用于动力电池模拟器的内部阻抗参数扩展方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于计算动力电池模拟器的内部阻抗参数方法，尤其是一种利用 已有的样本数据采用插值的方式计算动力电池模拟器的内部阻抗参数方法。
【背景技术】
[0002] 动力电池组是新能源汽车的动力核心，承担电池管理与控制任务的电池管理系统 是车辆行驶性能与安全性的重要保障。电池管理系统在设计和优化过程中，可以通过连接 实际电池组进行调试和改进。但使用实际电池组将面临初始条件设置困难与测试时间较长 等问题，对于容量、温度等条件难以按需求灵活变换和控制，同时反复调试也将耗费大量时 间。为此，使用精确的电池模拟器可以有效缩短电池管理系统的测试时间，提高开发效率。
[0003] 电池模拟器的运算核心为能有效模拟电池行为的等效模型。目前国内外使用较广 泛的是Thevenin多阶阻容网络模型，该模型能较好地模拟磷酸铁锂、镍钴猛三元电池等多 种材料电池的行为，适用于一般的电池管理系统开发，在降低计算复杂度又不失精确性的 情况下，通常采用三阶网络模型即能取得良好的效果。影响模型精确性的关键在于内部阻 抗参数的取值，即各阻容网络中电阻与电容的取值，而阻抗参数对不同的条件较为敏感。为 获得任意指定条件下的内部阻抗参数，以便于电池模拟器能够根据等效模型模拟电池的所 有特性，需要实时测量工作条件并通过运算获得所有的内部阻抗参数，然后将内部阻抗参 数代入等效模型的相应方程计算获得电池模拟器的输出电压。为了实现根据工作条件计算 内部阻抗参数，目前在工程上一般采用两种方法：一种是在线式，即实时测量工作条件，包 括温度、电池容量、电池剩余电量等，将上述工作条件传输至计算机，利用计算机强大的运 算能力计算获得相应工作条件的内部阻抗参数，这种方法的运算精度高，但是由于其运算 程序的复杂性，而实际的控制系统中的主控芯片运算能力相对较低，因此上述方法无法直 接应用于工程中；另一种是离线式，通过采集对不同工作条件下的内部阻抗参数形成数据 库存储于存储芯片中，根据实际的工作条件，直接在数据库中读取最接近的内部阻抗参数 进行运算获得电池模拟器的输出电压，该方法虽然对控制芯片的运算能力较低，但是如果 需要获得精确的计算结果，就要求庞大的内部阻抗参数数据库支撑，而受限于现有模拟器 主控系统的存储空间，只能减少数据库的占用空间，也就是减少工作条件的采集点以及相 应内部阻抗参数数量，最终会导致计算误差的增大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于动力电池模拟器的内部阻抗参数扩展方法，以应 用于单片机等主控芯片中，在现有模拟器主控芯片运算能力以及存储能力的前提下对任意 的工作条件，通过扩展拟合的方式获得的该工作条件下精确的内部阻抗参数，从而提高电 池模拟器的输出精度。
[0005] 本发明是这样来实现上述目的的： 用于动力电池模拟器的内部阻抗参数扩展方法，包括以下步骤： a. 根据动力电池的特性建立动力电池等效模型以及与电池等效模型相应的输出电压 的公式，根据输出电压的公式确定待测参数；确定影响输出电压公式中待测参数的电池工 作条件，其中分别为温度、电池容量、剩余电量； b. 所有电池工作条件在各自的范围内取值形成电池工作条件预设值，将所有的电池工 作条件预设值进行组合并分别对动力电池进行测试并获得对应电池工作条件下的电压特 性数据，利用电压特性数据根据动力电池等效模型计算获得相应工作条件下所有待测参数 的值，并建立上述测试的电池工作条件与对应待测参数的值的样本数据库； c. 根据样本数据库使用插值拟合的方法获得任意电池工作条件下的所有待测参数的 值，并由动力电池等效输出电压公式计算获得动力电池等效模型在该电池工作条件下的输 出电压。
[0006] 其中，所述动力电池等效模型由等效电压源串接欧姆内阻及三阶阻容网络组成， 每阶阻容网络为等效电阻与等效电容并联组成。
[0007] 其中，所述电池等效模型的输出电压公式为：
式中Rs、R"、&表示三阶阻容网络的等效极化内阻；C s、(；、C1表示三阶阻容网络的等效 电容；EMF表示等效电压源的开路电压；确定待测参数包括Rs、Rn0 Rp Cs、(；、Q。
[0008] 其中，步骤c中，任意指定电池工作条件计算所有待测参数的步骤为： i. 选定电池工作条件的一个取值为相应的指定电池工作条件，变化另外两个电池工作 条件，使用样本数据库进行插值拟合计算获得这两个电池工作条件与所有待测参数值的临 时数据库I ; ii. 选定第二个电池工作条件为相应的指定电池工作条件，变化第三个电池工作条件， 使用临时数据库I进行插值拟合计算获得所有待测参数值的临时数据库II ; iii. 上述第三个电池工作条件取值为相应的指定电池工作条件，使用临时数据库II 计算出所有指定电池工作条件下的待测参数值。
[0009] 对步骤c进一步优化中，任意指定电池工作条件计算所有待测参数的步骤为： i. 选定电池工作条件的一个取值为相应的指定电池工作条件，取第二个电池工作条件 为样品数据库中该指定电池工作条件相邻的两个数值，变化第三个电池工作条件，使用样 本数据库进行插值拟合计算获得所有待测参数值的临时数据库I ; ii. 选定第二个电池工作条件为相应的指定电池工作条件，取第三个电池工作条件为 样品数据库中该指定电池工作条件相邻的两个数值，使用临时数据库I进行插值拟合计算 获得所有待测参数值的临时数据库II ; iii. 上述第三个电池工作条件取值为相应的指定电池工作条件，使用临时数据库II 计算出所有指定电池工作条件下的待测参数值。
[0010] 其中，上述插值拟合方法为分段线性插值拟合方法。
[0011] 其中，上述插值拟合方法为三次样条插值拟合方法。
[0012] 本发明的有益效果是：考虑到现有主控芯片的计算能力以及数据存储能力，发明 人根据锂离子动力电池组的工作状况，设定了温度、电池容量、剩余电量等工作条件在合理 的范围内，再根据现有模拟器主控芯片的存储能力将不同的工作条件均匀划分并取合理的 设定值数量，根据这些设定的电池工作条件进行相互组合，并分别通过实际的动力电池测 试获得待测参数的样本数据库，从而将该样本数据库限制在合理的范围，利用有限的样本 数据库计算获得任意电池工作条件下的精确待测参数并最终获得动力电池模拟器精确的 电压输出。发明人将不属于样本数据库的任意工作条件下的数据参数采用了插值拟合的算 法，由于插值拟合的计算量较低，能够直接应用于现有的模拟器主控芯片中，从而实现了对 硬件计算及存储能力的匹配，并大大提高了内部阻抗参数的计算精度，有利于简化现有动 力电池模拟器的设计，即使使用市场上常见的单片微型计算机MCU也能实现精确的动力电 池输出电压模拟。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明： 图1是本发明所使用的电池等效模型； 图2是本发明实施例计算方法示意图。
【具体实施方式】
[0014] 用于动力电池模拟器的内部阻抗参数扩展方法，包括以下步骤： a. 根据动力电池的特性建立动力电池等效模型以及与电池等效模型相应的输出电压 的公式，根据输出电压的公式确定待测参数；确定影响输出电压公式中待测参数的电池工 作条件，其中分别为温度、电池容量、剩余电量； b. 所有电池工作条件在各自的范围内取值形成电池工作条件预设值，将所有的电池工 作条件预设值进行组合并分别对动力电池进行测试并获得对应电池工作条件下的电压特 性数据，利用电压特性数据根据动力电池等效模型计算获得相应工作条件下所有待测参数 的值，并建立上述测试的电池工作条件与对应待测参数的值的样本数据库； c. 根据样本数据库使用插值拟合的方法获得任意电池工作条件下的所有待测参数的 值，并由动力电池等效输出电压公式计算获得动力电池等效模型在该电池工作条件下的输 出电压。
[0015] 考虑到现有主控芯片的计算能力以及数据存储能力，发明人根据锂离子动力电池 组的工作状况，设定了温度、电池容量、剩余电量等工作条件在合理的范围内，再根据现有 模拟器主控芯片的存储能力将不同的工作条件均匀划分并取合理的设定值数量，根据这些 设定的电池工作条件进行相互组合，并分别通过实际的动力电池测试获得待测参数的样本 数据库，从而将该样本数据库限制在合理的范围，利用有限的样本数据库计算获得任意电 池工作条件下的精确待测参数并最终获得动力电池模拟器精确的电压输出。发明人将不属 于样本数据库的任意工作条件下的数据参数采用了插值拟合的算法，由于插值拟合的计算 量较低，能够直接应用于现有的模拟器主控芯片中，从而实现了对硬件计算及存储能力的 匹配，并大大提高了内部阻抗参数的计算精度，有利于简化现有动力电池模拟器的设计，即 使使用市场上常见的单片微型计算机MCU也能实现精确的动力电池输出电压模拟。
[0016] 电池模拟器的运算核心为能有效模拟电池行为的等效模型。目前国内外使用较广 泛的是Thevenin多阶阻容网络模型，该模型能较好的模拟磷酸铁锂、镍钴猛三元电池等多 种材料电池的行为