CN109606202A - 动力电池控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力电池控制方法及装置，涉及动力电池的技术领域，包括：动力电池控制器和动力电池，动力电池包括：多个串联的动力电池智能单体，每个动力电池智能单体包括：动力电池组和与动力电池组连接的智能单体控制器。该装置的动力电池控制器能够根据预设工作参数和每个智能单体控制器采集到的动力电池智能单体的电学参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，然后，每个智能单体控制器再基于动力电池控制器发送的充/放电升降压比对与其连接的动力电池组和外部设备的能量转移进行均衡管理，缓解了现有的动力电池均衡技术增加动力电池无效的充/放电次数和均衡过程产生不必要的能量损耗的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其是涉及一种动力电池控制方法及装置。
背景技术
动力电池组是电动汽车的动力源，也是整车最重要、最昂贵的部件之一，动力电池组通常通过多节动力电池单体并联，然后再串联产生高电压和大电流，虽然初始状态时，每一个动力电池单体的性能参数基本一致，但是在不断循环充电和放电的过程中，每个动力电池单体的各项参数会发生差异，影响了动力电池的最优性能，为了保证动力电池发挥其最优性能，延长动力电池单体的使用寿命，必须对动力电池单体进行合理有效地均衡管理。
现有的动力电池的均衡技术分为主动均衡与被动均衡，被动均衡通常采用均衡电阻通过均衡开关并接于动力电池单体两端，通过微控制器对单体电池监测，对于达到开启均衡阈值的动力电池单体通过闭合均衡开关，通过均衡电阻消耗能量，从而实现电池单体的均衡，这种均衡方法虽然实现方式简单，但是在均衡过程中会造成不必要的能量损耗；对于主动均衡技术，目前多采用电感、电容作为储能元件，实现单体电池之间或电池组之间的能量转移。该种方法同样存在缺点：在能量转移的过程中将增加电池自身无效的充/放电次数，降低了电池有效使用寿命。
综上所述，现有的动力电池均衡技术存在增加动力电池无效的充/放电次数和均衡过程产生不必要的能量损耗的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动力电池控制方法及装置，以缓解现有的动力电池均衡技术增加动力电池无效的充/放电次数和均衡过程产生不必要的能量损耗的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种动力电池控制装置，包括：动力电池控制器和动力电池，其中，所述动力电池控制器与所述动力电池通信连接；
所述动力电池包括：多个串联的动力电池智能单体，每个所述动力电池智能单体包括：动力电池组和与所述动力电池组连接的智能单体控制器；
所述智能单体控制器用于采集所述动力电池智能单体的电学参数，并将所述电学参数发送至所述动力电池组的动力电池控制器，其中，所述电学参数包括：所述动力电池组的电压，所述智能单体控制器的端电压，所述智能单体控制器的端电压表示放电过程中所述智能单体控制器的输出端电压或充电过程中所述智能单体控制器的输入端电压；
所述动力电池控制器用于接收所述动力电池中的每个智能单体控制器发送的所述电学参数，并根据所述电学参数和预设工作参数确定每个所述动力电池组的充/放电升降压比，将所述动力电池组的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器，其中，所述预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比；
所述智能单体控制器还用于接收所述动力电池控制器发送的所述充/放电升降压比，基于所述充/放电升降压比控制所述动力电池组与外部设备的能量转移。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述智能单体控制器包括：电压环控制器，电流环控制器和双向升降压变换器；
所述电压环控制器分别与所述动力电池控制器，所述动力电池组和所述电流环控制器连接，用于采集所述动力电池组的电压和所述智能单体控制器的端电压并发送至所述动力电池控制器；
所述电压环控制器还用于接收所述动力电池控制器发送的所述动力电池组的充/放电升降压比，基于所述充/放电升降压比确定目标电流并发送至所述电流环控制器，其中，所述目标电流用于使放电过程中的输出电压为所述动力电池组的电压与所述充/放电升降压比的乘积或用于使充电过程中的所述动力电池组的电压为充电限制电压，所述充电限制电压为设定的固定电压；
所述电流环控制器与所述双向升降压变换器连接，用于接收所述目标电流，以及采集所述双向升降压变换器的输出电流，并基于所述目标电流和所述输出电流确定所述双向升降压变换器的工作参数，其中，所述工作参数包括：脉冲波的占空比；
所述双向升降压变换器与所述动力电池组连接，用于基于所述脉冲波的占空比控制所述动力电池组与外部设备进行能量转移。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述动力电池控制器包括：中央处理器和第一通信模块；
所述第一通信模块与所述动力电池连接，用于接收所述动力电池中的每个动力电池组的电学参数；
所述中央处理器与所述第一通信模块连接，用于根据所述电学参数和所述预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，并将所述充/放电升降压比通过所述第一通信模块发送至对应的智能单体控制器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述电压环控制器包括：电压采集器、第二通信模块和第一数据处理器；
所述电压采集器分别与所述动力电池组和所述第二通信模块连接，用于采集所述动力电池组的电压和所述智能单体控制器的端电压，并通过所述第二通信模块发送至所述动力电池控制器；
所述第二通信模块还与所述第一数据处理器连接，用于接收所述动力电池控制器发送的所述动力电池组的充/放电升降压比，并将所述动力电池单体的充/放电升降压比发送至所述第一数据处理器；
所述第一数据处理器用于基于所述动力电池单体的充/放电升降压比确定所述目标电流并通过所述第二通信模块发送至所述电流环控制器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述电流环控制器包括：电流采集器和第二数据处理器；
所述电流采集器分别与所述双向升降压变换器，所述电压环控制器和所述第二数据处理器连接，用于采集所述双向升降压变换器的输出电流和接收所述电压环控制器发送的所述目标电流，并将所述输出电流和所述目标电流发送至所述第二数据处理器；
所述第二数据处理器基于所述输出电流和所述目标电流确定所述双向升降压变换器的工作参数。
第二方面，本发明实施例还提供一种动力电池控制方法，所述方法应用于上述第一方面中所述的动力电池控制装置，包括：获取所述动力电池中每个智能单体控制器发送的对应的动力电池智能单体的电学参数，其中，所述动力电池包括多个串联的动力电池智能单体，且每个所述动力电池智能单体包括：所述动力电池组和与所述动力电池组连接的智能单体控制器，所述电学参数包括：所述动力电池组的电压，所述智能单体控制器的端电压，所述智能单体控制器的端电压表示放电过程中所述智能单体控制器的输出端电压或充电过程中所述智能单体控制器的输入端电压；
根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，其中，所述预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，当所述动力电池工作在充电模式时，根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比包括：
获取充电模式下每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压；
基于每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组的充电升降压比。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，基于每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组的充电升降压比包括：
基于算式ΔUi＝UC-Ui确定每个动力电池组的升降压模式，其中，ΔUi表示所述动力电池组预设充电限制电压与第i个智能单体控制器的输入端电压的差值，Ui表示所述第i个智能单体控制器的输入端电压，UC表示所述动力电池组预设充电限制电压，i取值1至N，N表示所述动力电池中动力电池智能单体的数量；
基于算式确定第i个动力电池组的充电升降压比，其中，λi表示所述第i个动力电池组的充电升降压比。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，当所述动力电池工作在放电模式时，根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比包括：
获取放电模式下所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比；
基于所述所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组的放电升降压比。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，基于所述所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组的放电升降压比包括：
获取所述预设动力电池组升降压比ω；
基于算式确定所述所有动力电池组的平均电压，其中，表示所述所有动力电池组的平均电压，Ei表示第i个动力电池组的电压，i取值1至N，N表示所述动力电池中动力电池智能单体的数量；
基于算式确定第i个动力电池组在放电过程中的能量转移比，其中，βi表示第i个动力电池组在放电过程中的能量转移比；
基于算式确定第i个动力电池组的放电升降压比，其中表示第i个动力电池组的放电升降压比。
在本发明实施例中，该动力电池控制装置包括：动力电池控制器和动力电池，其中，动力电池控制器与动力电池通信连接；动力电池包括：多个串联的动力电池智能单体，每个动力电池智能单体包括：动力电池组和与动力电池组连接的智能单体控制器；智能单体控制器用于采集动力电池智能单体的电学参数，并将电学参数发送至动力电池组的动力电池控制器，其中，电学参数包括：动力电池组的电压，智能单体控制器的端电压，智能单体控制器的端电压表示放电过程中智能单体控制器的输出端电压或充电过程中智能单体控制器的输入端电压；动力电池控制器用于接收动力电池中的每个智能单体控制器发送的电学参数，并根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，将动力电池组的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器，其中，预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比；智能单体控制器还用于接收动力电池控制器发送的充/放电升降压比，基于充/放电升降压比控制动力电池组与外部设备的能量转移。
该装置的动力电池控制器能够根据预设工作参数和每个智能单体控制器采集的动力电池智能单体的电学参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，每个智能单体控制器基于接收到的充/放电升降压比对与其连接的动力电池组和外部设备的能量转移进行均衡管理，整个均衡管理过程中不存在动力电池组之间的能量转移，且该装置不包括其他耗能元件，均衡过程中没有多余的能量损耗，缓解了现有的动力电池均衡技术增加动力电池无效的充/放电次数和均衡过程产生不必要的能量损耗的技术问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种动力电池控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种动力电池控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的动力电池工作在充电模式时，根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比的流程图；
图4为本发明实施例提供的基于所有动力电池组的电压和预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组的放电升降压比的流程图。
图标：
1-动力电池；2-动力电池控制器；11-动力电池组；12-智能单体控制器。
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，下面将结合附图对本发明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，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一：
图1是根据本发明实施例的一种动力电池控制装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：动力电池控制器2和动力电池1，其中，动力电池控制器2与动力电池1通信连接；
动力电池1包括：多个串联的动力电池智能单体，每个动力电池智能单体包括：动力电池组11和与动力电池组11连接的智能单体控制器12；
本发明实施例的动力电池控制装置主要由两部分组成：动力电池1和与之通信连接的动力电池控制器2，其中，动力电池1包括多个动力电池智能单体，且每个动力电池智能单体与相邻的动力电池智能单体串联，每个动力电池智能单体由动力电池组11和与动力电池组11连接的智能单体控制器12组成。
智能单体控制器12用于采集动力电池智能单体的电学参数，并将电学参数发送至动力电池组11的动力电池控制器2，其中，电学参数包括：动力电池组11的电压，智能单体控制器12的端电压，智能单体控制器12的端电压表示放电过程中智能单体控制器12的输出端电压或充电过程中智能单体控制器12的输入端电压；
具体的，每个智能单体控制器12用于采集其所在的动力电池智能单体的电学参数，并将电学参数发送至动力电池组11的动力电池控制器2，其中，电学参数包括：动力电池组11的电压和智能单体控制器12的端电压，根据动力电池1工作在充/放电模式的不同，智能单体控制器12的端电压表示放电过程中智能单体控制器12的输出端电压或充电过程中智能单体控制器12的输入端电压。
动力电池控制器2用于接收动力电池1中的每个智能单体控制器12发送的电学参数，并根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，将动力电池组11的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器12，其中，预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比；
具体的，动力电池控制器2接收到动力电池1所有的电学参数后，就能够根据预设工作参数和获取到的电学参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，并将每个动力电池组11的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器12，当动力电池1工作在充电模式时，动力电池控制器2需要获取动力电池组预设充电限制电压和智能单体控制器12的输入端电压，进而确定每个动力电池组11的充电升降压比；当动力电池1工作在放电模式时，动力电池控制器2需要获取预设动力电池组升降压比，每个动力电池组11的电压和对应的智能单体控制器12的输出端电压，进而确定每个动力电池组11的放电升降压比。
智能单体控制器12还用于接收动力电池控制器2发送的充/放电升降压比，基于充/放电升降压比控制动力电池组11与外部设备的能量转移。
进一步的，动力电池控制器2将每个动力电池组11的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器12后，智能单体控制器12将基于接收到的充/放电升降压比控制对应的动力电池组11与外部设备的能量转移，如果智能单体控制器12接收到的充/放电升降压比与初始状态的动力电池组升降压比的比值大于1，将加快动力电池组11与外部设备的能量转移速度，如果智能单体控制器12接收到的充/放电升降压比与初始状态的动力电池组升降压比的比值小于1，将减缓动力电池组11与外部设备的能量转移速度。
为了便于理解，下面进行举例说明：
若动力电池1由3个串联的动力电池智能单体组成，放电时，动力电池控制器2采集到动力电池组11的电压分别为：3V，4V，5V，为了均衡动力电池1中每一个动力电池组11与外部设备的能量转移，应该使高于平均电压值的动力电池组11加快与外部设备的能量转移速度，使低于平均电压值的动力电池组11减缓与外部设备的能量转移速度，所以5V的动力电池组11接收到比预设动力电池组升降压比高的放电升压比，3V的动力电池组11接收到比预设动力电池组升降压比低的放电升压比；充电时，如果动力电池组11的预设充电限制电压为5V，采集到的智能单体控制器12的输入端电压分别为4V，5V，6V，那么应该使输入端电压为4V的动力电池智能单体进行升压充电，使输入端电压为6V的动力电池智能单体进行降压充电，所以4V的动力电池组11接收到动力电池控制器2发送的充电升压比1.25，6V的动力电池组11接收到动力电池控制器2发送的充电降压比0.83。
在本发明实施例中，该动力电池控制装置包括：动力电池控制器2和动力电池1，其中，动力电池控制器2与动力电池1通信连接；动力电池1包括：多个串联的动力电池智能单体，每个动力电池智能单体包括：动力电池组11和与动力电池组11连接的智能单体控制器12；智能单体控制器12用于采集动力电池智能单体的电学参数，并将电学参数发送至动力电池组11的动力电池控制器2，其中，电学参数包括：动力电池组11的电压，智能单体控制器12的端电压，智能单体控制器12的端电压表示放电过程中智能单体控制器12的输出端电压或充电过程中智能单体控制器12的输入端电压；动力电池控制器2用于接收动力电池1中的每个智能单体控制器12发送的电学参数，并根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，将动力电池组11的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器12，其中，预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比；智能单体控制器12还用于接收动力电池控制器2发送的充/放电升降压比，基于充/放电升降压比控制动力电池组11与外部设备的能量转移。
该装置的动力电池控制器2能够根据预设工作参数和每个智能单体控制器12采集的动力电池智能单体的电学参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，每个智能单体控制器12基于接收到的充/放电升降压比对与其连接的动力电池组11和外部设备的能量转移进行均衡管理，整个均衡管理过程中不存在动力电池组11之间的能量转移，且该装置不包括其他耗能元件，均衡过程中没有多余的能量损耗，缓解了现有的动力电池1均衡技术增加动力电池1无效的充/放电次数和均衡过程产生不必要的能量损耗的技术问题。
上述内容是对本发明的动力电池控制装置的工作过程进行了简要的描述，下面对智能单体控制器12的工作过程进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，智能单体控制器12包括：电压环控制器，电流环控制器和双向升降压变换器；
电压环控制器分别与动力电池控制器2，动力电池组11和电流环控制器连接，用于采集动力电池组11的电压和智能单体控制器12的端电压并发送至动力电池控制器2；
具体的，智能单体控制器12主要由：电压环控制器，电流环控制器和双向升降压变换器组成，充电模式时，电压环控制器用于采集智能单体控制器12的输入端电压，放电模式时，电压环控制器用于采集动力电池组11的电压和智能单体控制器12的输出端电压，采集完成后，需要将采集到的所有电压发送至动力电池控制器2。
电压环控制器还用于接收动力电池控制器2发送的动力电池组11的充/放电升降压比，基于充/放电升降压比确定目标电流并发送至电流环控制器，其中，目标电流用于使放电过程中的输出电压为动力电池组11的电压与充/放电升降压比的乘积或用于使充电过程中的动力电池组11的电压为充电限制电压，充电限制电压为设定的固定电压；
具体的，动力电池控制器2接收到动力电池1所有的电学参数后，就能够根据预设工作参数和获取到的电学参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，然后将每个动力电池组11的充/放电升降压比发送至对应的电压环控制器，电压环控制器将采集到的智能单体控制器12的端电压与目标电压做差，计算出实际输出端电压与目标电压的偏差值，再经电压环PI(proportional integral，比例积分)调节，电压环PI调节的过程中，实际输出端电压与目标电压构成控制偏差，其中，目标电压是放电过程中动力电池组11的电压与放电升降压比的乘积或充电过程中动力电池组11的充电限制电压(即设定的固定电压)，将控制偏差的比例和积分通过线性组合得到控制量，PI的调节中的比例调节及积分调节作用为按照比例反映***的偏差，***一旦出现了偏差，比例调节就立即产生调节作用减小偏差，比例调节并不能完全使偏差为0，实际中***仍然存在稳态误差，此刻积分调节将消除***的稳态误差提高无误差度，经过PI调节中的比例调节及积分调节后，电压环控制器将输出控制量(控制量无量纲)，此控制量为电流环进行PI调节过程中的目标电流值，其中，该目标电流是保证充电过程中动力电池组11的电压为充电限制电压(即设定的固定电压)，也是保证放电过程中的智能单体控制器12的输出电压为动力电池组11的电压与放电升降压比的乘积。
电流环控制器与双向升降压变换器连接，用于接收目标电流，以及采集双向升降压变换器的输出电流，并基于目标电流和输出电流确定双向升降压变换器的工作参数，其中，工作参数包括：脉冲波的占空比；
具体的，电压环控制器将输出的目标电流发送至电流环控制器，电流环控制器还与双向升降压变换器连接，对双向升降压变换器的输出电流进行采集，电流环控制器将目标电流与双向升降压变换器的输出电流做差，计算出双向升降压变换器的输出电流与目标电流的偏差值，再经过电流环PI调节，电流环PI调节的过程中，双向升降压变换器的输出电流与目标电流构成控制偏差，电流环PI调节过程中针对控制偏差的处理，与上文中电压环PI调节的过程一致，此处不再赘述，依据控制偏差在比例调节与积分调节二者的作用下进行PI调节，***将计算出PI调节过程中双向升降压变换器的工作参数，其中，工作参数包括：脉冲波的占空比，通过改变脉冲波的占空比实现双向升降压变换器的输出端输出目标电流。
双向升降压变换器与动力电池组11连接，用于基于脉冲波的占空比控制动力电池组11与外部设备进行能量转移。
进一步的，双向升降压变换器与动力电池组11连接，能够基于接收到的工作参数(即，脉冲波的占空比)使自身在不同的工作状态间进行切换，进而控制动力电池组11与外部设备进行能量转移。
上述内容是对智能单体控制器12的工作过程进行详细描述，下面将对动力电池控制器2的工作过程进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，动力电池控制器2包括：中央处理器和第一通信模块；
第一通信模块与动力电池1连接，用于接收动力电池1中的每个动力电池组11的电学参数；
具体的，动力电池控制器2主要由中央处理器和第一通信模块组成，动力电池1发送的所有电学参数都通过第一通信模块进行接收，并发送至中央处理器。
中央处理器与第一通信模块连接，用于根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，并将充/放电升降压比通过第一通信模块发送至对应的智能单体控制器12。
进一步的，中央处理器接收到所有动力电池智能单体的电学参数后，根据预设工作参数和所有电学参数就能够确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，然后，通过通信模块将每个充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器12。
上述内容是对动力电池控制器2的工作过程进行详细的描述，下面将对电压环控制器的工作过程进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，电压环控制器包括：电压采集器、第二通信模块和第一数据处理器；
电压采集器分别与动力电池组11和第二通信模块连接，用于采集动力电池组11的电压和智能单体控制器12的端电压，并通过第二通信模块发送至动力电池控制器2；
具体的，电压环控制器包括：电压采集器、第二通信模块和第一数据处理器，电压采集器分别与动力电池组11和第二通信模块连接，电压环控制器通过电压采集器实现对动力电池组11的电压和智能单体控制器12的端电压进行采集，并将采集得到的电压通过第二通信模块发送至动力电池控制器2。
第二通信模块还与第一数据处理器连接，用于接收动力电池控制器2发送的动力电池组11的充/放电升降压比，并将动力电池单体的充/放电升降压比发送至第一数据处理器；
第一数据处理器用于基于动力电池单体的充/放电升降压比确定目标电流并通过第二通信模块发送至电流环控制器。
进一步的，动力电池控制器2将计算得到的动力电池组11的充/放电升降压比发送至第二通信模块，然后，第二通信模块将接收到的充/放电升降压比发送至第一数据处理器，第一数据处理器利用实际输出端电压与目标电压构成控制偏差，再经电压环PI调节，上文中已经对电压环PI调节的过程进行了详细的介绍，此处不再赘述。电压环PI调节后第一数据处理器将输出电流环进行PI调节过程中的目标电流，并通过第二通信模块将目标电流发送至电流环控制器。
上述内容是对电压环控制器的工作过程进行详细的描述，下面将对电流环控制器的工作过程进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，电流环控制器包括：电流采集器和第二数据处理器；
电流采集器分别与双向升降压变换器，电压环控制器和第二数据处理器连接，用于采集双向升降压变换器的输出电流和接收电压环控制器发送的目标电流，并将输出电流和目标电流发送至第二数据处理器；
第二数据处理器基于输出电流和目标电流确定双向升降压变换器的工作参数。
具体的，电流环控制器包括：电流采集器和第二数据处理器，电流采集器用于接收电压环控制器发送的目标电流和采集双向升降压变换器的输出电流，并将输出电流和目标电流发送至第二数据处理器，第二数据处理器利用输出电流与目标电流构成控制偏差，再经电流环PI调节，上文中已经对电流环PI调节的过程进行了详细的介绍，此处不再赘述。电流环PI调节后第二数据处理器将输出双向升降压变换器的工作参数，即，双向升降压变换器中所有脉冲波的占空比。
发明人对本发明的动力电池控制装置进行了性能验证，实验中采用DLGNCM18650三元锂电池，将8节动力电池单体并联为一组作为一个动力电池组11，取10个串联的动力电池智能单体组成动力电池1，每个动力电池组11配备一个智能单体控制器12，电压环控制器采用飞思卡尔MC9S12XET256单片机对动力电池智能单体的电学参数进行采集，10个动力电池智能单体之间的信息通过CAN总线的通信方式将采集到的数据传送至动力电池控制器2中，动力电池控制器2计算出最佳升降压比，动力电池1在电压环控制器，电流环控制器和双向升降压变换器协同作用下实现升压或降压对动力电池组11进行均衡管理。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种动力电池控制方法，该动力电池控制方法应用于上述实施例一所提供的动力电池控制装置，以下对本发明实施例提供的动力电池控制方法做具体介绍。
图2是根据本发明实施例的一种动力电池控制方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S12，获取动力电池1中每个智能单体控制器12发送的对应的动力电池智能单体的电学参数，其中，动力电池1包括多个串联的动力电池智能单体，且每个动力电池智能单体包括：动力电池组11和与动力电池组11连接的智能单体控制器12，电学参数包括：动力电池组11的电压，智能单体控制器12的端电压，智能单体控制器12的端电压表示放电过程中智能单体控制器12的输出端电压或充电过程中智能单体控制器12的输入端电压；
具体的，本发明方法中应用的动力电池1包括多个动力电池智能单体，且每个动力电池智能单体与相邻的动力电池智能单体串联，每个动力电池智能单体由动力电池组11和与动力电池组11连接的智能单体控制器12组成。要对动力电池1进行均衡管理，首先要获取动力电池1中每个动力电池智能单体的电学参数，其中，每个智能单体控制器12用于获取其所在的动力电池智能单体的电学参数，电学参数包括：动力电池组11的电压和智能单体控制器12的端电压，根据动力电池1工作在充/放电模式的不同，智能单体控制器12的端电压表示放电过程中智能单体控制器12的输出端电压或充电过程中智能单体控制器12的输入端电压。
步骤S14，根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，其中，预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比。
要确定每个动力电池组11的充/放电升降压比，除了需要上述智能单体控制器12获取的电学参数，还需要根据充/放电模式不同，获取预设工作参数，当动力电池1工作在充电模式时，每个动力电池组11的充电升降压比的计算还需要获取动力电池组预设充电限制电压，当动力电池1工作在放电模式时，每个动力电池组11的放电升降压比的计算还需要获取预设动力电池组升降压比，预设工作参数可以根据实际需求进行设定，用户可以预先存储在动力电池控制器2中，也可以是动力电池控制器2实时获取上位机的参数，本发明不对预设工作参数的来源进行限定。
上述内容是对动力电池控制方法的工作过程进行简要描述，下文中将对其中涉及到的具体内容进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，如图3所示，当动力电池1工作在充电模式时，根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比包括如下步骤：
步骤S21，获取充电模式下每个智能单体控制器12的输入端电压和动力电池组预设充电限制电压；
当动力电池1处于充电模式，要计算每个动力电池组11的充电升降压比，需要获取采集到的每个智能单体控制器12的输入端电压和动力电池组预设充电限制电压。
步骤S22，基于每个智能单体控制器12的输入端电压和动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组11的充电升降压比。
进一步的，基于上述获取到的每个智能单体控制器12的输入端电压和动力电池组预设充电限制电压，就能够对每个动力电池组11的充电升降压比进行计算。下面将对计算过程进行详细描述。
在一个可选的实施方式中，步骤S22，基于每个智能单体控制器12的输入端电压和动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组11的充电升降压比包括如下内容：
首先，基于算式ΔUi＝UC-Ui确定每个动力电池组11的升降压模式，其中，ΔUi表示动力电池组预设充电限制电压与第i个智能单体控制器12的输入端电压的差值，Ui表示第i个智能单体控制器12的输入端电压，UC表示动力电池组预设充电限制电压，i取值1至N，N表示动力电池1中动力电池智能单体的数量；
具体的，如果动力电池组预设充电限制电压为UC，第i个智能单体控制器12的输入端电压为Ui，则基于算式ΔUi＝UC-Ui确定第i个动力电池组11的升降压模式，当ΔUi>0时，即第i个智能单体控制器12的输入端电压小于动力电池组预设充电限制电压，为保证动力电池组11得到预设充电限制电压，应该使第i个动力电池智能单体工作在升压充电模式；当ΔUi<0时，即第i个智能单体控制器12的输入端电压大于动力电池组预设充电限制电压，为保证动力电池组11得到预设充电限制电压，应该使第i个动力电池智能单体工作在降压充电模式；其中，i取值1至N，N表示动力电池1中动力电池智能单体的数量。
然后，基于算式确定第i个动力电池组11的充电升降压比，其中，λi表示第i个动力电池组11的充电升降压比。
具体的，当ΔUi>0时，第i个动力电池智能单体工作在升压充电模式，基于算式确定第i个动力电池组11的充电升压比；当ΔUi<0时，第i个动力电池智能单体工作在降压充电模式，基于算式确定第i个动力电池组11的充电降压比。
为了便于理解，下面举例说明，动力电池组预设充电限制电压UC为4V，第1个智能单体控制器12的输入端电压U1为6V，第3个智能单体控制器12的输入端电压U3为2V，那么ΔU1<0，第1个动力电池智能单体工作在降压充电模式，第1个动力电池组11的充电降压比为ΔU3>0，第3个动力电池智能单体工作在升压充电模式，第3个动力电池组11的充电升压比为
上述内容对动力电池1工作充电过程中的控制方法进行了详细描述，下面对动力电池1放电过程中的控制方法进行详细介绍。
在一个可选的实施方式中，当动力电池1工作在放电模式时，根据电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组11的充/放电升降压比包括如下步骤：
步骤S31，获取放电模式下所有动力电池组11的电压和预设动力电池组升降压比；
具体的，当动力电池组11给外部设备进行供电时，为了对每个动力电池组11的能量转移进行均衡控制，就要计算出每个动力电池组11的放电升降压比，需要获取采集到的所有动力电池组11的电压和预设动力电池组升降压比。
步骤S32，基于所有动力电池组11的电压和预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组11的放电升降压比。
进一步的，基于上述获取到的所有动力电池组11的电压和预设动力电池组升降压比，就能够对每个动力电池组11的放电升降压比进行计算。下面将对计算过程进行详细描述。
在一个可选的实施方式中，如图4所示，基于所有动力电池组11的电压和预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组11的放电升降压比包括如下步骤：
步骤S41，获取预设动力电池组升降压比ω；
放电模式下，预设动力电池组升降压比ω为动力电池预设输出电压与多个串联的动力电池智能单体的总电压的比值，动力电池1可以根据任意预设动力电池组升降压比进行电压的输出，用户可以根据实际需求设定预设动力电池组升降压比，本发明不进行具体限定。
为了便于理解，下面举例说明，若动力电池预设输出电压为100V，多个串联的动力电池智能单体的总电压为50V，则预设动力电池组升降压比ω为2；若动力电池预设输出电压为10V，多个串联的动力电池智能单体的总电压为50V，则预设动力电池组升降压比ω为0.2。
步骤S42，基于算式确定所有动力电池组11的平均电压，其中，表示所有动力电池组11的平均电压，Ei表示第i个动力电池组11的电压，i取值1至N，N表示动力电池1中动力电池智能单体的数量；
具体的，将获取到的所有动力电池组11的电压相加得到统计动力电池1中动力电池智能单体的数量N，并基于算式确定所有动力电池组11的平均电压，其中，表示所有动力电池组11的平均电压，Ei表示第i个动力电池组11的电压。
步骤S43，基于算式确定第i个动力电池组11在放电过程中的能量转移比，其中，βi表示第i个动力电池组11在放电过程中的能量转移比；
进一步的，针对第i个动力电池组11，获取到的动力电池组11的电压为Ei，上述得到所有动力电池组11的平均电压为基于算式确定第i个动力电池组11在放电过程中的能量转移比，如果βi>0，表示第i个动力电池组11的电压大于动力电池组11的平均电压，此时应该加快第i个动力电池组11的能量转移；如果βi<0，表示第i个动力电池组11的电压小于动力电池组11的平均电压，此时应该减缓第i个动力电池组11的能量转移，使得整个动力电池1的放电过程实现均衡。
步骤S44，基于算式确定第i个动力电池组11的放电升降压比，其中表示第i个动力电池组11的放电升降压比。
进一步的，将获取到的预设动力电池组升降压比ω与第i个动力电池组11在放电过程中的能量转移比进行相加，进而确定第i个动力电池组11的放电升降压比，如果βi>0，那么则加快第i个动力电池组11与外部设备的能量转移速度，如果βi<0，那么则减缓第i个动力电池组11与外部设备的能量转移速度。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.该动力电池控制装置能够实现充电及放电状态下动力电池的实时在线主动均衡；
2.现有的主动均衡技术主要采用高电量的动力电池组11对低电量的动力电池组11充电，以实现电池组的均衡，但是这样操作增加了动力电池无效的充放电次数，减少了动力电池的使用寿命，本发明的动力电池控制装置中的动力电池能够根据接收到的充/放电升降压比对每一个动力电池组11与外部设备的能量转移进行均衡调节，不存在动力电池组11之间的能量转移，解决了无效充放电次数的问题。
3.现有的被动均衡技术在均衡过程中会造成不必要的能量损耗，但是本发明的动力电池控制装置不涉及其它无关耗能元件，均衡过程中没有多余的能量损耗。
4.放电模式下，本发明中动力电池控制装置中的动力电池可以根据任意的预设动力电池组升降压比，经过所有智能单体控制器12的调节实现负载端电压的输出，用户可以根据实际需求设置负载端需要的任意电压。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本发明实施例提供的动力电池控制方法，与上述实施例提供的动力电池控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例所提供的进行动力电池控制方法及装置的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种动力电池控制装置，其特征在于，包括：动力电池控制器和动力电池，其中，所述动力电池控制器与所述动力电池通信连接；
所述动力电池包括：多个串联的动力电池智能单体，每个所述动力电池智能单体包括：动力电池组和与所述动力电池组连接的智能单体控制器；
所述智能单体控制器用于采集所述动力电池智能单体的电学参数，并将所述电学参数发送至所述动力电池组的动力电池控制器，其中，所述电学参数包括：所述动力电池组的电压，所述智能单体控制器的端电压，所述智能单体控制器的端电压表示放电过程中所述智能单体控制器的输出端电压或充电过程中所述智能单体控制器的输入端电压；
所述动力电池控制器用于接收所述动力电池中的每个智能单体控制器发送的所述电学参数，并根据所述电学参数和预设工作参数确定每个所述动力电池组的充/放电升降压比，将所述动力电池组的充/放电升降压比发送至对应的智能单体控制器，其中，所述预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比；
所述智能单体控制器还用于接收所述动力电池控制器发送的所述充/放电升降压比，基于所述充/放电升降压比控制所述动力电池组与外部设备的能量转移。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述智能单体控制器包括：电压环控制器，电流环控制器和双向升降压变换器；
所述电压环控制器分别与所述动力电池控制器，所述动力电池组和所述电流环控制器连接，用于采集所述动力电池组的电压和所述智能单体控制器的端电压并发送至所述动力电池控制器；
所述电压环控制器还用于接收所述动力电池控制器发送的所述动力电池组的充/放电升降压比，基于所述充/放电升降压比确定目标电流并发送至所述电流环控制器，其中，所述目标电流用于使放电过程中的输出电压为所述动力电池组的电压与所述充/放电升降压比的乘积或用于使充电过程中的所述动力电池组的电压为充电限制电压，所述充电限制电压为设定的固定电压；
所述电流环控制器与所述双向升降压变换器连接，用于接收所述目标电流，以及采集所述双向升降压变换器的输出电流，并基于所述目标电流和所述输出电流确定所述双向升降压变换器的工作参数，其中，所述工作参数包括：脉冲波的占空比；
所述双向升降压变换器与所述动力电池组连接，用于基于所述脉冲波的占空比控制所述动力电池组与外部设备进行能量转移。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动力电池控制器包括：中央处理器和第一通信模块；
所述第一通信模块与所述动力电池连接，用于接收所述动力电池中的每个动力电池组的电学参数；
所述中央处理器与所述第一通信模块连接，用于根据所述电学参数和所述预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，并将所述充/放电升降压比通过所述第一通信模块发送至对应的智能单体控制器。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压环控制器包括：电压采集器、第二通信模块和第一数据处理器；
所述电压采集器分别与所述动力电池组和所述第二通信模块连接，用于采集所述动力电池组的电压和所述智能单体控制器的端电压，并通过所述第二通信模块发送至所述动力电池控制器；
所述第二通信模块还与所述第一数据处理器连接，用于接收所述动力电池控制器发送的所述动力电池组的充/放电升降压比，并将所述动力电池单体的充/放电升降压比发送至所述第一数据处理器；
所述第一数据处理器用于基于所述动力电池单体的充/放电升降压比确定所述目标电流并通过所述第二通信模块发送至所述电流环控制器。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电流环控制器包括：电流采集器和第二数据处理器；
所述电流采集器分别与所述双向升降压变换器，所述电压环控制器和所述第二数据处理器连接，用于采集所述双向升降压变换器的输出电流和接收所述电压环控制器发送的所述目标电流，并将所述输出电流和所述目标电流发送至所述第二数据处理器；
所述第二数据处理器基于所述输出电流和所述目标电流确定所述双向升降压变换器的工作参数。
6.一种动力电池控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1至5中任一项所述的动力电池控制装置，包括：
获取所述动力电池中每个智能单体控制器发送的对应的动力电池智能单体的电学参数，其中，所述动力电池包括多个串联的动力电池智能单体，且每个所述动力电池智能单体包括：所述动力电池组和与所述动力电池组连接的智能单体控制器，所述电学参数包括：所述动力电池组的电压，所述智能单体控制器的端电压，所述智能单体控制器的端电压表示放电过程中所述智能单体控制器的输出端电压或充电过程中所述智能单体控制器的输入端电压；
根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比，其中，所述预设工作参数包括：动力电池组预设充电限制电压，预设动力电池组升降压比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述动力电池工作在充电模式时，根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比包括：
获取充电模式下每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压；
基于每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组的充电升降压比。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于每个所述智能单体控制器的输入端电压和所述动力电池组预设充电限制电压确定对应的动力电池组的充电升降压比包括：
基于算式ΔUi＝UC-Ui确定每个动力电池组的升降压模式，其中，ΔUi表示所述动力电池组预设充电限制电压与第i个智能单体控制器的输入端电压的差值，Ui表示所述第i个智能单体控制器的输入端电压，UC表示所述动力电池组预设充电限制电压，i取值1至N，N表示所述动力电池中动力电池智能单体的数量；
基于算式确定第i个动力电池组的充电升降压比，其中，λi表示所述第i个动力电池组的充电升降压比。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述动力电池工作在放电模式时，根据所述电学参数和预设工作参数确定每个动力电池组的充/放电升降压比包括：
获取放电模式下所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比；
基于所述所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组的放电升降压比。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述所有动力电池组的电压和所述预设动力电池组升降压比确定每个动力电池组的放电升降压比包括：
获取所述预设动力电池组升降压比ω；
基于算式确定所述所有动力电池组的平均电压，其中，表示所述所有动力电池组的平均电压，Ei表示第i个动力电池组的电压，i取值1至N，N表示所述动力电池中动力电池智能单体的数量；
基于算式确定第i个动力电池组在放电过程中的能量转移比，其中，βi表示第i个动力电池组在放电过程中的能量转移比；
基于算式确定第i个动力电池组的放电升降压比，其中表示第i个动力电池组的放电升降压比。
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