一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池充放電技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 可充電電池在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如電動汽車和混合動力車等，在電池 供電的系統(tǒng)中，延長電池使用壽命是非常重要的，其中與電池壽命息息相關(guān)的是電壓的平 衡問題。
[0003] 一般的可充電式蓄電池單節(jié)電池的電壓低，在一些需要高壓供電的系統(tǒng)上必須使 用同類電池多節(jié)串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)高壓供電。一般的電池組通常是由數(shù)個或數(shù)十個單元電池 串聯(lián)而成，若是單個電池的容量或內(nèi)阻所致的充放電狀態(tài)與其它單元電池的不匹配，則該 單元電池經(jīng)過多次的充放電周期后，其充電和放電狀態(tài)將越來越偏離其它單元電池，使得 電壓不平衡而最終導(dǎo)致該單元電池?fù)p壞，進(jìn)而整個電池組損壞。
[0004] 電壓平衡的方法分為兩種；第一種是最常用被動的平衡方式，該方法的電路結(jié)構(gòu) 簡單，均衡過程一般在充電過程中完成，但該方法不能對容量相對低的單體電池補(bǔ)充電量， 存在能量浪費(fèi)的缺點(diǎn)并產(chǎn)生發(fā)熱管理的問題。第二種是主動均衡方法，是指串聯(lián)電池組在 充放電時(shí)，電壓較高的電池的電能不會被電阻消耗掉，其能量通過載體傳遞給電壓較低的 電池，實(shí)現(xiàn)了埋電池組的均衡充放電。
[0005] 目前已有許多相關(guān)充放電電池的方案申請了專利，比如：申請?zhí)枮?CN201410132367,發(fā)明名稱為智能電池組；申請?zhí)枮镃N201210125656,發(fā)明名稱為具有自 動平衡能力的智能電池模塊及電池組；申請?zhí)枮镃N98120388,發(fā)明名稱為電子設(shè)備中智能 電池的充電和放電方法；申請?zhí)枮镃N201220375806，發(fā)明名稱為一種主動均衡充放電的智 能電池模組及系統(tǒng)；申請?zhí)枮镃N200810181330,發(fā)明名稱為一種電池系統(tǒng)的電壓平衡裝置 及電壓平衡方法；申請?zhí)枮镃N201210018789,發(fā)明名稱為電池電壓平衡電路及具電池電壓 平衡功能的電池模塊，等等。
[0006] 該些專利有的提出了主動式的電壓平衡方法，然而大部分采用的是增加各種物理 模塊裝置，如比較電路、延遲電路、繞組變壓器、變流器等等，雖然對于電壓的平衡有一定的 效果，但一般都是對電池組進(jìn)行依次排列式的檢測、傳輸、控制，該樣的調(diào)節(jié)控制過程不免 需要一些時(shí)間的延遲，此外增加的各種模塊裝置也會使電路的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法及系統(tǒng)， 該方法通過控制電池系統(tǒng)的功率一致使得電池組的電壓在充放電過程中達(dá)到一致平衡。 [000引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0009] 一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法，包括W下步驟：步驟一：電池系統(tǒng)中各個 電池組開關(guān)斷開；步驟二：檢測每一個電池組的功率數(shù)據(jù)信號；步驟對電池組功率進(jìn)行 平均一致性協(xié)議算法計(jì)算，得到平均功率；步驟四：通過計(jì)算平均功率和實(shí)際功率的誤差 值，得到能夠調(diào)節(jié)功率平衡的控制信號；步驟五；根據(jù)控制信號，通過控制均衡模塊電路實(shí) 現(xiàn)電池組的充放電，從而達(dá)到功率平衡，實(shí)現(xiàn)充電電壓均衡控制。
[0010] 進(jìn)一步，在步驟=中，通過平均一致性協(xié)議算法得到各電池組的平均電功率IV，具 體包括：
[0011] 假設(shè)電池組為一個節(jié)點(diǎn)，用Pi表示每個電池組的功率，P1(0)為初始功率；離散化 后，當(dāng)系統(tǒng)在k時(shí)刻達(dá)到一致時(shí)，即i節(jié)點(diǎn)和j節(jié)點(diǎn)的功率一致：
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一：電池系統(tǒng)中各個電池組開關(guān)斷開； 步驟二：檢測每一個電池組的功率數(shù)據(jù)信號； 步驟三：對電池組功率進(jìn)行平均一致性協(xié)議算法計(jì)算，得到平均功率； 步驟四：通過計(jì)算平均功率和實(shí)際功率的誤差值，得到能夠調(diào)節(jié)功率平衡的控制信 號； 步驟五：根據(jù)控制信號，通過控制均衡模塊電路實(shí)現(xiàn)電池組的充放電，從而達(dá)到功率平 衡，實(shí)現(xiàn)充電電壓均衡控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法，其特征在于：在步驟 三中，通過平均一致性協(xié)議算法得到各電池組的平均電功率PA具體包括： 假設(shè)電池組為一個節(jié)點(diǎn)，用Pi表示每個電池組的功率，P i (O)為初始功率；離散化后，當(dāng) 系統(tǒng)在k時(shí)刻達(dá)到一致時(shí)，即i節(jié)點(diǎn)和j節(jié)點(diǎn)的功率一致：
其中％為鄰接矩陣A的元素；假設(shè)各個電池組之間的信息拓?fù)錇閺?qiáng)連通平衡圖，則通 過上述的一致性算法計(jì)算，各個電池組的功率Pi最終達(dá)到了初始功率平均值的一致，即經(jīng)
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法，其特征在于：在步驟 五中，通過控制均衡模塊電路實(shí)現(xiàn)電池組的充放電，從而達(dá)到功率平衡，實(shí)現(xiàn)充電電壓均衡 控制；具體包括： 采用PI控制器，其中的控制作用可表示如下：
其中，Ai為各個均衡模塊的占空比，A JO)為初始值，Kp為控制器的比例系數(shù),K1為控 制器的積分系數(shù)，T為所設(shè)置的均衡周期。
4. 一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制系統(tǒng)，其特征在于：包括物理層和網(wǎng)絡(luò)層；物理層 包括電壓檢測電路、信號處理電路、通訊模塊、均衡電路；網(wǎng)絡(luò)層包括控制器和通信模塊； 電壓檢測電路對智能電池組模塊進(jìn)行檢測，得到每個相應(yīng)儲能單元組的電壓值，由各 個組的電壓值可以得到相應(yīng)的功率值，每個組的功率值經(jīng)過信號處理電路進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號；數(shù)字信號通過通訊模塊傳輸給網(wǎng)絡(luò)層，作為其輸入信號；網(wǎng)絡(luò)層的控制器對 數(shù)字信號進(jìn)行算法計(jì)算處理之后，使得功率值達(dá)到平均一致，并產(chǎn)生相應(yīng)控制信號，最終所 得到的相應(yīng)控制信號經(jīng)過處理再由通訊模塊傳輸給物理層，作為電路信號控制智能電池組 中的均衡電路的開關(guān)，從而使得智能電池充放電的電壓平衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制系統(tǒng)，其特征在于：所述通 訊模塊采用無線通訊模塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)充電電壓均衡控制方法及系統(tǒng)，屬于電池充放電技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：步驟一：電池系統(tǒng)中各個電池組開關(guān)斷開；步驟二：檢測每一個電池組的功率數(shù)據(jù)信號；步驟三：對電池組功率進(jìn)行平均一致性協(xié)議算法計(jì)算，得到平均功率；步驟四：通過計(jì)算平均功率和實(shí)際功率的誤差值，得到能夠調(diào)節(jié)功率平衡的控制信號；步驟五：根據(jù)控制信號，通過控制均衡模塊電路實(shí)現(xiàn)電池組的充放電，從而達(dá)到功率平衡，實(shí)現(xiàn)充電電壓均衡控制。本發(fā)明擺脫了固定的配置，重構(gòu)了多單元電池系統(tǒng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)層的信息交互和能量總線層的能量相互交互，應(yīng)用分布式協(xié)調(diào)控制理論，實(shí)現(xiàn)了電池組電壓平衡系統(tǒng)的智能化、簡單化。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號】CN104821632
【申請?zhí)枴緾N201510267378
【發(fā)明人】陳剛, 趙亞
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月21日