专利名称：一种电池管理系统、电动车及荷电状态的估算方法
技术领域：
本发明属于电池领域，尤其涉及一种电池管理系统、电动车及荷电状态的估算方法。
背景技术：
使用汽油或柴油的内燃机车辆导致了全世界范围内的严重空气污染。面对环境污 染、全球变暖，能源短缺等各种问题，各国政府，企业投入了大量人力和物力对低排放甚至 零排放的电动车进行研究和开发。我国已经初步建立了电动汽车产业。形成了以纯电动车、混合动力电动车、燃料电 池电动车三种车型为目标，以多种能源动力总成、驱动电机、动力蓄电池系统为三大关键技 术的研发体系。并在2008年奥运会和2010年的世界博览会成功使用零排放的电动大巴作 为交通工具接送游客，展现了我国在电动车领域的丰硕成果。制约电动汽车产业发展的首要问题还是储能动力电池及其应用技术。其难点在于 如何延长储能动力电池的使用寿命、提高电池的比能量和使用可靠性。常用的储能动力电 池有铅酸电池，镍氢电池和锂离子电池，他们具有容量大、体积小、动力性好的特点。在电动车的使用过程中，电池的过充、过放、过流以及不均衡性都将造成电池性能 的降低甚至损坏电池。因而设计出能根据电池的特性，安全有效的保障电池的系统，即电池 管理系统BMS (Battery Management System)成为关键。BMS —方面负责实时地检测电池箱 体内的温度、电池电压等数据，另一方面实时估算当前的电池荷电状态(State of Charge, S0C)，以及对各单体电池进行电压均衡，判断是否有故障发生并发送报警信号。SOC估算的 准确性已经成为电动车研发的瓶颈之一。SOC的主要影响因素有开路电压、充放电电流、电 池内阻、电解液温度、极化效应、自放电及电池的循环寿命等。现有的电池管理系统对荷电 状态的存在估计不准的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电池管理系统，旨在提高SOC估算的准确度的 问题。本发明实施例是这样实现的，一种电池管理系统，所述系统包括
包括主控制器、多个从控子模块、多个电池组，所述多个从控子模块与所述多个电池组 一一对应连接，并且所述多个从控子模块均连接到所述主控制器，
所述从控子模块用于检测对应电池组的电池数据并发送所检测的电池数据到所述主 控制器，所述主控制器根据接收到的多个电池数据通过所述从控子模块对对应的电池组进 行均衡管理，并且利用卡尔曼滤波器的循环递归算法，估算出系统S0C。进一步地，该电池组和其对应的从控子模块共同放置于一个电池箱体中。进一步地，所述从控子模块包括
从控芯片，分别与所述从控芯片相连的第二电源转换模块、第二硬件看门狗模块、第二系统时钟模块、第二存储模块、第二 CAN通信模块，温度检测模块、电压检测模块、均衡模 块，
所述温度检测模块用于采集对应电池组的温度，所述电压检测模块用于采集对应电池 组每节单体电池的电压数据，所述均衡模块用于当电池箱内电池组中各单体电池电压差超 过设定阀值时，对电池进行均衡操作。进一步地，所述主控制器包括主控芯片，分别与主控芯片相连的第一硬件看门狗 模块、第一系统时钟模块、第一存储模块、第一电源转换模块、第一 CAN通信模块，电流检测 模块、绝缘检测模块，
所述主控芯片根据所采集的电压、电流和温度的值，计算出荷电状态的测量值，利用等 效电路实验得到其预测值，并利用卡尔曼滤波算法进行荷电状态估算。本发明实施例的另一目的在于提供一种电动车，所述电动车采用上述的电池管理 系统。本发明实施例的另一目的在于提供一种电池荷电状态的估算方法，所述方法包括 以下步骤
采集到电池组的电压、电流和温度的值；
利用等效电路实验得到荷电状态的预测值；
根据电压、电流和温度的值计算出荷电状态的测量值；
利用荷电状态的预测值、测量值，通过卡尔曼滤波器的循环递归算法，估算出系统S0C。进一步地，所述等效电路包括开路电压
U0C，欧姆内阻 极化电容Q以及极化内阻B^，所述极化电容C,与极化内阻Ri并联后 一端连接至所述开路电压^oe的正极，所述欧姆内阻气一端与所述开路电压的负极相 连，所述极化电容CV与极化内阻&并联后的另一端与欧姆内阻的另一端构成负载电压Ui。进一步地，所述利用等效电路实验得到荷电状态的预测值的步骤包括
a、构建等效电路，所述等效电路包括开路电压^/ ·,欧姆内阻怂、极化电容Cp以及极
化内阻4 ,所述极化电容Q与极化内阻并联后一端连接至所述开路电压Uqc的正极， 所述欧姆内阻一端与所述开路电压Uoc的负极相连，所述极化电容Cf与极化内阻Rf并 联后的另一端与欧姆内阻馬的另一端构成负载电压巧，厶为负载电流，乙为极化电流， τ = 为极化时间常数，理想状态下
权利要求
1.一种电池管理系统，其特征在于，所述系统包括包括主控制器、多个从控子模块、多个电池组，所述多个从控子模块与所述多个电池组 一一对应连接，并且所述多个从控子模块均连接到所述主控制器，所述从控子模块用于检测对应电池组的电池数据并发送所检测的电池数据到所述主 控制器，所述主控制器根据接收到的多个电池数据通过所述从控子模块对对应的电池组进 行均衡管理，并且利用卡尔曼滤波器的循环递归算法，估算出系统S0C。
2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，该电池组和其对应的从控子模块 共同放置于一个电池箱体中。
3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述从控子模块包括从控芯片，分别与所述从控芯片相连的第二电源转换模块、第二硬件看门狗模块、第 二系统时钟模块、第二存储模块、第二 CAN通信模块，温度检测模块、电压检测模块、均衡模 块，所述温度检测模块用于采集对应电池组的温度数据，所述电压检测模块用于采集对应 电池组每节单体电池的电压数据，所述均衡模块用于当电池箱内电池组中各单体电池电压 差超过设定阀值时，对电池进行均衡操作。
4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控制器包括主控芯片，分别 与主控芯片相连的第一硬件看门狗模块、第一系统时钟模块、第一存储模块、第一电源转换 模块、第一 CAN通信模块，电流检测模块、绝缘检测模块，所述主控芯片根据所采集的电压、电流和温度的值，计算出荷电状态的测量值，禾Ij用等 效电路实验得到其预测值，并利用卡尔曼滤波算法进行荷电状态估算。
5.一种电动车，其特征在于，所述电动车采用权利要求1-4中任一项所述的电池管理 系统。
6.一种电池荷电状态的估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤采集到电池组的电压、电流和温度的值；利用等效电路实验得到荷电状态的预测值；根据电压、电流和温度的值计算出荷电状态的测量值；利用荷电状态的预测值、测量值，通过卡尔曼滤波器的循环递归算法，估算出系统S0C。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述等效电路包括开路电压Voc，欧姆内阻^、极化电容Q以及极化内阻&，所述极化电容Q与极化内阻K并联后 一端连接至所述开路电压^3e的正极，所述欧姆内阻戽一端与所述开路电压Uw的负极相 连，所述极化电容与极化内阻&并联后的另一端与欧姆内阻的另一端构成负载电压 巧。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用等效电路实验得到荷电状态的 预测值的步骤包括a、构建等效电路，所述等效电路包括开路电压Uw ,欧姆内阻；极化电容Cp以及极 化内阻4 ,所述极化电容C,与极化内阻Rf并联后一端连接至所述开路电压V。c的正极，所述欧姆内阻耳一端与所述开路电压U沉的负极相连，所述极化电容Cp与极化内阻4并 联后的另一端与欧姆内阻馬的另一端构成负载电压巧，厶为负载电流，4为极化电流， 为极化时间常数,理想状态下 = ^jZz-,在离散状态下，该式为
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波器的公式及参数如下
全文摘要
本发明适用于电池领域，提供了一种电池管理系统、电动车及荷电状态的估算方法。在本发明的实施例中，提供了电池管理系统，并通过采集电池组的电压、电流和温度的值，通过卡尔曼滤波器的循环递归算法，估算出系统SOC。本发明的实施例相比以往的电池管理系统，提高了荷电状态估算的准确度。
文档编号B60L11/18GK102088118SQ201010609419
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者吴义勇, 彭子荣, 邓杰, 陈小江 申请人:深圳市航盛电子股份有限公司