CN104793146A - 电池组的模拟工作方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池组的模拟工作方法及***。根据所述方法，所述***获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数；基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值；通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。本发明能够更接近于实际电池组的工作情况，而且无需人工设定，有利于技术人员根据电池组的模拟工作情况来设置实际的电池组均衡控制策略。

Description

电池组的模拟工作方法及***

技术领域

本发明涉及电池组测试领域，特别涉及电池组的模拟工作方法及***。

背景技术

BMS(电池管理***)用于防止因单体电池的差异加剧，而导致个别电池损坏的管理***。对于BMS来说，能够了解每一节单体电池的状态(如单体电池的电流、电压、温度等)，对制定协调和控制策略将得到巨大的帮助。为了制定这些策略，需要电池模拟器来模拟出单体电池在运行过程中本身特性的差异(如内阻，开路电压，容量的差异)和外界因素产生的差异(电流差异，温度差异等)。而事实上，很多电池组中包含几十甚至上百个单体电池，因此，需要设置大量的参数，显然，手动设置的方式不仅繁琐，修改也非常麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池组的模拟工作方法及***，用于解决现有技术中的电池组中的各单体电池的参数设定繁琐、工作量巨大的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电池组的模拟工作方法，包含：获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数；基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值；通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

基于上述目的，本发明还提供一种电池组的模拟工作***，包含：估计系数设定模块，用于获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数；参数估计值设定模块，用于基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值；模拟工作模块，用于通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

本发明实施方式相对于现有技术而言，利用单体电池的差异特性分布函数来估计所模拟的每个单体电池的估计系数，既能以最为合理的概率覆盖所模拟的单体电池的差异，还考虑到小概率情况；同时，在单体电池的标定参数值上附加估计系数。相比于现有技术，能够更接近于实际电池组的工作情况，而且无需人工设定，有利于技术人员根据电池组的模拟工作情况来设置实际的电池组均衡控制策略。

另外，所述差异特性分布函数根据标定参数值的和/或所述单体电池的特性进行预设，充分考虑到单体电池的型号、类型、以及单体电池在标定参数值上反映出的个体差异，能够更为真实的模拟出真正的电池组的工作情况。

另外，以所述标定参数值与所对应的估计系数的乘积作为对应的单体电池的参数估计值，以简便的计算来对应表现真实的单体电池之间的差异。

另外，将所述输出参数反馈给所模拟的电池组的输入端，能够根据电池组的整体运行的输出量的变化来调整单体电池的参数估计值，以体现单体电池与电池组之间的参数关系，如此，更真实的反映单体电池受电池组工作的影响。提高BMS对待测电池的特性的认识，并有利于BMS采取有效的控制手段。。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的电池组的模拟工作方法的流程图；

图2时本发明的单体电池的等效电路示意图。

图3是本发明的第二实施方式的电池组的模拟工作***的结构示意图；

图4是本发明的电池组的模拟工作***中一优选实施方式的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

如图1所示，本发明的第一实施方式涉及一种电池组的模拟工作方法。所述模拟工作方法主要由模拟工作***来执行。其中，所述模拟工作***包括安装在计算机设备中的软件和硬件。

在步骤S1中，所述模拟工作***获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数。

在此，所述模拟工作***所模拟的电池组中包括若干个单体电池。所述单体电池或以先串联再并联的方式组成所述电池组，或以先比并联再串联的方式组成所述电池组、或以并联和串联多重组合的方式组成所述电池组。所述模拟工作***所模拟的电池组中的单体电池的数量可根据实际需要进行设定。所模拟的单体电池的型号、标定参数值等无差异。

在此，所述标定参数值包括以下至少一种或多种的组合：单体电池的电压、单体电池的初始温度、单体电池的SOC(充电状态，一般是充电容量与额定容量的比值，用百分比表示)、单体电池的内阻。

具体地，所述模拟工作***可以提供人机交互界面，以便技术人员输入所述单体电池的类型、型号、标定参数等。例如，所述技术人员选择单体电池的型号，则对应的，所述模拟工作***提取出与所述型号对应的预设的标定参数。

接着，所述模拟工作***按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数。

其中，所述差异特性分布函数可以为一固定的概率分布函数。优选地，所述差异特性分布函数包括：根据所述标定参数值的和/或所述单体电池的特性所预设的分布函数。例如，所述单体电池为锂电池，则所述分布函数为根据锂电池的使用经验而设置分布函数。又如，所述单体电池的标定参数为蓄电池的SOC，则所述分布函数为根据蓄电池的SOC的历史经验而设定的分布函数。所述分布函数包括但不限于：正态分布函数、卡方分布函数等。

例如，所述模拟工作***按照所述电池组中单体电池的数量，在单体电池的内阻所对应的正态分布函数中随机取得偏差在2％之内的估计系数，并执行步骤S2。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述估计系数的计算方式仅为举例。事实上，根据实际单体电池的个体差异，所述模拟工作***还需要考虑单体电池之间差异极大的情况，则除了随机选取偏差在常规范围内的估计系数之外，还可以选取偏差在概率较低的常规范围之外的估计系数，并进行电池组的模拟工作，以得到相应的电池组工作过程的输出参数，以供电池管理***进行参考。

在步骤S2中，所述模拟工作***基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值。

具体地，所述模拟工作***根据预设的估计规则来将所述标定参数值与每个估计系数进行数值运算，以得到模拟的各单体电池的参数估计值。

其中，所述估计规则包括但不限于：以所述估计系数为权值的计算公式。优选地，所述估计规则为：以所述标定参数值与所对应的估计系数的乘积作为对应的单体电池的参数估计值。例如，所述模拟工作***将所获取的标定参数值A1分别于所得到的估计系数{b1,b2,…,bn}进行乘积计算，得到对应各单体电池的参数估计值。其中，n为单体电池的数量。

在步骤S3中，所述模拟工作***通过模拟各所述单体电池基于所述参数估计值的变化通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

具体地，所述模拟工作***以各所述单体电池的参数估计值为各电梯电池的初始值，加载外部的输入信号(如设定初始温度、初始SOC、初始容量、电池温度等)，并根据预设的模拟损耗策略来模拟在所述输入信号下各单体电池的参数估计值变化情况，进而模拟所述电池组的工作过程(如充电过程、放电过程等)。由于每个电梯电池的参数估计值不一样，在模拟所述电池组工作时，能够获取基于单体电池差异而导致的电池组输出参数的变化情况。其中，所述输出参数包括但不限于：输出功率、输出电压、所述电池组的温度、所述电池组的SOC等。由此，所述BMS能够根据所述变化情况设计相应的电池组均衡控制策略。

例如，所述电池组中的各单体电池串联，所述模拟工作***采用二阶RC的方式来模拟单体电池(如图2所示)。预先估计的每个单体电池的参数估计值为：开路电压(U_oc)、内阻(R₀)，其中两个RC电路的电阻和电容分别表示为R₁，C₁和R₂，C₂。

其中，电阻R1和R2的电压估计值可按照公式(1)和(2)来模拟调整：

$\frac{{\mathrm{dU}}_{C_1}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{R_1{C}_1}+U_{C_1}=\frac{1}{C_1}$    公式(1)

$\frac{{\mathrm{dU}}_{C_2}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{R_2{C}_2}+U_{C_2}=\frac{1}{C_2}$    公式(2)

所述模拟工作***按照上述调整策略进行若干次充放电循环模拟测试，并按照各单体电池的参数估计值的调整，对所述电池组的输出参数的变化进行模拟。

作为一种优选方案，所述步骤S3还包括：步骤S31、S32(均未予图示)。

在步骤S31中，所述模拟工作***将所述输出参数反馈给所模拟的电池组的输入端。

在步骤S32中，所述模拟工作***根据所反馈的参数来调整各所述单体电池的参数估计值，并按照调整后的各参数估计值来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

具体地，所述模拟工作***根据所述电池组的结构，预设根据模拟输出的输出参数反馈给所述电池组的输入端来调整各单体电池的参数估计值的调整策略，其中，所述输出端与各单体电池直接或间接相连，以便将所反馈的参数作为前一时刻反映所述单体电池的工作状态的参数，并基于所述参数来调整各单体电池相应的参数(如温度、内阻、电容、SOC等)。

仍以图2为例，预先估计的每个单体电池的参数估计值为：开路电压(U_oc)、内阻(R₀)，其中两个RC电路的电阻和电容分别表示为R₁，C₁和R₂，C₂。由于各单体电池输出的电流相同，则根据二阶RC模型，每个单体电池的电压估计值U_batt随着反馈电流I的变化可以由公式(3)来反映：

$U_{\mathrm{batt}}+\frac{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{batt}}}{\mathrm{dt}}=U_{\mathrm{oc}}-R_{0}I-U_{C_1}-U_{C_2}$    公式(3)

所述单体电池的SOC(ζ_batt)可以通过电流积分来调整(如公式(4))：公式(4)。其中，C_batt是所述单体电池的能量容量，I_batt为所反馈的电池组前一时刻(积分中设为0)的输出电流，t为当前时刻与前一时刻的时间差，V_oc(0)为单体电池在前一时刻的开路电压估计。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述参数估计值的调整方式仅为举例。实际上，在电池组模拟运行期间，还将产生温度变化，而温度变化也会对单体电池的SOC、内阻等产生影响，故也应列入调整范围。

如图3所示，本发明的第二实施方式涉及一种电池组的模拟工作***。所述模拟工作***1包括安装在计算机设备中的软件和硬件。具体地，所述模拟工作***1包括：估计系数设定模块11、参数估计值设定模块12、模拟工作模块13。

所述估计系数设定模块11用于获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数。

在此，所述估计系数设定模块11所模拟的电池组中包括若干个单体电池。所述单体电池或以先串联再并联的方式组成所述电池组，或以先比并联再串联的方式组成所述电池组、或以并联和串联多重组合的方式组成所述电池组。所述估计系数设定模块11所模拟的电池组中的单体电池的数量可根据实际需要进行设定。所模拟的单体电池的型号、标定参数值等无差异。

在此，所述标定参数值包括以下至少一种或多种的组合：单体电池的电压、单体电池的初始温度、单体电池的SOC(充电状态，一般是充电容量与额定容量的比值，用百分比表示)、单体电池的内阻。

具体地，所述估计系数设定模块11可以提供人机交互界面，以便技术人员输入所述单体电池的类型、型号、标定参数等。例如，所述技术人员选择单体电池的型号，则对应的，所述估计系数设定模块11提取出与所述型号对应的预设的标定参数。

接着，所述估计系数设定模块11按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数。

其中，所述差异特性分布函数可以为一固定的概率分布函数。优选地，所述差异特性分布函数包括：根据所述标定参数值的和/或所述单体电池的特性所预设的分布函数。例如，所述单体电池为锂电池，则所述分布函数为根据锂电池的使用经验而设置分布函数。又如，所述单体电池的标定参数为蓄电池的SOC，则所述分布函数为根据蓄电池的SOC的历史经验而设定的分布函数。所述分布函数包括但不限于：正态分布函数、卡方分布函数等。

例如，所述估计系数设定模块11按照所述电池组中单体电池的数量，在单体电池的内阻所对应的正态分布函数中随机取得偏差在2％之内的估计系数，并执行所述参数估计值设定模块12。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述估计系数的计算方式仅为举例。事实上，根据实际单体电池的个体差异，所述估计系数设定模块11还需要考虑单体电池之间差异极大的情况，则除了随机选取偏差在常规范围内的估计系数之外，还可以选取偏差在概率较低的常规范围之外的估计系数，并进行电池组的模拟工作，以得到相应的电池组工作过程的输出参数，以供电池管理***1进行参考。

所述参数估计值设定模块12用于基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值。

具体地，所述参数估计值设定模块12根据预设的估计规则来将所述标定参数值与每个估计系数进行数值运算，以得到模拟的各单体电池的参数估计值。

其中，所述估计规则包括但不限于：以所述估计系数为权值的计算公式。优选地，所述估计规则为：以所述标定参数值与所对应的估计系数的乘积作为对应的单体电池的参数估计值。例如，所述参数估计值设定模块12将所获取的标定参数值A1分别于所得到的估计系数{b1,b2,…,bn}进行乘积计算，得到对应各单体电池的参数估计值。其中，n为单体电池的数量。

所述模拟工作模块13用于通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

具体地，所述模拟工作模块13以各所述单体电池的参数估计值为各电梯电池的初始值，并

根据预设的模拟损耗策略来模拟在所述输入信号下各单体电池的参数估计值变化情况，进而模拟所述电池组的工作过程(如充电过程、放电过程等)。由于每个电梯电池的参数估计值不一样，在模拟所述电池组工作时，能够获取基于单体电池差异而导致的电池组输出参数的变化情况。其中，所述输出参数包括但不限于：输出功率、输出电压、所述电池组的温度、所述电池组的SOC等。由此，所述BMS能够根据所述变化情况设计相应的电池组均衡控制策略。

例如，所述电池组中的各单体电池串联，所述模拟工作模块13采用二阶RC的方式来模拟单体电池(如图2所示)。预先估计的每个单体电池的参数估计值为：开路电压(U_oc)、内阻(R₀)，其中两个RC电路的电阻和电容分别表示为R₁，C₁和R₂，C₂。

其中，电阻R1和R2的电压估计值可按照公式(1)和(2)来模拟调整：

$\frac{{\mathrm{dU}}_{C_1}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{R_1{C}_1}+U_{C_1}=\frac{1}{C_1}$    公式(1)

$\frac{{\mathrm{dU}}_{C_2}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{R_2{C}_2}+U_{C_2}=\frac{1}{C_2}$    公式(2)

所述模拟工作模块13按照上述调整策略进行若干次充放电循环模拟测试，并按照各单体电池的参数估计值的调整，对所述电池组的输出参数的变化进行模拟。作为一种优选方案，所述模拟工作模块13包括：反馈子模块131(如图4所示)和模拟工作子模块(未予图示)。

所述反馈子模块131用于将所述输出参数反馈给所模拟的电池组的输入端。

所述模拟工作子模块，用于根据所反馈的参数来调整各所述单体电池的参数估计值，并按照调整后的各参数估计值来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化

具体地，所述反馈子模块根据所述电池组的结构，将所述输出端与各单体电池直接或间接相连，以便将所反馈的参数作为前一时刻反映所述单体电池的工作状态的参数输出至所述模拟工作子模块。所述模拟工作子模块预设根据模拟输出的输出参数反馈给所述电池组的输入端来调整各单体电池的参数估计值的调整策略，基于所述反馈子模块所提供的参数来调整各单体电池相应的参数(如温度、内阻、电容、SOC等)。

仍以图2为例，所述模拟工作子模块预先估计的每个单体电池的参数估计值为：开路电压(U_oc)、内阻(R₀)，其中两个RC电路的电阻和电容分别表示为R₁，C₁和R₂，C₂。由于各单体电池输出的电流相同，则根据二阶RC模型，每个单体电池的电压估计值U_batt随着所述反馈子模块131所反馈的电流I的变化可以由公式(3)来反映：

$U_{\mathrm{batt}}+\frac{{\mathrm{dU}}_{\mathrm{batt}}}{\mathrm{dt}}=U_{\mathrm{oc}}-R_{0}I-U_{C_1}-U_{C_2}$    公式(3)

所述模拟工作子模块将单体电池的SOC(ζ_batt)通过电流积分来调整(如公式(4))：

${\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(t\right)={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(V_{\mathrm{oc}}\left(0\right)\right)+\frac{1}{C_{\mathrm{batt}}}{\∫}_0^t{I}_{\mathrm{batt}}\mathrm{dt}$    公式(4)

其中，这里C_batt是所述单体电池的能量容量，I_batt为所反馈的电池组前一时刻(积分中设为0)的输出电流，t为当前时刻与前一时刻的时间差，V_oc(0)为单体电池在前一时刻的开路电压估计。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述参数估计值的调整方式仅为举例。实际上，在电池组模拟运行期间，还将产生温度变化，而温度变化也会对单体电池的SOC、内阻等产生影响，故也应列入调整范围。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块和单元均为逻辑模块和逻辑单元，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池组的模拟工作方法，其特征在于，包含：

获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数；

基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值；

通过模拟各所述单体电池基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

2.根据权利要求1所述的电池组的模拟工作方法，其特征在于，所述差异特性分布函数包括：根据所述标定参数值的和/或所述单体电池的特性所预设的分布函数。

3.根据权利要求1所述的电池组的模拟工作方法，其特征在于，所述基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值的方式包括：以所述标定参数值与所对应的估计系数的乘积作为对应的单体电池的参数估计值。

4.根据权利要求1所述的电池组的模拟工作方法，其特征在于，所述通过模拟各所述单体电池基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化的方式包括：

将所述输出参数反馈给所模拟的电池组的输入端；

根据所反馈的参数来调整各所述单体电池的参数估计值，并按照调整后的各参数估计值来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

5.根据权利要求1所述的电池组的模拟工作方法，其特征在于，所述标定参数包括以下至少一种：单体电池的电压、单体电池的初始温度、单体电池的SOC、单体电池的内阻。

6.一种电池组的模拟工作***，其特征在于，包含：

估计系数设定模块，用于获取所述电池组中单体电池的标定参数值，并按照预设的单体电池的差异特性分布函数确定所述电池组中各所述单体电池的估计系数；

参数估计值设定模块，用于基于所述标定参数值与所对应的估计系数确定所对应的单体电池的参数估计值；

模拟工作模块，用于通过模拟各所述单体电池的基于所述参数估计值的变化，来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

7.根据权利要求6所述的电池组的模拟工作***，其特征在于，所述差异特性分布函数包括：根据所述标定参数值的和/或所述单体电池的特性所预设的分布函数。

8.根据权利要求6所述的电池组的模拟工作***，其特征在于，所述参数估计值设定模块用于以所述标定参数值与所对应的估计系数的乘积作为对应的单体电池的参数估计值。

9.根据权利要求6所述的电池组的模拟工作***，其特征在于，所述模拟工作模块包括：

反馈子模块，用于将所述输出参数反馈给所模拟的电池组的输入端；

所述模拟工作子模块用于根据所反馈的参数来调整各所述单体电池的参数估计值，并按照调整后的各参数估计值来模拟所述电池组在工作过程中所反映的输出参数的变化。

10.根据权利要求6所述的电池组的模拟工作***，其特征在于，所述标定参数包括以下至少一种：单体电池的电压、单体电池的初始温度、单体电池的SOC、单体电池的内阻。