CN112793466B - 一种新能源汽车电池管理系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车电池管理系统的控制方法，包括：采集各单体电池的电压、电池箱内的温度，并将采集结果通过CAN总线发送给主控制系统；采集各单体电池的剩余电量，对不平衡电量进行补偿；主控制系统通过接收到的各单体电池的运行参数对电池箱内的温度进行控制，按照采样周期，通过监测模块将采集到的单体电池的电压、电池箱内的温度、单体电池的剩余电量这些运行参数输入到模糊控制器中，并在异常时进行报警。本发明提供的新能源汽车电池管理系统的控制方法，能够在新能源汽车运行过程中，对电池组的运行参数进行监测，并根据监测的结果，通过模糊控制，调节电池箱内的温度，减少对储能电池的损伤，提高能量的利用率。

Description

一种新能源汽车电池管理系统的控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池管理系统的控制方法，属于能量管理领域。
背景技术
随着工业的发展和社会经济的进步，人们对汽车的需求也越来越大，截止2013年年底，我国的汽车保有量已经高达1.37亿辆，然而汽车数量的急剧增加，给自燃环境以及人类健康也带来了不利的影响，众所周知，传统汽车通过燃耗化石能源提供驱动力，相关调查研究表明，化石燃料的燃烧会产生很多的有毒气体，如：一氧化碳、二氧化碳、硫化物、碳氢化合物以及其他一些微小的固体颗粒，其中，二氧化碳是导致全球变暖的主要因素，而汽车的排放量约占到了10～15％，汽车尾气中的硫化物与大气中的水相结合形成酸雨腐蚀金属物、汽车、建筑物以及河流。汽车行业促进了石油工业发展的同时也加速了石油资源的消耗速度，除此之外，汽车的大量普及还给城市带来了烟雾污染，噪声污染等问题，传统能源汽车的这些问题，迫使人们找到一种新的方式来解决，这就给新能源汽车提供了强劲的发展动力。
新能源汽车的动力来源不是传统的化石能源，与传统能源车相比，可减少二氧化碳的排放，对环境更有保护的意义。同时，电动汽车能够更加平稳、安静的运行，具有较高的运行效率。
发明内容
本发明设计开发了一种新能源汽车电池管理系统的控制方法，通过监测各电池单体的运行参数，对电池箱内的风扇转速进行调节，进而对电池箱内的温度进行控制，并在出现异常时进行报警。
本发明提供的技术方案为：
一种新能源汽车电池管理系统的控制方法，包括：
采集各单体电池的电压、电池箱内的温度，并将采集结果通过CAN总线发送给主控制系统；
采集各单体电池的剩余电量，对不平衡电量进行补偿；
主控制系统通过接收到的各单体电池的运行参数对电池箱内的温度进行控制，并在异常时进行报警：
按照采样周期，将采集到的所述运行参数输入到模糊控制器中，包括：
将电池单体内的监测电压与预设的电压比较得到电池单体电压偏差信号；将电池箱内的监测温度与预设的温度比较得到电池箱内的温度偏差信号，将监测到的电池单体的剩余电量与预设的电量比较得到电池单体的剩余电量偏差；
将电池单体电压偏差信号经过计算得到电池单体电压偏差变化率信号，电池向内的温度偏差信号经过计算得到电池箱内的温度偏差变化率信号，将监测到的电池单体的剩余电量偏差经过计算得到电池单体的剩余电量偏差变化率；
将电池单体的电压偏差变化率信号、电池箱内的温度偏差变化率信号、电池单体的剩余电量偏差变化率信号共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出电池箱内的风扇转速调节等级。
优选的是，所述新能源汽车电池管理系统包括：
主控制器；
CAN总线，其与所述主控制器双向电连接，并能够与所述主控制器之间进行通信；
多个电池单体，其分别与所述CAN总线双向电连接；
其中，所述电池单体与所述主控制器电连接。
优选的是，所述电池单体内设置有监测模块和电量平衡模块。
优选的是，所述监测模块包括温度监测模块和电压监测模块。
优选的是，所述电池单体的电压偏差变化率信号、所述电池箱内的温度偏差变化率信号、所述电池单体的剩余电量偏差变化率信号的离散论域均为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。
优选的是，所述电池单体的电压偏差变化率信号、所述电池箱内的温度偏差变化率信号、所述电池单体的剩余电量偏差变化率信号的模糊集为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。
优选的是，所述电池单体的剩余电量监测过程中，通过估算得出电池单体的剩余电量，公式如下：
Figure GDA0003824369590000031
其中，k为当前时刻，η为充放电倍率，ik为工作电流，Δt为工作时间，C为电池电容，α为修正系数，取值为：1.01～1.12，SOCk+1为下一时刻电池单体的剩余电量。
本发明所述的有益效果：本发明提供的新能源汽车电池管理系统的控制方法，能够在新能源汽车运行过程中，对电池组的运行参数进行监测，并根据监测的结果，通过模糊控制对电池箱内的风扇转速进行调节，进而对电池箱内的温度进行控制，并在异常时进行报警，能够减少对储能电池的损伤，提高能量的利用率。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种新能源汽车电池管理系统的控制方法，通过监测各电池单体的运行参数，对电池箱内的温度进行调节，并在出现异常时进行报警。
新能源汽车电池管理系统包括：主控制器、CAN总线以及多个电池单体，其中CAN总线与主控制器双向电连接，通过CAN总线与主控制器之间进行通信，多个电池单体之间分别与CAN总线双向电连接，同时多个电池单体分别还与主控制器电连接，能够接收主控制器的控制；在电池单体内设置有监测模块和电量平衡模块，监测模块包括温度监测模块和电压监测模块，工作时，通过传感器采集各单体电池的电压、电池箱内的温度，并将采集结果通过CAN总线发送给主控制系统；采集各单体电池的剩余电量，对不平衡电量进行补偿；主控制系统通过接收到的各单体电池的运行参数对电池箱内的温度进行控制，通过对风扇的转速进行调节，并在异常时进行报警，具体包括：
按照采样周期，通过监测模块将采集到的单体电池的电压、电池箱内的温度、单体电池的剩余电量这些运行参数输入到模糊控制器中，具体包括：
将电池单体内的监测电压U与预设的电压U0比较得到电池单体电压偏差信号；将电池箱内的监测温度T与预设的温度T0比较得到电池箱内的温度偏差信号，将监测到的电池单体的剩余电量SOCk与预设的电量SOCk0比较得到电池单体的剩余电量偏差
其中，电池单体的剩余电量监测过程中，通过估算得出电池单体的剩余电量，公式如下：
Figure GDA0003824369590000041
其中，k为当前时刻，η为充放电倍率，ik为工作电流，Δt为工作时间，C为电池电容，α为修正系数，取值为：1.01～1.12，SOCk+1为下一时刻电池单体的剩余电量。
将电池单体电压偏差信号经过计算得到电池单体电压偏差变化率信号，电池向内的温度偏差信号经过计算得到电池箱内的温度偏差变化率信号，将监测到的电池单体的剩余电量偏差经过计算得到电池单体的剩余电量偏差变化率；
将电池单体的电压偏差变化率信号e1、电池箱内的温度偏差变化率信号e2、电池单体的剩余电量偏差变化率信号e3共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出电池箱内的风扇转速调节等级I＝[I0,I1,I2]，其中，I0为零级调节，表明正常运行，I1为需要进行调节，但是可以继续运行I2为出现故障，进行预警。
其中，e1、e2、e3的实际变化范围分别为：[-1，1]、[-1，1]、[-1，1]，e1、e2、e3的离散论域均为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，I的离散论域为：{0，1，2，3}，设定量化因子均为0.1667。
将电池单体的电压偏差变化率信号e1分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出电池单体的电压偏差变化率信号e1的隶属度函数表，如表1所示：
表1
e<sub>1</sub> -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.3 0.8 1.0
PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0.8 0.8 1.0 0.1
PS 0 0 0 0 0 0 0 0.7 1.0 0.8 0.6 0 0
ZR 0 0 0 0 0.2 0.4 0.6 1 0.8 0 0 0 0
NB 0 0 0.2 0.3 1.0 0.7 0.5 0.8 0 0 0 0 0
NM 0.3 0.5 1.0 0.8 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0
NS 1.0 0.6 0.7 0.2 0 0 0 0.1 0 0 0 0 0
将电池箱内的温度偏差变化率信号e2分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出电池箱内的温度偏差变化率信号e2的隶属度函数表，如表2所示：
表2
e<sub>2</sub> -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6
PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.8 1.0
PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0.4 0.7 1.0 0.6 0.1
PS 0 0 0 0 0 0 0 0.8 1.0 0.7 0.7 0 0
ZR 0 0 0 0 0.2 0.8 1.0 0 0 0 0 0 0
NB 0 0 0.3 0.7 1.0 0.8 0.5 0 0 0 0 0 0
NM 0.2 0.5 1.0 0.7 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0
NS 1.0 0.7 0.6 0.2 0 0 0 0.2 0 0 0 0 0
将电池单体的剩余电量偏差变化率信号e3分为3个模糊状态：PB(正大)，ZR(零)，NS(负小)，结合经验得出电池单体的剩余电量偏差变化率信号e3的隶属度函数表，如表3所示：
表3
Figure GDA0003824369590000051
Figure GDA0003824369590000061
模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用三输入单输出的方式通过经验可以总结出模糊控制器的初步调节规则，模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到I，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则即可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，得出I控制规则见表4：
表4模糊控制规则表
Figure GDA0003824369590000062
Figure GDA0003824369590000071
通过模糊控制对电池箱内的风扇转速进行调节，进而对电池箱内的温度进行控制，并在异常时进行报警，能够减少对储能电池的损伤，提高能量的利用率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，包括：
采集各单体电池的电压、电池箱内的温度，并将采集结果通过CAN总线发送给主控制系统；
采集各单体电池的剩余电量，对不平衡电量进行补偿；
主控制系统通过接收到的各单体电池的运行参数对电池箱内的温度进行控制，并在异常时进行报警：
按照采样周期，将采集到的所述运行参数输入到模糊控制器中，包括：
将电池单体内的监测电压与预设的电压比较得到电池单体电压偏差信号；将电池箱内的监测温度与预设的温度比较得到电池箱内的温度偏差信号，将监测到的电池单体的剩余电量与预设的电量比较得到电池单体的剩余电量偏差；
将电池单体电压偏差信号经过计算得到电池单体电压偏差变化率信号，电池向内的温度偏差信号经过计算得到电池箱内的温度偏差变化率信号，将监测到的电池单体的剩余电量偏差经过计算得到电池单体的剩余电量偏差变化率；
将电池单体的电压偏差变化率信号、电池箱内的温度偏差变化率信号、电池单体的剩余电量偏差变化率信号共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出电池箱内的风扇转速调节等级；
其中，所述电池单体的剩余电量监测过程中，通过估算得出电池单体的剩余电量，公式如下：
Figure FDA0003824369580000011
其中，k为当前时刻，η为充放电倍率，ik为工作电流，Δt为工作时间，C为电池电容，α为修正系数，取值为：1.01～1.12，SOCk+1为下一时刻电池单体的剩余电量。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述新能源汽车电池管理系统包括：
主控制器；
CAN总线，其与所述主控制器双向电连接，并能够与所述主控制器之间进行通信；
多个电池单体，其分别与所述CAN总线双向电连接；
其中，所述电池单体与所述主控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述电池单体内设置有监测模块和电量平衡模块。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述监测模块包括温度监测模块和电压监测模块。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述电池单体的电压偏差变化率信号、所述电池箱内的温度偏差变化率信号、所述电池单体的剩余电量偏差变化率信号的离散论域均为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车电池管理系统的控制方法，其特征在于，所述电池单体的电压偏差变化率信号、所述电池箱内的温度偏差变化率信号的模糊集为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，所述电池单体的剩余电量偏差变化率信号的模糊集为：{NS，ZR，PB}；
其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。
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