(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利地址150080黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)學(xué)GO6N3力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法，其特征在的問(wèn)題，減小電池組內(nèi)各單體電池間的能量差YN2括以下步驟：P?=(P?1,P?2,…,Pia),也稱為Pbesti,粒子V(i+1)a=①Via+c?rand?(Pia×i)+C?rand?(Pg用式(4)和式(5)對(duì)每個(gè)粒子進(jìn)行速度和位置更新，依據(jù)交叉概率P,變異概率P,進(jìn)行類中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，F(xiàn)CM將每一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集中的數(shù)據(jù)隸屬于每一個(gè)聚類中心的程度模糊為一個(gè)0到1的值，主要是根據(jù)待聚類數(shù)據(jù)對(duì)C個(gè)聚類中心的隸屬度大小來(lái)劃分樣本的，3個(gè)聚類中心得模糊隸屬度；m為模糊指數(shù)，m∈[1,∞],其值即能影響FCM得聚類性能，又能衡成的矩陣；將上式變換為帶約束的優(yōu)化問(wèn)題，將模型變?yōu)槭?7)所示：Ja(U,V)=∑k=1∑t=1uiIlxi-vkll2+∑=1λ;∑k因此，F(xiàn)CM問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為帶拉格朗日乘子λ的條件極值問(wèn)題，分別對(duì)聚類中心v和模糊隸屬度u;求偏導(dǎo)，得到兩者的更新迭代規(guī)則為式(8)所示：通過(guò)不斷迭代更新v和u;,當(dāng)max|uki-uk-1|<ε,FCM停止運(yùn)行，輸出模糊隸屬度矩陣U和中心矩陣V;S7、根據(jù)輸出的聚類結(jié)果傳遞給單片機(jī)控制芯片，單片機(jī)向主動(dòng)均衡控制芯片LTC3300-1發(fā)送均衡控制命令；S8、單片機(jī)根據(jù)均衡控制命令控制主動(dòng)均衡電路中各MOSFET管的導(dǎo)通和截止來(lái)進(jìn)行單體鋰電池的充電和放電。4方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于電池均衡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PSO-GA-FCM聚類的動(dòng)力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法。背景技術(shù)總線通訊模塊、上位機(jī)及顯示單元和均衡控制單元組成。由單片機(jī)計(jì)算均衡模塊采集到的鋰電池電壓、電流、溫度等參數(shù)，通過(guò)采集到的電池參數(shù)進(jìn)行電池均衡控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力鋰電池充放電過(guò)程中的均衡管理。[0003]三元鋰離子電池具有能量密度高、溫度特性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要將電池單體串、并聯(lián)構(gòu)成電池組。但是由于各單體電池所處溫度場(chǎng)不均勻以及電池單體內(nèi)阻、庫(kù)倫效率等參數(shù)的不一致性，電池組在反復(fù)充電、放電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電池單體剩余電量不一致的現(xiàn)象，限制了電池組整體的可用容量，為了解決電池剩余電量不一致的問(wèn)題，需要使用電池管理系統(tǒng)進(jìn)行電池充放電控制。[0004]電池管理系統(tǒng)是電池與用戶之間溝通的紐帶，它的主要面對(duì)對(duì)象是磷酸鐵鋰電池或三元鋰電池，主要是為了提升電池的利用率，增加電池的使用壽命，防止出現(xiàn)電池過(guò)度充[0005]為了應(yīng)對(duì)鋰電池組中的不一致問(wèn)題，通常會(huì)在電池管理系統(tǒng)BMS中集成均衡技術(shù)，均衡技術(shù)一般指為避免或減小電池組不一致性問(wèn)題導(dǎo)致的電池組容量利用率、輸出功率以及使用壽命等方面的不利影響而引入的專門技術(shù)手段。當(dāng)前均衡技術(shù)已經(jīng)成為了電池管理系統(tǒng)BMS中關(guān)鍵技術(shù)，高效的均衡措施可以提升整個(gè)電池的有效使用容量，延長(zhǎng)電池的使用壽命。當(dāng)前對(duì)均衡技術(shù)的研究主要從均衡控制策略和均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面展開(kāi)。對(duì)于電池組均衡策略的研究集中于建立電池組內(nèi)各個(gè)單體電池不一致性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以此為依據(jù)提出有效的均衡控制方法；而均衡電路拓?fù)湓O(shè)計(jì)聚焦在效率高，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低的均衡電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。[0006]均衡控制策略需要研究的問(wèn)題是：均衡變量的選取以及均衡起止時(shí)間的控制，現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)采用的是基于電壓一致性、基于容量一致性以及基于電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)作為均衡變量進(jìn)行研究，以SOC作為均衡變量可以取得更好的均衡效果，系統(tǒng)也宜于控制，能夠更好的反應(yīng)鋰電池組的真實(shí)狀態(tài)，基于SOC一致性的均衡策略是設(shè)置鋰電池本身的0CV-SOC曲線特性的，存在均衡精度和估算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，當(dāng)電池發(fā)生老化或者電壓測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)直接影響估算，導(dǎo)致不必要的均衡和開(kāi)關(guān)損耗的問(wèn)題，傳統(tǒng)的FCM算法需要人為確定初始聚類中心和聚類數(shù)目，具有很大主觀性和不確定性，并且算法容易陷入局部極值。5[0007]因此，本發(fā)明提出了一種基于PSO-GA-FCM聚類的動(dòng)力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法，實(shí)現(xiàn)電池組中各單體電池SOC一致性和電池組均衡控制。發(fā)明內(nèi)容[0008]針對(duì)上述背景內(nèi)容中現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明一種基于PSO-GA-FCM聚類的動(dòng)力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法，能解決離散電池組電量不一致的問(wèn)題，且能夠減小電池組內(nèi)電池單體間的能量差異，從而提高電池組的一致性。[0009]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案其特征在于包括以下步驟：[0010]采用改進(jìn)的PSO-GA-FCM算法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，算法步驟如下。[0011]步驟S101:給定類別數(shù)c,模糊指數(shù)m,群體規(guī)模N,學(xué)習(xí)因子C?,C?,交叉概率P。,變異概率P,慣性權(quán)重の,闕值ε,最大迭代次數(shù)T。[0012]步驟S102:電池SOC反映了當(dāng)前電池所剩容量的使用情況，定義為當(dāng)前剩余容量與電池充滿電時(shí)存儲(chǔ)容量的比值，如公式(1)所示，根據(jù)鋰電池組特性的SOC-0CV曲線利用查表法準(zhǔn)確的計(jì)算在實(shí)時(shí)工況下電池的SOC值，根據(jù)公式(2)將n節(jié)鋰電池按照SOC的大小排序，將SOC最大值的數(shù)據(jù)定義為類1的中心μ?,將SOC最大值以及SOC最小值的算術(shù)平均值的[0016]步驟S103:初始設(shè)定的三個(gè)初始聚類中心μ?,H?,μ?,形成三個(gè)第一代例子，每個(gè)粒子的當(dāng)前位置為其Pbesti,當(dāng)前種群所有粒子中的最好位置為8best,用式(3)計(jì)算適應(yīng)度值，群體中最適應(yīng)度個(gè)體為所有粒子中適應(yīng)度值最大的粒子。子適應(yīng)度f(wàn)(x:)就越高。[0019]步驟S104:用公式(4)和公式(5)對(duì)每個(gè)粒子進(jìn)行速度和位置更新，依據(jù)交叉概率P,變異概率P,進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，產(chǎn)生下一代的粒子群。粒子的速度，X(:+1)對(duì)應(yīng)粒子的位置，r[0023]步驟S105:用公式(3)計(jì)算新粒子群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，先與個(gè)體上一代比較，若大于上一代適應(yīng)度值，則取代上一代個(gè)體成為Pbesti,且適應(yīng)度值為個(gè)體最有適應(yīng)度6最有適應(yīng)度值保持原樣。[0026]步驟S108:當(dāng)算法達(dá)到進(jìn)化的最大迭代次數(shù)或設(shè)定的闕值e,即種群的適應(yīng)度沒(méi)有[0031]步驟S201:FCM將每一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集中的數(shù)據(jù)隸屬于每一個(gè)聚類中心的程度模糊[0038]步驟S204:通過(guò)不斷迭代更新v和ui,當(dāng)max|uki-uk:1|<ε,FCM停止運(yùn)行，輸出7衡。[0045]均衡模塊，用于根據(jù)本小電池組內(nèi)的次級(jí)MCU的控制對(duì)需要進(jìn)行均衡的電池進(jìn)行均衡。[0046]優(yōu)選的，所述均衡模塊采用雙向反激式變壓器。[0047]優(yōu)選的，雙向反激式變壓器采用LTC3300-1芯片。[0048]本發(fā)明具有如下有益效果：[0050](2)本發(fā)明基于PSO-GA-FCM聚類的動(dòng)力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法，相比于傳統(tǒng)的電池SOC均衡，擁有更快的均衡速度和對(duì)電池容量有了更好的提升附圖說(shuō)明[0051]圖1是本發(fā)明優(yōu)化FCM算法流[0052]圖2是本發(fā)明FCM聚類分析流程圖[0053]圖3是本發(fā)明聚類均衡流程圖[0054]圖4是本發(fā)明主動(dòng)均衡單元電路原理圖[0055]圖5是本發(fā)明均衡控制圖[0056]圖6是本發(fā)明SOC均衡效果示意圖具體實(shí)施方式[0057]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明，提供了一種基于PSO-GA-FCM聚類的動(dòng)力鋰電池主動(dòng)均衡控制策略及方法，包括如下步驟：[0058]S1、根據(jù)公式(1)將n節(jié)鋰電池按照SOC大小排序。將SOC最大值的數(shù)據(jù)定義為類1的的數(shù)值定義為類3的中心μ?,SOC計(jì)算方法采用安時(shí)積分法計(jì)算，如式(2)所示，先根據(jù)鋰電池組特性SOC-0CV曲線查表得到n個(gè)鋰電池單元的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)SOC;[0061]S2、初始設(shè)定的三個(gè)初始聚類中心μ?,H?,H?,形成三個(gè)第一代例子，每個(gè)粒子的當(dāng)前位置為其Pbesti,當(dāng)前種群所有粒子中的最好位置為8best,用式(3)計(jì)算適應(yīng)度值，群體中最適應(yīng)度個(gè)體為所有粒子中適應(yīng)度值最大的粒子。子適應(yīng)度f(wàn)(x:)就越高。[0064]S3、用公式(4)和公式(5)對(duì)每個(gè)粒子進(jìn)行速度和位置更新，依據(jù)交叉概率P,變異8[0067]式中，@為慣性權(quán)重，通常是從0.9線性減小到0.2,c?和c?為加速常數(shù)，rand?和屬于第k個(gè)聚類中心得模糊隸屬度；m為模糊指數(shù)，m∈[1,∞],其值即能影響FCM得聚類性表示6節(jié)串聯(lián)電池的頂端(第6節(jié)電池的正極),V-9[0081]如果第C節(jié)電池電壓過(guò)高，需要均衡，主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)送均衡控制命腳檢測(cè)流過(guò)的電流，當(dāng)電流達(dá)到峰值10A時(shí)，均衡完成，主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)均衡命令，GP引腳變?yōu)榈碗娖?，n1關(guān)斷。主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)送均衡控制命令，邊，IS引腳檢測(cè)流過(guò)的電流，當(dāng)電流達(dá)到峰值10A時(shí)，主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)送停止均衡命令，GS引腳變?yōu)榈碗娖?，S2關(guān)斷。主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)送均衡控制命令，的電流，當(dāng)電流達(dá)到峰值10A時(shí)，主控模塊單元向LTC3300-1發(fā)送停止均衡命令，GP引腳變[0082]總體均衡控制原理：總體的均衡控制流程如圖5所示，均衡控制主要是由遺傳算法、粒子群和FCM聚類組成。單片機(jī)先獲取AD采樣的數(shù)據(jù)和電池采集芯片采集的電池?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出各個(gè)電池單元的初始荷電狀態(tài)，然后在單片機(jī)內(nèi)部通過(guò)基于粒子群和片LTC3300-2根據(jù)單片機(jī)下達(dá)的均衡命令，控制各個(gè)電池組的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)均衡控制。同時(shí)在開(kāi)關(guān)控制過(guò)程中，可能存在電池單體電壓超過(guò)闕值(4.17V),單片機(jī)通過(guò)AD采樣的數(shù)據(jù)，判斷是否開(kāi)啟主動(dòng)均衡，當(dāng)電壓超過(guò)闕值時(shí)，單片機(jī)給主動(dòng)均衡驅(qū)動(dòng)單元信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電池開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)超過(guò)闕值的單體電壓小于等于對(duì)應(yīng)電池單元的電池電壓平均值時(shí)停止均衡。[0083]仿真結(jié)果如圖6所示，圖6為6節(jié)串聯(lián)電池不同SOC狀態(tài)下的主動(dòng)均衡效果示意圖，圖中可以看出，最小SOC值的電池優(yōu)先進(jìn)行充電，其余電池進(jìn)行放電，當(dāng)所有電池SOC值趨于相同狀態(tài)時(shí)，對(duì)各個(gè)電池進(jìn)行整體充電，從圖中可以看出，該方法下各電池充電時(shí)間短，充電速度快。[0084]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。開(kāi)始開(kāi)始輸入算法參數(shù)初始化，生成初始種群計(jì)算適應(yīng)度個(gè)體和群體最優(yōu)及適應(yīng)度更新滿足終止條件N速度和位置更新選擇、交叉和變異操作Y輸出最優(yōu)聚類中結(jié)束圖111開(kāi)始開(kāi)始選定n個(gè)電池作為聚類的對(duì)象排序n個(gè)電池單元soc,聚類中心初始