基于模型預(yù)測(cè)控制的鋰電池主動(dòng)均衡算法研究

邵玉龍， 楊春光， 李 龍， 周時(shí)國(guó)， 孫萬(wàn)臣

(1.宇通客車(chē)股份有限公司， 鄭州 450061； 2.吉林大學(xué)， 長(zhǎng)春 130022)

電池單體的不一致性會(huì)導(dǎo)致單體的容量、內(nèi)阻、電壓、電解液密度不一樣，也導(dǎo)致電池組充電充不滿(mǎn)、放電放不盡，電池組整體容量大大下降。在電池正常使用過(guò)程中，由于使用環(huán)境、自放電等因素的影響，不一致性會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，使電池處于欠均衡狀態(tài)。因此，對(duì)電池組中各單體電池的電量進(jìn)行均衡是保障電池組正常運(yùn)行的重要任務(wù)。

1 主動(dòng)智能均衡方案

1.1 均衡方案分析

均衡方式分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡兩種。被動(dòng)均衡通過(guò)電阻消耗掉電池單體多余的能量，實(shí)現(xiàn)單體電壓的一致性，在只有一個(gè)電池單體電量偏多的情況下，效果較好；但在只有一個(gè)電池單體電量較少的情況下，會(huì)導(dǎo)致其余電池單體全部放電，進(jìn)一步擴(kuò)大電量的不一致性。相比之下，主動(dòng)均衡方式通過(guò)能量轉(zhuǎn)移而非能量消耗實(shí)現(xiàn)電池能量均衡，主動(dòng)將多余的電量重新分配，是一種效率較高的均衡方式；但現(xiàn)有技術(shù)還難以快速精準(zhǔn)地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，存在過(guò)均衡的現(xiàn)象。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于模型預(yù)測(cè)的主動(dòng)智能均衡方案，可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移次數(shù)最少，均衡效率最高。

1.2 主動(dòng)智能均衡電路

本文主動(dòng)均衡原理如圖1所示。以單體1需要放電為例，閉合開(kāi)關(guān)G1P，單體1開(kāi)始向DC/DC線(xiàn)圈充電，當(dāng)充電電流達(dá)到最大值時(shí)，電感中存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量達(dá)到最大；此時(shí)斷開(kāi)G1P，閉合G1S，電感中的能量轉(zhuǎn)移到電池組側(cè)線(xiàn)圈中，通過(guò)開(kāi)關(guān)G1S對(duì)電池模組(單體1～12)充電，當(dāng)充電電流降為0時(shí)，斷開(kāi)G1S，閉合G1P，單體1再次給DC/DC充電，重復(fù)以上過(guò)程，直到單體1的能量恢復(fù)到平均水平。……