[發明專利]一種降低電池管理系統采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的方法

在審

• 申請號: 201710354693.8
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN106997029A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 王麗梅;趙秀亮;劉良;盤朝奉;李國春;陳龍;江浩斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電動汽車技術領域，具體涉及一種降低電池管理系統采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的方法。

背景技術

電池管理系統中單節電池電壓參數的準確測量，有助于制定恰當的控制策略，改善電池組有效容量利用率，同時還可以為電池均衡控制提供參考。電動汽車動力電池組一般配置有電池管理系統，其電池電壓監測一般采用精密電阻分壓、光耦繼電器開關陣列、差分運放及專用集成芯片方案，表1中對比了各監測方案特點。其中光耦繼電器開關陣列方案不存在漏電流，但繼電器切換需消耗時間導致采樣時間較長，另外三種測量方案均存在漏電流。圖1顯示了單節電池電壓采樣電路原理圖，從圖中可以看到，電阻R到電路板地通路的存在導致采樣線上不可避免地存在外載漏電流，外載漏電流的存在將導致長期循環后電池組內各單節電池荷電狀態(State of charge，SOC)間產生偏差，進而影響電池組整體性能，給電池組安全帶來挑戰。

表1電池電壓檢測方案對比

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明公開了一種降低電池管理系統采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的系統及方法，它可以降低單節電池SOC間偏差，確保電池組安全，延長其使用壽命。

為了實現上述目的，本發明具體方案如下：

步驟一：建立考慮采樣電路阻抗的電池組模型；

利用Simscape平臺建立等效電路圖中SOC估算、溫度計算、開路電壓、歐姆內阻、極化內阻和極化電容子模型模塊；依據等效電路模型，將各模塊進行串并聯建立單節電池模型，再將n節單節電池串聯建立電池組模型，并在電池組模型中各單節電池模型分別添加采樣電阻R模擬單節電池電壓采樣線上的外載漏電流。

步驟二：分析外載漏電流與采樣電阻及模組內單節電池數關系；

電池管理系統系統設計時，常見4～12節單節電池視為一個模組。分別建立4～12節單節電池串聯電池組模型，研究外載漏電流與采樣電阻R的阻值及模組內單節電池數目的關系，并建立描述三者間關系的曲面函數。

步驟三：電池組SOC估算方法修正；

利用安時積分法或雙時間尺度卡爾曼濾波算法測量的電池組SOC為

SOC_{pack,measured}＝1-∑IΔt/C (1)

式中，Δt表示采樣時間間隔，I為電池充放電電流。

在充電時間t h內，因外載漏電流引起的單節電池SOC與電池組SOC最大偏差為∑nI₁t/C，且此偏差隨著循環次數的增加將累積增加，第k個循環時的偏差可表示為：

式中，C表示電池組容量，t_j為第j-th次循環的充放電時間，I₁為所有采樣線上外載漏電流平均值，n表示串聯單節電池數。

如果電池組工作在滿充、滿放狀態，則式(2)可轉化為：

ΔSOC_k＝k·nI₁/I_avg(3)

其中，I_avg表示充放電過程中的平均電流。

實際應用中，電池管理系統一般采集電池組整體電流來估算SOC，為保護各單節電池安全，需在考慮單節電池間差異的雙時間尺度卡爾曼濾波算法估算電池組SOC基礎上，引入安全修正系數k_soc，電池組實際SOC表示為：

SOC_pack,actual＝k_SOC·SOC_{pack,measured}(4)

式中，k_soc為電池組SOC的修正系數，見表2。

表2電池組SOC修正系數

電池平均外載漏電流可由步驟二中建立的曲面函數獲取，依據實際的電池組連接結構，通過式(4)可計算電池組實際SOC。假定電池組處于滿充、滿放狀態，由式(3)可知，電池組SOC修正系數只與電池循環次數，外載漏電流及電池充放電平均電池相關。已知電池連接結構，可建立電池組SOC修正系數隨循環次數變化關系，以對安時積分法或卡爾曼濾波算法計算得到的電池組SOC予以修正，確保電池組使用安全。

步驟四：單節電池電壓采樣電路改進；