[發(fā)明專利]一種動力電池剩余電量實(shí)時(shí)評估方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210477262.8
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102944848A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志平;胡戰(zhàn)虎
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省自動化研究所
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G08C17/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車動力電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動力電池剩余電量實(shí)時(shí)評估方法及其裝置。

背景技術(shù)

電池荷電狀態(tài)SOC的精確估計(jì)是電池管理系統(tǒng)最基本、最重要的內(nèi)容。SOC是指電池當(dāng)前的剩余電量，也是體現(xiàn)電池狀態(tài)的主要參數(shù)之一，它可以為整車控制策略提供判斷依據(jù)。如果能夠準(zhǔn)確估計(jì)動力電池的SOC，那么在運(yùn)行電池管理系統(tǒng)其他功能時(shí)就可以避免對動力電池造成損害，合理利用動力電池提供的電能，并有效控制及預(yù)測電動車?yán)m(xù)駛里程，最終達(dá)到延長電池組使用壽命的目的。

動力電池在電動汽車上的使用工況較為復(fù)雜和惡劣，特別是啟動、提速時(shí)為大電流放電狀態(tài)，電流變化波動十分劇烈。影響電池SOC的因素有很多，如充放電電流、溫度、自放電、內(nèi)阻等，電池的SOC和它的諸多影響因素之間是一種非常復(fù)雜的非線性關(guān)系，很難通過其內(nèi)部的化學(xué)特性來判斷電池的SOC，因此，如何利用電池可測參數(shù)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前電池剩余電量的準(zhǔn)確估算，一直以來是電動汽車電池管理系統(tǒng)的核心問題和急需解決的技術(shù)難點(diǎn)。目前，國內(nèi)外動力電池SOC的估計(jì)方法主要有以下幾種：

1、放電試驗(yàn)法

該方法使用恒定電流對電池進(jìn)行連續(xù)放電直至電池端電壓達(dá)到放電截止電壓，電池剩余電量等于放電電流值與時(shí)間的乘積。這種方法經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室使用，需要花費(fèi)大量時(shí)間，無法做到SOC的實(shí)時(shí)估計(jì)。

2、開路電壓法

開路電壓法是按照電池在一定條件下開路電壓與SOC值成數(shù)學(xué)比例關(guān)系的原理來估算SOC。在放電末期，開路電壓估計(jì)SOC的效果較好。但是，當(dāng)電池處于放電中期時(shí)，開路電壓與SOC的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系并不十分明顯，導(dǎo)致SOC估計(jì)誤差較大。因此，開路電壓法只能適用于電動汽車停車狀態(tài)，不能動態(tài)地估算SOC值。

3、安時(shí)計(jì)量法

安時(shí)計(jì)量法是通過計(jì)算電池在充電或放電時(shí)的累積電量來估計(jì)電池的SOC，并根據(jù)溫度、充放電倍率對SOC估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償。在使用安時(shí)計(jì)量法估算SOC時(shí)，不準(zhǔn)確的電流測量將增大SOC估計(jì)誤差，經(jīng)過長時(shí)間累積，該誤差會變得越來越大；同時(shí)必須考慮電池效率系數(shù)，而解決電池效率系數(shù)問題必須通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立溫度影響系數(shù)和充放電倍率系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種動力電池剩余電量實(shí)時(shí)評估方法及其裝置來克服現(xiàn)有技術(shù)中SOC無法實(shí)時(shí)評估和估算精度低的不足。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案：

一種動力電池剩余電量實(shí)時(shí)評估方法，首先從電池管理系統(tǒng)中采集電池組的電壓、電流和溫度的可測數(shù)據(jù)，然后將采集到的電池?cái)?shù)據(jù)無線傳送給上位機(jī)，并由上位機(jī)軟件通過擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后將上位機(jī)軟件計(jì)算出的SOC值無線發(fā)送并顯示。

由于電動汽車動力電池組本身是一個(gè)復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，電池荷電狀態(tài)與充放電倍率、電池工作電壓以及環(huán)境溫度是成非線性變化關(guān)系的，所以采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對電池組實(shí)現(xiàn)SOC在線估計(jì)。

一種實(shí)現(xiàn)動力電池剩余電量實(shí)時(shí)評估方法的裝置，包括數(shù)據(jù)采集終端和內(nèi)嵌處理軟件的上位機(jī)，數(shù)據(jù)采集終端包括控制單元，控制單元與GPRS模塊、內(nèi)部CAN接口對應(yīng)通訊連接，GPRS模塊通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊連接。上位機(jī)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)；智能算法處理模塊，用于對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理以得到精確的SOC值；歷史數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對電池的歷史使用信息進(jìn)行存儲。數(shù)據(jù)采集終端還包括遵循SAE?J1939汽車標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議的外部CAN接口。

數(shù)據(jù)采集終端的控制單元通過控制內(nèi)部CAN接口與電池管理系統(tǒng)通信，從電池管理系統(tǒng)中采集電池組的原始數(shù)據(jù)，如單體電壓、溫度、電流等，然后再由控制單元將采集的數(shù)據(jù)傳送給GPRS模塊，通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，并借助上位機(jī)軟件強(qiáng)大的運(yùn)算能力和豐富的系統(tǒng)資源，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對動力電池的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，精確計(jì)算SOC值，最后再通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將上位機(jī)軟件計(jì)算出的SOC值發(fā)送給數(shù)據(jù)采集終端顯示。數(shù)據(jù)采集終端還可以通過外部CAN接口根據(jù)SAE?J1939汽車標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議與整車控制器相連，從而達(dá)到對電動汽車動力電池剩余電量的實(shí)時(shí)精確評估。

本發(fā)明通過無線方式，將數(shù)據(jù)采集終端從電池管理系統(tǒng)中采集的電池?cái)?shù)據(jù)傳送給上位機(jī)監(jiān)測軟件，借助上位機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力和豐富的系統(tǒng)資源，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對動力電池的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而有效提高SOC評估的精度，并有助于消除電磁干擾的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理框圖；