管频率；

17、所述电池组内电池单体的最大电压差δv1和电池组间的电压差δv2的论域d均设置为[0，0.5]，通过模糊语言对输入变量进行描述，模糊语言的集合为小(small)、中(middle)和大(large)3个等级；

18、所述开关管频率的论域设置为[0，5]，通过模糊语言对输出变量进行描述，模糊语言的集合为小(small)，中(middle)，大(large)和超大(very large)4个等级。

19、进一步，步骤4所述利用模糊逻辑控制器调节电池组内电池单体间能量转移路径的方法包括以下具体步骤：

20、当电池单体b1电压最高时，并且满足电池单体电压最大值减去电池单体电压最小值的差大于0.01v，开关管q1导通，b1储能电感l1进行充电，充电结束后，关断开关管q1，储能电感l1对电池b2-b2n进行充电，完成能量转移；

21、当除了b1以外的电池bi电压最高时，并且满足电池单体电压最大值减去电池单体电压最小值的差大于0.01v，开关管qi导通，电池bi对储能电感li进行充电，充电结束后，关断开关管qn，储能电感ln对电池b1-bi-1进行充电，完成能量转移。

22、进一步，所述步骤4所述利用模糊逻辑控制器调节两个电池组间能量转移路径的方法包括以下具体步骤：

23、当第一组电池的平均电压比第二组电池的平均电压高时，并且满足平均值之差大于0.01v，开关管q2n+1导通，第一组电池对电感l2n+1进行充电，充电结束后，开关管q2n+1关断，开关管q2n+2导通，电感l2n+1对第二组电池进行充电，完成能量转移；

24、当第二组电池的平均电压比第一组电池的平均电压高时，并且满足平均值之差大于0.01v，开关管q2n+2导通，第二组电池对电感l2n+2进行充电，充电结束后，开关管q2n+2关断，开关管q2n+1导通，电感l2n+1对第一组电池进行充电，完成能量转移。

25、与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

26、该锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，与传统的单层锂电池组均衡电路相比，可以实现组内和组间同时进行电压均衡操作，可以提高电池组的均衡速度和能量利用率，减小能量损失。

技术特征：

1.一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.如权利要求1所述的一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，其特征在于：步骤4所述锂电池组内组间双层电感均衡电路结构为：电池单体b1-b2n串联并分为两组，b1-bn为第一组，bn+1-b2n为第二组，两组电池数量相等；

3.如权利要求2所述的一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，其特征在于：步骤4所述模糊逻辑控制器输入变量包括电池组内电池单体的最大电压差δv1和电池组间的电压差δv2，所述模糊逻辑控制器根据电池组内电池单体的最大电压差δv1和电池组间的电压差δv2获得输出变量开关管频率；

4.如权利要求3所述的一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，其特征在于：步骤4所述利用模糊逻辑控制器调节电池组内电池单体间能量转移路径的方法包括以下具体步骤：

5.如权利要求4所述的一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，其特征在于：所述步骤4所述利用模糊逻辑控制器调节两个电池组间能量转移路径的方法包括以下具体步骤：

技术总结
本发明涉及一种锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，通过测量电池组内电池单体的最大电压差和两个电池组间的电压差，然后对电池组内电池单体的最大电压差和两个电池组间的电压差的大小进行判断，最后利用模糊逻辑控制器分别调节电池组内电池单体间的能量转移路径和调节两个电池组间的能量转移路径，本发明涉及的锂电池组内组间双层电感均衡控制方法，与传统的单层锂电池组均衡电路相比，算法简单，可以实现组内和组间同时进行电压均衡操作，可以提高电池组的均衡速度和能量利用率，减小能量损失。

技术研发人员：张予衎,吴铁洲,杜亨昱,吴洋,胡钊瑞,张霄
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19