CN116409202A

CN116409202A - 电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN116409202A
Application number: CN202111657500.9A
Authority: CN
Inventors: 滕忆明
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-07-11
Also published as: WO2023124382A1

Abstract

本发明涉及电池控制领域，公开了一种电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质。其中，电池组控制方法，应用于电池组控制系统，包括：将所述电池组划分为多个电池子系统；获取各个所述电池子系统之间的阶跃响应矩阵；根据所述阶跃响应矩阵建立所述电池组控制系统的电池组目标函数；根据所述电池组目标函数，获取电池组控制函数；根据所述电池组控制函数控制各个所述电池子系统的电压和/或电流输出。与现有技术相比，本发明实施方式所提供的电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质具有提升电池组系统的可靠性的优点。

Description

电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电池控制领域，特别涉及一种电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

随着车辆电气化和智能化的发展，新能源车的普及越来越广泛。目前，电动汽车为新能源汽车的主要发展方向，而电动车的核心是电池组，电池组的核心在于电池组管理系统。拥有更优越的电池组控制算法可以提升电动汽车的行驶里程和电池组安全，为车辆寿命和驾乘安全保驾护航。

在电池组控制领域，现有技术缺乏优秀的控制算法，对电池组的控制水平较低，导致电池组系统的可靠性较低。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种电池组控制方法、系统及计算机可读存储介质，提升电池组系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电池组控制方法，应用于电池组控制系统，包括：将所述电池组划分为多个电池子系统；获取各个所述电池子系统之间的阶跃响应矩阵；根据所述阶跃响应矩阵建立所述电池组控制系统的电池组目标函数；根据所述电池组目标函数，获取电池组控制函数；根据所述电池组控制函数控制各个所述电池子系统的电压和/或电流输出。

本发明的实施方式还提供了一种电池组控制系统，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前述的电池组控制方法。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的电池组控制方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，将复杂大规模的电池组控制系统分散成多个电池子系统，在对各个电池子系统进行控制时，获取各个所述电池子系统之间的阶跃响应矩阵，根据所述阶跃响应矩阵建立所述电池组控制系统的电池组目标函数，电池组目标函数与各个电池之间均有很好的联系，电池组目标函数可以精确控制到每个电池，从而完成整个电池组的控制。从而有效的提升电池组控制系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所提供的电池组控制方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施方式所提供的电池组控制方法的流程示意图；

图3是本发明第三实施方式所提供的电池组控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种电池组控制方法，应用于电池组控制系统。具体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：将电池组划分为多个电池子系统。

具体的，电池组中包括多个电池，各个电池的电池模型可以相同也可以不同，各个电池之间的充放电特性可以表征电池的特性，因此可以通过各个电池的充放电特性来获取各个电池对应的电池模型。

在获取到各个电池对应的电池模型后，可以根据各个电池对应的电池模型构建各个电池对应的电池子系统，各个电池子系统又可以分别对各个电池进行控制。即将本实施方式中将电池组管理系统离散为N个电池子系统，各个电池子系统分别对对应的电池进行控制。

步骤S102：获取各个电池子系统之间的阶跃响应矩阵。

具体的，在本步骤中，各个电池子系统之间存在相互的通信数据传递，因此可以提取到各个电池子系统之间的传递函数，例如第j个电池子系统的输入对第i个电池子系统的输出的传递函数为：

根据公式1，可以使得i和j均为1到N，从而获取各个电池子系统的传递函数。即依次将各个电池子系统作为目标电池子系统，再依次获取各个其它电池子系统的输入对当前的目标电池子系统的输出的传递函数，即每个电池子系统可以获取到N-1个传递函数。

将获取到的各个传递函数转换成离散差分模型，得：

其中，

θ(k)＝[a₁,a₂,…,a_na,b₁,…,b_nb]^T；

y为传递函数转换成离散差分模型后在不同时刻的输出值，如y(k-1)表示的是k-1时刻下的输出值；

u为传递函数转换成离散差分模型后在不同时刻的输入值，如u(k-1)表示的是k-1时刻下的输入值；

k、na、nb均表示时刻，如k-na表示k-na时刻下；

θ(k)中各元素分别对应

中的个元素前的系数。

对于上述公式2，使用递归最小二乘算法获取离散差分模型的模型参数，例如公式3所示：

其中，

对于公式3，将离散差分模型转换为非参数脉冲响应模型，例如公式4所示：

其中，

接着，根据非参数脉冲响应模型获取脉冲响应系数，例如公式5所示，整理后的脉冲响应系数为：

公式5中当k≥nb时，

当i≥na时，/>

接着，根据脉冲相应数据获取阶跃响应矩阵，例如公式6所示：

则：h＝[h₁ h₁ … h_N]^T；

建立起的阶跃响应矩阵例如公式7所示：

步骤S103：根据阶跃响应矩阵建立电池组控制系统的电池组目标函数。

具体的，在本步骤中，首先根据阶跃响应矩阵建立各个电池的电池目标函数，具体例如公式8所示：

其中，[w(k)-y_P0(k)]^TQ[w(k)-y_P0(k)]为已知部分，y_PM(k)为各个电池在k时刻的预测电流输出值，y_P0(k)为各个电池在k时刻的预测电流初值，w(k)为在k时刻对于电池组给定期望电流输出的参考轨迹，Q、R分别为误差和控制加权系数矩阵，Δu_M(k)为k时刻电池组的控制电流变量。省略公式8中的已知部分即可得到公式9，具体为：

其中，H＝2(A^TQA+R)，f＝-2[A^TQ(w(k)-y_P0(k))]^T。

将各个电池的电池目标函数扩展到整个电池组控制系统，即可建立电池组的电池组函数作为目标函数，例如公式10所示，具体为：

其中，[w_i(k)-y_i,p0(k)]^TQ_i[w_i(k)-y_i,p0(k)]，

均为已知项。y_i,PM(k)为k时刻第i个电池子系统的预测电流输出值，y_i,P0(k)为k时刻第i个电池子系统的预测电流初值，w_i(k)为k时刻第i个电池子系统的给定期望电流输出的参考轨迹，Q_i、R_i分别为第i个电池子系统的误差和控制加权系数矩阵，Δu_i,M(k)为k时刻第i个电池子系统的控制电流变量。省略公式10中的已知部分，即可将公式10简化为公式11，具体为：

其中，H＝2(A_ii ^TQ_iA_ii+R_i)，

步骤S104：根据电池组目标函数，获取电池组控制函数。

具体的，在本步骤中，运用纳什最优思想，通过最小化电池组的目标函数对目标函数进行求解，即对公式10进行最小化求解，公式表示为

求得目标函数的纳什最优解作为电池组控制函数，例如为公式12所示，具体为：

求解得到的Δu_i,M(k)即可作为电池组控制函数。

步骤S105：根据电池组控制函数对电池组进行控制。

具体的，在本步骤中，求解得到如公式12所示的电池组控制函数后，既可以将各个电池子系统代入公式12中进行计算，将计算结果作为各个电池子系统对应的电池的控制电流，根据各个电池的控制电流分别控制各个电池的电压和/或电流输出。

与现有技术相比，本发明第一实施方式所提供的电池组控制方法中，将复杂大规模的电池组控制系统分散成多个电池子系统，在对各个电池子系统进行控制时，通过递归最小二乘算法获取各个电池子系统之间的阶跃响应矩阵，递归最小二乘算法为一种典型的有效的数据处理方法，其对电池模型进行逼近操作，使经过辨识后用于算法运算的数据更接近电池模型本身，从而在控制设备运行时能达到与模型匹配，使各个电池达到较好的受控效果。根据阶跃响应矩阵建立电池组控制系统的电池组目标函数，电池组目标函数与各个电池之间均有很好的联系，电池组目标函数可以精确控制到每个电池，从而完成整个电池组的控制。从而有效的提升电池组控制系统的稳定性和可靠性。

本发明的第二实施方式涉及一种电池组控制方法，具体步骤如图2所示，包括：

步骤S201：将电池组控制系统分散为多个电池子系统。

步骤S202：获取各个电池子系统之间的阶跃响应矩阵。

步骤S203：根据阶跃响应矩阵建立电池组控制系统的电池组目标函数。

步骤S204：最小化目标函数，获取电池组控制函数。

可以理解的是，本发明第二实施方式中的步骤S201至步骤S204与第一实施方式中的步骤S101至步骤S104大致相同，具体可以参照前述第一实施方式的具体记载和具体说明，在此不再赘述。

步骤S205：获取电池组的过电流保护范围，根据过电流保护范围获取电流输出增量。

具体的，在本步骤中，根据电池组的过电流保护范围设置约束矩阵，例如：

Δu_min≤Δu_i,M(k)≤Δu_max，u_min≤u_i,M(k)≤u_max，y_min≤y_i,PM(k)≤y_max；

令α_q＝[α₁ ^T -α₁ ^T α₂ ^T -α₂ ^T A_ii ^T -A_ii ^T]^T，

b_q＝[b₁ ^T b₂ ^T b₃ ^T b₄ ^T b₅ ^T b₆ ^T]^T，

其中，当Δu_min≤Δu_i,M(k)≤Δu_max时，则b₁＝Δu_max，b₂＝-Δu_min；

当u_min≤u_i,M(k)≤u_max时，则b₃＝u_max-u_i(k-1)，b₄＝-u_min+u_i(k-1)；

当y_min≤y_i,PM(k)≤y_max、且

且

时，则

根据前述的约束矩阵，在此对目标函数进行纳什最优解求解，可以求得k时刻下的新一轮迭代最优解，如公式13所示，具体为：

从而得到整个电池组管理系统在k时刻下的电流输出增量为：

步骤S206：根据电池组控制函数和电流输出增量对电池组进行控制。

具体的，在本步骤中，将第i个电池子系统在k时刻下的纳什最优解(公式13)的首项作为即时控制律Δu_i(k)，得到第i个电池子系统在k时刻、在电流保护范围限制下的实际控制电流大小为u_i(k)＝u_i(k-1)+Δu_i(k)，根据实际控制电流对第i个电池子系统所对应的电池进行控制。

在下一时刻，重复上述步骤S205至步骤S206，继续求解第i个电池子系统的即时电流增量Δu_i(k+1)，进而求得k+1时刻下整个电池管理系统的电流增量Δu_i(k+1)，并依次循环对各个电池子系统依次求解，完成整个电池管理系统的控制。

与现有技术相比，本发明第二实施方式所提供的电池组控制方法在保留第一实施方式所提供的电池组控制方法的技术效果的同时，新引入电池组的过电流保护范围对各个电池的实际控制电流进行重新的解算，求得在电流保护范围下的控制电流增量，将控制电流增量与第一实施方式中的控制电流的和作为新的实际控制电流，从而更好的对电池组进行控制，避免超出电池组的过电流保护范围，进一步的增加电池组控制的稳定性。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。

本发明第三实施方式涉及一种电池组控制系统，如图3所示，包括：至少一个处理器301；以及，与至少一个处理器301通信连接的存储器302；其中，存储器302存储有可被至少一个处理器301执行的指令，指令被至少一个处理器301执行，以使至少一个处理器301能够执行如前述第一实施方式和第二实施方式所提供的电池组控制方法。

其中，存储器302和处理器301采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器301和存储器302的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器301处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器301。

处理器301负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器302可以被用于存储处理器301在执行操作时所使用的数据。

本发明第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例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-OnlyMemory)、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。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种电池组控制方法，应用于电池组控制系统，其特征在于，包括：

将所述电池组划分为多个电池子系统；

获取各个所述电池子系统之间的阶跃响应矩阵；

根据所述阶跃响应矩阵建立所述电池组控制系统的电池组目标函数；

根据所述电池组目标函数，获取电池组控制函数；

根据所述电池组控制函数控制各个所述电池子系统的电压和/或电流输出。

2.根据权利要求1所述的电池组控制方法，其特征在于，所述获取各个所述电池子系统之间的阶跃响应矩阵，包括：

获取各个所述电池子系统的传递函数；

根据所述传递函数得到所述阶跃响应矩阵。

3.根据权利要求2所述的电池组控制方法，其特征在于，所述获取各个所述电池子系统的传递函数，包括：

依次将各个所述电池子系统作为目标电池子系统，将除所述目标电池子系统外的其它电池子系统的输入与所述目标电池子系统的输出之间的传递函数作为所述目标电池子系统的传递函数。

4.根据权利要求3所述的电池组控制方法，其特征在于，所述根据所述传递函数得到所述阶跃响应矩阵，包括：

根据各个所述电池子系统的传递函数构建离散差分模型，并使用递归最小二乘算法获取所述离散差分模型的模型参数；

将所述离散差分模型转换为非参数脉冲响应模型；

根据所述非参数脉冲响应模型获取脉冲响应系数；

根据所述脉冲相应数据获取所述阶跃响应矩阵。

5.根据权利要求1所述的电池组控制方法，其特征在于，所述将所述电池组控制系统划分为多个电池子系统，包括：

获取所述电池组中各个电池的充放电特性；

根据所述充放电特性获取各个所述电池的电池模型；

根据所述电池模型确定各个所述电池对应的电池子系统。

6.根据权利要求1所述的电池组控制方法，其特征在于，所述根据所述阶跃响应矩阵建立所述电池组控制系统的电池组目标函数，包括：

根据所述阶跃响应矩阵建立各个所述电池的电池目标函数；

根据所述电池目标函数建立所述电池组目标函数。

7.根据权利要求6所述的电池组控制方法，其特征在于，所述根据所述电池组控制函数对所述电池组进行控制，包括：

计算所述电池组目标函数的纳什最优解作为所述电池组控制函数；

根据所述电池组控制函数计算各个所述电池的控制电流；

根据各个所述电池的控制电流控制各个所述电池的电压和/或电流输出。

8.根据权利要求1所述的电池组控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述电池组的过电流保护范围；

根据所述过电流保护范围和所述过电压保护范围设置约束矩阵；

根据所述约束矩阵计算得到电流输出增量；

所述获取电池组控制函数后，还包括：

根据所述电池组控制函数和所述电流输出增量控制各个所述电池的电压和/或电流输出。

9.一种电池组控制系统，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一所述的电池组控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的电池组控制方法。