CN110979080A - 一种充电电压的bms自适应控制方法及系统 - Google Patents

一种充电电压的bms自适应控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充电电压的BMS自适应控制方法及系统。该方法包括：向充电机下发第一请求充电电压，第一请求充电电压小于最大可充电电压，充电机按第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；实时监测充电机的实际输出电压；确定充电机实际输出电压的最大值；计算实际输出电压的最大值与第一请求充电电压的相对误差率；预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；根据
Figure DDA0002328492510000011
计算最大请求充电电压，其中，Umax为最大可充电电压，ε为相对误差率；在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，第二请求充电电压小于或等于最大请求充电电压，充电机按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。本发明能够避免充电电压过高，保障汽车的安全充电。

Description

一种充电电压的BMS自适应控制方法及系统
技术领域
本发明涉及动力电池充电以及BMS控制领域，特别是涉及一种充电电压的BMS自适应控制方法及系统。
背景技术
随着新能源汽车的发展，动力电池安全性问题逐渐受到各方面的广泛关注，根据《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示，自2019年5月起，新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故，涉及车辆96辆，其中充电过程中由于充电电压过高而导致的安全事故比例较高。安全事故涉及到大量的人员伤亡和财产损失，一定程度上阻碍了新能源汽车的推广应用，因此充电时避免充电电压过高是新能源汽车发展过程中最急需解决的问题。
目前非车载传导式充电机由于可以实现大功率输出和保证快速充电，在市场投入使用方面占据着很大一部分，现阶段充电机的充电过程一般包括恒流充电阶段和恒压充电阶段。充电过程中，车载BMS系统会与充电机通过CAN总线实现实时通讯，确认充电状态同时发送充电电压、充电电流等参数。由于供电系统中存在波动，充电机滤波电路的限制，以及电动汽车电池作为一个大容量、非线性负载，自身也会影响充电电压，这使得充电机直流侧的输出电压存在波动，无法保证充电电压稳定在充电电压请求值，极易发生实际充电电压大于动力电池系统最大充电电压的现象，严重时可能会导致动力电池系统热失控。
发明内容
本发明的目的是提供一种充电电压的BMS自适应控制方法及系统，以避免过高的充电电压，保障汽车的安全充电。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种充电电压的BMS自适应控制方法，包括：
向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
根据
Figure BDA0002328492490000021
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
可选的，Uexp1＝0.5Umax，其中，Uexp1为所述第一请求充电电压。
可选的，所述确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值，具体包括：
构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
可选的，所述计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，具体包括：
根据
Figure BDA0002328492490000022
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
本发明还提供了一种充电电压的BMS自适应控制系统，包括：
恒压预充电控制模块，用于向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
实际输出电压监测模块，用于在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
实际输出电压最大值确定模块，用于确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
相对误差率计算模块，用于计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
恒流充电控制模块，用于所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
最大请求充电电压计算模块，用于根据
Figure BDA0002328492490000031
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
恒压充电控制模块，用于在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
可选的，Uexp1＝0.5Umax，其中，Uexp1为所述第一请求充电电压。
可选的，所述实际输出电压最大值确定模块，具体包括：
实际输出电压曲线构建单元，用于构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
包络线提取单元，用于采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
实际输出电压最大值确定单元，用于确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
可选的，所述相对误差率计算模块，具体包括：
相对误差率计算单元，用于根据
Figure BDA0002328492490000032
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的充电电压的BMS自适应控制方法及系统，设置了恒压预充电过程，在恒压预充电过程中确定充电机的实际输出电压与BMS下发的期望输出电压之间的相对误差率，并根据该相对误差率以及最大可充电电压，计算最大请求充电电压，最后，BMS向充电机下发小于等于所述最大请求充电电压的电压，充电机按该电压对汽车进行恒压充电。有效的保障了充电机的实际最大输出电压小于动力电池的最大可充电电压，从而保障了电动汽车充电过程的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中充电电压的BMS自适应控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例中充电电压的BMS自适应控制系统结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的第一方面提供了一种充电电压的BMS自适应控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101：向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
步骤102：在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
步骤103：确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
步骤104：计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
步骤105：所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
步骤106：根据
Figure BDA0002328492490000051
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
步骤107：在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
上述实施例中的第一请求充电电压可以为最大可充电电压的0.5倍。
在上述实施例的基础上，本实施例的步骤103，具体包括：
构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
在上述实施例的基础上，本实施例的步骤104，具体包括：
根据
Figure BDA0002328492490000052
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
下面以具体示例的方式对本发明进行解释说明：
(1)在充电过程开始后，车载BMS系统下发请求充电电压的报文，该请求充电电压为0.5Umax(即为最大可充电电压的50％)，进行短时的恒压预充电过程。在恒压预充电过程中，对充电机的直流侧输出电压进行实时监测并记录，得到充电电压的波动曲线，利用递归最小二乘法(RLS)进行充电电压包络线的提取，识别充电电压包络线的最大幅值Ureal-max。
(2)充电机性能参数计算
根据步骤(1)中的相关参数，可知充电机期望输出电压为：
Uexp1＝0.5Umax
充电机实际输出电压的最大值为：Ureal-max
因此，实际输出电压与期望输出电压的相对误差率为：
Figure BDA0002328492490000061
(3)BMS自适应控制过程
在短时的恒压预充电过程之后，开始常规的充电流程即首先进行恒流充电过程，当动力电池单体电压达到设定值后转换为恒压充电过程，直至充电电流减小到设定值以下，充电过程结束。在此过程中车载BMS需要根据步骤(2)中输出电压的相对误差率ε、动力电池箱最大可充电电压Umax进行恒压充电过程中电压参数的自适应调整，最终得到BMS下发的最大请求充电电压Uexp-max为：
Figure BDA0002328492490000062
这样可以有效地保证Ureal-max＜Umax即充电机的实际最大输出电压小于动力电池箱最大可充电电压，从而可靠地保证电动汽车充电过程中的安全性。
本发明的第二方面提供了一种充电电压的BMS自适应控制系统，如图2所示，该系统包括：
恒压预充电控制模块201，用于向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
实际输出电压监测模块202，用于在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
实际输出电压最大值确定模块203，用于确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
相对误差率计算模块204，用于计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
恒流充电控制模块205，用于所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
最大请求充电电压计算模块206，用于根据
Figure BDA0002328492490000072
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
恒压充电控制模块207，用于在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
上述实施例中的第一请求充电电压可以为最大可充电电压的0.5倍。
在上述实施例的基础上，本实施例中的实际输出电压最大值确定模块203，具体包括：
实际输出电压曲线构建单元，用于构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
包络线提取单元，用于采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
实际输出电压最大值确定单元，用于确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
在上述实施例的基础上，本实施例中的实际输出电压最大值确定模块204，具体包括：
相对误差率计算单元，用于根据
Figure BDA0002328492490000071
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种充电电压的BMS自适应控制方法，其特征在于，包括：
向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
根据
Figure FDA0002328492480000011
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
2.根据权利要求1所述的充电电压的BMS自适应控制方法，其特征在于，Uexp1＝0.5Umax，其中，Uexp1为所述第一请求充电电压。
3.根据权利要求1所述的充电电压的BMS自适应控制方法，其特征在于，所述确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值，具体包括：
构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
4.根据权利要求1所述的充电电压的BMS自适应控制方法，其特征在于，所述计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，具体包括：
根据
Figure FDA0002328492480000021
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
5.一种充电电压的BMS自适应控制系统，其特征在于，包括：
恒压预充电控制模块，用于向充电机下发第一请求充电电压，所述第一请求充电电压小于最大可充电电压，所述充电机用于按BMS下发的第一请求充电电压对电池进行恒压预充电；
实际输出电压监测模块，用于在所述恒压预充电过程中，实时监测所述充电机的实际输出电压；
实际输出电压最大值确定模块，用于确定所述恒压预充电过程中所述充电机实际输出电压的最大值；
相对误差率计算模块，用于计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率；
恒流充电控制模块，用于所述恒压预充电结束后，控制充电机对电池进行恒流充电；
最大请求充电电压计算模块，用于根据
Figure FDA0002328492480000022
计算最大请求充电电压Uexp-max，其中，Umax为所述最大可充电电压，ε为所述相对误差率；
恒压充电控制模块，用于在恒流充电结束后，向充电机下发第二请求充电电压，所述第二请求充电电压小于或等于所述最大请求充电电压，所述充电机用于按第二请求充电电压对电池进行恒压充电。
6.根据权利要求5所述的充电电压的BMS自适应控制系统，其特征在于，Uexp1＝0.5Umax，其中，Uexp1为所述第一请求充电电压。
7.根据权利要求5所述的充电电压的BMS自适应控制方法，其特征在于，所述实际输出电压最大值确定模块，具体包括：
实际输出电压曲线构建单元，用于构建所述恒压预充电过程中充电机的实际输出电压随时间的变化波动曲线；
包络线提取单元，用于采用递归最小二乘法提取实际输出电压的包络线；
实际输出电压最大值确定单元，用于确定所述包络线的最大幅值，并将所述最大幅值确定为所述充电机实际输出电压的最大值。
8.根据权利要求5所述的充电电压的BMS自适应控制系统，其特征在于，所述相对误差率计算模块，具体包括：
相对误差率计算单元，用于根据
Figure FDA0002328492480000031
计算所述实际输出电压的最大值与所述第一请求充电电压的相对误差率，其中，Ureal-max为所述实际输出电压的最大值，Uexp1为所述第一请求充电电压。
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