本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車(chē)電池管理技術(shù)，特別涉及一種電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法。

背景技術(shù)：

為了改善大氣環(huán)境，保障我國(guó)能源安全，提高我國(guó)汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)家和地方政府都對(duì)電動(dòng)汽車(chē)出臺(tái)了相關(guān)扶持政策，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)顯現(xiàn)出了勃勃生機(jī)。電池組作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源，一般是由十幾個(gè)或者幾十個(gè)電芯組成一個(gè)電池模組，十幾個(gè)電池模組再組成電池組。電池組必須配有電池管理系統(tǒng)(BMS)來(lái)保證這些電池的高效和安全的工作，BMS又分為很多種，其中模塊式BMS是目前廠家普遍采用的一種形式，如圖1所示常見(jiàn)BMS結(jié)構(gòu)圖，BMS中的各個(gè)組成部分一般用線束連接，之間的信息通訊一般采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。一般有一個(gè)主控制器作為控制中心負(fù)責(zé)整個(gè)電池組的管理工作，同時(shí)與整車(chē)控制器(VCU)進(jìn)行信息交互。有一個(gè)電表負(fù)責(zé)電池組總電壓和電流的采集工作，每個(gè)電池模組都有一個(gè)子控制器進(jìn)行管理，進(jìn)行單體電壓的采集等操作，因?yàn)殡娏?、總電壓的信息比較重要，所以采集的頻率要比單體電壓要高好幾倍(一般情況下是5倍)。還有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器不間斷的存儲(chǔ)各子控制器和電表采集上來(lái)的電池狀態(tài)信息，主要包括各單體電壓、總電壓、電流以及時(shí)間。數(shù)據(jù)記錄器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將會(huì)用來(lái)進(jìn)行電池模型參數(shù)辨識(shí)、狀態(tài)估計(jì)、故障診斷等研究計(jì)算，這些工作對(duì)電池組的安全和BMS的高效管理具有重要意義。

在CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)主控制器發(fā)出電流，總電壓和單體電壓的采集命令后，電表和各子控制器可以同時(shí)接收到命令消息。電表會(huì)立即采集電池組的總電壓和電流，各子控制器也會(huì)同時(shí)立即采集下屬各電池單體的電壓?？傠妷汉碗娏餍畔⑤^少，可以放在一個(gè)CAN消息里面?zhèn)鬏?，而且因?yàn)殡娏餍畔⑤^為重要，CAN消息的優(yōu)先級(jí)也較高，故裝有總電壓和電流的CAN消息可以立即被數(shù)據(jù)記錄器接收并將存儲(chǔ)。但是由于下面所述的幾種原因，單體電壓不能與總電壓、電流一起同時(shí)被接收存儲(chǔ)：

1.由于電池單體數(shù)量較大，子控制器采集完所有單體電壓也需要一定時(shí)間。

2.一個(gè)子控制器采集下屬所有單體的電壓，需要放入多條CAN消息內(nèi)才能完全傳輸出去，數(shù)據(jù)記錄器是需要一條條接收的，這會(huì)導(dǎo)致單體電壓在傳遞過(guò)程中出現(xiàn)延遲。

3.因?yàn)锽MS中有多個(gè)子控制器，數(shù)據(jù)記錄器需要挨個(gè)對(duì)子控制器的消息進(jìn)行接收，即每個(gè)子控制器的消息需要等待系統(tǒng)的調(diào)度才能發(fā)出，這樣會(huì)導(dǎo)致單體電壓信息的延遲。

4.如果采用目前興起的無(wú)線(3G或4G)方式的云端存儲(chǔ)，主控制器發(fā)送命令后云端存儲(chǔ)接收的時(shí)間可能會(huì)有更大的延時(shí)。

單體電壓信號(hào)的延遲導(dǎo)致不能與電流、總電壓同時(shí)被記錄下來(lái)，即各單體電壓與電流、總電壓會(huì)產(chǎn)生異步，如圖2所示BMS存儲(chǔ)數(shù)據(jù)異步現(xiàn)象示意圖，因?yàn)殡娏骱涂傠妷嚎梢苑旁谝粋€(gè)CAN消息中，所以是同步的。將總電壓除以電池單體個(gè)數(shù)得到單體電壓，觀察所有單體電壓與平均電壓的異步現(xiàn)象可以清晰的體會(huì)到單體電壓與電流、總電壓的異步現(xiàn)象。

異步嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)某單體在放電時(shí)電壓卻在上升的現(xiàn)象，而實(shí)際上電壓的上升是由于先前的充電導(dǎo)致的。那么在對(duì)電池模型參數(shù)辨識(shí)、狀態(tài)估計(jì)、故障診斷等研究計(jì)算時(shí)，單體電壓和電流異步則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。例如，如果各單體電壓不同步，單體電壓在同一時(shí)刻的差異也就不可信，那么單體一致性就無(wú)從談起，BMS也就無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)電池的均衡管理。因此需有一種能夠?qū)MS中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線同步的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)在一般的電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)記錄器存儲(chǔ)的單體電壓、電流、總電壓會(huì)有一定的異步，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生影響的問(wèn)題，提出了一種電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法，同一電池單體在不同記錄時(shí)刻的延遲也是有差異的，但是BMS中CAN通信和記錄系統(tǒng)穩(wěn)定后，電流和單體電壓的異步就會(huì)變得很穩(wěn)定，即在不同記錄時(shí)刻的延遲就會(huì)變得幾乎沒(méi)有差異。所以找到全局的延時(shí)就可以修正異步的數(shù)據(jù)，提高后續(xù)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法，選定電池管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的同一時(shí)間段電流值、總電壓值及單體電池電壓值，設(shè)定不同延遲修正時(shí)間，將電池組電流的記錄時(shí)間都加上延遲修正時(shí)間t獲得新的記錄時(shí)間，在新的記錄時(shí)間上，線性插值出新的電流和平均電壓，將單體電壓與平均電壓相減得到電池單體差異電壓，以所需內(nèi)阻差異樣本個(gè)數(shù)對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行遞進(jìn)平均劃分后，利用電池差異電壓和電流組成的數(shù)組進(jìn)行奇異值分解計(jì)算，得到每個(gè)劃分區(qū)域內(nèi)的電池內(nèi)阻差異，再對(duì)這些內(nèi)阻差異值進(jìn)行平均絕對(duì)差分MAD計(jì)算，在預(yù)設(shè)的延遲修正時(shí)間范圍內(nèi)，找出不同延時(shí)修正時(shí)間下的最小內(nèi)阻差異MAD值，其所對(duì)應(yīng)的延遲修正時(shí)間作為最優(yōu)的延遲修正時(shí)間，通過(guò)延遲修正時(shí)間對(duì)單體電壓的記錄時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。

所述電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法，計(jì)算每個(gè)電池單體的內(nèi)阻差異△R_k具體步驟如下：

1)將記錄時(shí)間進(jìn)行遞進(jìn)平均劃分：

設(shè)定每個(gè)樣本中記錄時(shí)間點(diǎn)的數(shù)量n，n的取值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，一般設(shè)為50或100；

若記錄時(shí)間內(nèi)有x個(gè)記錄點(diǎn)，將記錄時(shí)間劃分為i＝x-n+1份為，那么劃分結(jié)果為：1～n，2～n+1，……，x-n～～x-1，x-n+1～x；

2)計(jì)算每個(gè)劃分時(shí)間段內(nèi)的內(nèi)阻差異值：對(duì)由電池單體差異電壓u_k和線性插值出的電流A_k構(gòu)成的數(shù)組[A_k u_k]進(jìn)行奇異值分解如下計(jì)算，

[A_k u_k]＝U∑V^*

其中,U是酉矩陣，∑是一個(gè)在對(duì)角線上都是非負(fù)實(shí)數(shù)的矩陣，V*是酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，k代表劃分后的記錄時(shí)間段序號(hào)，k∈[1,i],kT代表第k次采樣時(shí)刻，I(kT)是第k次記錄的電流，U(kT)是第k次記錄的單體電壓，ΔU(k)代表第k次記錄數(shù)據(jù)得到的電池單體差異電壓，

將獲得的數(shù)組V的最后一列數(shù)v_1,n+1,…,v_n，n+1進(jìn)行如下求解可得到第k個(gè)劃分時(shí)間段的內(nèi)阻差異△R_k，開(kāi)路電壓差異△E_k，

所述內(nèi)阻差異MAD值計(jì)算公式如下：

其中，△R為內(nèi)阻差異，i為記錄時(shí)間劃分?jǐn)?shù)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法，該方法能夠?qū)﹄姵亟M存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，有效降低單體電壓與電流、總電壓之間的異步。提高BMS的狀態(tài)估計(jì)、故障診斷等功能的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，保障電池組的安全；可以對(duì)電池管理系統(tǒng)中的海量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，能對(duì)實(shí)車(chē)運(yùn)行的所有單體電壓、電流、總電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；由于對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行了遞進(jìn)平均劃分，使得幾乎所有記錄點(diǎn)的電池差異電壓和電流參與到內(nèi)阻差異的最小二乘估計(jì)中，為精準(zhǔn)的計(jì)算電池內(nèi)阻差異(單體內(nèi)阻與平均內(nèi)阻的差異)墊定了基礎(chǔ)；運(yùn)用了平均絕對(duì)差分(MAD)值來(lái)評(píng)價(jià)電池內(nèi)阻差異的波動(dòng)，提高了評(píng)價(jià)精準(zhǔn)度；該方法適用于各種電池組的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為常見(jiàn)BMS結(jié)構(gòu)圖圖；

圖2為BMS存儲(chǔ)數(shù)據(jù)異步現(xiàn)象示意圖；

圖3為本發(fā)明平均絕對(duì)差分值尋優(yōu)過(guò)程示意圖；

圖4為本發(fā)明一維搜索結(jié)果示意圖；

圖5為本發(fā)明某電池組104個(gè)電池單體的最優(yōu)延遲修正時(shí)間示意圖；

圖6為本發(fā)明電池管理系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步處理后效果圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明電池組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步方法：在不同延遲修正時(shí)間下，線性插值出新的平均電壓和電流，進(jìn)而得到電池差異電壓，以所需內(nèi)阻差異樣本個(gè)數(shù)對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行遞進(jìn)平均劃分后，利用電池差異電壓和電流組成的數(shù)組進(jìn)行奇異值分解計(jì)算，得到每個(gè)劃分區(qū)域內(nèi)的電池內(nèi)阻差異，再對(duì)這些內(nèi)阻差異值進(jìn)行平均絕對(duì)差分計(jì)算(MAD)。在預(yù)設(shè)的延遲修正時(shí)間范圍內(nèi)，找出不同延時(shí)修正時(shí)間下的最小內(nèi)阻差異MAD值，其所對(duì)應(yīng)的延遲修正時(shí)間作為最優(yōu)的延遲修正時(shí)間。通過(guò)延遲修正時(shí)間對(duì)單體電壓的記錄時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)可滿足電池模型參數(shù)辨識(shí)、狀態(tài)估計(jì)、故障診斷等研究計(jì)算的精度要求。

當(dāng)電流和單體電壓同步時(shí)，用電流和單體電壓估計(jì)出的電池內(nèi)阻差異(單體內(nèi)阻與電池組平均內(nèi)阻的差異)變化是相對(duì)小的，即內(nèi)阻差異相對(duì)穩(wěn)定；而當(dāng)單體電壓與電流異步時(shí)，這時(shí)估計(jì)出的電池內(nèi)阻差異是不可信的，并且會(huì)因?yàn)閯?dòng)態(tài)電流的影響變得波動(dòng)很大。利用這一特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)估計(jì)并比較不同延遲修正時(shí)間下內(nèi)阻差異的波動(dòng)性實(shí)現(xiàn)單體電壓數(shù)據(jù)與電流的同步，在確定內(nèi)阻差異的波動(dòng)性上，采用平均絕對(duì)差分值的大小來(lái)評(píng)估。通過(guò)優(yōu)化算法求取最小的MAD值，從而得到內(nèi)阻差異最為穩(wěn)定的延遲修正時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

對(duì)于一個(gè)給定的延遲修正時(shí)間t，可以通過(guò)以下流程來(lái)計(jì)算電池的內(nèi)阻差異MAD值：

S1.計(jì)算電池差異電壓：選定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的同一時(shí)間段電流值、總電壓值及單體電池電壓值，將電池組電流的記錄時(shí)間都加上延遲修正時(shí)間t獲得新的記錄時(shí)間，在新的記錄時(shí)間上線性插值出的新的電流和平均電壓(電池組總電壓除以電池個(gè)數(shù))，將單體電壓與平均電壓相減得到電池單體差異電壓。

S2.計(jì)算每個(gè)電池單體的內(nèi)阻差異△R_k，并做記錄。

S2.1.首先將記錄時(shí)間進(jìn)行遞進(jìn)平均劃分：

S2.1.1設(shè)定每個(gè)樣本中記錄時(shí)間點(diǎn)的數(shù)量n，n的取值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定(若記錄時(shí)間短，就設(shè)的小一些；若記錄時(shí)間長(zhǎng)，就設(shè)的大一些)，一般設(shè)為50或100。

S2.1.2.：若記錄時(shí)間內(nèi)有x個(gè)記錄點(diǎn)，那么將記錄時(shí)間劃分為i＝x-n+1份為，那么劃分結(jié)果為：

1～n，2～n+1，……，x-n～～x-1，x-n+1～x

S2.2.計(jì)算每個(gè)劃分時(shí)間段內(nèi)的內(nèi)阻差異值：對(duì)由電池單體差異電壓u_k和線性插值出的電流A_k構(gòu)成的數(shù)組[A_k u_k]進(jìn)行奇異值分解如下計(jì)算，

[A_k u_k]＝U∑V*

其中,U是酉矩陣，∑是一個(gè)在對(duì)角線上都是非負(fù)實(shí)數(shù)的矩陣，V*是酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，k代表劃分后的記錄時(shí)間段序號(hào)，k∈[1,i],kT代表第k次采樣時(shí)刻，I(kT)是第k次記錄的電流，U(kT)是第k次記錄的單體電壓，ΔU(k)代表第k次記錄數(shù)據(jù)在S1步驟中得到的電池單體差異電壓，

將獲得的數(shù)組V的最后一列數(shù)v_1,n+1,…,v_n,n+1進(jìn)行如下求解可得到第k個(gè)劃分時(shí)間段的內(nèi)阻差異△R_k，開(kāi)路電壓差異△E_k，

S3.計(jì)算內(nèi)阻差異的平均絕對(duì)差分值：將得到的i個(gè)內(nèi)阻差異值進(jìn)行平均絕對(duì)差分計(jì)算，所謂的平均絕對(duì)差分(Mean Absolute Difference,MAD)計(jì)算就是分別將后一個(gè)內(nèi)阻差異減去前一個(gè)內(nèi)阻差異后取絕對(duì)值，再把這些絕對(duì)值加起來(lái)求平均。

其中，代表內(nèi)阻差異的MAD值。

當(dāng)給電流和總電壓的記錄時(shí)間不同的延遲修正時(shí)間，就會(huì)得到不同的內(nèi)阻差異MAD值，在預(yù)設(shè)的延遲修正時(shí)間范圍內(nèi)，獲得最小內(nèi)阻差異MAD值的延遲修正時(shí)間就是最優(yōu)的延遲修正時(shí)間?？梢允褂靡痪S搜索法尋找最優(yōu)的延遲修正時(shí)間：搜索域根據(jù)實(shí)際情況確定，該范圍設(shè)置較小時(shí)，最優(yōu)的延遲修正時(shí)間可能不在范圍內(nèi)；而當(dāng)范圍設(shè)定較大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量較大，由實(shí)驗(yàn)調(diào)試得到比較合適的搜索域?yàn)?～300ms；目標(biāo)函數(shù)為內(nèi)阻差異MAD值最??；由于1ms的精度對(duì)于全局延遲來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了，所以收斂精度一般可以設(shè)為0.1ms左右。

最后，原電池單體電壓的記錄時(shí)間減去最優(yōu)的延遲修正時(shí)間后，單體電壓與電流就能得到同步。

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。

在本實(shí)施例中，使用一維搜索法尋找最優(yōu)的延遲修正時(shí)間，目標(biāo)函數(shù)為內(nèi)阻差異MAD值最小，收斂精度設(shè)為0.1ms，搜索域設(shè)為0～100ms。尋優(yōu)過(guò)程如圖3所示，

其中，計(jì)算電池內(nèi)阻差異MAD值步驟如下：

S1:將電池組電流的記錄時(shí)間都加上延遲修正時(shí)間Δt獲得新的記錄時(shí)間，并線性插值出的新的電流和平均電壓(總電壓除以電池個(gè)數(shù))，將單體電壓與平均電壓相減得到電池差異電壓。

S2.首先將記錄時(shí)間進(jìn)行遞進(jìn)平均劃分：

S2.1設(shè)定每個(gè)樣本中記錄時(shí)間點(diǎn)的數(shù)量100。

S2.2由于記錄時(shí)間內(nèi)有13000個(gè)記錄點(diǎn)，那么將記錄時(shí)間劃分為12901份為，那么劃分結(jié)果為

1～100，2～101，……，12900～12999，12901～13000

S3.計(jì)算每個(gè)劃分時(shí)間段內(nèi)的內(nèi)阻差異值：對(duì)由電池單體差異電壓和線性插值出的電流構(gòu)成的數(shù)組進(jìn)行如下計(jì)算，

[A_k u_k]＝U∑V^T

其中,k代表劃分后的記錄時(shí)間段序號(hào)，k∈[1,12901],

將獲得的數(shù)組V的最后一列數(shù)v_1,101,…,v_100,101進(jìn)行如下求解可得到第k個(gè)劃分時(shí)間段的內(nèi)阻差異△R_k，開(kāi)路電壓差異△E_k，

S4.計(jì)算內(nèi)阻差異的平均絕對(duì)差分值：將得到的12901個(gè)內(nèi)阻差異值進(jìn)行平均絕對(duì)差分計(jì)算，

其中，代表內(nèi)阻差異的MAD值。

使用一維搜索方法迭代8次即可找到某單體的最優(yōu)延遲修正時(shí)間為0.04s，即40ms，如圖4所示一維搜索結(jié)果圖。

然后對(duì)每個(gè)單體的數(shù)據(jù)執(zhí)行上述相同的操作，得到每個(gè)單體的最優(yōu)延遲修正時(shí)間，圖5所示為計(jì)算出的某電池組104個(gè)電池單體的最優(yōu)延遲修正時(shí)間。

最后將所有原電池單體電壓的記錄時(shí)間減去其對(duì)應(yīng)單體的最優(yōu)延遲修正時(shí)間，同時(shí)保持原電流和總電壓以及它們的記錄時(shí)間不變，原單體電壓與原電流就能得到同步處理。按照本發(fā)明所述方法對(duì)BMS存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理后，如圖6所示，可以觀察到單體電壓與平均電壓相比較圖2得到了較為理想的同步，即單體電壓與電流、總電壓達(dá)到了較為理想的同步。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。