本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車電池管理技術(shù)，特別涉及一種電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

能源的短缺和環(huán)境污染是當(dāng)前全球性的兩大危機(jī)，人們對(duì)清潔能源的需求持續(xù)增長(zhǎng)，伴隨新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)日漸成為世界各國(guó)能源、電力、交通部門的關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。鋰離子電池具有能量密度高、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于一些需求能量較小的應(yīng)用領(lǐng)域，鋰離子單體電池已滿足了生活中的一部分需求，比如便捷式電子產(chǎn)品、移動(dòng)手機(jī)等，然而在很多應(yīng)用領(lǐng)域需要使用大量的能量，例如鋰電池電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，電動(dòng)汽車，船用儲(chǔ)能等領(lǐng)域，單體電池所能提供的能量微乎其微，這就需要將大量的單體電池串并連成大型電池組，來(lái)滿足大能量存儲(chǔ)的應(yīng)用需求。大型鋰離子電池組由于其容量大，串并聯(lián)的節(jié)數(shù)多，存在安全性、耐久性、一致性、等一系列關(guān)鍵問(wèn)題，因此需要電池管理系統(tǒng)(batterymanagementsystem,bms)對(duì)電池進(jìn)行有效的控制和管理。

優(yōu)良的電池管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾個(gè)功能：電池參數(shù)檢測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、電池均衡、電池故障診斷以及電池組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。對(duì)于一個(gè)由成千上萬(wàn)個(gè)串聯(lián)單體組成的電池組，除了總電壓總電流外，每節(jié)單體的電壓和溫度都需要分別測(cè)量和存儲(chǔ)，甚至一些控制狀態(tài)信號(hào)也需要存儲(chǔ)。如圖1所示的bms主要包括一個(gè)主控制器、四個(gè)子控制器、一個(gè)電表和一個(gè)數(shù)據(jù)記錄儀。其中電表主要用于測(cè)量電池組的總電壓和總電流，并向總線發(fā)出總電流和總電壓狀態(tài)信號(hào)。四個(gè)子控制器將單體的電壓信號(hào)和溫度信號(hào)簡(jiǎn)單處理后發(fā)送到can總線上；主控制器接收can總線上所有狀態(tài)信號(hào)并發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理。而數(shù)據(jù)記錄儀則需要記錄并存儲(chǔ)can總線上所有的信號(hào)。電池組數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)對(duì)電動(dòng)汽車或其他大型的儲(chǔ)能設(shè)備具有重要意義。電池的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以幫助我們了解電池組歷史運(yùn)行情況，指導(dǎo)產(chǎn)品的開發(fā)和改進(jìn)。同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以為各儲(chǔ)能系統(tǒng)的故障診斷和處理提供數(shù)據(jù)支持。目前的電池管理系統(tǒng)需要記錄并存儲(chǔ)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但bms的存儲(chǔ)空間有限，因此有效地增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間對(duì)電池管理系統(tǒng)至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)電池管理系統(tǒng)存儲(chǔ)空間有限的問(wèn)題，提出了一種電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法，能夠有效提高電動(dòng)汽車bms的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。即在bms有限的存儲(chǔ)空間內(nèi)，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下，采用數(shù)據(jù)壓縮和重構(gòu)的方法達(dá)到提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法，具體包括如下步驟：

1)設(shè)置采集頻率，用設(shè)置的頻率采集記錄電池組總電壓ut和總電流i數(shù)據(jù)；

2)降低步驟1)設(shè)置的采集頻率，用低頻率采集記錄單體電壓uk數(shù)據(jù)；

3)對(duì)步驟2)低采集頻率的單體電壓數(shù)據(jù)利用分頻模型進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，重構(gòu)成步驟1)采集頻率記錄下的數(shù)據(jù)，所述分頻模型為m+d模型，即平均電池模型+電池組中各單體之間的差異模型。

所述步驟3)的分頻模型的狀態(tài)方程為：

δui(t)＝δei(t)-i(t)δri(1)

δui(t)＝ui(t)-um(t)(2)

其中t為采樣時(shí)間,δei為電池i的開路電壓ocv與平均電池的開路電壓ocv差異，δri為電池i與平均電池的內(nèi)阻差異，i為總電流，δui為電池i的單體電壓與平均電池的電壓差異，用步驟2)低采集頻率的單體電壓uk和平均電壓um(t)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體最小二乘法估計(jì)求解δei,δri，然后用步驟1)采集的總電流i(t)數(shù)據(jù)插值得到電池i的單體電壓與平均電池的電壓差異δui，根據(jù)公式(2)和平均電壓um(t)得到每個(gè)單體在步驟1)采集頻率時(shí)的單體電壓ui。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法，可以在不增加存儲(chǔ)空間的情況下，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間，且保證電池?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例記錄儀的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法的流程圖；

圖3為電池管理系統(tǒng)各信號(hào)數(shù)據(jù)記錄示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例考慮soc和內(nèi)阻的電池差異模型圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的八個(gè)單體電壓重構(gòu)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖2所示實(shí)施例記錄儀的縮量存儲(chǔ)和重構(gòu)方法的流程圖，

s1、保留原有的總電壓ut和總電流i的記錄頻率不變，如2hz的記錄頻率。

在本發(fā)明實(shí)施例中，bms記錄儀對(duì)總電壓和總電流仍然按照2hz的頻率記錄，如圖3所示電池管理系統(tǒng)各信號(hào)數(shù)據(jù)記錄示意圖，圖3中給出了2hz頻率記錄高頻信號(hào)一段范圍的變化。ut表示2hz頻率記錄的總電壓；i表示2hz頻率記錄的總電流；ui表示2hz頻率記錄的單體電壓。

s2、改變單體電壓數(shù)據(jù)的記錄頻率，將單體電壓ui的記錄頻率降低(壓縮數(shù)據(jù))。

在本發(fā)明實(shí)施例中，bms記錄儀對(duì)單體電壓ui采用0.4hz頻率。如圖2所示，uk表示0.4hz頻率記錄下的單體電壓曲線，因此bms記錄儀能夠在不提高存儲(chǔ)容量的前提下存儲(chǔ)更長(zhǎng)時(shí)間的電池組數(shù)據(jù)。

s3、以較低頻率記錄的單體電壓數(shù)據(jù)重構(gòu)成較高頻記錄下的的數(shù)據(jù)，這里需要用到分頻模型(m+d模型)進(jìn)行單體電壓數(shù)據(jù)的重構(gòu)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，較低頻率為0.4hz，較高頻率記錄的頻率為2hz。分頻模型(m+d模型)。分頻模型的主要特點(diǎn)是將電池組建模成兩部分，一部分研究高頻的電池組平均模型，而另一部分是研究電池組中各單體之間的差異模型。平均模型就是將電池組當(dāng)成一個(gè)整體，即一個(gè)平均“單體”，因而可以采用現(xiàn)行比較精確的單體模型進(jìn)行研究，其計(jì)算量?jī)H為單體模型的計(jì)算量。

而電池組差異模型則研究單體電池與平均單體的差異，由于各單體電壓變化較慢，因此可以認(rèn)為2.5s(0.4hz)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)的電池差異不會(huì)有太大改變。利用這一基本原理，我們可以進(jìn)行單體電壓由0.4hz甚至更低的記錄頻率的數(shù)據(jù)到2hz記錄頻率的數(shù)據(jù)還原?？紤]soc和內(nèi)阻的電池差異模型，其模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中t為采樣時(shí)間,δei為電池i的開路電壓ocv與平均電池的開路電壓ocv差異，δri為電池i與平均電池的內(nèi)阻差異，i為總電流，δui為電池i的單體電壓與平均電池的電壓差異。該模型的狀態(tài)方程為：

δui(t)＝δei(t)-i(t)δri(1)

δui(t)＝ui(t)-um(t)(2)

式中δei,δri變化很小，基本可以認(rèn)為不變，所以可用0.4hz(低頻)記錄的單體電壓uk和平均電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行總體最小二乘法估計(jì)求解δei,δri,然后用2hz(高頻)的總電流i(t)數(shù)據(jù)插值得到電池i的單體電壓與平均電池的電壓差異δui，從而根據(jù)公式(2)和平均電壓um(t)得到每個(gè)單體在2hz頻率時(shí)的單體電壓ui。

分頻模型的高頻部分即平均電池模型對(duì)應(yīng)總電壓和總電流的記錄。而對(duì)于低頻部分即電池差異模型對(duì)應(yīng)的各單體電壓差異，由于其變化為低頻，因此，采用低頻率記錄并不會(huì)有太大影響，可以認(rèn)為2.5s甚至更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)的電池差異部分不會(huì)有太大改變。利用這一基本原理，我們可以進(jìn)行單體電壓由0.4hz甚至更低的記錄頻率的數(shù)據(jù)到2hz記錄頻率的數(shù)據(jù)還原。

也就是說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題解決的是已知平均電壓um(t)和總電流i(t)(高頻2hz以上采樣)，已知每一單體以0.4hz(2.5秒記錄一次)或更低記錄頻率電壓ui(t)與平均電壓um(t)的差異，然后恢復(fù)每一個(gè)單體在高頻記錄下(2hz)的電壓數(shù)據(jù)。

可以認(rèn)為較短時(shí)間內(nèi)，δei,δri變化很小，基本可以認(rèn)為不變，所以可用0.4hz記錄的單體電壓和平均電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行總體最小二乘法估計(jì)求解,然后用2hz的總電流數(shù)據(jù)插值得到電池i的單體電壓與平均電池的電壓差異，從而根據(jù)模型的狀態(tài)方程和平均電壓得到每個(gè)單體在2hz頻率時(shí)的電壓。

為了驗(yàn)證分頻模型方法還原得到的單體電壓的精度問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)研究八個(gè)串聯(lián)電池不同的soc成組后的單體電壓實(shí)際精度和重構(gòu)后的精度進(jìn)行比較。采用新歐洲工況(nedc)下的電動(dòng)汽車的電機(jī)功率做相應(yīng)修正得到對(duì)應(yīng)電池組的動(dòng)態(tài)電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用本發(fā)明的分頻率模型重構(gòu)方法將0.4hz的數(shù)據(jù)恢復(fù)到2hz記錄頻率下的數(shù)據(jù)。圖5為8個(gè)不同單體電壓實(shí)際值和重構(gòu)后的估計(jì)值均方根誤差，橫坐標(biāo)為電池序號(hào)，縱坐標(biāo)為均方根誤差值(rmse)，其8個(gè)單體的平均均方根誤差0.01mv左右，這樣的誤差工程上是允許的，滿足電池存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的后續(xù)研究分析。