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专利号: 2022114612525
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于时间最优的锂离子电池组主动均衡方法,该方法包括以下步骤:

S1:根据电池组的架构分别建立模块到模块和电池到模块的分层主动均衡拓扑结构,设计模块到模块间的双向C′uk型均衡器Mei和电池到模块间的均衡器实现能量相互传递;

S2:联立电池的SOC和均衡器的PWM占空比之间的关系,将均衡控制器直接作用于均衡器的场效应管上,计算出模块间均衡系统和电池对模块架构状态空间表达式,然后建立出模块对模块和电池对模块架构的均衡系统;

S3:基于时间最优模型预测控制算法,设计了一种减小中间电池充放电微循环的时间最优方法;通过求解以下约束线性最优问题,设计出模块对模块和电池对模块架构的时间最优均衡控制器;

其中,基于时间最优模型预测控制算法为,通过求解多个约束线性最优问题,设计出模块对模块和电池对模块架构的时间最优均衡控制器;对于电池均衡模型,最终的均衡SOC表示为:其中是恒定输入;IS是外部电流,和为最终均衡SOC;其中0n是有n个列的零向量;电池组所有电池的额定容量大致相同,Ld是一个小一点的值,则约束条件化简为:Lx(k)+LBu(k)θ+LdInIS(k)θ=0n

定义一个新的列向量:模块对模块架构的均衡控制,通过求解以下约束线性最优问题,设计出最优控制器:电池对模块结构的均衡控制器以离散时间的K时刻执行,通过求解每个时刻最小时间问题,得到最优PWM占空比类似的通过定义一个新的列向量:通过求解约束线性最优问题,得到电池到模块架构的时间最优均衡控制器:不同模块之间没有耦合,n个控制器的均衡算法并行计算,提高电池均衡算法的计算速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间最优的锂离子电池组主动均衡方法,其特征在于:所述S1中,建立由模块到模块和电池到模块架构组成的均衡系统;系统中电池组包括n个电池模块,每个电池模块由m个串联的电池组成;使用n-1个模块对模块均衡器实现电池模块之间的能量均衡,使用m个电池对模块均衡器实现每个模块中电池的SOC均衡;采用改进的双向变换器C′uk实现模块到模块拓扑结构中的能量传递;αi表示均衡器的能量传输效率;表示从所有均衡器传递到模块i的电流,定义为第i个电池模块中所有电池的平均SOC,该均衡器输出的均衡电流定义为每个电池都能够和整个模块进行能量交换,均衡器用于电池i和模块之间的能量交换,1≤i≤m;其中分别为电池/模块侧的均衡电流,电池i总均衡电流记为包括了所以电池侧的和模块侧的均衡电流,表示为

3.根据权利要求1所述的一种基于时间最优的锂离子电池组主动均衡方法,其特征在于:在所述S2中,根据联立模块间的均衡电流和PWM均衡器的关系,确定均衡电流取决于场效应管上的占空比;Km为C′uk型均衡器的电感值,流入n个电池模块的均衡电流Im(k)与PWM信号占空比Dm的关系表示为:定义状态变量和控制输入向量其中为i模块中所有电池的平均额定容量;η为库伦效率,Ts为采样周期;对于模块对模块的均衡系统,模块间均衡系统的状态空间表达式表示为:xm(k+1)=xm(k)+Bmum(k)+dmInIMS(k)

其中且

Lc为电感,电池的均衡电流与应用在场效应管的PWM占空比Dc之间的关系推导为:状态变量为和控制输入变量为因此电池对模块均衡系统的状态空间表示为:

xc(k+1)=xc(k)+Bcuc(k)+dcImICS(k)。