CN106980041A

CN106980041A - 一种电池管理系统的电流采集方法

Info

Publication number: CN106980041A
Application number: CN201710208664.0A
Authority: CN
Inventors: 李珣; 黄勇; 代高强
Original assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-07-25

Abstract

本发明涉及蓄电池管理技术，其公开了一种电池管理系统的电流采集方法，在硬件成本不增加的情况下，通过软件方式提高充放电电流采集精度。该方法包括以下步骤：a.对霍尔电压U_h‑映射电流I_o特性曲线进行分段；b.根据分段区间，求取各段增益系数；c.根据当前电压输出值求取对应电流值；d.判断是否需要进行温度校正，若需要进行温度校正，则在考虑电流测量器件的温度漂移系数的情况下进行温度校正，若不需要进行温度校正，则将步骤c求取的对应电流值作为输出值。本发明适用于提高电池充放电电流采集精度。

Description

一种电池管理系统的电流采集方法

技术领域

本发明涉及蓄电池管理技术，特别涉及一种电池管理系统的电流采集方法。

背景技术

日益严峻的环境污染和能源危机，加速了电池组及其管理系统(BMS)的技术发展步伐。

BMS的主要功能是对电池组的工作状态进行实时监控。电池充放电电流的采集是其中一项关键内容。采集值准确与否不仅与电池的过充过放监控判定密切相关，更直接关系到电池组剩余容量(SOC)的估算精度。所以，提高电流采集精度对BMS的整体性能而言意义重大。

在BMS系统中，不论是采用分流电阻、电流互感器，还是目前最常用到的开环霍尔传感器进行电流检测，都是先将待测电流信号转换成电压信号U_h，再经系统内微处理器的模数转换(ADC)模块和软件处理，得出该电压对应的电流值。

电流测量的精度，除了和传感器件的性能及ADC分辨率有关外，还和软件处理算法相关。在器件和ADC模块分辨率不变的情况下，软件处理算法的优劣直接影响到电流的采集精度。

目前常用的电流采集处理方法是：以霍尔传感器的固定比例系数，对电压U_h进行固定斜率比值换算，得出其对应的电流值。该方法简单易行，但精度有限。

事实上，霍尔传感器件的输出会受其铁芯非线性的影响，使得副边输出的U_h和原边对应的输入电流并非完全呈现固定斜率的线性关系。实际使用中，霍尔器件还会因外界温度影响而产生温漂。若未充分考虑器件的温漂及非线性误差，则势必影响电流的采集精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种电池管理系统的电流采集方法，在硬件成本不增加的情况下，通过软件方式提高充放电电流采集精度。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种电池管理系统的电流采集方法，包括以下步骤：

a.对霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线进行分段；

b.根据分段区间，求取各段增益系数；

c.根据当前电压输出值求取对应电流值；

d.判断是否需要进行温度校正，若需要进行温度校正，则在考虑电流测量器件的温度漂移系数的情况下进行温度校正，若不需要进行温度校正，则将步骤c求取的对应电流值作为输出值。

作为进一步优化，步骤a中，所述霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线由厂家提供，或者由用户自测，若用户自测，则通过霍尔传感器件测量U_h-I_o数据，并绘制特性曲线。

作为进一步优化，步骤a中，在对特征曲线进行分段之前，还包括：

初始化分段区间及温度校正临界参数。

作为进一步优化，步骤a中，根据特性曲线，按线性度变化结合精度要求，分为n段，每段区间为[(U₀，I₀)，(U₁，I₁)]、[(U₁，I₁)，(U₂，I₂)]、[(U₂，I₂)，(U₃，I₃)]、……[(U_n-1，I_n-1)，(U_n，I_n)]，测试精度要求越高，则分段数n越大。

作为进一步优化，步骤b中，根据分段区间采用下列公式求取各段增益系数：

其中，U_n、I_n分别为第n段区间的终点电压、电流值，U_n-1为第n段区间的起点电压值。

作为进一步优化，步骤c中，采用ADC模块经多次采集及均值滤波后获得当前电压输出值U_x，然后采用段内线性插值算法公式，求出对应的电流I_x：

其中，U_n、I_n分别为(U_x，I_X)所在分段区间的终点电压、电流值；U_n-1、I_n-1分别为(U_x，I_X)所在区间的起点电压、电流值。

或者，采用段内增益系数法，由下列公式求出U_x对应的电流I_x：

作为进一步优化，步骤d具体包括：

根据当前电池箱内温度t_c进行判断，若t_c低于所设的低温阈值T_low，则用下式进行低温校正：

I_x＝I_x-(T_low-t_c)*T_dr

若t_c高于所设的高温阈值T_high，则用下式进行高温校正：

I_x＝I_x+(t_c-T_high)*T_dr

其中，T_dr为所用电流测量器件的温漂系数；

若当前温度处于T_low和T_high间，则不需要进行温度校正。

本发明的有益效果是：

充分考虑到电流采集器件的温漂及线性度变化的特点，利用分段线性插值法，配合温度校正，可在硬件成本不增加、软件算法易实现的情况下，有效提高BMS对电池充放电电流的采集精度。

附图说明

图1为本发明实施例中的电池管理系统的电流采集方法流程图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种电池管理系统的电流采集方法，在硬件成本不增加的情况下，通过软件方式提高充放电电流采集精度。本发明中所述的电流采集方法是一种结合温度补偿的分段线性插值和分段增益系数算法，既不会过量加大软件复杂度，又能有效提高充放电电流的采集精度，进而实现BMS对电池过充过放状态的准确判定和电池容量的精确估算，从而提高系统的整体性能。

如图1所示，本实施例中的电池管理系统的电流采集方法包括以下步骤：

1、初始化分段区间及温度校正临界参数，对霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线进行分段：

在本步骤中，由于需要对曲线进行分段，因而需要设置分段曲线，此外，在本发明中考虑了电流采集器件的温度漂移系数，从而根据温度值进行校正，因而也需要设置温度校正临界参数。

所述霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线由厂家提供，或者由用户自测，若用户自测，则通过霍尔传感器件测量U_h-I_o数据，并绘制特性曲线。

然后，根据特性曲线，按线性度变化结合精度要求，分为n段，每段区间为[(U₀，I₀)，(U₁，I₁)]、[(U₁，I₁)，(U₂，I₂)]、[(U₂，I₂)，(U₃，I₃)]、……[(U_n-1，I_n-1)，(U_n，I_n)]，测试精度要求越高，则分段数n越大。

2、计算各段增益系数：

在本步骤中，根据分段区间采用下列公式求取各段增益系数：

3、获得当前霍尔输出电压U_x、当前箱体温度t_c：

在本步骤中，采用ADC模块经多次采集及均值滤波后获得当前电压输出值U_x，并采用温度传感器检测获得当前箱体温度t_c。

4、根据当前电压输出值求取对应电流值：

在本步骤中，可以采用段内线性插值算法公式，求出对应的电流I_x：

5、判断是否需要进行温度校正，若需要进行温度校正，则在考虑电流测量器件的温度漂移系数的情况下进行温度校正，若不需要进行温度校正，则将步骤c求取的对应电流值作为输出值：

在本步骤中，根据当前电池箱内温度t_c进行判断，若t_c低于所设的低温阈值T_low，则用下式进行低温校正：

I_x＝I_x-(T_low-t_c)*T_dr

若t_c高于所设的高温阈值T_high，则用下式进行高温校正：

I_x＝I_x+(t_c-T_high)*T_dr

其中，T_dr为所用电流测量器件的温漂系数。

若当前温度处于T_low和T_high间，则不需要进行温度校正。

以下针对某品牌电动汽车所用BMS为例进行具体阐释：

该系统所用开环霍尔电流传感器的原边额定输入电流为600A，T_dr为0.06A/℃，副边输出电压范围为1506～3500mV，工作温度区间为-25～+85℃，T_low设为0℃，T_high设为55℃：

1、根据实测的U_h-I_o数据绘制出特性曲线，在两个较明显的拐点处将曲线分为三段线性区间：[(1506，-600)，(2086，-250)]、[(2086，-250)，(2919，250)]、[(2919，250)，(3500，600)]。

2、计算各段增益系数：

G₁＝1.6571

G₂＝1.666

G₃＝1.66

3、通过系统MCU内部的12bit ADC转换模块，由18次连续采集并经均值滤波后，获得当前霍尔器件的输出电压为2751mV，处于第二段线性区间，则利用段内线性插值法求得对应的电流为：

I_x＝149.1597A

或者，利用段内增益系数法求得的电流为：

I_x＝149.1597A

4、进行温度校正判断：由系统温度采集模块得到当前电池箱内温度为12℃，经过判断，其不在温度校正区间，因此不必进行温度校正，可直接得到电流值为149.1597A。

Claims

1.一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.对霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线进行分段；

b.根据分段区间，求取各段增益系数；

c.根据当前电压输出值求取对应电流值；

2.如权利要求1所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤a中，所述霍尔电压U_h-映射电流I_o特性曲线由厂家提供，或者由用户自测，若用户自测，则通过霍尔传感器件测量U_h-I_o数据，并绘制特性曲线。

3.如权利要求2所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤a中，在对特征曲线进行分段之前，还包括：

初始化分段区间及温度校正临界参数。

4.如权利要求3所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤a中，根据特性曲线，按线性度变化结合精度要求，分为n段，每段区间为[(U₀，I₀)，(U₁，I₁)]、[(U₁，I₁)，(U₂，I₂)]、[(U₂，I₂)，(U₃，I₃)]、……[(U_n-1，I_n-1)，(U_n，I_n)]，测试精度要求越高，则分段数n越大。

5.如权利要求4所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤b中，根据分段区间采用下列公式求取各段增益系数：

G_{n} = \frac{U_{n} - U_{n - 1}}{I_{n} - I_{n - 1}}

6.如权利要求5所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤c中，采用ADC模块经多次采集及均值滤波后获得当前电压输出值U_x，然后采用段内线性插值算法公式，求出对应的电流I_x：

I_{x} = \frac{[I_{n - 1} * (U_{n} - U_{x}) + I_{n} * (U_{x} - U_{n - 1})]}{U_{n} - U_{n - 1}}

7.如权利要求5所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，采用段内增益系数法，由下列公式求出U_x对应的电流I_x：

I_{x} = \frac{U_{x} - U_{n - 1}}{G_{n}} + I_{n - 1} .

8.如权利要求6或7所述的一种电池管理系统的电流采集方法，其特征在于，步骤d具体包括：

I_x＝I_x-(T_low-t_c)*T_dr

若t_c高于所设的高温阈值T_high，则用下式进行高温校正：

I_x＝I_x+(t_c-T_high)*T_dr

其中，T_dr为所用电流测量器件的温漂系数；

若当前温度处于T_low和T_high间，则不需要进行温度校正。