CN105870993B - 基于模糊-pi控制的锂电池主动均衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于模糊‑PI控制的锂电池主动均衡控制方法，涉及锂电池技术领域；1)、检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的SOC值；2)、设电池组为n节单体电池串联，则电池组的SOC均值各节电池的SOC差值3)、当ΔSOC≥设定值时，启动模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值和所述差值ΔSOC为输入，并将所述均值和所述差值ΔSOC进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象。本发明可以解决现有的锂电池均衡方法存在的均衡时间长，能量浪费严重，以寿命换取电能利用率，无法保证均衡的效率和精度，均衡判据不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域；尤其是一种锂电池均衡的基于模糊-PI控制的主动均衡控制方法。
背景技术
随着锂电池技术的发展和节能环保的受到各方面越来越多的重视，锂电池的应用领域越来越广阔，如便携式电子产品、电动汽车以及太阳能发电系统等新能源领域。为满足用电装置的功率驱动要求，通常采用串联电池的方式来提高电压等级。然而，现有的技术无法保证各单体电池相关电池参数的一致性，尤其是各单体电池荷电状态(state ofcharge，简称SOC)的一致性。通过均衡装置缩小各单体电池的SOC差异，不仅可以使动力电池组的使用寿命最大化，容量利用最大化，而且关系到动力电池组的动力性能、能源利用效率及整个用电装置的运行与安全。
目前有多种锂电池均衡控制方法，如容量浮充式均衡方法，该方法在满电后对所有电池继续进行浮充充电以使所有电池的容量达到一致。这种方法具有过高的浮充电压并且大多数单体电池都处于过冲状态，是一种以寿命换取电能利用率的方式。平均值、差值比较均衡控制方法具有简单，实现容易，但无法保证均衡的效率和精度。电压式均衡方法以电压替代SOC作为均衡依据，存在以外电压作为电池组一致性判据所导致的均衡判据不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，它可以解决现有的锂电池均衡方法存在的均衡时间长，能量浪费严重，以寿命换取电能利用率，无法保证均衡的效率和精度，均衡判据不稳定的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，步骤为：1)、首先检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的SOC值；
2)、设电池组为n节单体电池串联，则电池组的SOC均值各节电池的SOC差值ΔSOC为电池组中单体电池的最大SOC差值；
3)、当ΔSOC≥设定值时，启动模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值和所述差值ΔSOC为输入，并将所述均值和所述差值ΔSOC进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象。
上述技术方案中，更为具体的方案还可以是：经过所述步骤1)至3)后，由检测单元检测所述被控对象的实际均衡电流最大值，再反馈到所述PI控制器，由所述PI控制器保证所述实际均衡电流收敛于所述模糊控制器输出的均衡电流最大值Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。
更进一步：所述模糊控制器的芯片为TMS320F28335芯片。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：由于本发明中设置有模糊控制器，模糊控制器以电池组的均值和差值ΔSOC为输入，均衡电流最大值Imax为输出量。较大的ΔSOC意味着较大的Imax以快速减小偏差；较小的ΔSOC则用较小的Imax以减小能量损耗。当电池组较大时需要较大的Imax以迅速减小偏差；当电池组较小时以较小的Imax均衡，以避免对电池造成的损害，当合理调制隶属度时，可以实现均衡速度和均衡效率的优化控制。
附图说明
图1是本发明的方框示意图。
图2是本发明的隶属度函数图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：
图1所示的锂电池主动均衡控制方法，步骤为：1)、检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的SOC值；
2)、设电池组为n节单体电池串联，则电池组的SOC均值各节电池的SOC差值ΔSOC为电池组中单体电池的最大SOC差值；
3)、当ΔSOC≥设定值时，启动模糊控制器1，模糊控制器1以均值和差值ΔSOC为输入，并将均值和差值ΔSOC进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出，经PI控制器2，执行单元3到达被控对象4。
经过所述步骤1)至3)后，由检测单元5检测被控对象4的实际均衡电流最大值，再反馈到PI控制器2，由PI控制器2保证实际均衡电流收敛于模糊控制器1输出的均衡电流最大值Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。
本发明的模糊控制器1是双输入单输出的控制器，其芯片为TMS320F28335芯片。模糊控制器1选择电池组的SOC均值和各节电池的SOC差值ΔSOC作为输入量，均衡电流最大值Imax为输出量。较大的ΔSOC意味着较大的Imax以快速减小偏差；较小的ΔSOC则用较小的Imax以减小能量损耗。当电池组较大时需要较大的Imax以迅速减小偏差；当电池组较小时以较小的Imax均衡，以避免对电池造成的损害，当合理调制隶属度时，可以实现均衡速度和均衡效率的优化控制。
选择三角形作为隶属度函数的形状，根据锂电池特性将ΔSOC、和Imax分为很小(VS)、小(S)、中等(M)、大(B)、很大(VB)五个等级，其中0≤ΔSOC≤100，Imax根据实际需求设置，模糊控制隶属度函数如图2所示。
以ΔSOC、为系统输入，均衡电流为系统输出，控制原则如下：(1)当ΔSOC较大，较大时用较大的均衡电流以提高均衡速度，避免电池过充；(2)当ΔSOC较大，较小时用较小的均衡电流以避免电池过放；(3)ΔSOC较小，较大时用较小的均衡电流以减小能量损耗；(4)ΔSOC较小，较小时用较小的均衡电流以修正偏差。根据上述原则，得到模糊原则如表1所示。
表1模糊原则表
模糊控制器1应用于均衡电流控制速度更快，能量利用率更高，这是由于模糊控制器1能够因SOC差值和SOC均值智能调节电流，在差值大时采用大电流迅速减小偏差，在差值小时采用小电流提高能量利用率，因而实现了均衡速度和能量利用率的优化控制。
由检测单元5测量均衡电路中的实际均衡电流最大值I'max，由PI控制器2保证均衡电流收敛于模糊控制器1输出的Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。在该系统中，PI控制器2的输入为模糊控制器1输出的Imax，输出为固定频率、占空比变动的驱动信号，通过驱动信号控制开关管的导通与关断，以实现均衡电流方向和大小的控制。通过调节PI参数可使实际均衡电流最大值I'max收敛于模糊控制器1输出的Imax附近，进而避免了输出偏差造成的不良影响，保证了模糊控制的输出效果。
Claims (2)
1.一种基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：步骤为： 1）、检测串联电池组的充放电电流信号和各节单体电池的端电压，利用UKF算法估算各节单体电池的SOC值；
2）、设电池组为n节单体电池串联，则电池组的SOC均值，各节电池的SOC差值，为电池组中单体电池的最大SOC差值；
3）、当时，启动模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值和所述差值为输入，并将所述均值和所述差值进行模糊运算后得到一个精确的均衡电流最大值Imax输出，经PI控制器，执行单元到达被控对象；
经过所述步骤1）至3）后，由检测单元检测所述被控对象的实际均衡电流最大值，再反馈到所述PI控制器，由所述PI控制器保证所述实际均衡电流收敛于所述模糊控制器输出的均衡电流最大值Imax，进而实现主动均衡系统的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的基于模糊-PI控制的锂电池主动均衡控制方法，其特征在于：所述模糊控制器的芯片为TMS320F28335芯片。
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