本發(fā)明屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低電池管理系統(tǒng)采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的方法。

背景技術(shù)：

電池管理系統(tǒng)中單節(jié)電池電壓參數(shù)的準(zhǔn)確測量，有助于制定恰當(dāng)?shù)目刂撇呗裕纳齐姵亟M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(tǒng)，其電池電壓監(jiān)測一般采用精密電阻分壓、光耦繼電器開關(guān)陣列、差分運(yùn)放及專用集成芯片方案，表1中對比了各監(jiān)測方案特點(diǎn)。其中光耦繼電器開關(guān)陣列方案不存在漏電流，但繼電器切換需消耗時間導(dǎo)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(jié)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(dǎo)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(dǎo)致長期循環(huán)后電池組內(nèi)各單節(jié)電池荷電狀態(tài)(stateofcharge，soc)間產(chǎn)生偏差，進(jìn)而影響電池組整體性能，給電池組安全帶來挑戰(zhàn)。

表1電池電壓檢測方案對比

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種降低電池管理系統(tǒng)采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的系統(tǒng)及方法，它可以降低單節(jié)電池soc間偏差，確保電池組安全，延長其使用壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(jì)算、開路電壓、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容子模型模塊；依據(jù)等效電路模型，將各模塊進(jìn)行串并聯(lián)建立單節(jié)電池模型，再將n節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)建立電池組模型，并在電池組模型中各單節(jié)電池模型分別添加采樣電阻r模擬單節(jié)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(nèi)單節(jié)電池?cái)?shù)關(guān)系；

電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，常見4～12節(jié)單節(jié)電池視為一個模組。分別建立4～12節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)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(nèi)單節(jié)電池?cái)?shù)目的關(guān)系，并建立描述三者間關(guān)系的曲面函數(shù)。

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

socpack,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th內(nèi)，因外載漏電流引起的單節(jié)電池soc與電池組soc最大偏差為∑ni1t/c，且此偏差隨著循環(huán)次數(shù)的增加將累積增加，第k個循環(huán)時的偏差可表示為：

式中，c表示電池組容量，tj為第j-th次循環(huán)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(lián)單節(jié)電池?cái)?shù)。

如果電池組工作在滿充、滿放狀態(tài)，則式(2)可轉(zhuǎn)化為：

δsock＝k·ni1/iavg(3)

其中，iavg表示充放電過程中的平均電流。

實(shí)際應(yīng)用中，電池管理系統(tǒng)一般采集電池組整體電流來估算soc，為保護(hù)各單節(jié)電池安全，需在考慮單節(jié)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(chǔ)上，引入安全修正系數(shù)ksoc，電池組實(shí)際soc表示為：

socpack,actual＝ksoc·socpack,measured(4)

式中，ksoc為電池組soc的修正系數(shù)，見表2。

表2電池組soc修正系數(shù)

電池平均外載漏電流可由步驟二中建立的曲面函數(shù)獲取，依據(jù)實(shí)際的電池組連接結(jié)構(gòu)，通過式(4)可計(jì)算電池組實(shí)際soc。假定電池組處于滿充、滿放狀態(tài)，由式(3)可知，電池組soc修正系數(shù)只與電池循環(huán)次數(shù)，外載漏電流及電池充放電平均電池相關(guān)。已知電池連接結(jié)構(gòu)，可建立電池組soc修正系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化關(guān)系，以對安時積分法或卡爾曼濾波算法計(jì)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(jié)電池電壓采樣電路改進(jìn)；

當(dāng)電池組不工作時，采樣電阻r引起的外載漏電流仍存在，進(jìn)一步擴(kuò)大單節(jié)電池間soc差異。改進(jìn)單節(jié)電池電壓采樣電路在原基于差分采樣電路的單節(jié)電池電壓采樣電路基礎(chǔ)上增加控制運(yùn)放芯片u供電的光耦繼電器，光耦繼電器兩路輸入為電動汽車低壓供電v+、v-，該低壓供電由鑰匙開關(guān)直接控制。同時，單節(jié)電池正極battery+及負(fù)極battery-采樣線與運(yùn)放芯片u同相端與反相端間也增加了光耦繼電器。當(dāng)電動汽車停車時，光耦繼電器控制采樣線battery+、battery-與運(yùn)放芯片u供電處于斷開狀態(tài)，此時外載漏電流為pa級。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的有益效果是提出了一種降低電池管理系統(tǒng)采樣電路輸入阻抗對電池組性能影響的系統(tǒng)及方法，改進(jìn)的單節(jié)電池電壓采樣電路可降低電動汽車停車時的外載漏電流及單節(jié)電池soc間偏差，同時解決了因多路開關(guān)存在引起的采樣延遲；電池組soc修正方法可對安時積分法或卡爾曼濾波算法計(jì)算得到的電池組soc予以修正，確保電池組使用安全。

附圖說明

圖1顯示了單節(jié)電池電壓采樣電路原理圖。

圖2單體電池等效電路模型。

圖3外載漏電流、r阻值、模組內(nèi)串聯(lián)電池?cái)?shù)間關(guān)系。

圖4改進(jìn)的單節(jié)電池采樣電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

步驟一：建立考慮采樣電路阻抗的電池組模型；基于simscape平臺按照圖2所示等效電路圖建立等效電路圖中各模塊，包括soc估算、溫度計(jì)算、開路電壓、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、極化電容子模型，其中模型的具體建立過程已在專利“一種基于simscape平臺的電池建模方法”中給出，當(dāng)然本發(fā)明不限于此電池模型，這里只是為了便于闡述；依據(jù)圖2所示等效電路模型，將各模塊進(jìn)行串并聯(lián)建立單節(jié)電池模型，再將n節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)建立電池組模型，并在電池組模型中各單節(jié)電池模型中分別添加采樣電阻r模擬單節(jié)電池電壓采樣線上的外載負(fù)載電流。

步驟二：分析外載漏電流與采樣電阻及模組內(nèi)單節(jié)電池?cái)?shù)關(guān)系；

電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，常見4～12節(jié)單節(jié)電池視為一個模組。分別建立4～12節(jié)單節(jié)電池串聯(lián)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(nèi)單節(jié)電池?cái)?shù)目的關(guān)系，并建立描述三者間關(guān)系的曲面函數(shù)，如圖3所示。

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：

socpack,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th內(nèi)，因外載漏電流引起的單節(jié)電池soc與電池組soc最大偏差為∑ni1t/c，且此偏差隨著循環(huán)次數(shù)的增加將累積增加，第k個循環(huán)時的偏差可表示為：

式中，c表示電池組容量，tj為第j-th次循環(huán)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(lián)單節(jié)電池?cái)?shù)。

如果電池組工作在滿充、滿放狀態(tài)，則式(2)可轉(zhuǎn)化為：

δsock＝k·ni1/iavg(3)

其中，iavg表示充放電過程中的平均電流。

實(shí)際應(yīng)用中，電池管理系統(tǒng)一般采集電池組整體電流來估算soc，為保護(hù)個單節(jié)電池安全，需在考慮單節(jié)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(chǔ)上，引入安全修正系數(shù)ksoc，電池組實(shí)際soc表示為：

socpack,actual＝ksoc·socpack,measured(4)

式中，ksoc為電池組soc的修正系數(shù)，見表2。表2中，δsock,discharge表示第k個循環(huán)因放電引起的單節(jié)電池soc與電池組soc偏差，δsock,charge表示第k個循環(huán)因充電引起的單節(jié)電池soc與電池組soc偏差。

表2電池組soc修正系數(shù)

電池平均外載漏電流可參見圖3，依據(jù)實(shí)際的電池組連接結(jié)構(gòu)，通過式(4)可計(jì)算電池組實(shí)際soc。假定電池組處于滿充、滿放狀態(tài)，由式(3)可知，電池組soc修正系數(shù)只與電池循環(huán)次數(shù)，外載漏電流及電池充放電平均電池相關(guān)。已知電池連接結(jié)構(gòu)，可建立電池組soc修正系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化關(guān)系，以對安時積分法或卡爾曼濾波算法計(jì)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(jié)電池電壓采樣電路改進(jìn)；

當(dāng)電池組不工作時，采樣電阻r引起的外載漏電流仍存在，進(jìn)一步擴(kuò)大單節(jié)電池間soc差異。改進(jìn)單節(jié)電池電壓采樣電路，如圖4所示，在原基于差分采樣電路的單節(jié)電池電壓采樣電路基礎(chǔ)上增加控制運(yùn)放芯片u供電的光耦繼電器，光耦繼電器輸入為電動汽車低壓供電v+、v-，該低壓供電由鑰匙開關(guān)直接控制。同時，單節(jié)電池正極battery+及負(fù)極battery-采樣線與運(yùn)放芯片u同相端與反相端間也增加光耦繼電器。當(dāng)電動汽車停車時，光耦繼電器控制采樣線battery+、battery-與運(yùn)放芯片u供電處于斷開狀態(tài)，此時外載漏電流為pa級。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。