CN115799678A - 一种基于电压soc和温度的分段均衡模糊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源汽车技术，具体涉及一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，包括获取电池组内所有单体电池的电压值和SOC值；根据电池组内所有单体电池当前电压或SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值以及待均衡电池的电压差值或SOC差值；以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为三个输入变量，去模糊化得到均衡电流，将输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池组均衡并更新均衡后单体电池的电压值或SOC值。该方法具有快速、高效、低能耗的均衡效果。

Description

一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，特别涉及一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法。

背景技术

为了满足新能源汽车电压和功率的需求，电池通常以成组的形式存在于新能源汽车中，但在生产和使用过程中会导致电池间的不一致性，随着时间的积累，这种不一致性会越来越大，从而对电池组的性能和使用寿命造成一定的影响。因此需要采用快速高效的均衡方法来降低电池组的不一致性，提高电池组的可用容量和寿命。

均衡变量是均衡过程中的重要判据，其选取关系到电池组的均衡效率。现有研究中常以电池SOC或电池电压为单一均衡变量。

以电池SOC为均衡变量时，在电池的充放电末期，即SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)的范围时，电池开路电压的变化比较大，可能会导致电池存在过度充放电的风险；以电池电压为均衡变量时，SOC在(20％，80％)的范围内，OCV变化较小，但SOC变化很大，如果电压产生测量误差，则将会对电池真实容量状态产生误判，如此将会使均衡效率变低。

目前常用的均衡方法有最值法、均值-差值法以及模糊控制法。

最值法根据SOC值选择电池组中能量最高的电池和能量最低的电池，将电量从SOC高的电池转移到SOC低的电池，同时只能进行两个电池之间的均衡。当整个电池组中的电池一致性都比较差的时候，无法在短时间内实现电池组均衡，均衡效率较低；均值-差值法是把电池组中单体的均值作为参考值，比较每个电池的SOC值和均值之间的大小，根据电池电量的大小实现充放电均衡。若电池单体之间的距离较远，均衡涉及到多个电池单体之间能量传递，则会导致均衡效率不高，造成能量浪费等。模糊控制算法不太依赖于模型精度，而且具有较好的鲁棒性，可以很好运用在对电池组的均衡控制中。根据经验和基础知识建立相应的模型，根据电池的不同状态，动态调节均衡电流的大小，整体上可以得到更好的均衡效果。但在现有均衡研究中往往忽略均衡电流大小与电池温度的关系，使用大的均衡电流能够加快能量传递速度，但其会在电池内阻上产生能量损耗并使电池温度在短时间内升高，限制了均衡性能。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，包括：

获取电池组内所有单体电池的SOC值和电压值；

根据电池组内所有单体电池当前SOC值的所在范围，确定当前电池所采用的均衡变量；当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，根据电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池；当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；

当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值，及计算待均衡电池的电压差值；当电池SOC∈(20％，80％)，计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均SOC差异值；及计算待均衡电池的SOC差值；

设计模糊控制器，以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为模糊控制器的三个输入变量，制定模糊规则表和隶属度函数，根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流；

将电池的输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池进行均衡，进行电池组均衡并更新均衡后单体电池的电压值或SOC值；

制定均衡系统的指标量化评价方法。

在上述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法中，当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，根据电池组内所有单体电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池包括：

当电池组内所有单体电池的当前电压的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前电压的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

在上述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法中，当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池包括：

当电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前SOC的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

在上述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法中，计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值，及计算待均衡电池的电压差值；或计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均SOC差异值，及计算待均衡电池的SOC差值包括：

计算电池组内单体电池的平均电压或平均SOC和待均衡电池的平均电压或平均SOC；

根据电池组的单体电池的平均电压或平均SOC和待均衡电池的平均电压或平均SOC，计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值；及计算待均衡电池的电压差值或SOC差值。

在上述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法中，制定均衡系统的指标量化评价方法包括：

时间效率ε，包括均衡系统对照组和实验组所用的均衡时间，时间效率的大小表征电池组的均衡速度；

均衡能量效率η，为均衡电池通过均衡器得到的容量之和与均衡电池放出容量之和的比值；

不一致性度μ，包括电池组中各个电池的SOC值、整个电池组平均SOC值和组成电池组所需的单体电池总数，表征电池组的不一致性；

极差Φ，包括电池组中最大荷电状态电池和最小荷电状态电池，表征电池组的不一致性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过获取电池组所有单体电池的SOC值和电压值，根据电池SOC全周期范围内电压和SOC的变化情况将均衡变量进行分区间处理；根据电池电压或SOC的最大值和最小值确定待均衡电池，以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为三个输入变量设计模糊控制器，进行电池均衡，通过时间效率、均衡能量效率、不一致性度和极差构成的指标量化评价方法进行评价，本发明提出的电池均衡方法均衡速度快、能量损耗低、均衡后电池组的一致性好。

相比于单一均衡变量的均衡方法，考虑SOC全周期范围内电压与SOC的变化特性来选择电压或SOC作为均衡变量，综合了电池电压和SOC的控制优点，可以进行更准确地均衡，提高了电池组的均衡效率；结合温度因素设计模糊控制器，更加贴合电池在均衡过程中电池的实际情况：防止均衡电流过大时在短时间内产生的热量使电池温度过高，从而影响甚至损坏电池；电池温度若超过了安全限制，均衡系统将会限制均衡电流在几百毫安以内，这将导致均衡过程需要更长的时间。因此本发明在均衡过程中可以控制电池温升、解决均衡速度和能量损耗之间的矛盾，具有快速、高效、低能耗的均衡效果。

附图说明

图1为本发明实施例电压和SOC分段均衡策略的流程示意图；

图2(a)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输入变量SOC_Δ的隶属度函数图；

图2(b)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输入变量ΔSOC的隶属度函数图；

图2(c)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输入变量T的隶属度函数图；

图2(d)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输出变量均衡电流I_equ的隶属度函数图；

图2(e)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输入变量U_Δ的隶属度函数图；

图2(f)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器输入变量ΔU的隶属度函数图；

图3(a)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器的输入和输出SOC_Δ-T-I_equ曲面关系图；

图3(b)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器的输入和输出SOC_Δ-T-I_equ曲面关系图；

图3(c)为本发明实施例考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器的输入和输出SOC_Δ-ΔSOC-I_equ曲面关系图；

图4为本发明实施例均衡系统的指标量化评价方法的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例一种基于电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，通过设计模糊控制器对待均衡电池进行均衡，用以解决现有电池均衡技术中均衡速度慢、能量损耗高的问题。包括：获取电池组内所有单体电池的电压值和SOC值；根据电池SOC全周期范围内电压和SOC的变化情况将均衡变量进行分区间处理；根据电池组内所有单体电池当前电压或SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值以及待均衡电池的电压差值或SOC差值；设计模糊控制器，以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为三个输入变量，制定模糊规则表和隶属度函数；根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流。将电池的输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池进行均衡，进行电池组均衡并更新均衡后单体电池的电压值或SOC值。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，第一方面，本实施例提供了一种电压和SOC分段均衡策略，包括：

获取电池组所有单体电池的SOC值和电压值；

根据电池SOC全周期范围内电压和SOC的变化情况将均衡变量进行分区间处理；

当电池SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)，根据电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池；当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；

当电池SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)，计算所述待均衡电池与电池组内所有单体电池的平均电压差异值；及计算待均衡电池的电压差值；当电池SOC∈(20％，80％)，计算所述待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均SOC差异值；及计算待均衡电池的SOC差值；

当电池SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)，根据待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均电压差异值以及待均衡电池的电压差值，进行电池组均衡并更新均衡后单体电池的电压值；当电池SOC∈(20％，80％)，根据待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均SOC差异值以及待均衡电池的SOC差值，进行电池组均衡并更新均衡后单体电池的SOC值。

而且，当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，根据电池组内所有单体电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池，包括：

当电池组内所有单体电池的当前电压的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前电压的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

而且，当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池，包括：

当电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前SOC的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

而且，进行电池组内均衡，包括：

以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为模糊控制器的三个输入变量，根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流；

将电池的输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池进行均衡。

第二方面，本实施例提供了一种考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器，包括：

模糊控制器的输入变量：U_Δ、SOC_Δ，△U、ΔSOC，T；

模糊控制规则的制定：在基于SOC和温度的控制策略设计方案中，即SOC范围确定为[20％，80％]。通过简易计算，SOC_pack和SOC_ave的范围分别为[0，30％]、[0，50％]；SOC_Δ的范围为[0，20％]，ΔSOC的范围是[0，60％]，SOC_Δ和ΔSOC两者相应的模糊变量μ(x)和μ(y)被分为五个子集，分别为：小(S)、较小(CS)、中(M)、较大(CL)、大(L)。

在基于电压和温度的模糊控制策略设计方案中，U_C在SOC∈(0，20％)∪(80％，100％)范围内的取值区间为[3.0V，4.2V]。通过简易计算，U_pack和U_ave的范围分别为[0V，3.2V]、[0，3.6V]；U_Δ的范围为[0，0.4V]，ΔU的范围是[0，1.2V]，U_Δ和ΔU的模糊化变量同基于SOC的模糊策略一样被分为5个子集小(S)、较小(CS)、中(M)、较大(CL)、大(L)。

温度T的范围设置成[15℃，50℃]，相应的模糊变量μ(z)被分为三个子集，分别为：小(S)、中(M)、大(L)。

模糊控制器的输出变量I_equ：根据电池允许的最大电流设置为(0，5A)，对应于区间的模糊变量μ(i)也分为五个子区间：小(S)、较小(CS)、中(M)、较大(CL)、大(L)。

三角模糊隶属函数具有控制性好和计算简易的特点，故所有变量均选择三角模糊隶属函数对模糊控制器的输入输出变量进行模糊化处理。

模糊变量需要经过“去模糊化”这一步骤得到精确的输出，本实施例确定采用面积中心(centroid)作为模糊化变量的去模糊方法。

第三方面，本实施例还提供了一种均衡系统的指标量化评价方法，其中：

时间效率ε，包括均衡系统对照组和实验组所用的均衡时间，时间效率的大小表征电池组的均衡速度；

均衡能量效率η，包括均衡过程中各个单体电池充电和放电或者整个电池组充放电过程中产生的能量传递损耗和均衡电池放出的容量，即均衡电池通过均衡器得到的容量之和与均衡电池放出容量之和的比值；

不一致性度μ，包括电池组中各个电池的SOC值、整个电池组平均SOC值和组成电池组所需的单体电池总数，表征电池组的不一致性；

极差Φ，包括电池组中最大荷电状态电池和最小荷电状态电池，同样表征电池组的不一致性。

具体实施时，一种基于电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，如图1所示，为电压和SOC分段均衡策略的流程示意图，包括：

S101、获取电池组所有单体电池的电压值和SOC值；

S102、根据电池SOC全周期范围内电压和SOC的变化情况将均衡变量进行分区间处理，当电池SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)，确定电池电压为均衡变量；当电池SOC∈(20％，80％)，确定电池SOC为均衡变量；

S103、按照不同的均衡变量，根据电池组内所有单体电池的当前电压或SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；

S104、计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值；及计算待均衡电池的电压差值或SOC差值；

S105、根据待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值以及待均衡电池的电压差值或SOC差值，并分别融合温度因素的影响进行电池组内的均衡并更新均衡后单体电池的电压值和SOC值。

在步骤S101中，新能源汽车用电池往往都是多个单体电池成组使用，对电池进行均衡时，采集电池组中所有单体电池的电压值和SOC值。

在步骤S102中，根据电池SOC全周期范围内电压和SOC的变化情况将均衡变量进行分区间处理，确定以电压或SOC为均衡变量。当电池SOC∈(0％，20％)和(80％，100％)，确定电池电压为均衡变量；当电池SOC∈(20％，80％)，确定电池SOC为均衡变量。

在步骤S103中，根据获取的电池组内所有单体电池的电压或SOC，通过电压或SOC最大值和最小值的差值来确定是否需要进行均衡，若需要进行均衡，则此时电压或SOC最大值和最小值所对应的电池为均衡电池。预设电池组内电压的均衡阈值ΔUset和SOC的均衡阈值ΔSOCset均为2.5％，通过计算电池组内所有单体电池的当前电压或SOC的最大值和最小值的差值与预设组内电压或SOC的均衡阈值进行比较，若大于预设组内均衡阈值，则这两个电池需要进行均衡，将这连个电池定义为待均衡电池。

在步骤S104中，本实施例是根据电池的平均电压差异值或平均SOC差异值以及待均衡电池的电压差值或SOC差值来实现均衡的，根据电池组的所有电池的电压或SOC计算平均电压差异值或平均SOC差异值，根据待均衡电池的电压或SOC计算待均衡电池的电压差值或SOC差值。其公式如下：

其中，n为单一电池组内单体电池的数量，U_max为组内当前单体电池的最大电压，U_min为组内当前单体电池的最小电压，

为电池组的单体电池的平均电压，

为待均衡电池的平均电压。SOC_max为组内当前单体电池的最大SOC，SOC_min为组内当前单体电池的最小SOC，

为电池组的单体电池的平均SOC，

为待均衡电池的平均SOC。

在步骤S105中，通过待均衡电池与电池组所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值以及待均衡电池的电压差值或SOC差值，并融合温度因素的影响对待均衡电池进行均衡。计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值U_Δ或平均SOC差异值SOC_Δ和待均衡电池的电压差值ΔU或SOC差值ΔSOC，其公式如下：

ΔU＝|U_max-U_min|。

ΔSOC＝|SOC_max-SOC_min|。

当均衡结束后更新电池组内所有单体电池的电压值和SOC值，并重复判断该电池组内的所有单体电池是否需要均衡，直至整个电池组的所有单体电池不需要均衡。可以理解的是，电池组的均衡是一个重复的过程，需要重复的获取单体电池的电压值或SOC值，重复判断是否需要进行均衡，以及完成均衡后更新单体电池的电压值和SOC值。

以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为模糊控制器的三个输入变量，根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流；

将电池的输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池进行均衡。

在上述策略中需要说明的是，当进行电池组内均衡，以电压为均衡变量时，将待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值U_Δ、待均衡电池的电压差值ΔU和温度T作为输入变量发送至模糊控制器；以SOC为均衡变量时，将待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均SOC差异值SOC_Δ、待均衡电池的SOC差值ΔSOC和温度T送至模糊控制器，模糊控制器输出均衡电流，通过和输出电流比较，输出PWM波控制MOSFET的开关，驱动均衡电路工作。

模糊控制器根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流。均衡电流和输出电流进行比较，产生MOSFET管的PWM控制信号，控制开关管的开关，实现均衡。

模糊控制器的设计需要设计输入输出变量的隶属度函数，三角模糊隶属函数具有控制性好和计算简易的特点，故输入输出变量在这里均采用三角模糊隶属函数。图2(a)、2(b)、2(c)、2(d)、2(e)为本实施例提供的考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器的隶属度函数图。

如图2(a)所示为输入变量SOC_Δ的隶属度函数图；

如图2(b)所示为输入变量ΔSOC的隶属度函数图；

如图2(c)所示为输入变量温度T的隶属度函数图；

如图2(d)所示为输出变量均衡电流I_equ的隶属度函数图；

如图2(e)所示为输入变量U_Δ的隶属度函数图；

如图2(f)所示为输入变量ΔU的隶属度函数图。

需要说明的是，基于电压及温度与基于SOC及温度在具体的关于温度和均衡电流的论域函数设置是共用的，只是在具体的规则设置上与后者不同，因为在非平台区，SOC∈(0，20％)∪(80％，100％)，无论是在放电末端还是在充电末端为了让电池寿命最大化都应该调小均衡电流以免伤害电池，此外，在充电末端，电池电压快要达到截止电压的时候，以电压为判据时，无需等到均衡在达到所设定的阈值时就停止均衡，可以适当地过均衡一些，这样在电池可以维持更高点的电压，因为正常情况下，均衡被拿掉之后电池的电压会回落一些。因此在此处就只展示出关于U_Δ和ΔU的隶属度函数图。

为了更好实施本发明实施例中的电池主动均衡方法，对模糊控制器制定了相应模糊规则表，包括：

将以SOC和电压为基础的各自两个输入变量分为了五个等级，将第三个输入变量温度T划分了3个等级，所以一共需要制定(5×5×3)75条规则。

在具体的均衡过程中，主要根据人为经验和基本理论知识来建立如表1所示的模糊规则：

表1模糊规则表

表中具体的关于输入与输出变量之间的对应关系主要包含：

1)在温度较低的情况下，如果SOC_Δ大，并且ΔSOC也大，则可以使用大的均衡电流来减少均衡时间；

2)在温度较低的情况下，如果SOC_Δ较小，并且ΔSOC适中，则可以使用适中的均衡电流来较少对电池的伤害；

3)在温度高的情况下，如果SOC_Δ较大或者较小，并且ΔSOC也较大或者较小，则均使用小的均衡电流来减缓温升；

4)在温度较低的情况下，如果U_Δ很大，并且ΔU也很大，则可以大的均衡电流提高均衡速率；

5)在温度适中的情况下，如果U_Δ很小，并且ΔU也很小，则可以较小的均衡电流防止电池出现过充过放；

6)在温度高的情况下，如果U_Δ很大或很小，并且ΔU也很大或很小，则可以小的均衡电流防止过热问题；

为了验证本实施例的模糊控制器是否符合均衡系统设计要求，以基于SOC及温度的模糊控制方案为例，使用Matlab仿真软件对输入和输出变量进行分析。图3(a)、图3(b)、图3(c)为本实施提供的考虑电压、SOC和温度的分段均衡模糊控制器的输入和输出曲面关系图。

如图3(a)所示，ΔSOC-T-I_equ曲面关系图；

如图3(b)所示，SOC_Δ-T-I_equ曲面关系图；

如图3(c)所示，SOC_Δ-ΔSOC-I_equ曲面关系图。

需要说明的是，在基于SOC及温度的FLC策略中，在温度较低时，当SOC_Δ和ΔSOC都比较大的时候，控制电路输出较大的均衡电流以加快均衡速率，相反，则降低电流输出。在基于电压及温度的FLC策略中；在温度较低时，当U_Δ和ΔU比较大时，输出较大的电流来降低均衡时长；在温度适中时，当U_Δ和ΔU较小时，输出小电流，避免电池过度充电与过度放电；在工作温度较高时，无论电池一致性处于什么程度，均以小电流进行输出，目的是控制温升及发热问题。综上所述，本发明所设计的关于调节均衡电流的模糊控制器的调节机理与所设定的模糊规则的推理是一致的。

为了能够更好地对均衡系统的相关性能进行量化，本发明提出四个指标对电池组均衡的结果进行评价。图4为本实施例提供的均衡系统的指标量化评价方法的结构示意图，包括：

时间效率ε、均衡能量效率η以及不一致性度μ，极差Φ。

四个指标的计算公式分别为：

Φ＝SOC_max-SOC_min

其中，T_c和T_e分别为均衡系统对照组和实验组所用的均衡时间，ε的范围为(0，1)；ΔQ_w和ΔQ_dis分别为能量传递损耗和均衡电池放出的容量，能量传递损耗ΔQ_w可以通过各个单体电池充电和放电容量的总和或者整个电池组充放电容量的差值来计算。均衡能量效率η也可以理解为均衡电池通过均衡器得到的容量之和与均衡电池放出容量之和的比值。SOC_i和分别为电池组中各个电池的SOC值和整个电池组平均SOC值，其中n为构成电池组所需的单体电池总数。Φ等于电池组中最大荷电状态电池SOC_max和最小荷电状态电池SOC_min的差值。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，其特征在于，包括：

获取电池组内所有单体电池的SOC值和电压值；

根据电池组内所有单体电池当前SOC值的所在范围，确定当前电池所采用的均衡变量；当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，根据电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池；当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池；

当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值，及计算待均衡电池的电压差值；当电池SOC∈(20％，80％)，计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均SOC差异值；及计算待均衡电池的SOC差值；

设计模糊控制器，以待均衡的两个单体电池的电压差值或SOC差值、电池组平均值与待均衡的两个电池的电压平均差值或SOC平均差值和温度为模糊控制器的三个输入变量，制定模糊规则表和隶属度函数，根据模糊规则表和隶属度函数进行推理，通过解模糊器进行去模糊化得到均衡电流；

将电池的输出电流和均衡电流进行比较，得到控制信号，控制电池进行均衡，进行电池组均衡并更新均衡后单体电池的电压值或SOC值；

制定均衡系统的指标量化评价方法。

2.根据权利要求1所述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，其特征在于，当电池SOC∈(0％，20％)和SOC∈(80％，100％)，根据电池组内所有单体电池当前电压的最大值和最小值确定待均衡电池包括：

当电池组内所有单体电池的当前电压的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前电压的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

3.根据权利要求1所述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，其特征在于，当电池SOC∈(20％，80％)，根据电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值确定待均衡电池包括：

当电池组内所有单体电池的当前SOC的最大值和最小值的差值大于预设电池组内均衡阈值时，则电池组内当前SOC的最大值和最小值所对应的单体电池为待均衡电池。

4.根据权利要求1所述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，其特征在于，计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均电压差异值，及计算待均衡电池的电压差值；或计算待均衡电池与同组电池所有的单体电池的平均SOC差异值，及计算待均衡电池的SOC差值包括：

计算电池组内单体电池的平均电压或平均SOC和待均衡电池的平均电压或平均SOC；

根据电池组的单体电池的平均电压或平均SOC和待均衡电池的平均电压或平均SOC，计算待均衡电池与电池组内所有的单体电池的平均电压差异值或平均SOC差异值；及计算待均衡电池的电压差值或SOC差值。

5.根据权利要求1所述基于电压SOC和温度的分段均衡模糊控制方法，其特征在于，制定均衡系统的指标量化评价方法包括：

时间效率ε，包括均衡系统对照组和实验组所用的均衡时间，时间效率的大小表征电池组的均衡速度；

均衡能量效率η，为均衡电池通过均衡器得到的容量之和与均衡电池放出容量之和的比值；

不一致性度μ，包括电池组中各个电池的SOC值、整个电池组平均SOC值和组成电池组所需的单体电池总数，表征电池组的不一致性；

极差Φ，包括电池组中最大荷电状态电池和最小荷电状态电池，表征电池组的不一致性。

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