CN105527577B - 基于电能计量的电池管理系统、平均电流及安时数计算方法 - Google Patents

基于电能计量的电池管理系统、平均电流及安时数计算方法 Download PDF

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    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements

Abstract

本发明涉及一种基于电能计量的电池管理系统、平均电流及安时数计算方法，包括：与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)的电流变送模块；电压通道接入一恒定直流电压U、电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)、用于计算预设时间周期T内的能量值E的电能计量模块；以1/预设时间周期T的频率读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应预设时间周期T内的平均电流I(T)及根据平均电流I(T)计算安时数AH(T)的主控模块。本发明能精确获得平均电流，且通过电能计量模块计算平均电流，大大减轻了主控模块CPU的负担，进而显著提高电池管理系统的性能。

Description

基于电能计量的电池管理系统、平均电流及安时数计算方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理系统技术领域，具体涉及基于电能计量的电池管理系统、平均电流及安时数计算方法。
背景技术
目前世界很多国家都在推广新能源汽车。我国在政府利好政策的推动下，新能源汽车得到了快速的发展。而动力系统的电池是新能源汽车的核心部件，因此电动汽车电池的安全性对于整车至关重要。电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)，是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等。电池状态的估计包括了对电池剩余电量(State of Charge，SOC)的估算。而SOC的估算，目前最常用的方法是安时积分法。但电动汽车的电流变化快，采用安时积分法需要较高的电流采集频率，因而大大增加了电池管理系统的CPU的负担，从而影响了电池管理系统的性能。
且目前的安时积分法由于对电流的采集的频率有限及对充放电安时的计算准确度受到限制，导致目前采用安时积分法计算SOC的精度较低。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种基于电能计量的电池管理系统。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于电能计量的电池管理系统，包括：
与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)的电流变送模块；
电压通道接入一恒定直流电压U、电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)、用于计算预设时间周期T内的能量值E的电能计量模块；
以1/预设时间周期T的频率读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应预设时间周期T内的平均电流I(T)的主控模块。
具体地，所述主控模块还根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数。
具体地，所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
本发明的另一目的是提供一种基于上述电池管理系统的平均电流计算方法。
一种基于上述电池管理系统的平均电流计算方法，包括以下步骤：
电流变送模块与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)；
电能计量模块的电压通道接入一恒定直流电压U；
电能计量模块的电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)；
电能计量模块根据直流电压U及实时电流信息i(t)计算预设时间周期T内的能量值E；
主控模块以1/预设时间周期T的频率f1读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)。
具体地，所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
具体地，所述根据能量值E计算对应周期T内的平均电流I(T)的步骤采用公式：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)。
具体地，所述增益(b)通过在实际使用中通过校准获得。
具体地，所述偏移量(a)通过在实际使用中通过校准获得。
本发明的再一目的是提供一种基于上述电池管理系统的安时数计算方法。
一种基于上述电池管理系统的安时数计算方法，包括以下步骤：
电流变送模块与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)；
电能计量模块的电压通道接入一恒定直流电压U；
电能计量模块的电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)；
电能计量模块根据直流电压U及实时电流信息i(t)计算预设时间周期T内的能量值E；
主控模块以1/预设时间周期T的频率f1读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)；
根据平均电流I(T)计算安时数AH(T)。
具体地，所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
具体地，所述根据能量值E计算对应周期T内的平均电流I(T)的步骤采用公式：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)。
具体地，所述根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数AH(T)的步骤采用公式：
AH(T)＝I(T)*T (3)。
具体地，所述增益(b)通过在实际使用中通过校准获得，所述偏移量(a)通过在实际使用中通过校准获得。本发明相比现有技术包括以下优点及有益效果：
(1)本发明通过电能计量模块根据输入的恒定直流电压和接收的电流信息计算规定时间周期T内的能量值E，并通过主控模块以1/预设时间周期T的频率读取电能计量模块的能量值E，根据能量值E计算预设时间周期T内的平均电流I(T)，能精确获得平均电流，且与现有的电池管理系统中通过主控模块计算电流相比，本发明通过电能计量模块计算平均电流，大大减轻了主控模块CPU的负担，进而显著提高电池管理系统的性能。
(2)通过根据能量值E计算预设时间周期T内的平均电流I(T)，再根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数，电池组的充放电安时数的计算更加精确，从而可大大提高电池组SOC的计算精度，可靠性更好。
(3)通过向电能计量模块的电压通道电能计量模块的满量程电压Umax，进一步提高平均电流I(T)的计算准确度，同时进一步提高安时数AH(T)的计算精度，进而可进一步提高SOC值的计算精度。
附图说明
图1为实施例1中基于电能计量的电池管理系统的原理图；
图2为实施例2中基于电能计量的平均电流计算方法的流程图；
图3为实施例3中基于电能计量的充放电安时数计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种基于电能计量的电池管理系统，包括：电流变送模块、电能计量模块及主控模块。
所述电流变送模块与电池组信号连接，并采集电池组的实时电流信息i(t)。所述电能计量模块的电压通道接一恒定直流电压U。作为优选，该恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax；电能计量模块的电流通道与电流变送模块的输出端连接，用于接收电流变送模块所采集的实时电流信息i(t)。所述电能计量模块以采样频率f2从实时电流信息i(t)中采样电池组的离散电流信息In。所述采样频率f2可以根据实际要求进行调整，如设置为f2＝4000次/秒。
所述电能计量模块根据所接收的电压值Umax和离散电流信息In计算预设时间周期T内的能量值E，其中能量值E的计算公式为：
E＝Umax*I1+Umax*I2+……+Umax*In (1)
其中，n为周期T内电能计量模块采集电流的次数。
所述主控模块以频率f1(f1＝1/预设时间周期T)读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)。根据能量值E计算平均电流I(T)的计算公式为：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)
其中，所述增益(b)和偏移量(a)可通过在实际使用中通过校准获得。
所述主控模块还根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数。其中，根据平均电流I(T)计算安时数AH(T)的公式为：
AH(T)＝I(T)*T (3)
若计算多个时间周期T内的平均电流，可将每个时间周期T内计算的平均电流I(T)累加后再求平均。
所述主控模块还根据安时数AH(T)计算SOC，具体采用公式为：
SOC＝SOC0+η*AH(T)/CN (4)
其中，SOC0为电池组初始SOC，CN为电池组容量，η为充放电效率系数。
若计算经多个时间周期T后的SOC，可将每个时间周期T内计算的SOC值累加后再求平均，或可将每个时间周期T内计算的SOC值进行累加。
实施例2
如图2所示，一种基于上述电池管理系统的平均电流计算方法，预先设定电能计量模块采集电池组离散电流信息In的采样频率f2、计算平均电流的时间周期T及主控模块读取电能计量模块的能量值E的频率f1。所述平均电流计算方法还包括以下步骤：
S21电流变送模块采集电池组的实时电流信息i(t)。
S220电能计量模块的电压通道接收一恒定直流电压U。作为优选，该恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
S221电能计量模块的电流通道与电流变送模块连接，用于接收电流变送模块采集的电流信息i(t)并以采样频率f2从实时电流信息i(t)中采样电池组的离散电流信息In。所述采样频率f2可以根据实际要求进行调整，如设置为f2＝4000次/秒。
S222所述电能计量模块根据所接收的电压值Umax和离散电流信息In计算预设时间周期T内的能量值E，其中能量值E的计算公式为：
E＝Umax*I1+Umax*I2+……+Umax*In (1)
其中，n为周期T内电能计量模块采集电流的次数。
S23所述主控模块以频率f1(f1＝1/预设时间周期T)读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算预设时间周期T内的平均电流I(T)。
根据能量值E计算平均电流I(T)的计算公式为：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)
其中，所述增益(b)和偏移量(a)可通过在实际使用中通过校准获得。所述预设时间周期T可根据实际需要进行调整，在本实施例中所述预设时间周期T为1s。所述频率f1为1次/s。
实际应用中，所述主控模块可将计算所得的平均电流I(T)发送到整车中进行输出显示或传输至其他外界设备中。
实施例3
如图3所示，一种基于上述电池管理系统的安时数计算方法，预先设定电能计量模块采集电池组电流信息的采样频率f2、计算平均电流的时间周期T及主控模块读取电能计量模块的能量值E的频率f1。所述安时数计算方法还包括以下步骤：
S31电流变送模块采集电池组的电流信息i(t)。
S320电能计量模块的电压通道接收一恒定直流电压U。作为优选，该恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
S321电能计量模块的电流通道与电流变送模块连接，用于接收电流变送模块采集的电流信息i(t)并以采样频率f2从实时电流信息i(t)中采样电池组的离散电流信息In。所述采样频率f2可以根据实际要求进行调整，如设置为f2＝4000次/秒。
S322所述电能计量模块根据所接收的电压值Umax和离散电流信息In计算预设时间周期T内的能量值E，其中能量值E的计算公式为：
E＝Umax*I1+Umax*I2+……+Umax*In (1)
其中，n为周期T内电能计量模块采集电流的次数。
S33所述主控模块以频率f1(f1＝1/预设时间周期T)读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)。
根据能量值E计算平均电流I(T)的计算公式为：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)
其中，所述增益(b)和偏移量(a)可通过在实际使用中通过校准获得。所述预设时间周期T可根据实际需要进行调整，在本实施例中所述预设时间周期T为1s。所述频率f1为1次/s。
S34所述主控模块根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数，具体采用公式：
AH(T)＝I(T)*T (3)
若计算多个时间周期T内的平均电流，可将每个时间周期T内计算的平均电流I(T)累加后再求平均。
实际应用时，所述主控模块还可根据安时数AH(T)计算SOC，具体采用公式为：
SOC＝SOC0+η*AH(T)/CN (4)
其中，SOC0为电池组初始SOC，CN为电池组容量，η为充放电效率系数。
若计算经多个时间周期T后的SOC，可将每个时间周期T内计算的SOC值累加后再求平均，或可将每个时间周期T内计算的SOC值进行累加。
实际应用中，所述主控模块可将计算所得的平均电流I(T)、安时数AH(T)、SOC值发送到整车中进行输出显示或传输至其他外界设备中。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电能计量的电池管理系统，其特征在于，包括：
与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)的电流变送模块；
电压通道接入一恒定直流电压U、电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)、用于计算预设时间周期T内的能量值E的电能计量模块；
所述电能计量模块从实时电流信息i(t)中采样电池组的离散电流信息In；所述电能计量模块根据直流电压U和离散电流信息In计算预设时间周期T内的能量值E；
以1/预设时间周期T的频率读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应预设时间周期T内的平均电流I(T)的主控模块。
2.根据权利要求1所述的基于电能计量的电池管理系统，其特征在于：所述主控模块还根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数。
3.根据权利要求1所述的基于电能计量的电池管理系统，其特征在于：所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
4.一种基于电能计量的平均电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
电流变送模块与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)；
电能计量模块的电压通道接入一恒定直流电压U；
电能计量模块的电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)；
电能计量模块根据直流电压U及实时电流信息i(t)计算预设时间周期T内的能量值E；所述电能计量模块从实时电流信息i(t)中采样电池组的离散电流信息In；所述电能计量模块根据直流电压U和离散电流信息In计算预设时间周期T内的能量值E；其中能量值E的计算公式为：
E＝Umax*I1+Umax*I2+……+Umax*In (1)；
主控模块以1/预设时间周期T的频率f1读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)。
5.根据权利要求4所述的基于电能计量的平均电流计算方法，其特征在于：所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
6.根据权利要求5所述的基于电能计量的平均电流计算方法，其特征在于：所述根据能量值E计算对应周期T内的平均电流I(T)的步骤采用公式：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)。
7.根据权利要求6所述的基于电能计量的平均电流计算方法，其特征在于：所述增益(b)通过在实际使用中通过校准获得，所述偏移量(a)通过在实际使用中通过校准获得。
8.一种基于电量计量的安时数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
电流变送模块与电池组信号连接，采集电池组的实时电流信息i(t)；
电能计量模块的电压通道接入一恒定直流电压U；
电能计量模块的电流通道接收电流变送模块采集的实时电流信息i(t)；
电能计量模块根据直流电压U及实时电流信息i(t)计算预设时间周期T内的能量值E；
主控模块以1/预设时间周期T的频率f1读取电能计量模块的能量值E，并根据能量值E计算对应时间周期T内的平均电流I(T)；
所述根据能量值E计算对应周期T内的平均电流I(T)的步骤采用公式：
I(T)＝E*增益(b)+偏移量(a) (2)；
根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数。
9.根据权利要求8所述的基于电能计量的安时数计算方法，其特征在于：所述电能计量模块的电压通道接入的恒定直流电压U为电能计量模块的满量程电压Umax。
10.根据权利要求9所述的基于电能计量的安时数计算方法，其特征在于：
根据平均电流I(T)计算电池组的充放电安时数AH(T)的步骤采用公式：
AH(T)＝I(T)*T (3)。
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