一种降低电池管理系统采样电路输入阻抗对电池组性能影响的方法与流程

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种降低电池管理系统采样电路输入阻抗对电池组性能影响的方法。

背景技术：

电池管理系统中单节电池电压参数的准确测量，有助于制定恰当的控制策略，改善电池组有效容量利用率，同时还可以为电池均衡控制提供参考。电动汽车动力电池组一般配置有电池管理系统，其电池电压监测一般采用精密电阻分压、光耦继电器开关阵列、差分运放及专用集成芯片方案，表1中对比了各监测方案特点。其中光耦继电器开关阵列方案不存在漏电流，但继电器切换需消耗时间导致采样时间较长，另外三种测量方案均存在漏电流。图1显示了单节电池电压采样电路原理图，从图中可以看到，电阻r到电路板地通路的存在导致采样线上不可避免地存在外载漏电流，外载漏电流的存在将导致长期循环后电池组内各单节电池荷电状态(stateofcharge，soc)间产生偏差，进而影响电池组整体性能，给电池组安全带来挑战。

表1电池电压检测方案对比

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明公开了一种降低电池管理系统采样电路输入阻抗对电池组性能影响的系统及方法，它可以降低单节电池soc间偏差，确保电池组安全，延长其使用寿命。

为了实现上述目的，本发明具体方案如下：

步骤一：建立考虑采样电路阻抗的电池组模型；

利用simscape平台建立等效电路图中soc估算、温度计算、开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容子模型模块；依据等效电路模型，将各模块进行串并联建立单节电池模型，再将n节单节电池串联建立电池组模型，并在电池组模型中各单节电池模型分别添加采样电阻r模拟单节电池电压采样线上的外载漏电流。

步骤二：分析外载漏电流与采样电阻及模组内单节电池数关系；

电池管理系统系统设计时，常见4～12节单节电池视为一个模组。分别建立4～12节单节电池串联电池组模型，研究外载漏电流与采样电阻r的阻值及模组内单节电池数目的关系，并建立描述三者间关系的曲面函数。

步骤三：电池组soc估算方法修正；

利用安时积分法或双时间尺度卡尔曼滤波算法测量的电池组soc为

socpack,measured＝1-∑iδt/c(1)

式中，δt表示采样时间间隔，i为电池充放电电流。

在充电时间th内，因外载漏电流引起的单节电池soc与电池组soc最大偏差为∑ni1t/c，且此偏差随着循环次数的增加将累积增加，第k个循环时的偏差可表示为：

式中，c表示电池组容量，tj为第j-th次循环的充放电时间，i1为所有采样线上外载漏电流平均值，n表示串联单节电池数。

如果电池组工作在满充、满放状态，则式(2)可转化为：

δsock＝k·ni1/iavg(3)

其中，iavg表示充放电过程中的平均电流。

实际应用中，电池管理系统一般采集电池组整体电流来估算soc，为保护各单节电池安全，需在考虑单节电池间差异的双时间尺度卡尔曼滤波算法估算电池组soc基础上，引入安全修正系数ksoc，电池组实际soc表示为：

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

式中，ksoc为电池组soc的修正系数，见表2。

表2电池组soc修正系数

电池平均外载漏电流可由步骤二中建立的曲面函数获取，依据实际的电池组连接结构，通过式(4)可计算电池组实际soc。假定电池组处于满充、满放状态，由式(3)可知，电池组soc修正系数只与电池循环次数，外载漏电流及电池充放电平均电池相关。已知电池连接结构，可建立电池组soc修正系数随循环次数变化关系，以对安时积分法或卡尔曼滤波算法计算得到的电池组soc予以修正，确保电池组使用安全。

步骤四：单节电池电压采样电路改进；

当电池组不工作时，采样电阻r引起的外载漏电流仍存在，进一步扩大单节电池间soc差异。改进单节电池电压采样电路在原基于差分采样电路的单节电池电压采样电路基础上增加控制运放芯片u供电的光耦继电器，光耦继电器两路输入为电动汽车低压供电v+、v-，该低压供电由钥匙开关直接控制。同时，单节电池正极battery+及负极battery-采样线与运放芯片u同相端与反相端间也增加了光耦继电器。当电动汽车停车时，光耦继电器控制采样线battery+、battery-与运放芯片u供电处于断开状态，此时外载漏电流为pa级。

本发明的有益效果：

本发明的有益效果是提出了一种降低电池管理系统采样电路输入阻抗对电池组性能影响的系统及方法，改进的单节电池电压采样电路可降低电动汽车停车时的外载漏电流及单节电池soc间偏差，同时解决了因多路开关存在引起的采样延迟；电池组soc修正方法可对安时积分法或卡尔曼滤波算法计算得到的电池组soc予以修正，确保电池组使用安全。

附图说明

图1显示了单节电池电压采样电路原理图。

图2单体电池等效电路模型。

图3外载漏电流、r阻值、模组内串联电池数间关系。

图4改进的单节电池采样电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

步骤一：建立考虑采样电路阻抗的电池组模型；基于simscape平台按照图2所示等效电路图建立等效电路图中各模块，包括soc估算、温度计算、开路电压、欧姆内阻、极化内阻、极化电容子模型，其中模型的具体建立过程已在专利“一种基于simscape平台的电池建模方法”中给出，当然本发明不限于此电池模型，这里只是为了便于阐述；依据图2所示等效电路模型，将各模块进行串并联建立单节电池模型，再将n节单节电池串联建立电池组模型，并在电池组模型中各单节电池模型中分别添加采样电阻r模拟单节电池电压采样线上的外载负载电流。

步骤二：分析外载漏电流与采样电阻及模组内单节电池数关系；

电池管理系统系统设计时，常见4～12节单节电池视为一个模组。分别建立4～12节单节电池串联电池组模型，研究外载漏电流与采样电阻r的阻值及模组内单节电池数目的关系，并建立描述三者间关系的曲面函数，如图3所示。

步骤三：电池组soc估算方法修正；

利用安时积分法或双时间尺度卡尔曼滤波算法测量的电池组soc为：

socpack,measured＝1-∑iδt/c(1)

式中，δt表示采样时间间隔，i为电池充放电电流。

在充电时间th内，因外载漏电流引起的单节电池soc与电池组soc最大偏差为∑ni1t/c，且此偏差随着循环次数的增加将累积增加，第k个循环时的偏差可表示为：

式中，c表示电池组容量，tj为第j-th次循环的充放电时间，i1为所有采样线上外载漏电流平均值，n表示串联单节电池数。

如果电池组工作在满充、满放状态，则式(2)可转化为：

δsock＝k·ni1/iavg(3)

其中，iavg表示充放电过程中的平均电流。

实际应用中，电池管理系统一般采集电池组整体电流来估算soc，为保护个单节电池安全，需在考虑单节电池间差异的双时间尺度卡尔曼滤波算法估算电池组soc基础上，引入安全修正系数ksoc，电池组实际soc表示为：

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

式中，ksoc为电池组soc的修正系数，见表2。表2中，δsock,discharge表示第k个循环因放电引起的单节电池soc与电池组soc偏差，δsock,charge表示第k个循环因充电引起的单节电池soc与电池组soc偏差。

表2电池组soc修正系数

电池平均外载漏电流可参见图3，依据实际的电池组连接结构，通过式(4)可计算电池组实际soc。假定电池组处于满充、满放状态，由式(3)可知，电池组soc修正系数只与电池循环次数，外载漏电流及电池充放电平均电池相关。已知电池连接结构，可建立电池组soc修正系数随循环次数变化关系，以对安时积分法或卡尔曼滤波算法计算得到的电池组soc予以修正，确保电池组使用安全。

步骤四：单节电池电压采样电路改进；

当电池组不工作时，采样电阻r引起的外载漏电流仍存在，进一步扩大单节电池间soc差异。改进单节电池电压采样电路，如图4所示，在原基于差分采样电路的单节电池电压采样电路基础上增加控制运放芯片u供电的光耦继电器，光耦继电器输入为电动汽车低压供电v+、v-，该低压供电由钥匙开关直接控制。同时，单节电池正极battery+及负极battery-采样线与运放芯片u同相端与反相端间也增加光耦继电器。当电动汽车停车时，光耦继电器控制采样线battery+、battery-与运放芯片u供电处于断开状态，此时外载漏电流为pa级。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。