一种三单体电池集中均衡器控制算法

技术领域

本发明公开了一种三单体电池集中均衡器控制算法，属于电池能量管理系统技术领域，用于均衡串联电池单体能量。

背景技术

近年来，国内各大BMS研发企业在电池状态估算、主动均衡、功能安全等核心技术领域取得了长足的进步，如何实现更高效、更低损耗的电池能量均衡器仍是行业关注的焦点。

现有均衡电路控制算法主要有以下三种：实际容量均衡、单体电压均衡和荷电状态均衡。实际容量均衡容易导致单体单吃过充，缩短电池寿命，存在安全隐患；单体电压均衡可在一定程度上反应电池的内部特性，但电池使用次数过多或运行工况过于复杂，单体电池端电压不能准确反应电池内部特性，误差较大；荷电状态均衡算法在电池荷电状态的精准预测的情况下，可对电池能量较好均衡，避免电池过充或过放。

发明内容

本发明的目的在于解决三单体电池集中均衡器能量均衡问题，提供一种三单体电池集中均衡器控制算法。

本发明解决上述问题的技术方案：三单体电池集中均衡器控制算法对3个单体电池的荷电状态进行闭环控制，控制算法步骤如下：

步骤一、初始化，在该均衡控制器中由操作员根据系统要求设定以下参数值：

(一)第一PI控制器5的控制系数为k

(二)第二PI控制器7的控制系数为k

(三)第三PI控制器9的控制系数为k

步骤二、采用霍尔传感器对第一单体电池bat1、第二单体电池bat2、第三单体电池bat3电压采样、电流采样；

步骤三、根据电池荷电状态估计环节对第一单体电池bat1、第二单体电池bat2、第三单体电池bat3荷电状态进行估算，得出SOC

步骤四、第一控制器1、第二控制器2和第三控制器3按以下步骤执行：

(一)第一比较器4计算第一PI控制器5的输入值：SOC

(二)第一PI控制器5在接收到上述第一比较器4的输出后进行计算，输出相应的控制量U

(三)第二比较器6计算第二PI控制器7的输入值：SOC

(四)第二PI控制器7在接收到上述第二比较器6的输出后进行计算，输出相应的控制量U

(五)第三比较器8计算第三PI控制器9的输入值：SOC

(六)第三PI控制器9在接收到上述第三比较器8的输出后进行计算，输出相应的控制量U

步骤五、调制单元a 10、调制单元b11、调制单元c12和调制单元d13按以下步骤执行：

(一)U

(二)经过逻辑运算e15，得到第一开关管S

(三)U

(四)经过逻辑运算f17，得到第二开关管S

(五)U

(六)经过逻辑运算g19，得到第三开关管S

(七)SOC

deltaSOC＝SOC

(八)经过逻辑运算h21，得到第四开关管S

本发明的有益效果：三单体电池集中均衡器每三个电池均衡采用四个开关管，和Boost电路相比开关管数量减少1/3；该均衡控制算法对3个电池单体的荷电状态进行闭环控制，简化控制时序判断。

附图说明

图1电池组均衡电路示意图

图中：Pack-i(i为1～4)为三单体电池组，B-i(i为1～4)为三单体电池均衡器，bat1为第一单体电池，bat2为第二单体电池，bat3为第三单体电池。

图2三单体电池集中均衡器电路图

图中：S

图3三单体电池集中均衡器控制流程图

图4第一控制器的控制框图

图中：1.第一控制器，4.第一比较器，5.第一PI控制器。

图5第二控制器的控制框图

图中：2.第二控制器，6.第二比较器，7.第二PI控制器。

图6第三控制器的控制框图

图中：3.第三控制器，8.第三比较器，9.第三PI控制器。

图7调制单元a框图

图中：10.调制单元a，14.第四比较器，15.逻辑运算e。

图8调制单元b框图

图中：11.调制单元b，16.第五比较器，17.逻辑运算f。

图9调制单元c框图

图中：12.调制单元c，18.第六比较器，19.逻辑运算g。

图10调制单元d框图

图中：13.调制单元d，20.第七比较器，21.逻辑运算h。

图11SOC

图中：--为第一单体电池bat1的SOC，-为第二单体电池bat2的SOC，...为第三单体电池bat3的SOC；横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为电池荷电状态SOC。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明电池组均衡电路示意图见图1，用于实现电池组电池能量均衡。

本发明三单体电池集中均衡器电路图见图2，第一开关管S

本发明的一种三单体电池集中均衡器控制算法对3个单体电池的荷电状态进行闭环控制，控制算法步骤如下：

步骤一、初始化，在该均衡控制器中由操作员根据系统要求设定以下参数值：

(一)第一PI控制器5的控制系数为k

(二)第二PI控制器7的控制系数为k

(三)第三PI控制器9的控制系数为k

步骤二、采用霍尔传感器对第一单体电池bat1、第二单体电池bat2、第三单体电池bat3电压采样、电流采样；

步骤三、根据电池荷电状态估计环节对第一单体电池bat1、第二单体电池bat2、第三单体电池bat3荷电状态进行估算，得出SOC

步骤四、第一控制器1、第二控制器2、第三控制器3按以下步骤执行：

(一)第一比较器4计算第一PI控制器5的输入值，该值初值为-0.03；

(二)第一PI控制器5在接收到上述第一比较器4的输出后进行计算，输出相应的控制量U

(三)第二比较器6计算第二PI控制器7的输入值，该值初值为0.0255；

(四)第二PI控制器7在接收到上述第二比较器6的输出后进行计算，输出相应的控制量U

(五)第三比较器8计算第三PI控制器9的输入值，该值初值为0.005；

(六)第三PI控制器9在接收到上述第三比较器(8)的输出后进行计算，输出相应的控制量，控制周期为10ms，经过第一个控制周期可计算出U

步骤五、调制单元a10、调制单元b11、调制单元c12和调制单元d13按以下步骤执行：

(一)U

(二)经过逻辑运算e15，得到第一开关管S

(三)U

(四)经过逻辑运算f17，得到第二开关管S

(五)U

(六)经过逻辑运算g19，得到第三开关管S

(七)SOC

(八)经过逻辑运算h21，得到第四开关管S

调制单元a、调制单元b、调制单元c和调制单元d框图分别如图7-图10所示。图7为调制单元a框图，U

三个单体电池的能量均衡效果图如图11所示，经过能量均衡后，三个单体电池的能量差小于1e-4。