一种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电动汽车电池管理系统领域，特别设及一种基于电流预测的动力电池 组均衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于空气质量的日益恶化W及石油资源的渐趋匿乏，低排放、低油耗的新 型电动汽车成为当今世界各大汽车公司的开发热点。动力电池作为电动汽车的关键部件， 对整车动力性、经济性和安全性都有重大影响。
[0003] 由于单体电池容量有限，且电压较低，而电动汽车所需的电池容量大，所W其动力 电池组需要由多个单体电池串并联组成W满足使用要求。如此一来，在实际使用中，由于同 一型号的单体电池间存在不可避免的不一致性问题，将严重影响电池组使用寿命，并且容 易导致出现过充和过放现象。为了改善电池组的不一致性问题，延长电池组的使用寿命，大 幅度提高电池组的整体性能，保证电池组使用的安全性和可靠性，则需要采用均衡控制。虽 然如今已有大量的关于电动汽车的电池组均衡控制策略被提出，但是都或多或少地忽略了 电池组的老化及溫度情况，导致各电池的差异终将越来越大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电流预测的动力电 池组均衡控制方法，实现电动车辆动力电池组的能量均衡，延长电池组的使用寿命，提高电 池组的整体性能。
[000引本发明的目的通过如下技术方案实现:一种基于电流预测的动力电池组均衡控制 方法，包括如下步骤：
[0006]S1、建立电池等效电路模型W及选择均衡拓扑结构；
[0007]S2、预测电池组输出电流；
[0008]S3、计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各单 体电池总的不平衡度；
[0009]S4、根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，W此得到开关组合决策，并 计算开关占空比。
[0010] 所述步骤Sl中的电池等效电路模型为一个电压源Uoc、一个欧姆电阻Ro、一个电容 Cb和一个RC环路(Rp、Cp)，即PNGV等效电路模型；电池组均衡拓扑结构为基于buck-boost的 电感型均衡电路，每个电池都对应有各自的充电和放电均衡回路。
[0011] 所述步骤S2中的预测电池组输出电流的方法为:假设在化-2)t时刻电池组输出电 流为ip2,在化-IH时刻电池组输出电流为ipl，在kt时刻电池组输出电流为ic，则下一时刻即 化+l)t时刻电池组输出电流ii为：^ =tx+ ― 二2it. - 其中 k为整数。
[0012] 所述步骤S3中计算不平衡度的方法为：
[0013] S31、由n节单体电池串联组成的电池组，分别记为Bi，B2，……，Bn，利用安时积分法 估算各单体电池的SOC，分别记为Sl，S2，……，Sn,其中的最小值记为Smin,根据热量守恒计算 电池溫度T，分别记为Tl，T2，……，Tn，其中的最小值记为Tmin;基于溫度对电池老化影响的机 理，估算出电池老化率，分别记为El，E2，……，En,其中的最小值记为Emin,由公式P=I2R及预 测的输出电流可得t时刻后电池将产生的热量，分别记为fl，f2，……，fn，其中的最小值记为 fmin；
[001 4] S32、单体电池的各项不平衡度为D(Si)二Si-Smin,D(Ti)二Ti-Tinin，D(￡i)二 ￡ 广￡min,D (fi)二fi-fmin，其中i二 1，2，......，n;
[001引 S33、最终，单体电池总的不平衡度为：化=心)(扣）+WpD(Pi) --W,(D化）+ 雌D煤)))曲，其中We、Wp、WT为权重常数，且We+Wp+WT=l，Wf为将产生的热量不平衡度的补偿 系数，为一常数，T为充放电时间。
[0016] 所述步骤S4中的约束条件为：IbalminUibal(t) <Ibalmax,巧=11化,，1似二 0，lib(t) = Iic(t) +Iibal(t)，其中libal(t)为电池Bi在t时刻的均衡电流，Ibalmin为均衡电流最小值，Ibalmax 为均衡电流最大值，Iic(t)为电池Bi充放电电流，Iib(t)为流过电池Bi的总电流；由此可解得 Di的最大值Dmax与最小值Dmin。由此可得开关组合决策为：在一个开关周期内，导通Dmax对应 的电池Bmax的放电均衡回路，电池给电感充电，导通一段时间后，关断；同时导通Dmin对应的 电池Bmin的充电均衡回路，电感释放能量给电池;开关占空比取值
，其中SVis 为提供均衡能量的电池电压和，SVir为吸收均衡能量的电池电压和。
[0017]本发明与现有技术相比，在电池均衡中加入了溫度、老化率W及预测电流的影响， 能够极大程度地改善电池组的平均溫度和老化率，并利用将产生的热量影响减少了均衡过 程中的能量损耗，大幅度提高了电池组的整体性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的基于电流预测的动力电池组均衡控制方法流程图。
[0019] 图2为所述方法中的电池等效电路模型图。
[0020]图3为所述方法中的均衡拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0022] -种基于电流预测的动力电池组均衡控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0023]Sl、建立电池等效电路模型W及选择均衡拓扑结构；
[0024]S2、预测电池组输出电流；
[0025]S3、计算各单体电池将产生的热量、老化率、SOC和溫度不平衡度，并由此可得各单 体电池总的不平衡度；
[0026]S4、根据约束条件，求得不平衡度的最大值与最小值，W此得到开关组合决策，并 计算开关占空比。
[0027]如图2所示，所述步骤SI中的电池等效电路模型为一个电压源Uoc、一个欧姆电阻 Ro、一个电容Cb和一个RC环路(Rp、Cp)，即PNGV等效电路模型；其中化C为理想电压源，表示动 力电池的开路电压。Ro表示电池的欧姆电阻。Cb用于描述随着负载电流的时间累计而产生的 开路电压的变化。用Rp与Cp为电池极化电阻与电容，其构成的环路用来模拟电池的极化过 程。
[0028] 电池组均衡拓扑结构为基于buck-boost的电感型均衡电路，每个电池都对应有各 自的充电和放电均衡回路。
[0029] 如图3所示，是均衡拓扑结构图。每个电池Bi都对应有自己的充电和放电回路。充 电回路的控制开关为Si-I,a与Si,b，放电回路的控制开关为Si-I,b与Si,3。假设电池单体Bx的总 不平衡度Dx为最大值，By的总不平衡度Dy为最小值，则先控制开关管Sx-I,b、Sx,a导通，电池放 电，电感L充电，导通一定时间后关断，同时控制开关管Sy-I,a、Sy,诏通，使电感