[发明专利]一种电力动车锂离子电池控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电动车锂离子电池BMS控制技术，尤其涉及BMS管理系统中电池关键参数COS的估计方法。

背景技术

电动车电池管理系统BMS主要用于对动力电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、短路保护、漏电检测、显示报警、充放电模式选择，并通过CAN总线的方式与车辆集成控制器或充电设备进行交互，保证电池的高校、可靠、安全的运行。

电池剩余容量SOC也叫电池剩余容量的估算是为了显示电池的剩余能量并转化成动车还能行驶的里程。准确并实时的估算SOC值是BMS的基础，也是其最基本和首要任务，只有准确的SOC估算值，才能提供电池的循环使用寿命和使系统各功能的稳定。电池的不当使用将会导致电池损害等，因此SOC能否精确估算将直接影响锂离子电池的动力发挥效率。目前通常是通过充放电电流、电压等参数，并通过相应的等效电路模型算法进行剩余电量的估计。但电池在工作过程中，电池SOC受电流、自放电、老化、充放电效率、时间等因素影响，并呈现非线性的变化，SOC估计值准确度和修正模型还需要更多的改进。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种电力动车锂离子电池控制系统，考虑了温度因素、电池初始容量不可测性、测量误差的累积等因素对电池剩余容量的估算影响，降低了估算误差。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种电力动车锂离子电池控制系统，通过精确估算并反馈电池剩余容量实现电池的安全控制，包括以下步骤：

S1：对锂离子电池进行小电流恒流放电，并根据预设采样频率对锂离子电池放电过程进行数据采集，所述数据采集包括放电电流、输出电压和电池温度，并经过滤波器进行滤波处理消除声噪；

S2：以步骤S1中采集的数据，并基于安时法和普克特经验公式建立电池剩余容量的数学模型，得到电池剩余容量和电池输出电流的数学关系；

S3：进一步引入电池温度的因素修正，并建立电池温度分别与普克特经验公式中常数的经验数学关系，得到当前修正后的电池剩余容量的估算值；

S4：按照预设周期反馈电池的开路电压，同时分别通过开路电压法和卡尔曼滤波器法估算电池剩余容量并进行比较，然后通过卡尔曼滤波器法对电池的初始状态容量SOC₀进行修正，并将修正后的SOC₀返回步骤S2中并重复步骤S3～S4，最终得到收敛修正后的电池剩余容量的估算值。

进一步的，步骤S2中所述数学关系建立过程如下：定义电池初始状态时的剩余容量为SOC₀，根据安时法计算可得当前状态电池剩余容量然后进行离散化处理，从而获得电池的剩余容量估计值：

式中，SOC_k+1为第k+1次数据采集时的电池剩余容量估计值；SOC_k为第k次数据采集时的剩余容量值；η为电池放电效率；C₀为电池额定容量，i_k为电池的负载电流；Δt为第k次到k+1次数据采集的时间间隔；K和n为普克特经验公式常数；T为电池温度。

进一步的，对普克特经验公式常数K和n进行温度因素修正，通过引入温度T，使温度T与K和n的数值按照二次多项式经验数学模型拟合，如公式(2)所示：

式中，a,b,c,d,e为经验公式修正系数，并通过不同温度下制作K、n分别与温度T的曲线，然后采用二次多项式拟合回归求取修正系数。

进一步的，步骤S3中，将电池置于-20℃～60℃的温度范围内，并间隔5℃采集K和n与电池温度T之间的数据映射关系，并以二次多项式函数模型进行平滑拟合获取K和n与电池温度T的数学函数模型(3)：

进一步的，步骤S4的具体过程如下：

(1)对电池建立等效电路模型，并使锂离子电池小电流恒流放电，预先得到开路电压法和卡尔曼滤波法分别与电池SOC的曲线拟合数学关系；

(2)然后进行初始化设置，设定t＝0时，开路电压法估算得到卡尔曼滤波法估算得到的

(3)在t＝k时刻，以作为初值，通过卡尔曼滤波法和开路电压法分别估算得到t＝k+1时刻的的电池剩余容量为和并比较两者的误差，并对进行修正，得到修正后的t＝0时刻的电池容量初值SOC₁′；具体而言，