[发明专利]一种高效的电池主动均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池均衡技术领域，尤其涉及一种高效的电池主动均衡方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高和无记忆性等特点，其组成的电池组广泛应用于电动汽车和储能等系统。而电池单体的不一致性严重影响电池组的寿命和能量利用率，因此，电池均衡技术是锂电池组管理系统中的关键技术，可以有效提高电池组的工作寿命和能量利用率。

传统的均衡策略多以剩余容量均值为均衡中心点，以固定的带宽或比例来设定阈值，这种方法存在两个弊端：(1)阈值设定不科学，没有考虑电池充放电特性；(2)可能会出现只存在需要电量的电池或只存在给出电量的电池的情况，从而导致均衡无法进行；同时传统的相邻单体间能量转移路径实现电池均衡所需的操作步骤较多，给电池均衡过程带来许多麻烦；带有额外存储单元的均衡拓扑结构实现均衡操作次数固定，但操作次数也相对较多。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高效的电池主动均衡方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效的电池主动均衡方法，包括以下几个步骤：

(1)测定电池单体剩余容量，由低到高排序为Q₁,Q₂,Q₃,…Q_n；

(2)评估电池组整体剩余容量，调整充放电特性曲线分区长度，确定电池组整体剩余电量Q*的表达式，从而确定阈值修正因子f的表达式；

(3)根据步骤(2)中电池剩余电量值计算电池组剩余容量均值为Q_av，并以其为搜索起点，搜索均衡中心点Q_c；

(4)根据步骤(2)和步骤(3)，建立能量转移信息矩阵，通过线性规划求解转移最优路径。

所述步骤(2)中确定阈值修正因子的表达式，步骤如下：

1)采用安全系数σ调整电池充放电曲线分区长度，将Ⅰ区的区域长度调整为之前的(1+σ_S)倍，将Ⅲ区的区域长度调整为之前的(1+σ_E)倍；

2)确定电池组整体剩余电量Q*的表达式：

式中，Q_i为各单体剩余电量，Q_Sσ为Ⅱ′区起始电量，Q_Eσ为Ⅱ′区截止电量；当Q^*∈II区时，令

3)确定阈值修正因子表达式：

式中，l*为调整后的Ⅱ区区域长度。

所述步骤(3)中均衡中心点Q_c的确定，步骤如下：

1)根据权利要求1中步骤(1)所测电量的分布，确定阈值修正因子f和安全系数δ，计算电量均值Q_av，设定搜索步长h；

2)令Q_C0-Q_aV,Q_C1-Q_aV+h,分别确定m和r；

ΔQ＝|Q_M-Q_L|(6)

计算ΔQ₁和ΔQ₀，

式中，m为电量高出阈值的电池数量，r为电量低于阈值的电池数量，Q_M为低于阈值的电池可得到的总电量，Q_L为低于阈值的总电量，η为考虑电路损耗引入的能量转移效率；

3)比较上述所计算的ΔQ₁和ΔQ₀的大小，若ΔQ₁小，则沿着原搜索方向继续进行搜索；若ΔQ₀小，则返回搜索原点，反方向进行搜索；

4)根据上述方法进行搜索，搜索到的ΔQ_min即对应最优均衡中心点Q_c。

所述的步骤(4)中确定能量转移最优路径的求解,步骤如下：

首先，建立能量转移信息矩阵T_m×r：

其中x_ij能量电池i向低能量电池j转移x位电量；

然后，将此问题转化为下式约束优化问题:

式中，S(T)为矩阵T_m×r的稀疏度，为电池j低于阈值的能量，为电池i高出阈值的能量；求得方程组的解即为能量转移最优路径。