CN105223405B - 电池管理系统的数据存储频率的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池管理系统的数据存储频率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，使电池组全工况试运行，使电池管理系统以设计最高存储频率存储所述电池组的总电流和总电压，以设计的一般存储频率存储单体电压；步骤二，对所述电池组的总电流信号中动态最大的一段电流信号进行截取；步骤三，对所述步骤二截取的所述电流信号进行快速傅里叶变换；步骤四，采用试错法舍弃所述步骤三的计算结果中低幅值的高频电流成分；步骤五，利用采样定理确定所述电池管理系统的最佳存储频率；步骤六，将所述电池管理系统的存储频率调整为所述最佳存储频率，用于所述电池组实际运行时的数据存储。
Description
技术领域
本发明涉及电池储能领域，特别涉及一种确定电池管理系统电压电流存储频率的方法。
背景技术
电池管理系统(battery management system,BMS)对电池组的运行至关重要，良好的BMS具有如下功能：电池参数检测；电池状态估计；在线故障诊断；电池安全控制与报警；充电控制；电池均衡；热管理；以及信息存储。
在上述功能中，电池参数检测是其他功能的基础，其他所有功能的良好运行都必须依靠电池参数检测功能。而参数检测功能中总电压、总电流和单体电压检测是BMS运行的基础。电池参数检测所得到的电压和电流等信号可以通过信息存储功能进行存储，以进行离线分析。离线数据的存储有利于了解实际工况下的电池组性能与衰减、电池组工况和充电策略等一系列问题。特别地，存储数据的分析可以为电动汽车或其他储能设备的开发提供较准确的运行情况，并以期改进，同时对故障的处理提供数据支持。
然而，电池数据的存储通常需要占用海量的存储空间，原因主要有以下几方面：(1)从数据存储量看，对于成千上万个串联单体组成的电池组，除了总电压总电流外，每节单体的电压都需要分别测量和存储，甚至每节单体的温度也需要存储；(2)从存储时间看，即使是调试开发阶段也至少以月计算，而对于实车，存储时间长度可能需要以年来计算；(3)从数据存储频率上看，由于电池组经常处于动态工作阶段，因此需要有较快的存储频率。由于目前的BMS常采用分布式控制系统，因此数据存储必须通过网络通讯进行，如汽车上常用的CAN网络或工业上常用的RS485等，因受限于网络通讯速率，即使采用专有的通讯网络进行数据存储，成百上千个信号平均采用4Hz的存储频率已接近网络数据承载能力的极限。
由于存储信号的数量和存储的时间是电池组的系统需求，所以无法改变，因此只能通过调整数据存储的频率来减少数据存储占用空间。通常采用1Hz的存储频率，而一些更大的电池组或存储时间更长的电池组，除了增加存储空间外，通常采用降低存储频率的方式。然而，降低存储频率的做法可能带来存储信号的失真问题。如何选择最佳的存储频率，在保证BMS存储信号不失真的条件下最大程度地减少存储空间是亟需解决的工程问题。
发明内容
本发明是针对上述问题进行的，目的在于提供一种既可保证存储信号不失真，又可最大程度地减少存储空间的BMS存储频率的确定方法。
本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案：
本发明提供一种电池管理系统的数据存储频率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，使电池组全工况试运行，使电池管理系统以设计最高存储频率存储电池组的总电流和总电压，以设计的一般存储频率存储单体电压；步骤二，对电池组的总电流信号中动态最大的一段电流信号进行截取；步骤三，对步骤二截取的电流信号进行快速傅里叶变换；步骤四，采用试错法舍弃步骤三的计算结果中低幅值的高频电流成分，对计算结果进行傅里叶逆变换，将傅里叶逆变换计算结果与步骤二截取的电流信号进行对比，避免傅里叶逆变换后信号严重失真，得到需要保留的最高电流频率信号；步骤五，利用采样定理，根据步骤四获得的最高电流频率信号确定电池管理系统的最佳存储频率；步骤六，将电池管理系统的存储频率调整为最佳存储频率，用于电池组实际运行时的数据存储，其中，进行快速傅里叶变换时，不考虑步骤二截取的电流信号的平均值，且分析频率最大值为设计最高存储频率的一半。
进一步，本发明所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中截取总电流信号中动态最大的一段电流信号的方法如下：记总电流为I，设计最高存储频率为fmax，则得到电流信号序列为
I(t)＝[I(1/fmax)I(2/fmax)I(3/fmax)...I(n/fmax)] (1)，
将电流信号序列作如下运算：
式中|*|为求绝对值运算，式(2)的运算得到信号序列dI(t)，记截取的时间长度为Ts，则
当式(3)取最大值时，从i/fmax至i/fmax+Ts的时间窗口的电流信号即为动态最大的一段电流信号。
另外，本发明所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤五中采用香农采样定理确定电池管理系统的最佳存储频率。
发明的作用与效果
根据本发明所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，因为对电池组全工况试运行的电流信号截取动态最大的一段电流信号，进行快速傅里叶变换后，采用试错法舍弃低幅值的高频电流成分，然后进行傅里叶逆变换，确定需要保留的最高电流频率信号，最后利用采样定理确定电池管理系统的最佳存储频率，因此该方法可以在保证存储信号不失真的情况下确定电池管理系统的最佳存储频率，而且最大程度地减少存储空间。
附图说明
图1是实施例的电池管理系统的数据存储频率的确定方法的流程图；
图2是实施例的电流信号动态计算结果；
图3是实施例所截取的动态最大的电流区间；
图4是实施例所截取的电流区间的动态电流除平均值后的傅里叶变换结果；
图5是实施例中选择舍弃的高频电流成分为大于0.6Hz时，傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比图；以及
图6是实施例中选择舍弃的高频电流成分为大于0.7Hz时，傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法作详细阐述。
<实施例>
图1是实施例的电池管理系统的数据存储频率的确定方法的流程图。
如图1所示，本实施例的电池管理系统(BMS)的数据存储频率的确定方法包括以下步骤：
步骤S-1，使电池组全工况试运行，使BMS以设计最高存储频率存储电池组的总电流和总电压，以设计的一般存储频率存储单体电压。
在本实施例中，BMS的设计最高存储频率为fmax＝4Hz，且需要保证电池组试运行工况可以覆盖电池组的全工况。
步骤S-2，对电池组的总电流信号中动态最大的一段电流信号进行截取。截取方法如下：
记BMS存储的总电流为I，则得到电流信号序列：
I(t)＝[I(1/fmax)I(2/fmax)I(3/fmax)...I(n/fmax)] (1)，
对电流信号作如下运算：
式中|*|为求绝对值运算，式(2)的运算得到信号序列dI(t)，记截取的时间长度为Ts，则
当式(3)取最大值时，从i/fmax至i/fmax+Ts的时间窗口的电流信号即为动态最大的一段电流信号。
图2是实施例的电流信号动态计算结果。
图3是实施例所截取的动态最大的电流区间。
在本实施例中，取Ts＝60s，按照以上公式对电流信号进行计算，得到的结果如图2所示。由图2可见，当时间为715s时，式(3)取得最大值，因此715～775s的时间段内电池组处于动态最大的阶段。该阶段的电流信号如图3所示。
步骤S-3，对步骤S-2所截取的电流信号进行快速傅里叶变换。
图4是实施例所截取的电流区间的动态电流除平均值后的傅里叶变换结果。
进行快速傅里叶变换时，不考虑所选时间窗口下电流信号的平均值，且分析频率最大值是设计最高存储频率fmax的一半。在本实施例中，分析频率最大值为2Hz，在不考虑电流信号平均值的情况下，得到的快速傅里叶变换分析结果如图4所示。
步骤S-4，采用试错法舍弃低幅值的高频电流成分。对步骤S-3得到的结果进行傅里叶逆变换，然后与原始信号进行对比，确定需要保留的最高电流频率ft。
图5是实施例中选择舍弃的高频电流成分为大于0.6Hz时，傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比图；
图6是实施例中选择舍弃的高频电流成分为大于0.7Hz时，傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比图。
在本实施例中，当选择舍弃的高频电流成分为大于0.6Hz时，其傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比如图5所示，可见信号在150s左右发生了比较严重的失真。
当选择舍弃的高频电流成分为大于0.7Hz时，其傅里叶逆变换后的信号与原始信号的对比如图6所示。可见傅里叶逆变换后得到的复原信号很大程度地接近原始信号。即，在本实施例中，ft＝0.7Hz。
步骤S-5，利用采样定理确定BMS最佳存储频率。
在本实施例中，采用香农采样定理确定BMS的最佳存储频率。最佳存储频率fs＝2ft＝1.4Hz，即采样周期为0.7s。
步骤S-6，将BMS的存储频率调整为fs，用于实际电池组运行时的数据存储。
实施例的作用与效果
根据本实施例所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，因为对电池组全工况试运行的电流信号截取动态最大的一段电流信号，进行快速傅里叶变换后，采用试错法舍弃低幅值的高频电流成分，然后进行傅里叶逆变换，确定需要保留的最高电流频率信号，最后利用香农采样定理确定电池管理系统的最佳存储频率，因此该方法可以通过电池组的电流工况分析确定电池总电压、总电流和单体电压的最佳存储频率，既保证存储信号不失真，又能够最大程度地减少存储空间。
当然，本发明所提供的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，并不仅仅限定于以上实施例中所述的内容，以上仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种电池管理系统的数据存储频率的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，使电池组全工况试运行，使电池管理系统以设计最高存储频率存储所述电池组的总电流和总电压，以设计的一般存储频率存储单体电压；
步骤二，对所述电池组的总电流信号中动态最大的一段电流信号进行截取；
步骤三，对所述步骤二截取的所述电流信号进行快速傅里叶变换；
步骤四，采用试错法舍弃所述步骤三的计算结果中低幅值的高频电流成分，对所述计算结果进行傅里叶逆变换，将所述傅里叶逆变换计算结果与所述步骤二截取的所述电流信号进行对比，避免所述傅里叶逆变换后信号严重失真，得到需要保留的最高电流频率信号；
步骤五，利用采样定理，根据所述步骤四获得的所述最高电流频率信号确定所述电池管理系统的最佳存储频率；
步骤六，将所述电池管理系统的存储频率调整为所述最佳存储频率，用于所述电池组实际运行时的数据存储，
其中，进行所述快速傅里叶变换时，不考虑所述步骤二截取的所述电流信号的平均值，且分析频率最大值为所述设计最高存储频率的一半。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统的数据存储频率的确定方法，其特征在于：
其中，所述步骤二中截取所述总电流信号中动态最大的一段电流信号的方法如下：
记所述总电流为I，所述设计最高存储频率为fmax，则得到电流信号序列为
I(t)＝[I(1/fmax)I(2/fmax)I(3/fmax)...I(n/fmax)] (1)，
将所述电流信号序列作如下运算：
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