CN103415778A - 具有并联的多个电池组的soc校正系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种多个电池组的并联结构SOC校正系统，具有串联连接的电池的多个子组并联连接，该系统包括：子电池管理系统（BMS），该子电池管理系统连接至每个子组以计算子组的每个SOC；和主BMS，该主BMS连接至每个该子BMS以收集在每个该子BMS中计算的SOC并且将最终SOC发送至车辆控制器，其中当针对子组的每个SOC的平均SOC小于50%时，该主BMS确定该子组的SOC中的最小值为最终SOC，并且当针对该子组的每个SOC的平均SOC为50%或更大时，该主BMS确定该子组的SOC中的最大值为最终SOC。

Description

具有并联的多个电池组的SOC校正系统
技术领域
本发明涉及一种具有并联的多个电池组的荷电状态（State Of Charge,SOC）校正系统，并且更具体涉及一种具有并联的多个电池组的SOC校正系统，该校正系统解决当由于电池（cell）电压感测错误而造成的电压值指示大约0至0.5V时子组的电动势总和降低的问题，解决存在最终SOC被校正得低而使得不可能进行能量消耗的错误的问题，和解决由SOC错误值控制车辆控制器以引起多个电池组的不平衡、以及由于多个电池组的并联结构而造成的SOC宽度被显著加宽的问题。
背景技术
采用将汽油和重油用作主要燃料的内燃机的车辆引起了太多包括空气污染的污染。最近，许多努力被投入到开发电动汽车或混合动力汽车（HEV）中，以减少环境污染。
近来，发展出一种使用高能量消耗密度的非水液体电解质的大功率蓄电池。多个高功率蓄电池串联连接，以形成能够被用在需要高功率以驱动马达的设备例如电动汽车中的高容量蓄电池。
如上文所述，一种在下文中被称为“电池”的高容量蓄电池通常由许多串联连接的电池形成。在电池的情况下，特别是在用于HEV的电池情况下，因为多个或数十个电池交替执行充电和放电，所以要求被管理以通过控制充电和放电来维持正确的运行状态。
因此，电池管理系统（BMS）管理电池的一般状态。该BMS通过检测电池的电压、电流和温度经由操作来估计荷电状态（SOC），并且控制电池的SOC使得车辆具有最好的燃料效率。充电和放电电池需要被准确测量以精确控制SOC。
作为现有技术的“a method for resetting soc of a secondary battery module(一种用于重置蓄电池模块的SOC的方法)”被公开在韩国专利申请No.2005-0061123（20005年07月07日提交）中。
现有技术提供一种用于重置蓄电池模块的SOC的方法，该方法包括：在运行期间测量电池模块的温度值、电压值和电流值以准确计算电池的SOC；基于测量到的值计算初始SOC；求电流的积分；基于电流的积分值计算实际SOC；检查电池模块是否处在空载状态中；当电池模块处于空载状态中时，检查该实际SOC是否处在可通过对电流积分而测量的设置范围内；以及当该实际SOC处于该设置的范围外时，测量电压值并且基于测量到的电压值计算SOC。
通常，在短期中错误不太发生在SOCi中。然而，如图1所示的，因为错误趋于被连续积分，所以在电池长期运行的情况下，可发生大量错误。被积分的错误主要当电池未被完全充电或放电时发生。这是因为由于CPU中的用于计算SOC的LBS数字的跳跃所造成的错误或者由自放电而使充电量的减少很大影响正确性。而且，SOC准确性极大地依靠电流测量传感器。因此，当在传感器中存在问题时，不可能校正错误。
另一方面，如图2所示的，在SOCv的情况下，通过电动势来测量SOC。这种测量方法在电流不流动时获得准确结果。
当电流流动时，在计算SOCv时的准确性依赖于电池的充电和放电模式。因此，根据充电和放电模式，SOC可能不太准确。因为影响SOCv准确性的充电和放电模式处于电池的一般使用范围内，所以只使用SOCv可能引起许多错误。
发明内容
技术问题
发明本发明以改善上文描述的现有技术，并且本发明的一个实施方式为提供一种具有并联的多个电池组的荷电状态（SOC）校正系统，该校正系统解决当由于电池电压感测错误而造成的电压值指示大约0～0.5V时子组的电动势总和降低的问题，解决存在最终SOC被校正得低而使得不可能进行能量消耗的错误的问题，以及解决车辆控制器由SOC错误值控制而引起多个电池组的不平衡、和由于多个电池组的并联结构而造成的SOC宽度被显著加宽的问题。
解决问题的技术方案
为实现本发明的实施方式，本发明提供一种以多个电池组的并联结构的荷电状态（SOC）校正系统，其中具有串联连接的电池的多个子组并联连接，包括：子电池管理系统（BMS），该子电池管理系统连接至该子组的每个以计算子组的每个SOC；和主BMS，该主BMS连接至子BMS的每个以收集在子BMS的每个中计算的SOC并且将最终SOC发送至车辆控制器，其中当针对子组的每个SOC的平均SOC小于50%时，该主BMS确定该子组的SOC中的最小值为最终SOC，并且当针对该子组的每个SOC的平均SOC为50%或更大时，该主BMS确定该子组的SOC中的最大值为最终SOC。
当由包括在子组的每个中的多个电压传感器感测到的电池电压为0.5或更少时，子BMS确定在对应的电压传感器中有感测错误。
子BMS计算由包括在子组的每个中的电压传感器之中的、没有感测错误的电压传感器所感测到的电池电压的总和；将电池电压的总和除以没有感测错误的电压传感器的数量，以获得一个电池电压，并基于该计算而计算对应的子组的SOC。
当由包括在子组的每个中的电压传感器感测到的电池电压为0.5V或更少时，子BMS将检查代码发送至主BMS并且该主BMS将检查代码发送至车辆控制器。
主BMS将作为最终SOC的变化率的校正比率应用到最终SOC以校正最终SOC被显著改变。
本发明有益效果
具有并联的多个电池组的SOC校正系统可以实现以下效果，其解决当由于电池电压感测错误而造成的电压值指示大约0～0.5V时子组的电动势总和降低的问题，解决存在最终SOC被校正得低而使得不可能进行能量消耗的错误的问题，以及解决车辆控制器由SOC错误值控制而引起多个电池组的不平衡、和由于多个电池组的并联结构而造成的SOC宽度被显著加宽的问题。
附图说明
本发明的上述和其他目的，特征以及优点将从以下与附图结合给出的优选实施方式的描述中变得明显，其中
图1是示出常规SOCi被设置为电池SOC的情况的曲线图。
图2是示出由常规SOCv校正电池SOC的情况的曲线图。
图3示出根据示例性实施方式的多个电池组的并联结构。
图4是描述在子电池管理系统（BMS）中的一种SOC计算程序的流程图。
图5是描述主BMS中的最终SOC计算程序的流程图。
图6示出当电池电压感测错误发生时，最终SOC操作的示例。
【主要元件的具体描述】
10to100:子组
110to200:子BMS
300：主BMS
具体实施方式
可以对本发明进行不同的修改并且本发明具有多个示例性实施方式。因此，详细的示例性实施方式将会在附图上被示例并且被具体描述。然而，显而易见的是，本发明并不限于以上示例性实施方式。将理解的是，在不偏离本发明的精髓和范围的情况下，可以由本领域技术人员进行本发明的详细描述的实施方式的要素的变型、等同和替代。
当提及任意组成元件“连接至”或“接触”另一个组成元件时，前者可以为直接连接至后者或与后者接触。否则，将会被理解为，任意其他组成元件可以存在在前者和后者之间。
另一方面，当提及任意组成元件“直接连接至”或“直接接触”另一个组成元件，将会理解为，在前者和后者之间没有组成元件。
提供本说明书中使用的术语来描述详细示例性实施方式，但是它们不是被提供来限制本发明的范围。除非简洁明显的意思被给到表述，否则单数包括复数。
在本申请中，将理解的是，术语“包括”或“具有”指示出在说明书中描述的特征、数字、过程、操作、组成元件、要素或它们的结合存在，但不排除其他特征、数字、过程、操作、组成元件、要素或它们的结合或附加可能性的存在。
除非另有限定，否则本文中使用的所有包括技术或科学术语的术语都具有如由本发明的本领域技术人员通常理解那样的相同意思。还将理解的是，在字典中被一般使用或定义的那些术语具有和相关技术中的词语上下文相同的意思。除非在本申请中清楚定义，否则它们不被理解为意识形态上的或过于正式的意思。
本发明的示例性实施方式将参考附图来具体描述。
图3显示根据示例性实施方式的多个电池组的并联结构。
图4是描述在子电池管理系统（BMS）中的一种SOC计算程序的流程图。
图5是描述主BMS中的最终SOC计算程序的流程图。
图6显示当电池电压感测错误发生时，最终SOC操作的示例。
在根据示例性实施方式的多个电池组的并联结构中，多个子组10至100如图3中所显示的并联连接。通过串联连接多个电池来形成该子组10至100中的每个。例如，该子组10至100的每个具有100个电池串联连接的构造。
子组10至100的每个包括通过测量对应的电池的电流、温度和电压来计算该子组10至100的每个SOC的子BMS110至200。
例如，第一子组10被连接至第一子BMS110以用于测量对应的子组10的SOC。第四子组40被连接至第四子BMS140以用于测量对应的子组40的SOC。子BMS110至200的每个SOC可以采用通过电流积分或电压校正的计算逻辑。
因此，在子BMS110至200中计算的每个SOC被传输至主BMS300。该主BMS300将最终SOC传输至车辆控制器，并且该控制器基于接收到的SOC将多个电池组排除。在步骤S510处该主BMS300开始计算从子BMS110至200发送的每个SOC并且在步骤S520处计算平均SOC。基于计算结果确定最终SOC（见图5）。
当在步骤S530处，针对子组10至100的每个SOC的平均SOC小于50%时，在步骤S550处，主BMS300确定子组10至100的SOC中的最小值为最终SOC。
当针对子组10至100的每个SOC的平均SOC为50%或更多时，在步骤S540处，主BMS300确定子组10至100的SOC中的最大值为最终SOC。
为了简单理解，假设子组和子BMS的数量被限制为4，并且主BMS从该四个子BMS接收51%、52%、53%和54%的SOC。因为SOC的平均值为52%，该值为高于50%的值，所以SOC51%、52%、53%和54%中的最大值54%被确定为最终SOC。
如上文所描述的，如果子组和子BMS的数量被限制为4，并且主BMS从该四个子BMS接收35%、51%、52%、和53%的SOC值，则因为SOC的平均值为小于50%的48%（见图6），所以SOC35%、51%、52%、和53%中最小值35%被确定为最终SOC。
根据本发明的SOC校正系统意图改善SOC计算错误和SOC错误，该SOC计算错误由于多个电池组的并联结构中的子BMS110至200的每个中的许多电池的电压感测错误而发生，该SOC错误在主BMS中基于SOC50%而改变。
在子BMS110至200的SOC计算中，没有电压感测错误的每个电池中测量的电池电压被相加并且电压由对应的子组10至100的电压形成的值来校正。
当由于电压传感器的失调而造成电池电压指示0-0.05V或更少时，在对应的子组10-100中的电压总和被改变以引起确定的最终SOC的错误和对应的子BMS110-200的SOC的错误。
例如，如果包括在第一子组10中的电压传感器中存在错误而改变该第一子组10的电压总和，则在基于总和而计算的第一子BMS110的SOC中发生错误，并且随后在最终SOC中发生错误。
为了解决问题，如图4中所示，在步骤S410处SOC计算开始，并且测量子组10至100的每个的电流，温度和电池电压。随后，当由包括在子组10至100中的多个电压传感器感测到的电池电压为0.5V或更少时，在步骤S430处，子BMS110至200确定在对应的电压传感器中有感测错误。
如上文所描述的，由于电池电压感测错误，子BMS110至200执行电压校正。该子BMS110至200计算由包括在子组10至100的每个中的电压传感器之中的、没有感测错误的电压传感器所感测的电池电压的总和。电池电压的总和除以没有感测错误的电压传感器的数量以获得一个电池电压。基于这种计算，在步骤S440和S450处计算对应的子组10至100的SOC。
当由包括在子组10至100的每个中的电压传感器感测到的电池电压为0.5V或更少时，在步骤S470处，子BMS110至200可以将检查代码发送至主BMS300并且主BMS300可以将检查代码发送至车辆控制器。
如上文所描述的，主BMS300基于图表中建议的SOC方程来计算最终SOC。存在如下问题：即，在SOC为50%的点处由于多个电池组的并联结构，在最终SOC中可能发生显著变化。SOC的变化率被逐渐地控制以为了减少该显著变化。
例如，如图6所示的，当由于第一子组10的电压传感器中的错误而造成第一子BMS110中计算的SOC从54%变化为35%时，在一个点处，最终SOC改变差不多19%。也就是说，因为51%、52%、53%和54%的平均值为52%，大于50%，所以54%被选为最大值，并且因为35%、51%、52%和53%的平均值为48%，小于50%，所以35%被选为最小值。%/100ms的校正比率可以被适用于最小化最终SOC的显著改变。因此，最终SOC可以以%/100ms的比率逐渐地从54%变化至35%。

Claims (5)

1.一种以多个电池组的并联结构的荷电状态（SOC）校正系统，具有串联连接的电池的多个子组10至100并联连接，所述系统包括：
子电池管理系统（BMS）110至200，所述子电池管理系统连接至子组10至100的每个以计算子组10至100的每个SOC；和
主BMS300，所述主BMS连接至子BMS110至200中的每个以收集在所述子BMS110至200的每个中计算的SOC并且将最终SOC发送至车辆控制器，
其中，当针对所述子组10至100的每个SOC的平均SOC小于50%时，所述主BMS300确定所述子组10至100的SOC中的最小值为最终SOC，并且
当针对所述子组10至100的每个SOC的平均SOC为50%或更大时，所述主BMS300确定所述子组10至100的SOC中的最大值为最终SOC。
2.根据权利要求1所述的SOC校正系统，其中，当由包括在所述子组10至100的每个中的多个电压传感器感测到的电池电压为0.5V或更少时，所述子BMS110至200确定在对应电压传感器中有感测错误。
3.根据权利要求1所述的SOC校正系统，其中，所述子BMS110至200计算由包括在所述子组10至100的每个中的电压传感器之中的、没有感测错误的电压传感器所感测到的电池电压的总和；将电池电压的总和除以没有感测错误的电压传感器的数量，以获得一个电池电压，并基于该计算而计算对应的子组10至100的SOC。
4.根据权利要求1所述的SOC校正系统，其中，当由包括在所述子组10至100的每个中的电压传感器感测到的电池电压为0.5V或更少时，所述子BMS100至200将检查代码发送至所述主BMS300并且所述主BMS300将所述检查代码发送至所述车辆控制器。
5.根据权利要求1所述的SOC校正系统，其中，所述主BMS300将作为最终SOC的变化率的校正比率应用到最终SOC以校正最终SOC被显著改变。
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