CN116992693A - 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116992693A
CN116992693A CN202311122194.8A CN202311122194A CN116992693A CN 116992693 A CN116992693 A CN 116992693A CN 202311122194 A CN202311122194 A CN 202311122194A CN 116992693 A CN116992693 A CN 116992693A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
control
loop
control quantity
vloop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311122194.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116992693B (zh
Inventor
请求不公布姓名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Ngi Observation And Control Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Ngi Observation And Control Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Ngi Observation And Control Technology Co ltd filed Critical Hunan Ngi Observation And Control Technology Co ltd
Priority to CN202311122194.8A priority Critical patent/CN116992693B/zh
Publication of CN116992693A publication Critical patent/CN116992693A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116992693B publication Critical patent/CN116992693B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质，包括根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。

Description

电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电池模拟领域，特别涉及一种电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
电池以高能量密度、高循环使用次数、体积小、重量轻以及绿色环保的优势越来越受到人们的关注，其应用市场正在逐渐扩大，目前很多电子产品的研发和生产中需要进行多种类型的测试，例如BMS电池管理系统在出厂前，需要连接不同规格不同型号的电池进行测试，需要采购多种型号和规格的电池，成本高，此外电池电量用完之后还需对其进行充电，大大降低了研发和生产的工作效率。并且伴随着电池使用寿命的缩短。当需要多节电池串并联时，由于电池的一致性差，极易造成电池不均衡存在着各种安全隐患。
部分厂家利用双向电源可以切换源载状态的特性来进行电池充电和放电模拟，然而在进行充电和放电的切换时会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质，能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
根据本发明第一方面实施例的电池模拟器的构建方法，包括以下步骤：
根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；
根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；
构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；
根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；
控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；
控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。
根据本发明第一方面实施例的电池模拟器的构建方法，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
根据本发明的一些实施例，所述电池模拟器的模型参数包括电池的开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri。
根据本发明的一些实施例，所述根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数步骤中，电池的极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri通过脉冲电流法获取。
根据本发明的一些实施例，所述根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数步骤中，先通过安时法计算出电池模拟器的电池荷电状态Soc，然后根据真实电池获取SOC-Uoc曲线，根据SOC-Uoc曲线获取电池的开路电压Uoc。
根据本发明的一些实施例，所述控制环路包括电压环、源电流环、源功率环、载电流环和载功率环。
根据本发明的一些实施例，所述多环控制策略的具体步骤为：
获取第一合集S，所述第一合集S的元素包括源电流环的控制量输出值和源功率环的控制量输出值，对第一合集S中的元素进行比较，找出第一合集S中的控制量最小值Smin；
获取第二合集L，所述第二合集L的元素包括载电流环的控制量输出值和载功率环的控制量输出值，对第二合集L中的元素进行比较，找出第二合集L中的控制量最大值Lmax；
获取电压环的控制量输出值Vloop；
将第一合集S中的控制量最小值Smin、第二合集L中的控制量最大值Lmax和电压环的控制量输出值Vloop进行比较，根据环路控制选择算法选择其中的一项控制量作为电路拓扑单元的实际控制量。
根据本发明的一些实施例，所述根据环路控制选择算法选择其中的一项控制量作为电路拓扑单元的实际控制量的具体步骤为：
若Smin≥Vloop≥Lmax，则选择电压环的控制量输出值Vloop作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Smin≥Lmax≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Smin≥Lmax，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Lmax≥Smin，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax≥Smin≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax＞Vloop＞Smin，则输出报错信号。
根据本发明第二方面实施例的电池模拟器装置，包括数字式双向电源，所述数字式双向电源内设置有控制器、多个控制环路和电路拓扑单元，所述数字式双向电源用于运行上述的电池模拟器的充放电控制方法。
根据本发明第二方面实施例的电池模拟器装置，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
根据本发明第三方面实施例的电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现如上述的方法的步骤。
根据本发明第三方面实施例的电子设备，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
根据本发明第四方面实施例的存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的方法的步骤。
根据本发明第四方面实施例的存储介质，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例中电池模拟器的构建方法的流程图；
图2为电池模拟器的等效电路模型图；
图3为本发明实施例中Buck-Boost变换器拓扑结构的电路原理图；
图4为本发明实施例中数字式双向电源的原理框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
电池以高能量密度、高循环使用次数、体积小、重量轻以及绿色环保的优势越来越受到人们的关注，其应用市场正在逐渐扩大，目前很多电子产品的研发和生产中需要进行多种类型的测试，例如BMS电池管理系统在出厂前，需要连接不同规格不同型号的电池进行测试，需要采购多种型号和规格的电池，成本高，此外电池电量用完之后还需对其进行充电，大大降低了研发和生产的工作效率。并且伴随着电池使用寿命的缩短。当需要多节电池串并联时，由于电池的一致性差，极易造成电池不均衡存在着各种安全隐患。
部分厂家利用双向电源可以切换源载状态的特性来进行电池充电和放电模拟，然而在进行充电和放电的切换时会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质，首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
为便于理解，首先对本申请实施例提供的电池模拟器的构建方法进行介绍。
参照图1所示，一种电池模拟器的构建方法，包括以下步骤：
S100、根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；
需要说明的是，本实施例中真实电池采用的是锂电池，参数化的电池模型是电池模拟器的基础，模型参数能够表征电池的电气特性，通过电池模拟器的模型参数可以构建电池模型，通过电池模型可以获取电池模拟器的模型参数与外部电气端口特性之间的关系，就能够利用电力电子装置模拟电池的外部端口特性，从而实现对真实电池特性的模拟。参考图2所示，为电池模拟器的等效电路模型图，本发明中电池模拟器的模型参数包括电池的开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri。获取电池的开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri这几个参数后，就可以构建一个电池模型，并进一步计算出对应的电池外部端口特性数据。
其中，电池的极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri通过脉冲电流法获取。具体实现方式是对锂电池进行施加脉冲电流，达到预定的电池荷电状态后静置电池，获取在静置阶段的电池端口电压响应曲线，根据电池端口电压响应曲线可以获取取电池的开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri。而电池的开路电压Uoc与电池荷电状态SOC相关，电池荷电状态的含义为电池按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的比值。电池处于充电模式时电池荷电状态SOC增大；处于放电模式时电池荷电状态SOC减小。先通过安时法计算出电池模拟器的电池荷电状态Soc，然后根据真实电池获取SOC-Uoc曲线，根据SOC-Uoc曲线获取电池的开路电压Uoc。
S200、根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；
具体的，获得开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri后就可以构建电池模型，并可以进一步计算电池外部端口特性数据。电池外部端口特性包括电池端电压UL和电池电流IL，电池端电压UL的计算公式为
UL＝Uoc-RiIL-UP；
其中，
电池荷电状态SOC的公式为
其中，SOC0为电池初始SOC，CN为电池额定容量，t0为初始时刻，t为当前时刻。
S300、构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；
参考图3所示，本实施例中电路拓扑单元采用常规的双向变换器的拓扑结构来实现电池的模拟，指定图中能量从左流向右边的方向为正方向，对应源状态，此时，电路工作在降压模式；指定图中能量从右到左的方向为负方向，对应载状态，此时，电路工作在升压模式。需要说明的是，在这种拓扑中，电压v1和v2的极性不会发生变化，且恒有v1大于v2，能量的双向流动靠的是改变电流i1和i2的流动方向。通过源状态来模拟电池的放电，通过载状态来模拟电池的充电。
图3中开关管VT1和开关管VT2是全控型器件，靠PWM脉宽信号进行控制，PWM为高时，管子导通，PWM为低时，管子关断。为了实现能量的双向自由流动，需要让开关管VT1和开关管VT2的PWM信号互补，如果驱动VT1的PWM的占空比为D，则驱动VT2的PWM的占空比就为1-D。无论工作在降压模式，还是升压模式，恒有v2＝v1*D成立。
控制环路输出的控制量与三角波载波信号比较得到PWM信号，通过PWM信号来控制开关管VT1和开关管VT2，不同控制量得到的PWM的占空比也就不同，从而改变双向电源的电压或电流。
S400、根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；
需要说明的是，本发明中控制环路包括电压环、源电流环、源功率环、载电流环和载功率环，多环控制策略的具体步骤为：
获取第一合集S，第一合集S的元素包括源电流环的控制量输出值和源功率环的控制量输出值，对第一合集S中的元素进行比较，找出第一合集S中的控制量最小值Smin；
应能理解的是，获取第一合集S指的是分别获取源电流环的控制量输出值和源功率环的控制量输出值，然后将这两者进行比较，因为变换器为源状态时环路选择采用“谁小谁控”的原则，所以对于第一合集S，需要找出其中的最小值Smin，即源电流环的控制量输出值和源功率环的控制量输出值中较小的那个。
应能理解的是，电流环的输出值不是输出电流，功率环的输出值也不是输出功率。他们的输出值都是控制量，即PWM占空比。
获取第二合集L，第二合集L的元素包括载电流环的控制量输出值和载功率环的控制量输出值，对第二合集L中的元素进行比较，找出第二合集L中的控制量最大值Lmax；
应能理解的是，获取第二合集L指的是分别获取载电流环的控制量输出值和载功率环的控制量输出值，然后将这两者进行比较，因为变换器为载状态时环路选择采用“谁大谁控”的原则，所以对于第二合集L，需要找出其中的最大值Lmax，即载电流环的控制量输出值和载功率环的控制量输出值中较大的那个。
获取电压环的控制量输出值Vloop；
将第一合集S中的控制量最小值Smin、第二合集L中的控制量最大值Lmax和电压环的控制量输出值Vloop进行比较，根据环路控制选择算法选择其中的一项控制量作为电路拓扑单元的实际控制量。
具体的，环路控制选择算法的具体比较步骤为：
若Smin≥Vloop≥Lmax，则选择电压环的控制量输出值Vloop作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Smin≥Lmax≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Smin≥Lmax，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Lmax≥Smin，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax≥Smin≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax＞Vloop＞Smin，则输出报错信号。
对于Smin和Vloop，遵循的是谁小谁生效的原则，而对于Lmax和Vloop之间，遵循的是谁大谁生效的原则。控制环路的比较一共分为六种状态，具体如下：
第一种状态：当Smin≥Vloop≥Lmax时，Vloop比Smin小，Vloop比Lmax大，则Smin与Vloop相比，生效的是Vloop；Lmax与Vloop相比，生效的也是Vloop，所以选择电压环的控制量输出值Vloop作为实际控制量。
第二种状态：Smin≥Lmax≥Vloop，Vloop比Smin小，Lmax比Vloop大，则Smin与Vloop相比，生效的是Vloop；Lmax再与Vloop相比，生效的是Lmax，所以选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为实际控制量。
第三种状态：Vloop≥Smin≥Lmax，Smin比Vloop小，Vloop比Lmax大，则Lmax与Vloop相比，生效的是Vloop；Smin再与Vloop相比，生效的是Smin，所以选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为实际控制量。
第四种状态：Vloop≥Lmax≥Smin，Smin比Vloop小，Vloop比Lmax大，则Lmax与Vloop相比，生效的是Vloop；Smin再与Vloop相比，生效的是Smin，所以选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为实际控制量。
第五种状态：Lmax≥Smin≥Vloop，Vloop比Smin小，Lmax比Vloop大，则Smin与Vloop相比，生效的是Vloop；Vloop再与Lmax相比，生效的是Lmax，所以选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为实际控制量。
第六种状态：Lmax＞Vloop＞Smin，Smin比Vloop小，Lmax比Vloop大，这意味着没有明确的状态，无法区分是源是载。需要说明的是，在实际中，这种状态是不会发生的，除非程序代码编写错误或硬件设计出错，如果一旦发生，就可以输出报错信号，触发报警保护停机。
具体的，数字式双向电源中还包括控制策略单元和电池模型单元，控制器根据控制策略单元中的多环控制策略进行多个控制环路的控制量选择，通过电池模型单元中的电池模型来计算电池外部端口特性数据。
S500、控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；
具体的，当测试时将数字式双向电源连接测试平台，控制器通过采样电路获取接口处的电压和电流作为外部输入电压和电流，实际测试过程中将数字式双向电源接入测试平台，当外部电压高于电池端口电压时为充电阶段，当外部电压低于电池端口电压时为放电阶段。控制器根据当前的外部电流电压工况结合电池模型可以计算出当前电流工况下SOC对应的RC网络两端电压值与开路电压值，然后可以计算得到电池端电压UL和电池电流IL，然后生成各个控制环路的控制量。
S600、控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。
本发明实施方式首先根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；然后根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；接着构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；然后根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；然后控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；最后控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。本发明通过真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数，然后基于模型参数构建电池模型输入至数字式双向电源，利用数字式双向电源可以实现源状态和载状态的特性，结合电池模拟器的系统模型来模拟电池的充电和放电，此外控制器根据多环控制策略选择控制环路中的一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量进行控制，可以实现双向电源源状态和载状态之间的无缝平滑切换，本发明能够模拟电池进行测试，真实模拟实际电池的充放电状态，并且不会发生电压电流跳动、不连贯的问题。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
上文描述了本申请提供的方法实施例，下文将描述本申请提供的装置实施例。应理解，装置实施例的描述与方法实施例的描述相互对应，因此，未详细描述的内容可以参见上文方法实施例。
参考图4所示，本发明还涉及一种电池模拟器装置，包括数字式双向电源，数字式双向电源内设置有控制器、多个控制环路和电路拓扑单元，还包括采样单元、电池模型单元和控制策略单元，多个控制环路包括电压环、源电流环、源功率环、载电流环和载功率环这五个控制环路，电路拓扑单元用于模拟电池的外部端口特性，电池模型单元用于储存电池模型给控制器读取，控制策略单元用于储存控制环路的控制策略给控制器读取，采样单元用于采集数字式双向电源和测试平台连接时的外部电压电流。数字式双向电源用于运行上述实施例的电池模拟器的构建方法。
本发明实施例的内容电池模拟装置用于执行上述实施例中的电池模拟器的充放电控制方法，其具体处理过程与上述实施例中的电池模拟器的充放电控制方法相同，此处不再一一赘述。
本发明还涉及一种电子设备，电子设备包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的程序以及用于实现处理器和存储器之间的连接通信的数据总线，程序被处理器执行时实现如上述实施例的方法的步骤。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的计算机程序或指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的计算机程序或指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解，本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmableROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyEPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(staticRAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamicRAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(doubledatarateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhancedSDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlinkDRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(directrambusRAM，DRRAM)。应注意，本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本发明还涉及一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，用于计算机可读存储，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例的方法的步骤。
在实现过程中，该计算机可读存储介质存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被一个或多个控制处理器执行，比如，被上述电子设备中的处理器执行，当被该处理器执行时实现本申请实施例提供的一种电池模拟器的构建方法。
本实施例提供的装置、电子设备、存储介质均用于执行上文所提供的对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。
本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：单独存在a，单独存在b，单独存在c，同时存在a和b，同时存在a和c，同时存在b和c或者同时存在a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请的实施例中，各术语及英文缩略语均为方便描述而给出的示例性举例，不应对本申请构成任何限定。本申请并不排除在已有或未来的协议中定义其它能够实现相同或相似功能的术语的可能。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种电池模拟器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数；
根据电池模拟器的模型参数构建电池模型；
构建包含电路拓扑单元、控制环路和控制器的数字式双向电源；
根据控制环路构建多环控制策略，将多环控制策略和电池模型输入控制器；
控制器获取外部输入电压和电流，根据外部输入电压和电流结合电池模型生成各个控制环路的控制量输出值；
控制器根据多环控制策略选个其中一个控制量输出值作为电路拓扑单元的实际控制量。
2.根据权利要求1所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述电池模拟器的模型参数包括电池的开路电压Uoc、极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri。
3.根据权利要求2所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数步骤中，电池的极化内阻Rp、极化电容Cp和欧姆内阻Ri通过脉冲电流法获取。
4.根据权利要求2所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述根据真实电池的特性获取电池模拟器的模型参数步骤中，先通过安时法计算出电池模拟器的电池荷电状态Soc，然后根据真实电池获取SOC-Uoc曲线，根据SOC-Uoc曲线获取电池的开路电压Uoc。
5.根据权利要求1所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述控制环路包括电压环、源电流环、源功率环、载电流环和载功率环。
6.根据权利要求5所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述多环控制策略的具体步骤为：
获取第一合集S，所述第一合集S的元素包括源电流环的控制量输出值和源功率环的控制量输出值，对第一合集S中的元素进行比较，找出第一合集S中的控制量最小值Smin；
获取第二合集L，所述第二合集L的元素包括载电流环的控制量输出值和载功率环的控制量输出值，对第二合集L中的元素进行比较，找出第二合集L中的控制量最大值Lmax；
获取电压环的控制量输出值Vloop；
将第一合集S中的控制量最小值Smin、第二合集L中的控制量最大值Lmax和电压环的控制量输出值Vloop进行比较，根据环路控制选择算法选择其中的一项控制量作为电路拓扑单元的实际控制量。
7.根据权利要求6所述的电池模拟器的构建方法，其特征在于，所述根据环路控制选择算法选择其中的一项控制量作为电路拓扑单元的实际控制量的具体步骤为：
若Smin≥Vloop≥Lmax，则选择电压环的控制量输出值Vloop作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Smin≥Lmax≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Smin≥Lmax，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Vloop≥Lmax≥Smin，则选择第一合集S中的控制量最小值Smin作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax≥Smin≥Vloop，则选择第二合集L中的控制量最大值Lmax作为数字式双向电源的实际控制量输出；
若Lmax＞Vloop＞Smin，则输出报错信号。
8.一种电池模拟器装置，其特征在于，包括数字式双向电源，所述数字式双向电源内设置有控制器、多个控制环路和电路拓扑单元，所述数字式双向电源用于运行权利要求1至7任意一项所述的电池模拟器的构建方法。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
10.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
CN202311122194.8A 2023-09-01 2023-09-01 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质 Active CN116992693B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311122194.8A CN116992693B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311122194.8A CN116992693B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116992693A true CN116992693A (zh) 2023-11-03
CN116992693B CN116992693B (zh) 2024-04-05

Family

ID=88533941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311122194.8A Active CN116992693B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116992693B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150268285A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Ford Global Technologies, Llc Battery simulator with variable current capacity
CN106250576A (zh) * 2016-05-20 2016-12-21 武汉科技大学 一种基于动态阻抗的锂电池模型的建模方法
CN114696412A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 国网北京市电力公司 电池储能系统soc均衡控制系统、方法、装置及存储介质
CN115622421A (zh) * 2022-09-26 2023-01-17 合肥学院 一种基于多采样技术的电池模拟器的控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150268285A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Ford Global Technologies, Llc Battery simulator with variable current capacity
CN106250576A (zh) * 2016-05-20 2016-12-21 武汉科技大学 一种基于动态阻抗的锂电池模型的建模方法
CN114696412A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 国网北京市电力公司 电池储能系统soc均衡控制系统、方法、装置及存储介质
CN115622421A (zh) * 2022-09-26 2023-01-17 合肥学院 一种基于多采样技术的电池模拟器的控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴峂 等: "全数字双向DC/DC变换器的研制", 电力电子技术, vol. 40, no. 6, pages 92 *
王旭峰 等: "具有再生反馈能力的可控直流负载研究", 电气技术, no. 2014, pages 34 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116992693B (zh) 2024-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nikdel Various battery models for various simulation studies and applications
Kim et al. Analytical study on low-frequency ripple effect of battery charging
CN103293485A (zh) 基于模型的蓄电池荷电状态估计方法
Lee et al. Development of a hardware-in-the-loop simulation system for testing cell balancing circuits
Vetter et al. Rechargeable batteries with special reference to lithium-ion batteries
Wai et al. Design of energy-saving adaptive fast-charging control strategy for Li-FePO4 battery module
DenHerder Design and simulation of photovoltaic super system using Simulink
Mühlbauer et al. Analysis of power flow control strategies in heterogeneous battery energy storage systems
JP2005055420A (ja) バッテリー定常状態端子電圧算出方法
CN114421581B (zh) 一种备份电池单元的控制电路、方法、装置及存储系统
CN117074944A (zh) 电池模拟器的充放电控制方法、装置、设备及介质
Dong et al. Optimization on charging of the direct hybrid lithium-ion battery and supercapacitor for high power application through resistance balancing
Zahedi et al. An isolated bidirectional converter modeling for hybrid electric ship simulations
CN116992693B (zh) 电池模拟器的构建方法、装置、电子设备及存储介质
Arena et al. A Cost-Effective Hardware in the Loop Implementation of Dual Active Bridge for Fast Prototyping of Electric Vehicles Charging Controls
CN107255786B (zh) 一种磷酸铁锂电池loc模型
CN115144671B (zh) 直流充电传导发射性能的评估方法及装置
Xiao et al. Component-based modelling of EV battery chargers
Rahman et al. Design and implementation of DC-DC bidirectional Cuk converter with average current mode control for lead acid battery testing
Kim et al. Self-reconfigurable multicell batteries
Aharon et al. Premeditated generic energy storage model for sources rating selection in grid applications
Bakeer et al. Grid connection quasi Z-Source Inverter based on model predictive control with less sensors count
Dash et al. Battery emulation using dual-active bridge converter
Tippe et al. Modular simulation of zonal architectures and ring topologies for automotive power nets
Nagar et al. Design and Analysis of Multi-Level Converters in Real-Time Using OPAL-RT Simulators

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Construction method, device, electronic equipment, and storage medium of battery simulator

Granted publication date: 20240405

Pledgee: Bank of Communications Co.,Ltd. Hunan Branch

Pledgor: HUNAN NGI OBSERVATION AND CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980033169

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right