本發明涉及鋰離子電池均衡
技術領域：
，特別涉及鋰離子電池組均衡控制方法。
背景技術：
：目前大型儲能用鋰離子電池需要串聯成組使用，為了最大化利用電池組能量，必須配備能量均衡系統來改善單體電池一致性。當前常用的電池組均衡控制方法多是以電池電壓為基準進行均衡控制，均衡效果較差，而且存在誤均衡缺陷。均衡控制方法設計的核心是解決電池如何進行分類的問題。實際上電池分類需要考慮諸如電壓、荷電狀態、能量狀態等反映電池特性的多種電池狀態參數。聚類算法是解決該分類問題的有效手段，但一般的聚類算法如k均值聚類算法，在算法執行時容易陷入局部極值，得不到全局最優解。而且對于多維數據，一般的聚類方法也不易處理。技術實現要素：本發明的目的是克服現有產品中的不足，提供一種鋰離子電池組均衡控制方法。為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種鋰離子電池組均衡控制方法，所述控制方法包括如下步驟：(1)、確定電池一致性的評價指標，建立m個電池的分析序列，所述電池一致性的評價指標包括電池荷電狀態soc，電池在t時刻正負極之間的電壓ut，電池在充或放電過程中δt時間段內電池的能量變化速率ve，電池在充或放電過程中δt時間段內電池的功率變化速率vp；電池在充或放電過程中δt時間段內電池的能量變化速率ve的公式為ve＝ut·it·△t，式中ut、it分別為t時刻的電池端電壓和主回路電流，δt＝t1-t0，電池在充或放電過程中δt時間段內電池的功率變化速率vp為vp＝ut·it。(2)、利用標準化歐式距離公式計算任意兩個電池的標準化歐氏距離數值，得到cm2個標準化歐氏距離數值，然后將cm2個標準化歐氏距離數值排列構造1行cm2列的矩陣g，所述任意兩個電池的標準化歐氏距離數值的平方為任意兩個電池的soc的差值的平方再加上任意兩個電池的ut的差值的平方再加上任意兩個電池的ve的差值的平方再加上任意兩個電池的vp的差值的平方；(3)、將矩陣g變換得到m行m列相似度矩陣wm×m；(4)、計算對角矩陣dm×m，對角矩陣dm×m對角線上的值(5)、計算laplace矩陣，所述laplace矩陣＝對角矩陣dm×m-相似度矩陣wm×m；(6)、用nomarlizedcut方法對laplace矩陣進行歸一化處理得到矩陣l，所述(7)、計算矩陣l中除零外k個最小特征值及對應的特征向量(e1,...,ek)，再將k個特征向量豎著并排放在一起，形成一個m×k的特征矩陣，從而得到低維度特征矩陣e＝[e1,…,ek]；(8)、通過k-means聚類算法對特征矩陣e中不同的特征向量進行聚類，所述聚類的類別至少兩個，循環執行該算法至達到算法終止條件，獲得電池分類解；(9)、將聚類中電池數目最少的組中的電池通過均衡模塊進行均衡，完成1個均衡周期后，再根據均衡的終止條件判斷電池是否需要均衡，若不需要均衡則結束，否則重復步驟1到步驟8進行均衡直到電池不需要均衡為止。所述任意兩個電池的標準化歐氏距離數值標記為fxy，所述fxy指的是序號x電池與序號y電池的標準化歐氏距離數值，矩陣gm(m-1)/2為f12，f13依次排列到f1m，然后f23，f24依次排列到f2m，然后按照此規律排列到f(m-1)m，即矩陣g＝(f12,f13,...,f1m,f23,f24,...,f2m,f34,f35,...,f3m,...,f(m-2)(m-1),f(m-2)m,f(m-1)m)。所述矩陣g變換得到相似度矩陣wm×m方法為wm×m矩陣的對角線上的值均為0，其對角線以下的數字將g1到gm(m-1)/2依次按照從左列向右列排列，每一列按照從上行到下行排列，其對角線以上的數字將g1到gm(m-1)/2依次按列從左到右排列，每一列按照從上行到下行排列。所述電池荷電狀態soc是通過電池管理系統采集到的電壓、電流、溫度計算得到。所述均衡的終止條件是通過設定soc的極限值、ut的極限值、ve的極限值、vp的極限值來定。所述算法終止條件為最大聚類中不含m個電池的電池荷電狀態soc、電壓ut、能量變化速率ve、功率變化速率vp中最大值和最小值。所述電池管理系統采集到的電壓、電流、溫度是一段時間內連續采集的數據。所述一段時間為不低于10秒。本發明的有益效果如下：本發明為電池組均衡提供一個基于多指標的電池一致性的簡捷、綜合判別方法；能夠有效區分不同電池能量狀態，克服單一指標作為評判標準的片面性；能夠實現均衡方案的快速制定和均衡進程的合理控制，適用于電池系統實時在線均衡。附圖說明圖1為本發明的控制方法的流程圖；圖2為實施例1的測試平臺結構示意圖；圖3為實施例1的均衡效果圖。具體實施方式下面結合說明書附圖對本發明的技術方案作進一步說明：實施例：如圖2所示，本發明以16節100ah磷酸鐵鋰電池串聯組成的電池組為測試對象，搭建了測試平臺，通過監控電腦的調試軟件收集電池數據，調整均衡控制算法，控制均衡操作和電池組的充放電，以驗證該均衡控制方法的有效性。圖2中，1為220v交流母線，2為儲能變流器pcs，3為電池組。1、2和3組成電能流動主回路，實現電池組與交流母線的充放電能量交換。4為電池組管理系統bmu，用于采集電池組中每一個電池電壓、電流、溫度等數據，同時采集主回路電流、環境溫度等信息。4還與2實時通信，傳輸電池組充放電狀態、報警、保護等信息。5為均衡模塊beu，用于對電池組均衡。6為后臺電腦，與2、4、5進行通信，可實現采集數據的存儲和處理，控制2對3進行充放電操作，控制5對3進行均衡操作。2、4、5和6組成整個測試平臺的控制系統。如圖1所示，步驟(1)、確定電池一致性的評價指標，建立m個電池的分析序列，所述電池一致性的評價指標包括電池荷電狀態soc，電池在t時刻正負極之間的電壓ut，電池在充或放電過程中δt時間段內電池的能量變化速率ve，電池在充或放電過程中δt時間段內電池的功率變化速率vp；電池荷電狀態soc是通過電池管理系統采集到的電壓、電流、溫度計算得到。電池組工作過程中，電池管理系統采集到的每一個電池電壓、電流、溫度數據是一段時間內連續采集的數據，采集數據時間段不低于10秒，如果電池組中無電流流過，ve和vp均為0，根據ve＝ut·it·δtvp＝ut·it，得到每一個電池的不同時刻的ve、vp數值，從而得到電池組分析數據序列表1。表1電池組分析數據序列電池節號soc/％ut/vve/wvp/w.s-11133.07091.4931.432123.07291.5431.443143.07391.5831.464113.06091.1931.335123.06091.1931.336123.07091.4931.427113.05390.9831.26852.96788.4230.42993.01689.8830.901073.03790.5031.1011103.06091.1931.341293.03490.4131.081393.04190.6231.1514103.05891.1331.3115113.06091.1931.341692.99989.3730.74最大值143.07391.5831.46最小值52.96788.4230.42(2)、利用標準化歐式距離公式計算任意兩個電池的標準化歐氏距離數值，得到cm2個標準化歐氏距離數值，然后將cm2個標準化歐氏距離數值排列構造1行cm2列的矩陣g，所述任意兩個電池的標準化歐氏距離數值的平方為任意兩個電池的soc的差值的平方再加上任意兩個電池的ut的差值的平方再加上任意兩個電池的ve的差值的平方再加上任意兩個電池的vp的差值的平方；所述任意兩個電池的標準化歐氏距離數值標記為fxy，所述fxy指的是序號x電池與序號y電池的標準化歐氏距離數值，矩陣g為f12，f13依次排列到f1m，然后f23，f24依次排列到f2m，然后按照此規律排列到f(m-1)m，即矩陣g＝(f12,f13,...,f1m,f23,f24,...,f2m,f34,f35,...,f3m,...,f(m-2)(m-1),f(m-2)m,f(m-1)m)。因此本實施例中的g＝(0.45530.4761…3.47123.6860),此時m＝16。(3)、將矩陣g變換得到cm2行cm2列相似度矩陣wm×m方法為矩陣wm×m的對角線上的值均為0，其對角線以下的數字將g1到gm(m-1)/2依次按照從左向右排列，每一列按照從上到下排列，其對角線以上的數字是將g1到gm(m-1)/2依次按列從左列向右列排列，每一列按照從上行到下行排列，即先排列第1列，第1列從第2行開始向下排列，排列到最后1行為止，第1列對角線以下元素排滿；然后排列第2列，從第2列第3行開始向下排列，排列到最后1行為止，第2列對角線以下元素排滿；如此排列，當矩陣g中所有元素排列完畢時，恰好排列到第m行第(m-1)列。那么m＝16此時的wm×m為(4)、計算對角矩陣dm×m，對角矩陣dm×m對角線上的值那么此時的對角矩陣dm×m為：(5)、計算laplace矩陣，所述laplace矩陣＝對角矩陣dm×m-相似度矩陣wm×m那么此時的laplace矩陣為：(6)、用nomarlizedcut方法對laplace矩陣進行歸一化處理得到矩陣l，所述那么此時的矩陣l為：(7)、計算矩陣l中除零外k個最小特征值及對應的特征向量(e1,...,ek)，再將k個特征向量豎著并排放在一起，形成一個m×k的特征矩陣，從而得到低維度特征矩陣e＝[e1,…,ek]；此時低維度特征矩陣e＝[e1,…,ek]為：(8)、通過k-means聚類算法對特征矩陣e中不同的特征向量進行聚類，所述聚類的類別取三個，循環執行該算法至達到算法終止條件，獲得電池分類解；算法終止條件為最大聚類中不含表1數據各指標的最大值和最小值，最終聚類結果見表2。表2電池聚類結果(9)、將聚類中電池數目最少的組中的電池通過均衡模塊進行均衡，完成1個均衡周期后，再根據均衡的終止條件判斷電池是否需要均衡，若不需要均衡則結束，否則重復步驟1到步驟8進行均衡直到電池不需要均衡為止。均衡的終止條件是通過設定soc的極限值、ut的極限值、ve的極限值、vp的極限值來定。均衡條件見表3。表3均衡啟動/停止條件項目soc/％ut/vve/wvp/w.s-1限制條件區間[5.72,14.78][3.016,3.075][89.0,92.5][30.6,31.8]當該類參數的極差超過表3限定范圍即啟動均衡，恢復到表3限定范圍則終止均衡。均衡對象即為步驟8中電池聚類類別包含電池數目最少的組。均衡實現是通過均衡模塊實現的，可以進行電池的充電及放電雙向均衡。電池組經過若干個均衡周期后達到停止條件，均衡效果見圖3。本發明基于聚類算法簡捷、快速確定待均衡電池，實現了電池組均衡方案的快速制定和均衡進程的合理控制。本發明為電池組均衡提供一個基于多指標的電池一致性的簡捷、綜合判別方法；能夠有效區分不同電池能量狀態，克服單一指標作為評判標準的片面性；能夠實現均衡方案的快速制定和均衡進程的合理控制，適用于電池系統實時在線均衡。需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一種具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形，例如電池為m個，聚類的類別至少兩個。總之，本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。當前第1頁12