CN112467851A - 一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在解决磷酸铁锂电池组在使用过程中的电池单体的老化和不一致性导致的电池组容量异常衰减、电池组放电能力受到限制等问题，提出了一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法，属于电池管理系统。该控制方法包括老化单体识别模块和均衡控制模块，考虑到老化单体充放电过程中率先达到充放电截止电压而影响电池组充放电能力，利用极限学习机对电池单体的老化程度进行识别，以电池荷电状态(SOC)为均衡变量，判断不一致性，基于模糊逻辑控制算法进行均衡控制，进而改善电池组容量衰减，优化电池组使用性能。

Description

一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法
技术领域
本发明属于电池管理系统，更确切地说，本发明涉及磷酸铁锂电池组均衡控制方法。
背景技术
混合动力汽车、纯电动汽车及燃料电池汽车等新能源汽车上大多装载有磷酸铁锂电池组，其中，磷酸铁锂电池组性能直接影响驱动电动机的性能，从而影响整车的燃料经济性和排放性能，是实现整车性能的关键，然而磷酸铁锂电池组存在容量衰减的问题，这会恶化整车经济性和排放性能。而电池单体的老化和不一致性是影响磷酸铁锂电池组使用性能的关键因素，电池单体的严重老化和不一致性恶化电池的使用性能、限制电池充放电能力，进而导致磷酸铁锂电池组容量衰减，因此针对磷酸铁锂电池组进行均衡控制是十分必要的。
中国专利公布号为CN11668565A，公布日为2020-09-15，公开了一种蓄电池组的主动均衡系统和方法，提供了一种蓄电池组的主动均衡控制方法，可以有效减小电池组的不一致性。然而，现有专利对磷酸铁锂电池组的均衡控制方法并未考虑电池单体的老化对电池组容量衰减的影响。针对磷酸铁锂电池组存在单体老化和不一致性的问题，进行老化控制和不一致控制，对优化磷酸铁锂电池组使用性能，提高磷酸铁锂电池组的可用容量，保障磷酸铁锂电池组的使用安全具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有磷酸铁锂电池组因单体老化和存在不一致而导致的蓄电池组容量衰减等问题，提供了一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：包括下列步骤：
1.一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)采集数据，训练极限学习机
采集退役电池组不同老化程度单体的充放电数据，利用聚类均值算法均匀选择训练样本，基于训练样本训练极限学习机；
(2)电池组不一致性判断
未退役电池组有m个电池模组串联组成，每个电池模组由n个电池单体串联组成，采集未退役电池组的各单体SOC，以电池SOC为控制变量，判断单体的不一致性；计算电池组的SOC平均值，进一步计算出各单体SOC和电池组SOC平均值的差值，记为SOC差值ΔSOC，当电池组单体间的SOC差值大于阈值SOCbal时，进行不一致性均衡；
(3)基于模糊逻辑控制器进行均衡控制
均衡控制遵循同一组电池模组内部的两个电池单体之间不进行均衡，每个电池模组同时只允许一个电池单体进行均衡的原则，均衡控制包括老化均衡和不一致均衡两部分；
①老化均衡
基于训练的极限学习机识别老化单体，对于含有老化单体的电池模组，进行老化均衡，当电池组只有一个老化单体时，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC最低的单体所在模组，将老化单体的电量转移到SOC最低的单体，避免老化单体在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC最高的单体所在模组，将SOC最高的单体的电量转移到老化单体，避免老化单体在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有两个老化单体且在不同的电池模组中时，最严重老化的单体的老化均衡同上述电池组只有一个老化单体的均衡方法，对于次严重老化的单体，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC次低的单体所在模组，将次严重老化单体的电量转移到SOC次低的单体，避免其在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC次高的单体所在模组，将SOC次高的单体的电量转移到次严重老化单体，避免其在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有多个老化单体且在不同的电池模组中时，老化均衡方法同上；当同一电池组有多个老化单体时，首先对最严重老化的单体进行老化均衡；
②不一致均衡
对于不含有老化单体的模组进行不一致均衡，选取电池组单体间的SOC差值作为不一致性均衡控制启动和结束的判断条件，当SOC差值大于均衡阈值SOCbal时，均衡控制开启，当SOC差值小于均衡阈值SOCbal时，均衡控制结束；
设计模糊逻辑控制器，其输入变量为不含老化单体的模组的单体最大SOC差值ΔSOC，电池组的均衡目标为电池组SOC平均值
Figure BDA0002831109590000021
当ΔSOC<SOCbal时，电池组不一致性消除，均衡结束，输出为均衡电流；然后将输入变量和输出变量进行模糊化，选择合适的隶属度函数，制定模糊控制规则，最后将输出变量进行反模糊化，进而实现电池组的均衡控制。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法针对磷酸铁锂电池组存在老化单体的问题，基于极限学习机识别出蓄电池组老化单体，有利于减缓磷酸铁锂电池组的老化衰减；
2.本发明所述的一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法基于模糊逻辑控制器进行均衡控制，有效提高了均衡效率，节省了均衡时间；
3.本发明所述的一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法是以SOC为均衡变量，改善了电池单体的不一致性，减缓了电池组容量衰减，将进而优化了电池组使用性能，提高了电池组使用过程中的安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述磷酸铁锂电池组均衡控制流程图；
图2为模糊逻辑控制器的设计流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明公开了一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法，具体叙述磷酸铁锂电池均衡控制控制方法如下。
(1)采集数据，训练极限学习机
根据附图1，采集退役电池组不同老化程度单体的充放电数据，利用聚类均值算法均匀选择训练样本，基于训练样本训练极限学习机；
(2)电池组不一致性判断
未退役电池组有m个电池模组串联组成，每个电池模组由n个电池单体串联组成，采集未退役电池组的各单体SOC，以电池SOC为控制变量，判断单体的不一致性；计算电池组的SOC平均值，进一步计算出各单体SOC和电池组SOC平均值的差值，记为SOC差值ΔSOC，当电池组单体间的SOC差值大于阈值SOCbal时，进行不一致性均衡；
(3)基于模糊逻辑控制器进行均衡控制
均衡控制遵循同一组电池模组内部的两个电池单体之间不进行均衡，每个电池模组同时只允许一个电池单体进行均衡的原则，均衡控制包括老化均衡和不一致均衡两部分；
①老化均衡
基于训练的极限学习机识别老化单体，对于含有老化单体的电池模组，进行老化均衡，当电池组只有一个老化单体时，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC最低的单体所在模组，将老化单体的电量转移到SOC最低的单体，避免老化单体在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC最高的单体所在模组，将SOC最高的单体的电量转移到老化单体，避免老化单体在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有两个老化单体且在不同的电池模组中时，最严重老化的单体的老化均衡同上述电池组只有一个老化单体的均衡方法，对于次严重老化的单体，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC次低的单体所在模组，将次严重老化单体的电量转移到SOC次低的单体，避免其在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC次高的单体所在模组，将SOC次高的单体的电量转移到次严重老化单体，避免其在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有多个老化单体且在不同的电池模组中时，老化均衡方法同上；当同一电池组有多个老化单体时，首先对最严重老化的单体进行老化均衡；
②不一致均衡
对于不含有老化单体的模组进行不一致均衡，选取电池组单体间的SOC差值作为不一致性均衡控制启动和结束的判断条件，当SOC差值大于均衡阈值SOCbal时，均衡控制开启，当SOC差值小于均衡阈值SOCbal时，均衡控制结束；
根据附图2，设计模糊逻辑控制器，其输入变量为不含老化单体的模组的单体最大SOC差值ΔSOC，电池组的均衡目标为电池组SOC平均值
Figure BDA0002831109590000041
当ΔSOC<SOCbal时，电池组不一致性消除，均衡结束，输出为均衡电流；然后将输入变量和输出变量进行模糊化，选择合适的隶属度函数，制定模糊控制规则，最后将输出变量进行反模糊化，进而实现电池组的均衡控制。

Claims (1)

1.一种磷酸铁锂电池组均衡控制方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)采集数据，训练极限学习机
采集退役电池组不同老化程度单体的充放电数据，利用聚类均值算法均匀选择训练样本，基于训练样本训练极限学习机；
(2)电池组不一致性判断
未退役电池组有m个电池模组串联组成，每个电池模组由n个电池单体串联组成，采集未退役电池组的各单体SOC，以电池SOC为控制变量，判断单体的不一致性；计算电池组的SOC平均值，进一步计算出各单体SOC和电池组SOC平均值的差值，记为SOC差值ΔSOC，当电池组单体间的SOC差值大于阈值SOCbal时，进行不一致性均衡；
(3)基于模糊逻辑控制器进行均衡控制
均衡控制遵循同一组电池模组内部的两个电池单体之间不进行均衡，每个电池模组同时只允许一个电池单体进行均衡的原则，均衡控制包括老化均衡和不一致均衡两部分；
①老化均衡
基于训练的极限学习机识别老化单体，对于含有老化单体的电池模组，进行老化均衡，当电池组只有一个老化单体时，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC最低的单体所在模组，将老化单体的电量转移到SOC最低的单体，避免老化单体在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC最高的单体所在模组，将SOC最高的单体的电量转移到老化单体，避免老化单体在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有两个老化单体且在不同的电池模组中时，最严重老化的单体的老化均衡同上述电池组只有一个老化单体的均衡方法，对于次严重老化的单体，根据采集的不含有老化单体的电池模组中各单体的SOC数据，在充电过程中找出SOC次低的单体所在模组，将次严重老化单体的电量转移到SOC次低的单体，避免其在充电过程中率先达到充电截止电压；在放电过程中找出SOC次高的单体所在模组，将SOC次高的单体的电量转移到次严重老化单体，避免其在放电过程中率先达到放电电压；当电池组有多个老化单体且在不同的电池模组中时，老化均衡方法同上；当同一电池组有多个老化单体时，首先对最严重老化的单体进行老化均衡；
②不一致均衡
对于不含有老化单体的模组进行不一致均衡，选取电池组单体间的SOC差值作为不一致性均衡控制启动和结束的判断条件，当SOC差值大于均衡阈值SOCbal时，均衡控制开启，当SOC差值小于均衡阈值SOCbal时，均衡控制结束；
设计模糊逻辑控制器，其输入变量为不含老化单体的模组的单体最大SOC差值ΔSOC，电池组的均衡目标为电池组SOC平均值
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