串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用Buck?Boost變換器構(gòu)成的非耗散型均衡電路對串聯(lián)蓄電池組均衡電流進行定量控制的方法，包括并行的電流環(huán)控制分支和電壓環(huán)控制分支，電流環(huán)控制分支包括：啟動電流檢測，采集流過每個單體電池的電流值；在流過單體電池VBx的電流|IBx|小于給定電流閥值Ik的情形，開關管Q1～Qn由占空比最大的PWM信號控制，當|IBx|大于Ik時，對電流I1～Ix進行比較，得到電流Ix的最大值Imax，將Imax作為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入值，經(jīng)調(diào)節(jié)后輸出滿足閾值要求的占空比可變的兩路信號PWM1和PWM2，用于控制開關管Q1～Qn的導通時間。通過上述控制方案，實現(xiàn)了電池組均衡電流的定量控制，減小了均衡時間。
【專利說明】
串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及電池組均衡技術領域，特別是指一種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控 制方法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)有的電池充放電均衡一體化的控制技術中，蓄電池組容量高，使用范圍廣泛， 但其造價較高。而且，單體電池由于自身和外界環(huán)境等因素的影響，串聯(lián)電池組在使用過程 中會出現(xiàn)電壓不均衡現(xiàn)象，從而降低整組電池的容量，減小輸出功率，導致電池利用率下降 (參見參考文獻1)。
[0003] 在目前的制造工藝及應用條件下，單體電池產(chǎn)品性能的差異不可避免，實踐證明， 對串聯(lián)電池組進行均衡控制使電池組的每個單體電池的電壓相等是一種提高電池組壽命 的有效方法，目前國內(nèi)外常用的均衡拓撲結(jié)構(gòu)主要有耗散型均衡電路和非耗散性均衡電路 (參見參考文獻2)。參考文獻3掲示了一種基于正激電路，通過多級開關控制電壓最高的電 池向電壓最低的電池放電，達到電池組均衡的方法。參考文獻4披露了一種運用傳統(tǒng)Buck- Boost 變換器構(gòu)成的均衡電路來實現(xiàn)單體電池之間電壓均衡的控制方案。
[0004] 但是，W上控制方法都僅限制在實現(xiàn)電池電壓均衡控制的范疇，均未提及均衡過 程中如何控制均衡電流、改善均衡速度。而且，傳統(tǒng)的Buck-Boost變換器構(gòu)成的非耗散型均 衡電路，雖然應用比較廣泛，但在串聯(lián)電池組均衡過程中容易出現(xiàn)均衡速度慢、均衡電流不 可控等問題。
[0005] 參考文南犬 1 :Ziling Nie ,and Chris Mi , "Fast Battery Equalization with Isolated Bidirectional DC-DC Converter for PHEV Applications，'，IEEE Vehicle Power&Propulsion Conference 2009;
[0006] 參考文獻2:LING Rui，WANG Lizhi，HUANG Xueli，DAN Qiang，ZHANG Jie，"A Review of Equalization Topologies for Lithium-ion Battery Packs^^Proceedings of the 34th Chinese Control Conference July 28-30,2015,Hangzhou,China；
[0007] 參考文獻3: linlei Sun，Rengui Lui，Guo Wei，Bingliang Xu，Qiunbo Zhu, "A High Efficiency Equalizer based on Forward Converter for Series Connected Battery String^2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference，Oct.9-12， 2012,Seoul,Korea；
[000引 參考文獻4: Qiang-Hua Lin，Hsuan-Yi Qiao，"BatteiT Management System w;Uh Dual-Balancing Mechanism for LiFeP04 Battery Module，，，Tencon IEEE Region 10 Conference20110

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于上述問題，針對串聯(lián)蓄電池組常用的Buck-Boost變換器構(gòu)成的均衡電路，本 發(fā)明的目的在于提供一種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，其引入了電壓、電流雙 閉環(huán)并行控制技術，電壓環(huán)用于確定各個開關管導通或關斷狀態(tài)，開關管的導通時間則由 電流環(huán)生成的占空比可變的PWM信號確定，通過調(diào)節(jié)電流環(huán)的給定值，能夠?qū)⒏鱾€均衡電流 的大小限制在給定值范圍之內(nèi)，從而實現(xiàn)均衡電流的定量控制。
[0010]基于上述目的，本發(fā)明提供一種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，采用 Buck-Boost變換器構(gòu)成的非耗散型均衡電路對串聯(lián)蓄電池組進行均衡電流定量控制，所述 非耗散型均衡電路工作時，比較相鄰的單體電池兩端的電壓，使其中電壓較高的電池對應 的開關管導通，通過均衡電感，向電壓較低的電池轉(zhuǎn)移能量，最終實現(xiàn)電池間電壓的均衡， 其中所述定量控制方法包括并行的電流環(huán)控制分支和電壓環(huán)控制分支，所述電流環(huán)控制分 支包括：
[00川電流采集步驟，啟動電流檢測，采集流過每個單體電池 VbI~VBn的電流值IBx，其中1 <x<n，n為大于1的自然數(shù)；
[001^ 電流比較步驟，在流過第X單體電池 Vbx的電流I Ibx I小于給定的電流閥值Ik的情形， 當?shù)谝恢恋讦情_關管化~Qn導通時，給定占空比最大的nm信號，當I Ibx I大于給定的電流閥 值Ik時，取單體電池誤差電流Ix= |lBx|-Ik，其中1含X含η,對第一誤差電流Ii~第X誤差電流 Ιχ進行比較，得到最大誤差電流Imax，并將Imax作為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入值；W及
[0013] 電流調(diào)節(jié)步驟，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后，輸出滿足闊值要求的占空比可變的第一路信號 PWM1和第二路信號PWM2，用于控制第一至第η開關管化~Qn的導通，
[0014] 在所述電壓環(huán)控制分支中，對所采集的相鄰兩個電池的電壓進行比較，當該兩個 電池的電壓滿足一定關系時，控制相應的開關管導通，從而高電壓電池向低電壓電池釋放 能量，并最終實現(xiàn)串聯(lián)電池組VbI~VBn間的能量均衡。
[0015] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，所述電壓環(huán)控制 分支包括：
[0016] 電壓采集步驟，啟動電壓檢測，采集每個單體電池 VbI~VBn的電壓；
[0017]電壓比較步驟，比較相鄰兩個電池的電壓；
[001引電壓調(diào)節(jié)步驟，在所述電壓比較步驟中，當?shù)谝浑姵?Vbi滿足Ub廣化2〉即寸，所述第一 路信號PWM1控制第一開關管化導通，實現(xiàn)第一電池 Vbi向第二電池 VB2傳遞能量;當?shù)趛單體電 池 VBy的電壓UBy滿足UBy-UBy-l〉K或UBy-UBy + l〉K時，所述電流控制分支中產(chǎn)生的第二路信號 PWM2控制與所述電池 VBy對應的第y開關管Qy導通，實現(xiàn)第y電池 VBy向第y-1電池 VBy-1和第y+1 電池 VBy+l釋放能量；當?shù)讦请姵?VBn滿足UBn-化η-1〉Κ時，所述第一路信號P歷1控制開關管Qn導 通，實現(xiàn)第η電池 VBn向第n-1電池 VBn-1傳遞能量，其中Ky<n，K為均衡電壓臨界值，當相鄰電 池的電壓差超過即寸，開啟電池組的均衡。
[0019] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，在所述電流比較 步驟中，最大誤差電流Imax追蹤給定的誤差系數(shù)λ，使流過第X電池的電流Ife滿足I Ibx I < Ik+ λ，最大誤差電流Imax輸入到PI調(diào)節(jié)器。
[0020] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電池組均衡電流的定量控制方法，在所述電流調(diào)節(jié)步驟中， 控制第一開關管化、第η開關管Qn導通的第一路信號PWM1的占空比滿足化含0.5，控制第二開 關管化~第n-1開關管Qn-i導通的第二路信號PWM2的占空比滿足化< 2/3。
[0021] 進一步地，根據(jù)本發(fā)明的電池組均衡電流的定量控制方法，在流過單體電池 Vbx的 電流IIbxI小于給定的電流閥值Ik的情形，當?shù)谝婚_關管化、第η開關管Qn導通時，所述第一路 信號P歷1的占空比化= 0.5,當?shù)诙_關管化~第n-1開關管Qn-1導通時，所述第二路信號 PWM2的占空比〇2 = 2/3。
[0022] 可選地，根據(jù)本發(fā)明的電池組均衡電流的定量控制方法，在流過單體電池 Vbx的電 流IIbxI小于給定的電流閥值Ik的情形，pmi信號發(fā)生器輸入初始值占空比0=1，由于兩路 PWM波信號均有闊值限定，輸出PWM1的占空比化最大值為0.5，PWM2的占空比化最大值為2/3。
[0023] 本發(fā)明提供的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，引入了電壓、電流雙閉環(huán) 并行控制技術，該技術與傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)控制截然不同，其中電壓環(huán)用于確定各個開 關管導通或關斷狀態(tài)，當需要開關管導通時，電流環(huán)則生成占空比可變的PWM信號控制開關 管導通時間，通過調(diào)節(jié)電流環(huán)的給定值，能夠?qū)⒏鱾€均衡電流的大小限制在給定值范圍之 內(nèi)。仿真結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的電壓、電流雙閉環(huán)并行控制的定量控制方法，相比于 傳統(tǒng)的控制方法，均衡通路更多，均衡速度更快，而且由于電流環(huán)引入了PI控制，實現(xiàn)了各 級開關管的PWM控制信號占空比可調(diào)，進而使通過每節(jié)電池的均衡電流皆在可控范圍內(nèi)，從 而在滿足大電流快速均衡的前提下，實現(xiàn)了均衡速度可控。
【附圖說明】
[0024] 圖1為能量非耗散型均衡電路的電池組均衡結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的定量控制方法所采用的非耗散型均衡電路的電路圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明的串聯(lián)電池組均衡電流的定量控制方法的流程圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明的電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器控制的工作流程圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明的電池組均衡過程中的各單體電池的初始S0C(荷電狀態(tài)）。
[0029] 圖6(a)為本發(fā)明的給定電流閥值取Iki = 20A時的均衡效果圖，圖6(b)為給定電流 閥值取Ik2 = 100A時的均衡效果圖。
[0030] 圖7(a)示出了運用本發(fā)明的均衡電流定量控制方法(雙閉環(huán)控制方法)控制流過 每節(jié)電池的電流|lBx|<Iki = 20A時的情形；圖7(b)示出了運用本發(fā)明的均衡電流定量控制 方法控制流過每節(jié)電池的電流I Ibx I <Ik2= 100A時的情形。
【具體實施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0032] 需要說明的是，本發(fā)明實施例中所有使用"第一"和"第二"、……"第η"的表述均是 為了區(qū)分η個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見"第一""第二"、……"第η"僅 僅是為了表述上的方便，不應理解為對本發(fā)明實施例的限定，后續(xù)實施例對此不再一一說 明。
[0033] 圖1為能量非耗散型均衡電路的電池組均衡結(jié)構(gòu)的示意圖，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中， 控制器通過電壓控制采集模塊采集單體電池的電壓，通過電流采集模塊來采集電流信號， 當滿足均衡條件時，上述控制器對均衡電路發(fā)送指令，通過控制功率開關來調(diào)節(jié)能量的轉(zhuǎn) 移方向，從而完成電池間的能量均衡。
[0034] 本發(fā)明是基于一種傳統(tǒng)的Buck-Boost變換器構(gòu)成的非耗散型均衡電路，提出了一 種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法。
[0035] 如圖2所示，為本發(fā)明的定量控制方法所采用的非耗散型均衡電路的電路圖，其中 VbI~VBn為串聯(lián)電池組，化~Qn為開關管，Dl~Dn為續(xù)流二極管，Ll~Ln-功均衡電感。
[0036] 根據(jù)附圖2可知，本發(fā)明的非耗散型均衡電路適用于η個電池單體串聯(lián)的蓄電池 組，其包括η-1個均衡電感b~Ln-i、n個可控開關，其中η為大于1的自然數(shù)。其中，
[0037] 可控開關為并聯(lián)有續(xù)流二極管的Mosfet(即，場效應晶體管），每個可控開關均由 開關管和續(xù)流二極管并聯(lián)而成，續(xù)流二極管的正極與開關管的發(fā)射極相連，續(xù)流二極管的 負極與開關管的集電極相連。具體地，在圖2中，第一可控開關由開關管化和二極管化并聯(lián)構(gòu) 成，第二可控開關由開關管化和二極管化并聯(lián)構(gòu)成……W此類推，第η可控開關由開關管Qn 和二極管Dn并聯(lián)構(gòu)成。
[0038] 第一可控開關至第η可控開關依次串聯(lián)連接，第一可控開關的開關管化的發(fā)射極 經(jīng)第一均衡電感^連接至第一電池單體Vbi的負極，開關管化的集電極連接至第一電池單體 VbI的正極;第二可控開關的開關管化的發(fā)射極經(jīng)第二均衡電感L2連接第二電池單體VB2的負 極，開關管化的集電極經(jīng)第一均衡電感^連接第二電池單體VB2的正極，第η可控開關的開關 管Qn的發(fā)射極連接第η電池單體VBn的負極，開關管Qn的集電極經(jīng)第η-1均衡電感Ln-1連接至 第η電池單體VBn的正極。
[0039] 本發(fā)明所述的非耗散型均衡電路為主動均衡電路，可W在電池組的相鄰電池間進 行能量轉(zhuǎn)移，每兩節(jié)單體電池之間的均衡電路由可控開關和均衡電感構(gòu)成。
[0040] 當圖2所示的均衡電路工作時，首先比較相鄰的單體電池兩端的電壓，使其中電壓 較高的電池對應的開關管導通，通過均衡電感，向電壓較低的電池轉(zhuǎn)移能量，最終實現(xiàn)電池 間電壓的均衡。例如，在圖2中，當電池 Vb2的電壓比電池 Vbi的電壓高，并且差值超過某一上 限電壓時，可W將Vb2中的部分能量通過均衡電感。向￥61轉(zhuǎn)移，在一個開關周期內(nèi)，第一階 段，控制開關管化導通，Qi、Q3~Qn關斷，則電池 Vb2放電，電感1^1和1^2進行儲能，電感1^1上的電 流由左向右流動;第二階段，開關管化~Qn均關斷，電感^續(xù)流，能量通過反并聯(lián)二極管化傳 遞到電池 Vbi中，實現(xiàn)電池 Vb2向電池 Vbi放電，從而實現(xiàn)電池 Vb2和電池 Vbi之間電壓的均衡。同 理，當電池 VBm的電壓比電池 VBm-l或VBm+l的電壓高（l<m<n)，并且差值超過某一上限電壓 時，首先控制開關管Qm導通，其它開關管化~Qm-1、Qm+l~Qn均關斷，則電池 VBm放電，電感Lm-1和 Lm進行儲能，電感Lm-1上的電流由左向右流動；繼而，開關管化~Qn均關斷，電感Lm-1續(xù)流，能 量通過反并聯(lián)二極管Dm-1傳遞到電池 VBm-1中，實現(xiàn)電池 VBm向電池 VBm-1放電，電感Lm續(xù)流，并能 夠通過反并聯(lián)二極管Dm+1傳遞到電池 VBm+1中，實現(xiàn)電池 VBm向電池 VBm+1放電，從而完成電池 VBm 和電池 VBm-1、電池 VBm+1之間的電壓均衡，并由此最終實現(xiàn)電池組Vbi~VBn之間的電壓均衡，其 中l(wèi)<m < η。
[0041] W上結(jié)合附圖2對本發(fā)明所提供的非耗散型均衡電路的工作原理進行了詳細的說 明。下文將對本發(fā)明的電池組均衡電流的定量控制方法進行詳細說明。
[0042] 如圖2所示，當本發(fā)明所述非耗散型均衡電路工作時，通過控制開關管化~Qn的導 通和關斷，完成均衡電感^~以-1的能量存儲和能量釋放，并最終實現(xiàn)串聯(lián)蓄電池組電壓的 均衡。具體地，為了保障第一階段(開關管導通時)存儲在均衡電感^~^-1中的能量能夠在 第二階段（即，開關管關斷，二極管續(xù)流時）完全轉(zhuǎn)移到其它電池中去，要求均衡電感^~ Ln-1工作在DCM(電流斷續(xù))模式下，在運種情況下，控制開關管化、Qn導通的PWM信號的占空比 化需要滿足：
[0043] Di<〇.5
[0044] (1)
[0045] 而控制開關管化~Qn-i導通的PWM信號的占空比化需要滿足：
[0046] 公2 - T 3 C2)
[0047] 本發(fā)明基于上述非耗散型均衡電路提供一種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制 方法(亦稱為雙閉環(huán)控制方法）。
[004引圖3為本發(fā)明的電池組均衡電流的定量控制方法的流程圖，圖4為本發(fā)明的PI電流 環(huán)控制的工作流程圖。
[0049] 本發(fā)明的電池組均衡電流定量控制方法在傳統(tǒng)電壓環(huán)控制的基礎上添加了 PI電 流環(huán)的定量控制，從而實現(xiàn)了 ：在串聯(lián)電池組電流均衡的過程中，保證最快均衡速度的前提 下使流過每個單體電池的電流在電池可承受的范圍內(nèi)。簡言之，本發(fā)明采用電壓、電流雙閉 環(huán)并行控制技術，在均衡過程中分成兩個并行運行的分支：電流環(huán)控制分支和電壓環(huán)控制 分支。
[0050] 具體地，如圖3所示，在電池組均衡過程中，可分為兩個并行的電流控制分支和電 壓控制分支來執(zhí)行。
[0051] 如圖3的左半部分所示，當電流控制分支工作時，啟動電流檢測，通過電流采集模 塊采集流過每個單體電池的電流值Ibx，無論電池充電還是放電，在流過單體電池 Vbx的電流 Ibx I小于給定的電流閥值Ik,即I Ibx I -lk<0，（ 1 < X如)的情形，PWM信號發(fā)生器輸入初始值 占空比0=1，由于兩路PWM信號均有闊值限定，此時開關管化~Qn導通時，給定闊值范圍內(nèi)占 空比最大的PWM信號，也就是說，當化、Qn導通時，給定信號PWM1的占空比Di = 0.5,當化~Qn-i 導通時，給定信號PWM2的占空比化=2/3。反之，當電流I Ibx I大于給定的電流閥值Ik時，取兩 者的差值為誤差電流Ιχ，即Ιχ= |lBx|-Ik>0(l含X如)時，對電流Ii、l2、l3……、Ix進行比較， 得到最大誤差電流Imax，并將Imax做為電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入值(參見附圖4)。經(jīng)PI調(diào)節(jié)器 后，輸出滿足闊值要求的兩路占空比可變的PWM信號，其中一路信號PWM1的占空比要求滿足 化< 0.5，另一路信號PWM2的占空比要求滿足化< 2/3。
[0052] 具體地，如圖4所示，將流過每節(jié)電池的電流和給定電流闊值之間的最大誤差電流 Imax追蹤給定的誤差系數(shù)λ，使Ibx滿足I IbxI Uk+λ，即：PI調(diào)節(jié)器的給定值為Imax，輸出滿足闊 值要求的兩路占空比可變的P歷信號，并用于控制開關管化~Qn的導通，其中，控制化、也的 信號PWM1的占空比要求滿足化< 0.5，控制化~Qn-1的信號PWM2的占空比要求滿足化。/3。
[0053] 如圖3的右半部分所示，當電壓控制分支工作時，啟動電壓檢測，通過電壓采集模 塊采集每個單體電池的電壓，比較電池 Vbi的電壓化1與電池 Vb2的電壓化2的大小，當Ubi-Ub2〉K 化為均衡電壓臨界值，相鄰單體電池的電壓差超過即寸，開啟電池組的均衡)時，上述電流控 審IJ分支中所產(chǎn)生的PWM1信號控制開關管化導通，電池 Vbi向電池 Vb2傳遞能量，反之，開關管化 不導通；同理，比較相鄰兩個單體電池的電壓，當某個單體電池 VBy(K^n)的電壓UBy滿足 UBy-UBy-l〉K或UBy-lVl〉拙寸，上述電流控制分支所產(chǎn)生的PWM2信號控制與電池 VBy對應的開關 管Qy導通，實現(xiàn)電池 VBy向電池 VBy-1和電池 VBy+1釋放能量；當最后一節(jié)電池 VBn滿足UBn-UBn-l〉K 時，PWM1信號控制開關管Qn導通，實現(xiàn)電池 VBn向電池 VBn-1傳遞能量。
[0054] 通過如圖3所示的上述電池組能量轉(zhuǎn)移和傳遞的控制過程，最終實現(xiàn)串聯(lián)蓄電池 組間的能量均衡。
[0055] 為了檢驗針對圖2所示的主電路圖，圖3所示的均衡電流定量控制方法的均衡控制 效果，本發(fā)明進行了仿真驗證。
[0056] 具體地，本發(fā)明應用MTLAB中的SIMULINK進行仿真，其具體的參數(shù)設置為:主電路 電感取^ = L2=..丄n-i = 10化H，單體電池取額定電壓為3.2V，容量為200Ah的裡電池，串聯(lián) 電池組采用五節(jié)串聯(lián)(僅僅是例示），開關頻率為20KHZ。當本發(fā)明的串聯(lián)蓄電池組均衡時， 要求均衡電路工作在DCM模式下，本發(fā)明中取最大誤差電流Imax追蹤的給定誤差系數(shù)λ = 0.5,均衡電壓的臨界值取K = 0.001V。
[0057] 本領域技術人員均知道，S0C值用來反映電池的剩余容量，其數(shù)值上通常被定義為 剩余容量占電池容量的比值。由于單體電池的S0C(State of畑arge的縮寫，表示荷電狀 態(tài)，也叫剩余電量)很難估計，電池的S0C與電壓近似成正比關系，因而可W將電池間S0C的 均衡轉(zhuǎn)化成電池間電壓的均衡。
[0058] 在本發(fā)明的電池組均衡過程中，各單體電池的初始S0C值如圖5所示，其中橫坐標 B1、B2、……B5分別表示第一單體電池、第二單體電池、……第五單體電池，縱坐標表示各單 體電池的S0C( % )。從該圖5可清晰地看出各單體電池的剩余容量的差異。在上述圖5所示狀 態(tài)下的各單體電池存在能量差異，利用本發(fā)明所提供的電池組均衡電流定量控制方法進行 均衡控制，取得了如下均衡效果。
[0059] 為了說明該均衡效果，本發(fā)明中，給定電流閥值取Iki = 20A，Ik2 = 100A為例驗證其 均衡效果。當給定電流閥值取Iki = 20A，Ik2=100A時，其均衡效果如圖6(a)和圖6(b)所示， 其中圖6 (a)為本發(fā)明的給定電流閥值取Iki = 20A時的均衡效果圖，圖6 (b)為Ik2 = 100A時的 均衡效果圖，其中橫坐標表示均衡時間t(單位為S，即'秒'），縱坐標為S0C(%)。
[0060] 從圖6(a)和圖6(b)可W看出經(jīng)過一定時間后第一單體電池、第二單體電池、…… 第五單體電池的S0C值達到一致，標志著實現(xiàn)各電池組能量的均衡。在圖6(a)中，各電池的 S0C值達到一致的時間，即電池組的均衡時間在橫坐標的15S和20S之間，大致為16S和17S左 右處，該均衡的S0C值大致為66.03%;而在圖6(b)中各電池的S0C值達到均衡的時間，即電 池組的均衡時間剛剛超過橫坐標的3S，該均衡的S0C值大致為66.03%。
[0061] 另外，運用本發(fā)明上文中所介紹的均衡電流的定量控制方法，流過每節(jié)電池的電 流大小(本實施例中W5節(jié)電池為例）如圖7(a)和7(b)所示，其中橫坐標表示均衡時間t(單 位為S，即秒），縱坐標表示電流值大小(單位為A，即安培），其中圖7(a)示出了本發(fā)明的均衡 電流定量控制方法(雙閉環(huán)控制方法)控制流過每節(jié)電池的電流I Ibx| <Iki = 20A時的情形； 圖7(b)示出了本發(fā)明的均衡電流定量控制方法控制流過每節(jié)電池的電流|lBx<Ik2=100A時 的情形。
[0062] 由仿真結(jié)果可W看出，本發(fā)明提供的串聯(lián)蓄電池組均衡電流定量控制方法針對實 施例中的五節(jié)電量不一致的電池，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電池 S0C的快速均衡，而且能夠使流過每個 單體電池的電流在可控范圍內(nèi)，從而使能量快速轉(zhuǎn)移的前提下，均衡速度可控范圍內(nèi)。
[0063] 在上述仿真驗證的實施例中，采用了五節(jié)電池進行了說明，但運僅僅是例示，本發(fā) 明并不限定于五節(jié)電池。
[0064] 如上所述，為了實現(xiàn)均衡電流的定量控制，減小均衡時間等，本發(fā)明提出了電壓環(huán) 和電流環(huán)并行控制方法，其中電壓環(huán)確定開關管的導通或關斷，電流環(huán)確定導通時間。根據(jù) 上文的仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法通過改變電流環(huán)的 給定值，能夠?qū)崿F(xiàn)均衡電流大小的調(diào)節(jié)，相比于傳統(tǒng)控制方法，本發(fā)明的串聯(lián)電池組均衡電 流的定量控制方法能夠在均衡速度靈活可控的情況下，實現(xiàn)高效安全的大電流均衡，控制 效果顯著，具有很強的實用價值。
[0065]盡管已經(jīng)結(jié)合了本發(fā)明的具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但是根據(jù)前面的描 述，運些實施例的很多替換、修改和變型對本領域普通技術人員來說將是顯而易見的。另 夕h在本發(fā)明的思路下，W上實施例或者不同實施例中的技術特征之間也可W進行組合，步 驟可任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明 它們沒有在細節(jié)中提供，但它們同樣適用于本發(fā)明。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，采用Buck-Boost變換器構(gòu)成的非耗散 型均衡電路對串聯(lián)蓄電池組的均衡電流進行定量控制，所述非耗散型均衡電路工作時，比 較相鄰的單體電池兩端的電壓，使其中電壓較高的電池對應的開關管導通，通過均衡電感， 向電壓較低的電池轉(zhuǎn)移能量，最終實現(xiàn)電池間電壓的均衡，其特征在于， 所述定量控制方法包括并行的電流環(huán)控制分支和電壓環(huán)控制分支，所述電流環(huán)控制分 支包括： 電流采集步驟，啟動電流檢測，采集流過每個單體電池 VB1~VBn的電流值iBx，其中1 < X < n，n為大于1的自然數(shù)； 電流比較步驟，在流過第X單體電池 Vbx的電流| Ibx |小于給定的電流閥值Ik的情形，當?shù)?一至第η開關管Qi~Qn導通時，給定占空比最大的P麗信號，當|lBx|大于給定的電流閥值I k 時，對第一誤差電流II值~第X誤差電流Ιχ進彳丁比$父，得到最大誤差電流Imax，并將Imax作為電 流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入值；以及 電流調(diào)節(jié)步驟，經(jīng)所述PI調(diào)節(jié)器后，輸出滿足閾值要求的占空比可變的第一路信號 PWM1和第二路信號PWM2，用于控制第一至第η開關管&~^的導通， 在所述電壓環(huán)控制分支中，對所采集的相鄰兩個電池的電壓進行比較，當該兩個電池 的電壓滿足一定關系時，控制相應的開關管導通，從而高電壓電池向低電壓電池釋放能量， 并最終實現(xiàn)串聯(lián)電池組VB1~VBn間的能量均衡。2. 根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，其特征在于，所述電 壓環(huán)控制分支包括： 電壓采集步驟，啟動電壓檢測，采集每個單體電池電壓； 電壓比較步驟，比較相鄰兩個電池的電壓； 電壓調(diào)節(jié)步驟，在所述電壓比較步驟中，當?shù)谝浑姵豓B1滿足uB1-uB2>K時，所述第一路信 號P麗1控制第一開關管&導通，實現(xiàn)第一電池VB1向第二電池VB2傳遞能量；當?shù)趛單體電池 V By的電壓UBy滿足UBy-UBy-OK或UBy-UBy+1>K時，所述電流控制分支中產(chǎn)生的第二路信號PWM2 控制與所述電池V By對應的第y開關管Qy導通，實現(xiàn)第y電池VBy向第y-Ι電池 Vb^和第y+Ι電池 VBy+1釋放能量；當?shù)讦请姵豓Bn滿足UBn-UBr^K時，所述第一路信號PWM1控制開關管Q n導通，實 現(xiàn)第η電池VBn向第n-1電池 Vbh傳遞能量， 其中l(wèi)〈y〈n，K為均衡電壓臨界值，當相鄰電池的電壓差超過K時，開啟電池組的均衡。3. 根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)蓄電池組均衡電流的定量控制方法，其特征在于，在所述 電流比較步驟中，最大誤差電流Imax追蹤給定的誤差系數(shù)λ，使流過第X電池的電流I Bx滿足 Ibx| < Ik+λ，最大誤差電流Imax輸入到PI調(diào)節(jié)器。4. 根據(jù)權利要求1所述的電池組均衡電流的定量控制方法，其特征在于， 在所述電流調(diào)節(jié)步驟中，控制第一開關管Q:、第η開關管Qn導通的第一路信號PWM1的占 空比滿足〇: < 0.5，控制第二開關管出~第n-1開關管Qh導通的第二路信號PWM2的占空比滿 足 D2<2/3。5. 根據(jù)權利要求1~4之一所述的串聯(lián)電池組均衡電流的定量控制方法，其特征在于， 在流過單體電池VBx的電流|l Bx|小于給定的電流閥值Ik的情形，當?shù)谝婚_關管&、第η開關管 Qn導通時，所述第一路信號Ρ麗1的占空比0 1 = 0.5,當?shù)诙_關管Q2~第η-1開關管導通 時，所述第二路信號PWM2的占空比01 = 2/3。6.根據(jù)權利要求5所述的電池組均衡電流的定量控制方法，其特征在于， 在流過單體電池VBx的電流| IBx|小于給定的電流閥值Ik的情形，PWM信號發(fā)生器輸入初 始值占空比D = 1，由于兩路PWM波信號均有閾值限定，輸出PWM1的占空比為0:最大值為0.5， PWM2的占空比D2最大值為2/3。
【文檔編號】H02J7/00GK105870997SQ201610195825
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】劉欣博, 王慧嫻, 邊亞偉
【申請人】北方工業(yè)大學