CN115848222A - 电池管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池管理***，包括锂电池组、采样模块、控制模块、动力转换模块，控制模块与上位机连接通信，车载设备通过CAN总线与控制模块连接，锂电池组的电压、电流及表面温度被直接测量，被采样模块采集，采样模块采集的数据送入控制模块，控制模块与动力转换模块连接，控制模块将控制信号送入动力转换模块，电池组内部状态通过电池模型对电池内部状态进行估计，进而完成对电池组的控制。电池管理***BMS通过控制模块对各单体电池进行检测来获得电池状态参数，控制模块将状态参数通讯到控制模块来进行状态分析和控制、保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理***。
背景技术
电动汽车已成为目前汽车市场发展的主流趋势，利用电池管理***(BMS)对其动力电池组进行监控保障是电动汽车的开发中不可或缺的一环。
在电动汽车的实际运行中，需要对电池电压、电流、温度等信号实时采集以及对电池内部参数在线估算。
公开的文献，陈守平，张军，方英民，等．动力电池组特性分析与均衡管理［J］．电池工业，2003，8(6): 265-271．没有进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池各项参数逐渐分化，加快了电池组的损耗速度。
发明内容
为解决均衡控制的问题，本发明提供一种电池管理***，准确进行 SOC和内阻的估算。
本发明提供如下技术方案：
电池管理***，包括锂电池组、采样模块、控制模块、动力转换模块，所述控制模块与上位机连接通信，车载设备通过CAN总线与控制模块连接，锂电池组的电压、电流及表面温度被直接测量，被采样模块采集，采样模块采集的数据送入控制模块，控制模块与动力转换模块连接，控制模块将控制信号送入动力转换模块，电池组内部状态通过电池模型对电池内部状态进行估计，进而完成对电池组的控制。
进一步的，所述采样模块引入均衡电路，所采用的电池监控芯片的 S 端口提供电压控制该路 MOS-FET的开关，根据放电电流的大小来选择合适的均衡电阻R1和R2，同时并联发光二极管D2。
进一步的，***的控制模块主要负责接收并处理采样模块采集到的信息，向***其他模块发送命令，以及同上位机进行通信。
进一步的，所述控制模块选用了智能芯片STM32主控芯片作为微控单元，控制模块根据采样模块传回的数据，经过处理得到的需要的信息，估算SOC与SOH，选择均衡策略和充放电的控制。
进一步的，SOC估算，基于对电流及电压的直接测量，安时法的计算公式如下：
式中，i为一段时间t0 -t内的充、放电的工作电流，Q(t)为一段时间t0 -t内工作电流作用的累计电荷与电池额定容量的比值，Qrated为电池的额定容量，η为库伦效率，SoC(t0)为上一时刻t0 的剩余电量，SoC(t)为当前时刻t的剩余电量。
进一步的，SOH估算，
（3），式中，I为充放电电流，T为电池温度，SOH(t 0 )为电池初始的健康状态。
进一步的，动力转换模块采用MC33904 芯片可以将整车电源提供的 12 V 电压转化为3.3V的电压，以控制模块供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该电池管理***，可以通过上位机方便地读取电池的电压、电流和温度等信息，引入均衡电路，完成电压、温度的采集，实现均衡控制，准确进行 SOC和内阻的估算，较好的监测到电池容量的变化和判断电池的使用寿命，进而实施被动均衡。采用基于双卡尔曼滤波的电池内部参数估算方法，实现电池性能状态及寿命的及时掌握。
附图说明
图1为本发明电池管理***原理图。
图2为本发明采样模块的电路图。
图3为本发明控制模块的电路图。
图4为电池内部温度的估计流程图。
图5为电池内阻变化趋势图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明的电池管理***，包括锂电池组、采样模块、控制模块、动力转换模块，控制模块与上位机连接通信，车载设备通过CAN总线与控制模块连接。
锂电池组的电压、电流及表面温度可以被直接测量，被采样模块采集，采样模块采集的数据送入控制模块，控制模块与动力转换模块连接，控制模块将控制信号送入动力转换模块。
电池组内部状态，如SOC、SOH及内部温度等重要参数不能直接测得，需要电池管理***通过电池模型对电池内部状态进行估计，进而完成对电池组的控制。
图2所示，采样模块，引入均衡电路，所采用的电池监控芯片的 S 端口提供电压控制该路 MOS-FET的开关Q1，根据放电电流的大小来选择合适的均衡电阻R1和R2，同时并联发光二极管D2用以判断均衡电路是否正常开启。在此基础上，根据在电池的性能以及使用环境的要求选择合理的开启机制，对电池进行有效保护。利用此采样模块，可以完成电压、温度的采集，实现均衡控制。
***的控制模块主要负责接收并处理采样模块采集到的信息，向***其他模块发送命令，以及同上位机进行通信。
图3所示，控制模块选用了智能芯片STM32主控芯片作为微控单元，控制模块根据采样模块传回的数据，经过处理得到的需要的信息，再采取合理的动作，包括估算SOC与SOH，选择均衡策略和充放电的控制。
由于锂电池的内部参数不能直接测量，只能借助于相关的算法对其内部状态(SOC、SOH及内部温度等)进行估计。
锂电池的荷电状态(SOC)通常是指在相同情况下，电池当前剩余容量占额定容量的百分比。精确的SOC估计能提高电池管理***的控制效率，进而提升车辆的续驶里程。
SOC估算，基于对电流及电压的直接测量，又分为安时积分法及开路电压法。安时法的计算公式如下：
式中，i为一段时间t0 -t内的充、放电的工作电流，Q(t)为一段时间t0 -t内工作电流作用的累计电荷与电池额定容量的比值，Qrated为电池的额定容量，η为库伦效率，SoC(t0)为上一时刻t0 的剩余电量，SoC(t)为当前时刻t的剩余电量。
锂电池的健康状态(SOH)是表征锂电池性能状态的重要指标。
SOH估算，
（2），式中，
I为充放电电流，T为电池温度，SOH(t 0 )为电池初始的健康状态，others为其他因素如机械振动和过电势等。
动力电池组温度对于电池容量、放电效率、循环寿命及安全性均有重要影响。电池内部温度的估计流程，图4所示，电学特性模型将电压和发热量送到热模型，热模型将温度反馈给电学特性模型。通过产热功率和电池表面温度估计其内部的温度。
动力转换模块采用MC33904芯片 可以将整车电源提供的 12 V 电压转化为3．3V的电压，以控制模块供电。
电池管理***BMS通过控制模块对各单体电池进行检测来获得电池状态参数，控制模块将状态参数通讯到控制模块来进行状态分析和控制、保护。
本发明实现电池电压、电流、温度等信息的在线测量，采用基于双卡尔曼滤波的电池内部参数估算方法，提高了 SOC 估计的可靠性和鲁棒性，图5所示，一个电池组中某节电池内阻值在25℃下，按 0.5 C(0.5 倍放电率)速率进行充放电，随着循环次数增加内阻变化的曲线。从中可以看出，作为估算电池寿命依据的电池的内阻值，随着电池寿命的减小不断增大。实现电池性能状态及寿命的及时掌握。
该电池管理***，可以通过上位机方便地读取电池的电压、电流和温度等信息，准确进行 SOC和内阻的估算，较好的监测到电池容量的变化和判断电池的使用寿命，进而实施被动均衡。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.电池管理***，其特征在于：包括锂电池组、采样模块、控制模块、动力转换模块，所述控制模块与上位机连接通信，车载设备通过CAN总线与控制模块连接，锂电池组的电压、电流及表面温度被直接测量，被采样模块采集，采样模块采集的数据送入控制模块，控制模块与动力转换模块连接，控制模块将控制信号送入动力转换模块，电池组内部状态通过电池模型对电池内部状态进行估计，进而完成对电池组的控制。
2.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：所述采样模块引入均衡电路，所采用的电池监控芯片的 S 端口提供电压控制该路 MOS-FET的开关，根据放电电流的大小来选择合适的均衡电阻R1和R2，同时并联发光二极管D2。
3.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：***的控制模块主要负责接收并处理采样模块采集到的信息，向***其他模块发送命令，以及同上位机进行通信。
4.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：所述控制模块选用了智能芯片STM32主控芯片作为微控单元，控制模块根据采样模块传回的数据，经过处理得到的需要的信息，估算SOC与SOH，选择均衡策略和充放电的控制。
5.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：SOC估算，基于对电流及电压的直接测量，安时法的计算公式如下：
式中，i为一段时间t0 -t内的充、放电的工作电流，Q(t)为一段时间t0 -t内工作电流作用的累计电荷与电池额定容量的比值，Qrated为电池的额定容量，η为库伦效率，SoC(t0)为上一时刻t0 的剩余电量，SoC(t)为当前时刻t的剩余电量。
6.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：SOH估算，
（3），式中，I为充放电电流，T为电池温度，SOH(t 0 )为电池初始的健康状态。
7.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于：动力转换模块采用MC33904 芯片可以将整车电源提供的 12 V 电压转化为3.3V的电压，以控制模块供电。
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