[發明專利]一種電力動車鋰離子電池控制系統

有效

• 申請號: 201611096879.X
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN107037366B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 李衛松;韓德猛;潘志龍
• 申請（專利權）人: 江蘇富威能源有限公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙)32273
• 代理人: 王華

技術領域

本發明屬于電動車鋰離子電池BMS控制技術，尤其涉及BMS管理系統中電池關鍵參數COS的估計方法。

背景技術

電動車電池管理系統BMS主要用于對動力電池參數進行實時監控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護、漏電檢測、顯示報警、充放電模式選擇，并通過CAN總線的方式與車輛集成控制器或充電設備進行交互，保證電池的高校、可靠、安全的運行。

電池剩余容量SOC也叫電池剩余容量的估算是為了顯示電池的剩余能量并轉化成動車還能行駛的里程。準確并實時的估算SOC值是BMS的基礎，也是其最基本和首要任務，只有準確的SOC估算值，才能提供電池的循環使用壽命和使系統各功能的穩定。電池的不當使用將會導致電池損害等，因此SOC能否精確估算將直接影響鋰離子電池的動力發揮效率。目前通常是通過充放電電流、電壓等參數，并通過相應的等效電路模型算法進行剩余電量的估計。但電池在工作過程中，電池SOC受電流、自放電、老化、充放電效率、時間等因素影響，并呈現非線性的變化，SOC估計值準確度和修正模型還需要更多的改進。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供了一種電力動車鋰離子電池控制系統，考慮了溫度因素、電池初始容量不可測性、測量誤差的累積等因素對電池剩余容量的估算影響，降低了估算誤差。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：一種電力動車鋰離子電池控制系統，通過精確估算并反饋電池剩余容量實現電池的安全控制，包括以下步驟：

S1：對鋰離子電池進行小電流恒流放電，并根據預設采樣頻率對鋰離子電池放電過程進行數據采集，所述數據采集包括放電電流、輸出電壓和電池溫度，并經過濾波器進行濾波處理消除聲噪；

S2：以步驟S1中采集的數據，并基于安時法和普克特經驗公式建立電池剩余容量的數學模型，得到電池剩余容量和電池輸出電流的數學關系；

S3：進一步引入電池溫度的因素修正，并建立電池溫度分別與普克特經驗公式中常數的經驗數學關系，得到當前修正后的電池剩余容量的估算值；

S4：按照預設周期反饋電池的開路電壓，同時分別通過開路電壓法和卡爾曼濾波器法估算電池剩余容量并進行比較，然后通過卡爾曼濾波器法對電池的初始狀態容量SOC₀進行修正，并將修正后的SOC₀返回步驟S2中并重復步驟S3～S4，最終得到收斂修正后的電池剩余容量的估算值。

進一步的，步驟S2中所述數學關系建立過程如下：定義電池初始狀態時的剩余容量為SOC₀，根據安時法計算可得當前狀態電池剩余容量然后進行離散化處理，從而獲得電池的剩余容量估計值：

式中，SOC_k+1為第k+1次數據采集時的電池剩余容量估計值；SOC_k為第k次數據采集時的剩余容量值；η為電池放電效率；C₀為電池額定容量，i_k為電池的負載電流；Δt為第k次到k+1次數據采集的時間間隔；K和n為普克特經驗公式常數；T為電池溫度。

進一步的，對普克特經驗公式常數K和n進行溫度因素修正，通過引入溫度T，使溫度T與K和n的數值按照二次多項式經驗數學模型擬合，如公式(2)所示：

式中，a,b,c,d,e為經驗公式修正系數，并通過不同溫度下制作K、n分別與溫度T的曲線，然后采用二次多項式擬合回歸求取修正系數。

進一步的，步驟S3中，將電池置于-20℃～60℃的溫度范圍內，并間隔5℃采集K和n與電池溫度T之間的數據映射關系，并以二次多項式函數模型進行平滑擬合獲取K和n與電池溫度T的數學函數模型(3)：

進一步的，步驟S4的具體過程如下：

(1)對電池建立等效電路模型，并使鋰離子電池小電流恒流放電，預先得到開路電壓法和卡爾曼濾波法分別與電池SOC的曲線擬合數學關系；

(2)然后進行初始化設置，設定t＝0時，開路電壓法估算得到卡爾曼濾波法估算得到的

(3)在t＝k時刻，以作為初值，通過卡爾曼濾波法和開路電壓法分別估算得到t＝k+1時刻的的電池剩余容量為和并比較兩者的誤差，并對進行修正，得到修正后的t＝0時刻的電池容量初值SOC₁′；具體而言，