[发明专利]一种串联电池组双电压直接均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种串联电池组双电压直接均衡控制方法。双电压是指串联电池组所有单体电池中最大的单体电池端电压和最小的单体电池端电压，直接均衡是指，均衡过程中，第n（n为奇数，n=1,3,5…）个均衡周期对最大端电压对应的单体电池进行放电均衡，第n+1个周期对最小端电压对应的单体电池进行充电均衡，依次交替对最大端电压单体电池放电均衡和最小端电压单体电池充电均衡，直到满足电池组一致性指标即停止均衡。本发明能够在既有硬件的基础上大大提高电池组端电压的均衡速度，或者在均衡过程中转移相同能量的前提下减小储能元件的体积。该控制方法适用于电池组均衡管理系统。

技术领域

本发明涉及一种串联电池组均衡控制方法，适用于新能源汽车或微电网储能系统中电池管理系统。

背景技术

由于电池组中单体电池的不一致性，导致电池组充电完成后，部分单体电池并未充满；电池组放电完成后，部分单体电池并未放完，结果，电池组的实际可用容量比各单体电池的容量之和减小，并且，电池组的循环寿命也受到影响，均衡电路的作用即是减小单体电池不一致性对整体电池组的影响，进而提高电池组能量利用率，延长电池组使用寿命。

电池组均衡作为电池管理系统最重要的功能，国内外众多学者对其进行了研究。均衡技术的研究包括均衡电路结构的研究和均衡控制方法的研究。本发明内容涉及均衡控制方法的研究。对于均衡电路控制方法的研究，重点是确定均衡指标，目前常见的均衡指标包含电池端电压、电池SOC或电池内阻等。

北京交通大学姜久春、张彩萍教授团队对串联电池组均衡诊断及一致性进行研究，提出SOC变化相比于容量、端电压、内阻，对电池组的一致性影响更大，更能反映电池组的不一致性，并未否定端电压、容量也会对一致性产生影响。合肥工业大学刘新天研究员设计出了一种新型的基于功率电感的均衡拓扑，均衡效果良好，但未见从原理上阐明选择SOC作为均衡指标的原因。香港理工大学Yuanmao等人提出利用电容传递均衡能量的拓扑结构，以电池端电压作为均衡指标，虽然具有较高的精度，但并未解释选择端电压作为均衡指标的原因。韩国浦项科技大学Kyung-MinLee等人，马来西亚国家能源大学Mohammad等人和我国山东大学张成辉等人设计出了基于变压器的主动均衡电路，以电池端电压作为均衡指标，虽然其具有良好的均衡效果，但变压器型均衡电路扩展性较差，当电池组包含的单体电池数量变化时，需要重新设计电路，并且变压器可能存在漏磁现象。香港理工大学Dah-Chuan等人同时利用电感、电容设计出了高精度的均衡拓扑，虽然精度较高，但其结构复杂，可能并不适合实际应用。

总体而言，目前均衡控制方法的研究多以单体电池端电压为均衡指标，未来，设计可以快速直接均衡的拓扑结构，探索更能反映电池组一致性的均衡指标，是电池组均衡技术的研究目标。

发明内容

本发明涉及均衡控制方法的研究，以电池端电压作为均衡指标，将充电过程的均衡控制和放电过程的均衡控制合二为一，充放电均衡过程中，不仅对端电压高的单体电池进行放电均衡，也要对端电压低的单体电池进行充电均衡，最终实现提高均衡速度，或者同样的均衡速度条件下，减小均衡电流，进而减小均衡过程对单体电池性能的影响。

基于此，本发明提出以串联电池组中最高的单体电池端电压和最低的单体电池端电压共同作为均衡指标制定均衡控制方法。

进一步的，该方法包含以下内容：

（1）设定均衡指标

以电池组中最大单体电池端电压和最小单体电池端电压的差值作为均衡指标，设各单体电池的端电压为U_i，最大的端电压为U_max，最小端电压为U_min，令：

D=U_max-U_min（1）