基于模糊-pi控制的鋰電池主動均衡控制方法
【專利摘要】本發明公開了基于模糊?PI控制的鋰電池主動均衡控制方法，涉及鋰電池技術領域；1)、檢測串聯電池組的充放電電流信號和各節單體電池的端電壓，利用UKF算法估算各節單體電池的SOC值；2)、設電池組為n節單體電池串聯，則電池組的SOC均值各節電池的SOC差值3)、當ΔSOC≥設定值時，啟動模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值和所述差值ΔSOC為輸入，并將所述均值和所述差值ΔSOC進行模糊運算后得到一個精確的均衡電流最大值Imax輸出，經PI控制器，執行單元到達被控對象。本發明可以解決現有的鋰電池均衡方法存在的均衡時間長，能量浪費嚴重，以壽命換取電能利用率，無法保證均衡的效率和精度，均衡判據不穩定的問題。
【專利說明】
基于模糊-PI控制的裡電池主動均衡控制方法
技術領域
[0001] 本發明設及裡電池技術領域;尤其是一種裡電池均衡的基于模糊-PI控制的主動 均衡控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著裡電池技術的發展和節能環保的受到各方面越來越多的重視，裡電池的應用 領域越來越廣闊，如便攜式電子產品、電動汽車W及太陽能發電系統等新能源領域。為滿足 用電裝置的功率驅動要求，通常采用串聯電池的方式來提高電壓等級。然而，現有的技術無 法保證各單體電池相關電池參數的一致性，尤其是各單體電池荷電狀態（state of charge,簡稱SOC)的一致性。通過均衡裝置縮小各單體電池的SOC差異，不僅可W使動力電 池組的使用壽命最大化，容量利用最大化，而且關系到動力電池組的動力性能、能源利用效 率及整個用電裝置的運行與安全。
[0003] 目前有多種裡電池均衡控制方法，如容量浮充式均衡方法，該方法在滿電后對所 有電池繼續進行浮充充電W使所有電池的容量達到一致。運種方法具有過高的浮充電壓并 且大多數單體電池都處于過沖狀態，是一種W壽命換取電能利用率的方式。平均值、差值比 較均衡控制方法具有簡單，實現容易，但無法保證均衡的效率和精度。電壓式均衡方法W電 壓替代S0C作為均衡依據，存在W外電壓作為電池組一致性判據所導致的均衡判據不穩定 的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基于模糊-PI控制的裡電池主動均衡控制方法，它可W 解決現有的裡電池均衡方法存在的均衡時間長，能量浪費嚴重，W壽命換取電能利用率，無 法保證均衡的效率和精度，均衡判據不穩定的問題。
[0005] 為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是:運種基于模糊-PI控制的裡電池主 動均衡控制方法，步驟為：1)、首先檢測串聯電池組的充放電電流信號和各節單體電池的端 電壓，利用UKF算法估算各節單體電池的S0C值； 2 )、設電池組為η節單體電池串聯，則電池組的S0C均隹
，各節 電池的S0C差值，A S0C為電池組中單體電池的最大S0C差值； 3)、當Δ S0C >設定值時，啟動模糊控制器，所述模糊控制器W所述均值涼^和所述差 值A S0C為輸入，并將所述均值藻5和所述差值Δ S0C進行模糊運算后得到一個精確的均 衡電流最大值Imax輸出，經PI控制器，執行單元到達被控對象。
[0006] 上述技術方案中，更為具體的方案還可W是:經過所述步驟1)至3)后，由檢測單元 檢測所述被控對象的實際均衡電流最大值，再反饋到所述PI控制器，由所述PI控制器保證 所述實際均衡電流收斂于所述模糊控制器輸出的均衡電流最大值Imax，進而實現主動均衡 系統的閉環控制。
[0007] 更進一步:所述模糊控制器的忍片為TMS320F28335忍片。
[0008] 由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：由于本發 明中設置有模糊控制器，模糊控制器W電池組的均值雨^和差值A S0C為輸入，均衡電流最 大值Imax為輸出量。較大的A S0C意味著較大的Imax此陜速減小偏差;較小的Δ S0C則用較小 的ImaxW減小能量損耗。當電池組雨^較大時需要較大的ImaxW迅速減小偏差；當電池組涼^ 較小時W較小的Imax均衡，W避免對電池造成的損害，當合理調制隸屬度時，可W實現均衡 速度和均衡效率的優化控制。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明的方框示意圖。
[0010] 圖2是本發明的隸屬度函數圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述： 圖1所示的裡電池主動均衡控制方法，步驟為：1)、檢測串聯電池組的充放電電流信號 和各節單體電池的端電壓，利用UKF算法估算各節單體電池的S0C值； 2) 、設電池組為η節單體電池串聯，則電池組的S0C均值
各節 電池的S0C差值AWCi = |wc,-^i，A S0C為電池組中單體電池的最大S0C差值； 3) 、當Δ S0C >設定值時，啟動模糊控制器1，模糊控制器1W均值而^和差值Δ S0C為輸 入，并將均值:森S和差值A S0C進行模糊運算后得到一個精確的均衡電流最大值Imax輸出， 經PI控制器2,執行單元3到達被控對象4。
[0012] 經過所述步驟1)至3)后，由檢測單元5檢測被控對象4的實際均衡電流最大值，再 反饋到PI控制器2,由PI控制器2保證實際均衡電流收斂于模糊控制器1輸出的均衡電流最 大值Imax，進而實現主動均衡系統的閉環控制。
[0013] 本發明的模糊控制器1是雙輸入單輸出的控制器，其忍片為TMS320F28335忍片。模 糊控制器1選擇電池組的S0C均值涼?和各節電池的S0C差值Δ S0C作為輸入量，均衡電流 最大值Imax為輸出量。較大的Δ S0C意味著較大的ImaxW快速減小偏差;較小的Δ S0C則用較 小的ImaxW減小能量損耗。當電池組添^較大時需要較大的ImaxW迅速減小偏差；當電池組 ;而產較小時W較小的Imax均衡，W避免對電池造成的損害，當合理調制隸屬度時，可W實現 均衡速度和均衡效率的優化控制。
[0014] 選擇Ξ角形作為隸屬度函數的形狀，根據裡電池特性將Δ S0C、雨5和Imax分為很小 (VS)、小(S)、中等(M)、大(B)、很大(VB)五個等級，其中0< ASOC^OO,〇：s歷^<K)〇，Imax根據 實際需求設置，模糊控制隸屬度函數如圖2所示。
[001引 W Δ S0C、京巧為系統輸入，均衡電流為系統輸出，控制原則如下：（1)當A S0C較 大，雨^較大時用較大的均衡電流W提高均衡速度，避免電池過充；（2)當Δ S0C較大，京形較 小時用較小的均衡電流W避免電池過放；（3)ΔS0C較小，涼^^較大時用較小的均衡電流W 減小能量損耗；（4) ASOC較小，歷^較小時用較小的均衡電流W修正偏差。根據上述原則， 得到模糊原則如表1所示。
[0016] 表1模糊原則表
模糊控制器1應用于均衡電流控制速度更快，能量利用率更高，運是由于模糊控制器1 能夠因 S0C差值和S0C均值智能調節電流，在差值大時采用大電流迅速減小偏差，在差值小 時采用小電流提高能量利用率，因而實現了均衡速度和能量利用率的優化控制。
[0017] 由檢測單元5測量均衡電路中的實際均衡電流最大值I'max，由PI控制器2保證均衡 電流收斂于模糊控制器1輸出的Imax，進而實現主動均衡系統的閉環控制。在該系統中，PI控 制器2的輸入為模糊控制器1輸出的Imax，輸出為固定頻率、占空比變動的驅動信號，通過驅 動信號控制開關管的導通與關斷，W實現均衡電流方向和大小的控制。通過調節PI參數可 使實際均衡電流最大值I'max收斂于模糊控制器1輸出的Imax附近，進而避免了輸出偏差造成 的不良影響，保證了模糊控制的輸出效果。
【主權項】
1. 一種基于模糊-pi控制的鋰電池主動均衡控制方法，其特征在于:步驟為：1)、檢測串 聯電池組的充放電電流信號和各節單體電池的端電壓，利用UKF算法估算各節單體電池的 SOC 值； 2) 、設電池組為η節單體電池串聯，則電池組的SOC均值--各節 11 電池的S0C差值，Δ S0C為電池組中單體電池的最大S0C差值； 3) 、當Δ S0C 2設定值時，啟動模糊控制器，所述模糊控制器以所述均值W和所述差值 A S0C為輸入，并將所述均值^和所述差值△ S0C進行模糊運算后得到一個精確的均衡電 流最大值Imax輸出，經PI控制器，執行單元到達被控對象。2. 根據權利要求1所述的基于模糊-PI控制的鋰電池主動均衡控制方法，其特征在于： 經過所述步驟1)至3)后，由檢測單元檢測所述被控對象的實際均衡電流最大值，再反饋到 所述PI控制器，由所述PI控制器保證所述實際均衡電流收斂于所述模糊控制器輸出的均衡 電流最大值I max，進而實現主動均衡系統的閉環控制。3. 根據權利要求1或2所述的基于模糊-PI控制的鋰電池主動均衡控制方法，其特征在 于:所述模糊控制器的芯片為TMS320F28335芯片。
【文檔編號】H02J7/00GK105870993SQ201610165107
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】劉勝永, 于躍, 黃俊華, 王建超, 雷賀鈞
【申請人】柳州市中航能源科技有限公司