CN107769309A - 电池均衡控制方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池均衡控制方法、装置及***,其中,控制方法包括:获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;根据所述各电池模块输出电压和所述参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;通过所述电池的电量前馈对所述公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;对所述公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充电电流。通过各个电池电量改变各个电池的参考电流,并通过反馈对参考电流进行调节,从而控制充电电流的大小,进而对各个电池的电量进行均衡。
Description
技术领域
本发明涉及分布式发电技术的领域,具体涉及一种电池均衡控制方法、装置及***。
背景技术
近年来,锂离子电池组已经广泛应用于电动汽车、医疗设备、新能源储能***等领域。单体锂离子电池标称电压为3.7V,所以需要串联一些电池单体组合成一个电池组来获得高电压输出,但是因为锂离子电池单体制造差异、老化衰减、温度梯度等不一致性,增加了电池组损坏、着火甚至***的几率,严重影响电池组的使用寿命。
目前,普遍采用串联式主动均衡电路来校正锂离子电池组中的不一致性,然而,串联式主动均衡电路通常会存在以下几个问题,一,均衡速度慢,例如,均衡电路由20个电池单体串联组成,假设每一个均衡器的效率为95%,为了均衡第一个和最后一个电池,所有的均衡器都需要工作来转移第一个和最后一个电池的能量,因此最终效率仅为35%;二,可靠性差,当串联电池中的一个电池单体出现故障,均衡回路将中断;三,可扩展性差,串联式均衡电路偏向定制化设计,用户在使用过程中不宜更改***配置,不能跟随实际需求,灵活的改变输出功率。
因此,如何较为快速的对电池均衡成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种电池均衡控制方法、装置及***,以实现较为快速的对电池进行均衡。
根据第一方面,本发明实施例提供了一种电池均衡控制方法,包括:获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压;根据电池模块输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;对参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。
可选地,根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压包括:计算各电池模块的电量离差度;基于电量离差度通过离差排序法得到各个电池模块的参考电压。
可选地,对公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流包括:获取各个电池的反馈电流;根据公共参考电流和反馈电流得到各个电池的反馈电流差;根据反馈电流差得到用于调节对应电池充电电流的调节信号的占空比。
可选地,在根据电池模块的输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流和通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整之间,包括:判断各电池的电量是否一致;当各电池的电量不一致时,进入通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整的步骤。可选地,在获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量和根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压之间还包括:判断电池模块的电量是否在预设范围内;如果电池模块的电量超出预设范围,旁路对应的电池模块。根据第二方面,本发明实施例提供了一种电池均衡控制装置,包括:获取模块,用于获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;参考电压计算模块,用于根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压;公共参考电流计算模块,用于根据电池模块输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;调整模块,用于通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;反馈调节模块,用于对参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。
可选地,参考电压计算模块包括:离差度计算单元,用于计算各电池模块的电量离差度;参考电压计算单元,用于基于电量离差度通过离差排序法得到各个电池模块的参考电压。
可选地,反馈调节模块包括:获取单元,用于获取各个电池的反馈电流;反馈单元,用于根据公共参考电流和反馈电流得到各个电池的反馈电流差;调节单元,用于根据反馈电流差得到用于调节对应电池充放电电流的调节信号的占空比。
根据第三方面,本发明实施例提供了一种***,包括:控制器,包括:至少一个处理器;以及与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,存储器存储有可被一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器执行上述第一方面任意一项描述的电池均衡控制方法。
根据第四方面本发明实施例提供了一种非暂态存储介质,非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,计算机指令用于使计算机执行上述第一方面任意一项描述的电池均衡控制方法。
本发明实施例提供的电池均衡控制方法、装置及***,获取各电池及各电池模块的电量以及电池模块的输出电压;根据各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;根据电池模块输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;对公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。通过各个电池电量改变各个电池的公共参考电流,并通过反馈对公共参考电流进行调节,从而控制充放电电流的大小,进而对各个电池的电量快速进行均衡。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1示出了根据本发明实施例的电池均衡控制方法的示意图;
图2示出了根据本发明实施例的均衡变换器的电路的示意图;
图3示出了根据本发明实施例的均衡模块内部结构示意图;
图4示出了本发明实施例的电池均衡控制方法的控制框图示意图;
图5示出了本发明是实施例的电池均衡控制装置示意图;
图6示出了本发明是实施例的***示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种电池均衡控制方法,用于控制电池模块内串联的多个电池单元的电量,如图1所示,该方法包括:
S10.获取各电池及各电池模块输出电压、电流并估算电池以及电池模块的电量。在本实施例中,可以通过获取各个电池电压、电流等电能参数计算各个电池的剩余电量,可以通过各个电池的剩余电量计算电池模块的电量,也可以通过电池模块的电流及电压等电能参数计算电池模块的电量。
S20.根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压。在本实施例中,可以通过电池模块的电量计算各个电池模块的电量离差度,在本实施例中,电量离差度可以为不同电池模块电量与各个电池模块的平均电量的差;在得到离差度后根据离差排序法得到各模块的输出电压参考值。由于电池模块通过串联连接组成电池串,所以各电池模块具有相同的输出电流,因此输出电压与输出功率成正比,可以通过调节输出参考电压的大小,来调节模块输出功率大小。当电池模块电量较大时,调节参考输出电压较大;反之则反。将参考电压传递给模块内,作为模块内部的输出电压反馈环路的参考电压值。
S30.根据电池模块输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流。在本实施例中,可以根据参考电压,通过电压环路稳定模块输出电压,电压调节器输出作为公共参考电流值。所称公共参考电流参考值为模块内各个电池同一的电流参考值。
S40.通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值。在具体的实施例中,集成电池模块具有电压源外特性,因此需要总电压反馈环路稳定集成电池模块输出总电压。电池的放电快慢由充放电电流决定,因此每一个电池都需要一个电流反馈控制环路;由于各电池的电量不一致,所以需要电量前馈对其公共参考电流进行控制,需通过电池电量的前馈分别对公共参考电流进行调节,已得到电池对应的参考电流,在本实施例中,电池电量前馈可以通过计算各个电池的电量离差度分别对各个电池的电量进行前馈控制。通过改变公共参考电流值,得到各个电池对应的参考电流值。
S50.对公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。在具体的实施例中,由于电池模块通过串联连接组成电池串,所以各电池模块具有相同的输出电流,因此输出电压与输出功率成正比,可以通过调节输出参考电压的大小,来调节模块输出功率大小。电池之间均衡就是通过模块内部各电池的电压值估算电池电量的大小,进而调节电池对应均衡变换器的占空比。在充电模式,当电池电量比平均电量值大时,则减小对应均衡变换器的占空比,减小充电电流,从而使电池电量趋于平均电池电量;在放电模式,当电池电量比平均电量值大时,则增大对应均衡变换器的占空比,增加放电功率,从而使此电池电量趋于平均电池电量。
获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压;根据输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;对公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。通过各个电池电量改变各个电池的公共参考电流,并通过反馈对公共参考电流进行调节,从而控制充放电电流的大小,进而对各个电池的电量进行均衡。
由于公共参考电流为各个电池共同的参考电流,如果各个电池的电量一致则无需对公共参考电流进行调节,在可选的实施例中,在对公共参考电流进行调节之前还可以判断各个电池的电量是否一致,当电池的电量不一致时,对公共参考电流进行调节,以得到各个电池对应的参考电流。
在实际引用中,可能存在某一个或多个电池出现故障,不能使用,为保证故障电池不影响整个电池模块的使用,并在出现故障电池时,不影响电池模块的输出,在可选地实施例中,在计算各个电池模块的参考电压值前,还可以判断各个电池模块的电量是否在预设范围内,如果电池模块的电量在预设范围内,则表示模块内电池均正常,如果电池模块的电量超出预设范围,则表示模块内存在故障电池,可以通过控制电池两极的开关,对电池进行短路,以旁路电池。
在可选地实施例中,电池的充放电电压、电流通过均衡变换器实现,在本实施例中,示例性的示出了均衡变换器的电路图,如图2所示,若电池放电,电池单元功率由左到右为正方向。其中,Cd是各电池单元输入滤波电容;Cf是各电池单元输出滤波电容,再加上电感L、开关管SW和SR组成Buck/Boost双向变换器。
在可选的实施例中,示例性的示出了电池模块的示意图,如图3所示,其中vOCV,1,vOCV,2,...,vOCV,p为各电池开路电压;rs,1,rs,2,...,rs,p为各电池等效内阻;RL是集成电池模块负载电阻,Vo是电池模块输出总电压。
每一个电池通过串联电阻rs和开路电压Vocv表示,电量和开路电压VOC近似成线性关系。因此,各电池电量不一致直接体现在开路电压VOC不一致上。
假设所有变换器的效率都是100%,则根据功率守恒定律,电池单元输入功率等于输出功率,如下式(1)所示。
其中,Vcd1,Vcd2,...,Vcdn是各电池单元输入电压;Iin1,Iin2,...,Iinn是各电池单元输入电流;Vo1,Vo2,...,Von是各电池单元输出电压;Io是均衡模块输出电流;Pin1,Pin2,...,Pinn是各电池单元输入功率;Po1,Po2,...,Pon是各电池单元输出功率。
由于各电池的电量不一致,导致电池开路电压不一致,需要在充放电过程中调节充放电功率,使其在放电过程中,电量较大的输出功率较大;充电过程中电量较大的输入功率较小,从而使各电池电量逐渐趋于一致。
为更为清楚对本实施例的电池均衡控制方法进行描述,本实施例描述的电池均衡控制方法,可以等效为三个环路,即集成电池模块总输出电压环路、输入电流均衡环路和相应各电池电流调节内环,如图4所示。即:采用混合控制策略,由三个控制环路组成,包括输出总电压反馈环路、电流调节环路、电量前馈均衡环路。
集成电池模块端口电压由上层确定,模块内所有变换器采用同一套控制策略,其可以实现输出电压稳定以及各电池电量在充放电时自动进行均衡。
集成电池模块总输出电压调节环路调节器的输出作为各电池单元电流内环的公共参考电流。电量前馈环路在公共参考电流的基础上改变各单元电流反馈环路输入参考电流。
使用状态平均法建立各电池单元的小信号等效模型,得出各变换器传递函数如式(2)所示。
其中,和分别为占空比到电感电流传递函数、输出电流到电感电流传递函数、输出电流到输出电压传递函数、电感电流到输出电压传递函数。
本发明实施例还提供了一种电池均衡控制装置,如图5所示,该装置包括:获取模块100,用于获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;参考电压计算模块200,用于根据各电池模块的电量计算各个电池模块的参考电压;公共参考电流计算模块300,用于根据输出电压和参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;调整模块400,用于通过电池的电量前馈对公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;反馈调节模块500,用于对参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。在可选的实施例中,参考电压计算模块包括:离差度计算单元,用于计算各电池模块的电量离差度;参考电压计算单元,用于基于电量离差度通过离差排序法得到各个电池模块的参考电压。
在可选的实施例中,反馈模包括:获取单元,用于获取各个电池的反馈电流;反馈单元,用于根据公共参考电流和反馈电流得到各个电池的反馈电流差;调节单元,用于根据反馈电流差得到用于调节对应电池充电电流的调节信号的占空比。
本发明实施例还提供了一种***,如图6所示,包括控制器,该控制器包括一个或多个处理器61以及存储器62,图6中以一个处理器61为例。
控制器还可以包括:输入装置63和输出装置64。
处理器61、存储器62、输入装置63和输出装置64可以通过总线或者其他方式连接,图6中以通过总线连接为例。
处理器61可以为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。处理器61还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器62作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块,如本申请实施例中的电池均衡控制方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例电池均衡控制方法。
存储器62可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储根据用户***操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外,存储器62可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接电池均衡控制装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置63可接收输入的数字或字符信息,以及产生与用户***的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置64可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器62中,当被一个或者多个处理器61执行时,执行如图1所示的方法。
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读介质,非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,计算机指令用于使计算机执行如上述实施例中任意一项描述电池均衡的控制方法。其中,存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard DiskDrive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive,SSD)等;存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种电池均衡控制方法,用于控制电池模块内串联的多个电池单元的电量,其特征在于,包括:
获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;
根据所述各电池模块的电量计算所述各个电池模块的参考电压;
根据所述电池模块输出电压和所述参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;
通过所述电池的电量前馈对所述公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;
对所述公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。
2.如权利要求1所述的电池均衡控制方法,其特征在于,所述根据所述各电池模块的电量计算所述各个电池模块的参考电压包括:
计算各所述电池模块的电量离差度;
基于所述电量离差度通过离差排序法得到所述各个电池模块的参考电压。
3.如权利要求1所述的电池均衡控制方法,其特征在于,所述对所述公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流包括:
获取各个电池的反馈电流;
根据所述公共参考电流和所述反馈电流得到各个电池的反馈电流差;
根据所述反馈电流差得到用于调节对应电池充放电电流的调节信号的占空比。
4.如权利要求1所述的电池均衡控制方法,其特征在于,在所述根据所述电池模块输出电压和所述参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流和所述通过所述电池的电量前馈对所述公共参考电流进行调整之间,包括:
判断各所述电池的电量是否一致;
当各所述电池的电量不一致时,进入通过所述电池的电量前馈对所述公共参考电流进行调整的步骤。
5.如权利要求1所述的电池均衡控制方法,其特征在于,在所述获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量和所述根据所述各电池模块的电量计算所述各个电池模块的参考电压之间还包括:
判断所述电池模块的电量是否在预设范围内;
如果所述电池模块的电量超出所述预设范围,旁路对应的所述电池模块。
6.一种电池均衡控制装置,其特征在于,包括
获取模块,用于获取各电池及各电池模块的输出电压、电流并估算电池及电池模块的电量;
参考电压计算模块,用于根据所述各电池模块的电量计算所述各个电池模块的参考电压;
公共参考电流计算模块,用于根据所述电池模块输出电压和所述参考电压的差经误差调节器得到公共参考电流;
调整模块,用于通过所述电池的电量前馈对所述公共参考电流进行调整,得到各个电池的电流参考值;
反馈调节模块,用于对所述公共参考电流进行反馈调节,控制对应电池的充放电电流。
7.如权利要求6所述的电池均衡控制装置,其特征在于,所述参考电压计算模块包括:
离差度计算单元,用于计算各所述电池模块的电量离差度;
参考电压计算单元,用于基于所述电量离差度通过离差排序法得到所述各个电池模块的参考电压。
8.如权利要求6所述的电池均衡控制装置,其特征在于,所述反馈调节模块包括:
获取单元,用于获取各个电池的反馈电流;
反馈单元,用于根据所述公共参考电流和所述反馈电流得到各个电池的反馈电流差;
调节单元,用于根据所述反馈电流差得到用于调节对应电池充放电电流的调节信号的占空比。
9.一种***,其特征在于,包括:控制器,包括:至少一个处理器;以及与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,存储器存储有可被一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器执行如权利要求1-5任意一项所述的电池均衡控制方法。
10.一种非暂态存储介质,其特征在于,非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,计算机指令用于使计算机执行如权利要求1-5任意一项所述的电池均衡控制方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180306 |