專利名稱：鋰離子電池soc估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著空氣污染的加劇和石油價(jià)格的上升，電動(dòng)汽車憑借其清潔、安全、高效等各種優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入人們的視野。動(dòng)力電池組是電動(dòng)汽車區(qū)別于傳統(tǒng)動(dòng)力汽車的非常重要的一部分，而電池管理系統(tǒng)的水平在很大程度上決定了動(dòng)力電池組的性能。因此，一個(gè)實(shí)時(shí)、高效的電池管理系統(tǒng)是非常重要的。動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車的唯一能源，它除了供給汽車驅(qū)動(dòng)行駛所需電能外，也是汽車上各種輔助裝置的工作電源。動(dòng)力電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)很大程度地決定了汽車的行駛性能，如純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和加速和爬坡動(dòng)力性能等。為了提高動(dòng)力電池的使用效率和使用壽命需要有強(qiáng)大的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS)主要包括電池的荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)、和有效的電池均衡。電池荷電狀態(tài)(SOC)用來表征電池的剩余電量，即剩余電量與額定容量的百分比。電池荷電狀態(tài)(SOC)不能直接從電池本身獲得，只能通過測(cè)量電池組的外特性參數(shù)(如電壓、電流、溫度等)間接估計(jì)得到。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在使用過程中，由于內(nèi)部復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池特性體現(xiàn)出高度的非線性，使準(zhǔn)確估計(jì)電池荷電狀態(tài)(SOC)具有很大難度。鋰離子電池相對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，在性能上具有單體電池能量比高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、荷電保持能力強(qiáng)、環(huán)境污染低、適應(yīng)溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池已經(jīng)發(fā)展成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池。在動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中制約系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸之一是實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的估計(jì)電池的荷電狀態(tài)，但是單純的軟件仿真，使用電池模型來代表實(shí)體電池忽略了電池充放電過程的噪聲、電池之間工藝的差異、電池老化的影響，與實(shí)際系統(tǒng)之間存在著很大的差異，因此尋找一種優(yōu)化的研究電池荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)的方法可以縮短鋰離子電池荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)方法研究實(shí)車實(shí)現(xiàn)的周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效的對(duì)鋰離子電池組的各種狀態(tài)(每塊電池的端電壓、充放電電流和電池的表面溫度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)實(shí)體電池的荷電狀態(tài)(SOC)進(jìn)行估計(jì)的鋰離子電池SOC估計(jì)方法。本發(fā)明是基于xPC Target的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，對(duì)實(shí)體動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估計(jì)；具體步驟如下:
a、數(shù)據(jù)采集部分:通過電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器對(duì)電池的電流、電壓、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，使用硬件濾波器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
b、目標(biāo)機(jī):濾波之后的信號(hào)通過AD板卡輸入到目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)內(nèi)核獲取電池的電流、電壓和溫度信息，根據(jù)下載好的模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋰離子電池荷電狀態(tài)值；進(jìn)而根據(jù)需要對(duì)電池的各種參數(shù)以及估算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)傳輸給宿主機(jī)存儲(chǔ)以進(jìn)行后期處理；
C、宿主機(jī):是搭建鋰離子電池荷電狀態(tài)估計(jì)模型并下載到目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行；控制目標(biāo)機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行，控制整個(gè)系統(tǒng)的啟停；存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并在停止運(yùn)行后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理。本發(fā)明比現(xiàn)有估算方法更加能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效的對(duì)鋰離子電池組的各種狀態(tài)(每塊電池的端電壓、充放電電流和電池的表面溫度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組更加能夠達(dá)到理想的效果，為現(xiàn)有電動(dòng)汽車的發(fā)展起到關(guān)鍵性作用，也為環(huán)保做出卓越
-Tj.士 [>貝獻(xiàn)。


圖1是本發(fā)明工作流程 圖2是本發(fā)明串聯(lián)電池組測(cè)量單體電池電壓的電路 圖3是本發(fā)明四階巴特沃斯低通濾波器電路 圖4是本發(fā)明電池等效電路模型 圖5是本發(fā)明搭建的基于自適應(yīng)Kalman濾波器的SOC估計(jì)Simulink框 圖6是本發(fā)明制作目標(biāo)啟動(dòng)盤第一步顯示 圖7是本發(fā)明制作目標(biāo)啟動(dòng)盤第二步顯示 圖8是本發(fā)明制作目標(biāo)啟動(dòng)盤第三步顯示 圖9是本發(fā)明宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)連接成功之后目標(biāo)機(jī)界面 圖10是本發(fā)明鋰離子電池開路電壓和電池荷電狀態(tài)(SOC)關(guān)系 圖11是本發(fā)明仿真過程中電池組總電壓變化圖和電池荷電狀態(tài)變化 圖12是本發(fā)明四節(jié)電池端電壓隨時(shí)間變化 圖13是本發(fā)明流經(jīng)電池的電量和充電電流隨時(shí)間變化圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是基于xPC Target的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，對(duì)實(shí)體動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估計(jì)；具體步驟如下:
a、數(shù)據(jù)采集部分:通過電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器對(duì)電池的電流、電壓、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，使用硬件濾波器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
b、目標(biāo)機(jī):濾波之后的信號(hào)通過AD板卡輸入到目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)內(nèi)核獲取電池的電流、電壓和溫度信息，根據(jù)下載好的模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋰離子電池荷電狀態(tài)值；進(jìn)而根據(jù)需要對(duì)電池的各種參數(shù)以及估算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)傳輸給宿主機(jī)存儲(chǔ)以進(jìn)行后期處理；
C、宿主機(jī):是搭建鋰離子電池荷電狀態(tài)估計(jì)模型并下載到目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行；控制目標(biāo)機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行，控制整個(gè)系統(tǒng)的啟停；存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并在停止運(yùn)行后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)工作過程如圖1所示，主要可以分為三個(gè)部分，首先是數(shù)據(jù)采集部分、第二部分是目標(biāo)機(jī)、第三部分是宿主機(jī)。第一部分?jǐn)?shù)據(jù)采集部分:包括基于傳感器的數(shù)據(jù)采集和對(duì)相關(guān)信號(hào)的濾波。由于鋰離子電池的荷電狀態(tài)(SOC)值是通過根據(jù)電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)得到的，因此在數(shù)據(jù)采集過程中需要通過電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。為了消除數(shù)據(jù)采集過程中的噪聲，在傳感器之后需要使用硬件濾波器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。濾波之后的信號(hào)再通過AD板卡輸入到目標(biāo)機(jī)進(jìn)行處理。第二部分是目標(biāo)機(jī):由AD板卡采集進(jìn)來的信息進(jìn)入目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)內(nèi)核獲取電池的電流、電壓和溫度信息，根據(jù)下載好的模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋰離子電池荷電狀態(tài)(SOC)值。進(jìn)而根據(jù)需要對(duì)電池的各種參數(shù)以及估算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)傳輸給宿主機(jī)存儲(chǔ)以進(jìn)行后期處理。第三部分是宿主機(jī):宿主機(jī)的作用是搭建鋰離子電池荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)模型并下載到目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行；控制目標(biāo)機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行，控制整個(gè)系統(tǒng)的啟停；存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并在停止運(yùn)行后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理。本發(fā)明提供了一套基于以上運(yùn)行原理和運(yùn)行過程的裝置。即基于xPC Target的硬件在環(huán)鋰離子電池荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)試驗(yàn)臺(tái)。搭建以及運(yùn)行過程如下:· 1、硬件選擇
宿主機(jī)選用Intel core CPU E6600 §3.06GHz CPU 4G內(nèi)存的研華IPC-610工控機(jī)，用于Simulik模型的搭建、管理和運(yùn)行監(jiān)控等。目標(biāo)機(jī)選用Intel core CPU E5500 @2.8GHzCPU 2G內(nèi)存的研華IPC-610工控機(jī)，裝有數(shù)據(jù)采集卡，用于運(yùn)行xPC Target實(shí)時(shí)內(nèi)核。宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)都裝有xPC Target環(huán)境兼容的182559網(wǎng)卡。充放電機(jī)選用的是得康蓄電池修復(fù)儀有限公司生產(chǎn)的SF-100蓄電池修復(fù)儀，SF-100是一款針對(duì)6V、12V、16V蓄電池進(jìn)行充電、高精度放電容量測(cè)試、脈沖修復(fù)為一體的專業(yè)多功能蓄電池修復(fù)儀。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:放電電流為0.5 10A恒流可調(diào)，每檔調(diào)節(jié)幅度為0.1A;放電終止電壓為2 18V可調(diào)，每檔調(diào)節(jié)幅度為0.1V;充電電流為0.5 5A可調(diào)，每檔調(diào)節(jié)幅度0.1A;充電電壓為7.3 23V可調(diào)，每檔調(diào)節(jié)幅度為0.5V;具有極性保護(hù)，防極性反接保護(hù)功能。本發(fā)明的系統(tǒng)采用研華公司的PCL-818L A/D板卡。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:總線類型為PCI總線；有一個(gè)自動(dòng)通道增益/掃描電路，可控制采樣期間多路開關(guān)的切換；每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上帶有SRAM，可存儲(chǔ)不同通道的增益值；使用DMA數(shù)據(jù)傳輸功能來完成多通道的高速采樣；采樣速率為40kHz;模擬量輸入通道數(shù):16路單端或8路差分；模擬輸入分辨率為12 bit; I/O通道數(shù):16路輸入，16路輸出；模擬量輸入范圍(VDC)可通過軟件選擇，雙極性可選±0.625V、±1.25V、±2.5、±5V、±10V，單極性可選(T1.25V、0 2.5 V、(T5V、(TlOV。該板卡插在下位機(jī)的PCL插槽上，在本系統(tǒng)中選用16路單端及±5V雙極性模擬輸入，通過板卡自帶的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置好基地址及相關(guān)參數(shù)與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。2、電路設(shè)計(jì)
單體電池電壓采樣電路如圖2所示。本仿真系統(tǒng)所選用研究對(duì)象為由若干單體電池串聯(lián)組成的電池組，因此無法直接測(cè)量各單體電池的端電壓，必須使用一定的采樣電路才能分離出其端電壓，這里采用的是由線性運(yùn)算放大器組成的線性采樣電路，該電路根據(jù)串聯(lián)電池組總電壓的大小，選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，無須電阻分壓網(wǎng)絡(luò)或改變地電位，就可以直接測(cè)量任意一只電池單體的電壓。經(jīng)過采樣電路后的輸出電壓為:
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池SOC估計(jì)方法,其特征在于:是基于xPC Target的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，對(duì)實(shí)體動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估計(jì)；具體步驟如下: a、數(shù)據(jù)采集部分:通過電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器對(duì)電池的電流、電壓、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，使用硬件濾波器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波； b、目標(biāo)機(jī):濾波之后的信號(hào)通過AD板卡輸入到目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)內(nèi)核獲取電池的電流、電壓和溫度信息，根據(jù)下載好的模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到鋰離子電池荷電狀態(tài)值；進(jìn)而根據(jù)需要對(duì)電池的各種參數(shù)以及估算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，把采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)傳輸給宿主機(jī)存儲(chǔ)以進(jìn)行后期處理； C、宿主機(jī):是搭建鋰離子電池荷電狀態(tài)估計(jì)模型并下載到目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行；控制目標(biāo)機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行，控制整個(gè)系統(tǒng)的啟停；存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并在停止運(yùn)行后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理。
全文摘要
一種鋰離子電池SOC估計(jì)方法，屬于電池檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效的對(duì)鋰離子電池組的各種狀態(tài)(每塊電池的端電壓、充放電電流和電池的表面溫度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)實(shí)體電池的荷電狀態(tài)(SOC)進(jìn)行估計(jì)的鋰離子電池SOC估計(jì)方法。本發(fā)明是基于xPCTarget的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，對(duì)實(shí)體動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估計(jì)；具體步驟如下a、數(shù)據(jù)采集部分、目標(biāo)機(jī)、宿主機(jī)。本發(fā)明比現(xiàn)有估算方法更加能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效的對(duì)鋰離子電池組的各種狀態(tài)(每塊電池的端電壓、充放電電流和電池的表面溫度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組更加能夠達(dá)到理想的效果，為現(xiàn)有電動(dòng)汽車的發(fā)展起到關(guān)鍵性作用，也為環(huán)保做出卓越貢獻(xiàn)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK103197256SQ20131011551
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者馬彥, 周秀文, 陳虹, 梁亮 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)