CN113391218A - 一种soc估算精度测试设备 - Google Patents

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明志茂
田景昭
李雅彬
吴宝松
魏艳娟
郭成
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Grg Metrology & Test Tianjin Co ltd
Guangzhou Grg Metrology & Test Shanghai Co ltd
Guangzhou GRG Metrology and Test Co Ltd
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Grg Metrology & Test Tianjin Co ltd
Guangzhou Grg Metrology & Test Shanghai Co ltd
Guangzhou GRG Metrology and Test Co Ltd
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration

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Abstract

本发明提供了一种SOC估算精度测试设备，包括主机以及分别与所述主机相连接的电流采集装置、显示器；所述主机被配置为：通过自身的CAN总线接口获取BMS显示的待测电池包的SOC估算值，并根据由所述电流采集装置采集的电流值实时计算所述待测电池包的SOC真实值，继而根据所述SOC估算值和所述SOC真实值计算得到实时估算误差并输出至所述显示器。本发明能够实时采集电池包的电流并进行实时积分以计算电池包的SOC真实值，同时获取BMS记录的SOC估算值，继而实时计算出SOC估算误差并实时显示。本发明能够有效提高对SOC估算精度进行测试的效率以及便捷性。

Description

一种SOC估算精度测试设备
技术领域
本发明涉及电量测试技术领域，尤其是涉及一种SOC估算精度测试设备。
背景技术
能源与环保是中国乃至全世界急需解决的问题，在交通领域，汽车已经成为能源消耗和环境污染的重要因素。新能源汽车，尤其是电动汽车已经成为未来的发展方向。荷电状态SOC估算的相关研究较为深入，已经开发出很多经典的计算方法，主要有：安时积分法，开路电压法，Kalman滤波法，神经网络法等。BMS中SOC的估算精度，对新能源汽车的续航里程影响很大，特别是纯电动汽车，估算精度差异越大，越容易让用户感受到里程焦虑；如果出现系统性的计算差错，可能对用户造成不好的影响。
目前，现有技术主要是通过电池包充放电设备进行测试，通过设备测试的充放电容量和人工计算，测试得到电池包SOC估算精度。此方法有一定的弊端，一是需要后期大量的计算，二是不能搭载整车去进行测试。
现有测试主要依靠预设的测试标准或主机厂自己的测试方法，使用电池包充放电设备测量出的电池包容量来计算电池包的实际SOC，后期需要人工手动计算大量的数据SOC的估算精度。充放电设备的电流采样频率不够大，在一些脉冲工况下，响应并不及时。在进行整车测试时，并不能为电池包接上充放电系统，有测试的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种SOC估算精度测试设备，以解决上述技术问题，从而能够提高对SOC估算精度进行测试的效率以及便捷性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种SOC估算精度测试设备，包括主机以及分别与所述主机相连接的电流采集装置、显示器；
所述主机被配置为：通过自身的CAN总线接口获取BMS显示的待测电池包的SOC估算值，并根据由所述电流采集装置采集的电流值实时计算所述待测电池包的SOC真实值，继而根据所述SOC估算值和所述SOC真实值计算得到实时估算误差并输出至所述显示器。
进一步地，所述主机的测试模式包括放电测试模式和充电测试模块，在放电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure BDA0003155804400000021
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的放电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
进一步地，在充电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure BDA0003155804400000022
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的充电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
进一步地，所述电流采集装置为采用霍尔传感器。
进一步地，所述霍尔传感器的最高采集上限为1000A，且所述霍尔传感器的采集频率包括100Hz、1000Hz、5000Hz、10kHz、20kHz中的一种或多种。
进一步地，所述霍尔传感器的数据线长度为至少2米。
进一步地，所述霍尔传感器为采用DB9接口。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种SOC估算精度测试设备，包括主机以及分别与所述主机相连接的电流采集装置、显示器；所述主机被配置为：通过自身的CAN总线接口获取BMS显示的待测电池包的SOC估算值，并根据由所述电流采集装置采集的电流值实时计算所述待测电池包的SOC真实值，继而根据所述SOC估算值和所述SOC真实值计算得到实时估算误差并输出至所述显示器。本发明能够实时采集电池包的电流并进行实时积分以计算电池包的SOC真实值，同时获取BMS记录的SOC估算值，继而实时计算出SOC估算误差并实时显示。本发明能够有效提高对SOC估算精度进行测试的效率以及便捷性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的SOC估算精度测试设备的结构示意图。
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、完整的描述，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作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。
需要说明的是，现有技术的方案如下：
荷电状态SOC(State Of Charge)是用来描述电池剩余电量的参数。目前国内外比较统一的是按照电量来定义SOC，SOC的计算方法如下：
Figure BDA0003155804400000031
其中Q0为电池的额定容量(或为电池包在三次标准循环下测得的容量)，Q为电池的剩余容量，Qc为电池已放出电量。而电池的容量是指在一定的放电条件下，可以从电池获得的电量。计算公式为：
Qdis＝∫Idt公式(2)
目前大多数主机厂都是通过电池包充放电测试设备，按照公式(1)和公式(2)来手动计算电池包的SOC估算精度。具体方法如下:先对电池包进行三次标准循环，测得电池包额定容量Q0。然后先将电池包充至满电，指定SOC估算精度测量的目标点(例如：80％，75％，50％，20％，…),用工况放电的方式，将BMS计算SOC放电至SOC目标点，通过当前放电容量Qc，额定容量Q0，以及BMS显示SOCb计算SOC估算精度，
Figure BDA0003155804400000032
上述现有技术存在以下缺点：现有测试主要依据预设测试标准或主机厂自己的测试方法，使用电池包充放电设备测量出的电池包容量来计算电池包的实际SOC，后期需要人工手动计算大量的数据SOC的估算精度。充放电设备的电流采样频率不够大，在一些脉冲工况下，响应并不及时。在进行整车测试时，并不能为电池包接上充放电系统，有测试的局限性。例如整车的耐久测试，台架测试，三高测试等，需要一种便携式的SOC估算精度设备来配合测试。
请参见图1，本发明实施例提供了一种SOC估算精度测试设备，包括主机以及分别与所述主机相连接的电流采集装置、显示器；
所述主机被配置为：通过自身的CAN总线接口获取BMS显示的待测电池包的SOC估算值，并根据由所述电流采集装置采集的电流值实时计算所述待测电池包的SOC真实值，继而根据所述SOC估算值和所述SOC真实值计算得到实时估算误差并输出至所述显示器。
进一步地，所述主机的测试模式包括放电测试模式和充电测试模块，在放电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure BDA0003155804400000041
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的放电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
进一步地，在充电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure BDA0003155804400000042
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的充电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
进一步地，所述电流采集装置为采用霍尔传感器。
进一步地，所述霍尔传感器的最高采集上限为1000A，且所述霍尔传感器的采集频率包括100Hz、1000Hz、5000Hz、10kHz、20kHz中的一种或多种。
进一步地，所述霍尔传感器的数据线长度为至少2米。
进一步地，所述霍尔传感器为采用DB9接口。
基于上述方案，为便于更好的理解本发明实施例提供的SOC估算精度测试设备，以下进行详细说明：
需要说明的是，本发明的目的在于通过一种集成度高、便携式的SOC估算精度测试设备，来解决新能源汽车在SOC估算精度测试中遇到的计算数据量大，不能搭载整车测试，以及传统需要指定SOC测试目标点，不能实时显示SOC估算误差等问题。
本发明实施例的工作原理如下：本发明实施例采用高精度霍尔传感器为电流采集装置、便携式主机及显示器，测试软件。通过实时采集电流并对电流进行积分，计算电池包的充放电容量，并计算电池包的真实SOCa。同时通过CAN通讯，采集BMS估算的电池包SOC，并实时计算两者之间的差值，来显示SOC估算误差。通过软件的计算，能实时显示SOC估算误差数值，并能输出excel格式的SOC估算误差数据。
在本发明实施例中，选取最高采集上限为1000A电流的传感器，采样误差为±0.05％，采集频率为100Hz，1000Hz，5000Hz，10kHz，20kHz，测试过程中可根据试验需求来选择相应的采集频率。有4个电流采集通道，为了方便搭载整车测试，电流传感器的数据线长度至少为2米(方便整车测试中传感器安装)，为DB9接口；主机支持CAN总线通讯，波特率为250kb/s，500kb/s，1000kb/s；采样频率和波特率均可在软件中选择。主机软件支持DBC文件导入功能，并通过CAN通讯与BMS实现实时通讯；主机软件核心计算公式为：
SOCd＝|SOCa-SOCb|
其中：SOCd为SOC估算误差，单位％；SOCa为设备采集计算出的电池包SOC，即真实的SOC；SOCb为电池包BMS显示的SOC。
电池包在放电模式下，SOC估算精度的计算公式为：
Figure BDA0003155804400000061
用电流传感器采集电流，然后同时通过CAN通讯采集BMS上的SOC信号，电池的初始容量Q0为根据不同型号电池在软件中输入具体数值。
充电测试模式为：
Figure BDA0003155804400000062
主机软件可选择放电和充电两种测试模式。测试过程中，可以在便携式主机及显示器上观察到SOC估算精度测试的实时显示。电流采集装置通过DB9插头与主机相连，并有主机提供电源。主机可以直接通过220V供电，也可通过车载变压器供电。
例如：电池包在台架恒流放电试验，在充满电的情况，从SOC的100％的状态跑到SOC的0％的状态，计算和记录全过程中的SOC估算精度情况(误差值)。
需要说明的是，本发明实施例的关键点在于：
1、本发明采用根据SOC的定义，采用高精度电流电流传感器及高集成度的电脑主机及显示器，通过电流与实时的积分，计算电池包的实时容量，并计算真实SOC。并通过CAN通讯，从电池包或整车上记录BMS计算SOC，并求SOC估算误差。省去后期复杂而大量的计算过程，为研发人员节省大量时间。
2、设备以便携式为主，不仅可以在电池系统测试台架上使用，也可以在整车测试上使用，解决了在整车测试上很难精准的计算SOC估算精度的问题，不会再通过处理大量CAN通讯记录数据估算而花费的大量时间。
3、解决了新能源汽车整车测试时不能准确通过容量计算SOC估算精度的难点，整车测试中，大部分是通过OCV-SOC曲线来估算SOC，由于电芯的一致性问题，通过SOC-OCV曲线很难准确计算SOC；或者通过CAN信号采集的电池包电流来计算，由于采样频率的限值，对一些工况中产生的脉冲电流，很难采集。所以此设备解决对测试场所的局限性，提高测试的准确性。
需要说明的是，通过实施本发明实施例，能够在新能源汽车电池系统测试，为新能源汽车整车测试中带来有益效果，从而为开拓汽车市场内的高端业务提供强有力的支持。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种SOC估算精度测试设备，其特征在于，包括主机以及分别与所述主机相连接的电流采集装置、显示器；
所述主机被配置为：通过自身的CAN总线接口获取BMS显示的待测电池包的SOC估算值，并根据由所述电流采集装置采集的电流值实时计算所述待测电池包的SOC真实值，继而根据所述SOC估算值和所述SOC真实值计算得到实时估算误差并输出至所述显示器。
2.根据权利要求1所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，所述主机的测试模式包括放电测试模式和充电测试模块，在放电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure FDA0003155804390000011
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的放电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
3.根据权利要求2所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，在充电测试模式下，所述实时估算误差的计算方式包括：
Figure FDA0003155804390000012
其中，SOCd为所述实时估算误差，I为所述电流采集装置采集的电流值，t为所述待测电池包的充电时间，Q0为所述待测电池包的初始容量，SOCb为所述BMS显示的待测电池包的SOC估算值。
4.根据权利要求1所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，所述电流采集装置为采用霍尔传感器。
5.根据权利要求4所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，所述霍尔传感器的最高采集上限为1000A，且所述霍尔传感器的采集频率包括100Hz、1000Hz、5000Hz、10kHz、20kHz中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，所述霍尔传感器的数据线长度为至少2米。
7.根据权利要求4所述的SOC估算精度测试设备，其特征在于，所述霍尔传感器为采用DB9接口。
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