專利名稱：一種電池管理系統(tǒng)、電動車及荷電狀態(tài)的估算方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于電池領域，尤其涉及一種電池管理系統(tǒng)、電動車及荷電狀態(tài)的估算方法。
背景技術(shù)：
使用汽油或柴油的內(nèi)燃機車輛導致了全世界范圍內(nèi)的嚴重空氣污染。面對環(huán)境污 染、全球變暖，能源短缺等各種問題，各國政府，企業(yè)投入了大量人力和物力對低排放甚至 零排放的電動車進行研究和開發(fā)。我國已經(jīng)初步建立了電動汽車產(chǎn)業(yè)。形成了以純電動車、混合動力電動車、燃料電 池電動車三種車型為目標，以多種能源動力總成、驅(qū)動電機、動力蓄電池系統(tǒng)為三大關(guān)鍵技 術(shù)的研發(fā)體系。并在2008年奧運會和2010年的世界博覽會成功使用零排放的電動大巴作 為交通工具接送游客，展現(xiàn)了我國在電動車領域的豐碩成果。制約電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要問題還是儲能動力電池及其應用技術(shù)。其難點在于 如何延長儲能動力電池的使用壽命、提高電池的比能量和使用可靠性。常用的儲能動力電 池有鉛酸電池，鎳氫電池和鋰離子電池，他們具有容量大、體積小、動力性好的特點。在電動車的使用過程中，電池的過充、過放、過流以及不均衡性都將造成電池性能 的降低甚至損壞電池。因而設計出能根據(jù)電池的特性，安全有效的保障電池的系統(tǒng)，即電池 管理系統(tǒng)BMS (Battery Management System)成為關(guān)鍵。BMS —方面負責實時地檢測電池箱 體內(nèi)的溫度、電池電壓等數(shù)據(jù)，另一方面實時估算當前的電池荷電狀態(tài)(State of Charge, S0C)，以及對各單體電池進行電壓均衡，判斷是否有故障發(fā)生并發(fā)送報警信號。SOC估算的 準確性已經(jīng)成為電動車研發(fā)的瓶頸之一。SOC的主要影響因素有開路電壓、充放電電流、電 池內(nèi)阻、電解液溫度、極化效應、自放電及電池的循環(huán)壽命等?，F(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)對荷電 狀態(tài)的存在估計不準的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種電池管理系統(tǒng)，旨在提高SOC估算的準確度的 問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種電池管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
包括主控制器、多個從控子模塊、多個電池組，所述多個從控子模塊與所述多個電池組 一一對應連接，并且所述多個從控子模塊均連接到所述主控制器，
所述從控子模塊用于檢測對應電池組的電池數(shù)據(jù)并發(fā)送所檢測的電池數(shù)據(jù)到所述主 控制器，所述主控制器根據(jù)接收到的多個電池數(shù)據(jù)通過所述從控子模塊對對應的電池組進 行均衡管理，并且利用卡爾曼濾波器的循環(huán)遞歸算法，估算出系統(tǒng)S0C。進一步地，該電池組和其對應的從控子模塊共同放置于一個電池箱體中。進一步地，所述從控子模塊包括
從控芯片，分別與所述從控芯片相連的第二電源轉(zhuǎn)換模塊、第二硬件看門狗模塊、第二系統(tǒng)時鐘模塊、第二存儲模塊、第二 CAN通信模塊，溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、均衡模 塊，
所述溫度檢測模塊用于采集對應電池組的溫度，所述電壓檢測模塊用于采集對應電池 組每節(jié)單體電池的電壓數(shù)據(jù)，所述均衡模塊用于當電池箱內(nèi)電池組中各單體電池電壓差超 過設定閥值時，對電池進行均衡操作。進一步地，所述主控制器包括主控芯片，分別與主控芯片相連的第一硬件看門狗 模塊、第一系統(tǒng)時鐘模塊、第一存儲模塊、第一電源轉(zhuǎn)換模塊、第一 CAN通信模塊，電流檢測 模塊、絕緣檢測模塊，
所述主控芯片根據(jù)所采集的電壓、電流和溫度的值，計算出荷電狀態(tài)的測量值，利用等 效電路實驗得到其預測值，并利用卡爾曼濾波算法進行荷電狀態(tài)估算。本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種電動車，所述電動車采用上述的電池管理 系統(tǒng)。本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種電池荷電狀態(tài)的估算方法，所述方法包括 以下步驟
采集到電池組的電壓、電流和溫度的值；
利用等效電路實驗得到荷電狀態(tài)的預測值；
根據(jù)電壓、電流和溫度的值計算出荷電狀態(tài)的測量值；
利用荷電狀態(tài)的預測值、測量值，通過卡爾曼濾波器的循環(huán)遞歸算法，估算出系統(tǒng)S0C。進一步地，所述等效電路包括開路電壓
U0C，歐姆內(nèi)阻 極化電容Q以及極化內(nèi)阻B^，所述極化電容C,與極化內(nèi)阻Ri并聯(lián)后 一端連接至所述開路電壓^oe的正極，所述歐姆內(nèi)阻氣一端與所述開路電壓的負極相 連，所述極化電容CV與極化內(nèi)阻&并聯(lián)后的另一端與歐姆內(nèi)阻的另一端構(gòu)成負載電壓Ui。進一步地，所述利用等效電路實驗得到荷電狀態(tài)的預測值的步驟包括
a、構(gòu)建等效電路，所述等效電路包括開路電壓^/ ·,歐姆內(nèi)阻慫、極化電容Cp以及極
化內(nèi)阻4 ,所述極化電容Q與極化內(nèi)阻并聯(lián)后一端連接至所述開路電壓Uqc的正極， 所述歐姆內(nèi)阻一端與所述開路電壓Uoc的負極相連，所述極化電容Cf與極化內(nèi)阻Rf并 聯(lián)后的另一端與歐姆內(nèi)阻馬的另一端構(gòu)成負載電壓巧，厶為負載電流，乙為極化電流， τ = 為極化時間常數(shù)，理想狀態(tài)下
權(quán)利要求
1.一種電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括包括主控制器、多個從控子模塊、多個電池組，所述多個從控子模塊與所述多個電池組 一一對應連接，并且所述多個從控子模塊均連接到所述主控制器，所述從控子模塊用于檢測對應電池組的電池數(shù)據(jù)并發(fā)送所檢測的電池數(shù)據(jù)到所述主 控制器，所述主控制器根據(jù)接收到的多個電池數(shù)據(jù)通過所述從控子模塊對對應的電池組進 行均衡管理，并且利用卡爾曼濾波器的循環(huán)遞歸算法，估算出系統(tǒng)S0C。
2.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，該電池組和其對應的從控子模塊 共同放置于一個電池箱體中。
3.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述從控子模塊包括從控芯片，分別與所述從控芯片相連的第二電源轉(zhuǎn)換模塊、第二硬件看門狗模塊、第 二系統(tǒng)時鐘模塊、第二存儲模塊、第二 CAN通信模塊，溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、均衡模 塊，所述溫度檢測模塊用于采集對應電池組的溫度數(shù)據(jù)，所述電壓檢測模塊用于采集對應 電池組每節(jié)單體電池的電壓數(shù)據(jù)，所述均衡模塊用于當電池箱內(nèi)電池組中各單體電池電壓 差超過設定閥值時，對電池進行均衡操作。
4.如權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器包括主控芯片，分別 與主控芯片相連的第一硬件看門狗模塊、第一系統(tǒng)時鐘模塊、第一存儲模塊、第一電源轉(zhuǎn)換 模塊、第一 CAN通信模塊，電流檢測模塊、絕緣檢測模塊，所述主控芯片根據(jù)所采集的電壓、電流和溫度的值，計算出荷電狀態(tài)的測量值，禾Ij用等 效電路實驗得到其預測值，并利用卡爾曼濾波算法進行荷電狀態(tài)估算。
5.一種電動車，其特征在于，所述電動車采用權(quán)利要求1-4中任一項所述的電池管理 系統(tǒng)。
6.一種電池荷電狀態(tài)的估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟采集到電池組的電壓、電流和溫度的值；利用等效電路實驗得到荷電狀態(tài)的預測值；根據(jù)電壓、電流和溫度的值計算出荷電狀態(tài)的測量值；利用荷電狀態(tài)的預測值、測量值，通過卡爾曼濾波器的循環(huán)遞歸算法，估算出系統(tǒng)S0C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述等效電路包括開路電壓Voc，歐姆內(nèi)阻^、極化電容Q以及極化內(nèi)阻&，所述極化電容Q與極化內(nèi)阻K并聯(lián)后 一端連接至所述開路電壓^3e的正極，所述歐姆內(nèi)阻戽一端與所述開路電壓Uw的負極相 連，所述極化電容與極化內(nèi)阻&并聯(lián)后的另一端與歐姆內(nèi)阻的另一端構(gòu)成負載電壓 巧。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用等效電路實驗得到荷電狀態(tài)的 預測值的步驟包括a、構(gòu)建等效電路，所述等效電路包括開路電壓Uw ,歐姆內(nèi)阻；極化電容Cp以及極 化內(nèi)阻4 ,所述極化電容C,與極化內(nèi)阻Rf并聯(lián)后一端連接至所述開路電壓V。c的正極，所述歐姆內(nèi)阻耳一端與所述開路電壓U沉的負極相連，所述極化電容Cp與極化內(nèi)阻4并 聯(lián)后的另一端與歐姆內(nèi)阻馬的另一端構(gòu)成負載電壓巧，厶為負載電流，4為極化電流， 為極化時間常數(shù),理想狀態(tài)下 = ^jZz-,在離散狀態(tài)下，該式為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述卡爾曼濾波器的公式及參數(shù)如下
全文摘要
本發(fā)明適用于電池領域，提供了一種電池管理系統(tǒng)、電動車及荷電狀態(tài)的估算方法。在本發(fā)明的實施例中，提供了電池管理系統(tǒng)，并通過采集電池組的電壓、電流和溫度的值，通過卡爾曼濾波器的循環(huán)遞歸算法，估算出系統(tǒng)SOC。本發(fā)明的實施例相比以往的電池管理系統(tǒng)，提高了荷電狀態(tài)估算的準確度。
文檔編號B60L11/18GK102088118SQ201010609419
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者吳義勇, 彭子榮, 鄧杰, 陳小江 申請人:深圳市航盛電子股份有限公司