一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，属于电源系统技术领域。其特征在于，包含了一种动静态结合的分布式能量双向转移式均衡电路，通过中央管理单元和电池管理单元组成的主从两级控制结构进行容量的均衡调节。当单体之间容量不均衡时，通过均衡系统将容量较高的单体能量转移到容量较低的单体上，有效降低功耗，提高均衡效率。采用遗传算法优化后的无迹卡尔曼滤波算法，对锂电池SOC有一个精确地估算。本发明专利技术提供的BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，可以实时监测电池状态，对于过电压、过电流、过负载和单体故障等提供了保护电路与调节机制，确保了电池的安全性，延长电池组的使用寿命。

A capacity balanced health management method for BMS battery management system

The invention discloses a capacity balanced health management method for a BMS battery management system, which belongs to the power supply system technology field. Its characteristic is that it includes a dynamic and static combination of distributed energy bi-directional transfer equalization circuit, which is balanced by the two level control structure composed of the central management unit and the battery management unit. When the capacity of the monomer is not balanced, the energy of the single body with higher capacity is transferred to the monomer with lower capacity by the equalization system, which can effectively reduce the power consumption and improve the balance efficiency. The unscented Calman filtering algorithm optimized by genetic algorithm has a precise estimation of the lithium battery SOC. The capacity balance health management method of the BMS battery management system provided by the invention can monitor the state of the battery in real time. It provides protection circuit and regulation mechanism for overvoltage, overcurrent, overload and single fault, so as to ensure the safety of the battery and prolong the life of the battery group.

【技术实现步骤摘要】
一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法
本专利技术属于电源系统
，涉及一种基于锂电池的BMS电池管理系统，特别涉及一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法。
技术介绍
随着锂离子电池的广泛应用，锂离子电池组扮演着越来越重要的角色。随着电动汽车的推广和普及，锂离子电池中作为电动汽车的动力源成为了整车系统中十分关键的一部分。相比于传统的燃机汽车，电动汽车的动力传输、续航时间等都是需要研究改进的方面。BMS电池管理系统是专门针对电动汽车使用过程中，针对不同工况下锂离子电池的不同需求进行相应的调控。近些年，电动汽车出现的问题也是比较多，主要集中在行驶里程过短、电池组寿命过短、电池管理系统故障等。由于单体电池之间制作的工艺不同导致电池之间的化学特性和电气特性存在一定差异，当电池在频繁的充放电过程中的这种差异使得个别单体因过充过放而造成故障，导致电池组迅速损坏，寿命变短。可见，良好的电池管理系统对于电动汽车的发展有着至关重要的作用。锂电池组中的单体间容量均衡是电池管理系统中最关键的一环，也是锂电池寿命最为重要的影响因素。但是，目前的均衡电路一般多采用被动式能量耗散型，这种方法拓扑结构复杂、均衡控制比较困难、均衡时间长，存在能量浪费、均衡效率低和热管理困难等问题。电池组中单体电压采集多采用差值转移测量法和电磁继电器切换法，电路复杂、可靠性低、成本高；电池组的绝缘电阻一般通过测量电池组正负极对地电压来计算，方法局限性大、测量精度低。对SOC估算多采用等效电路模型法、安时计量法和阻抗法等，上述方法实时性差、估算精度较低。
技术实现思路
本专利技术目的是克服上述不足之处，提供了一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法。主要包含了一种基于锂离子电池组动静态结合的分布式能量双向转移式均衡电路。该电路可以把BMS电池管理系统中容量较高的单体电池中的能量转移到容量较低的电池单体上，有效解决电池的能量不一致性问题，方便电池组的热管理，并提高电池组的使用寿命。设计了一种单体能量分配均衡，电池SOC估算准确，实时监测电池状态，单体电压、电流、温度等可精确测量的一体化电源系统。为了达到上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法。该专利技术通过中央管理单元和电池管理单元组成的主从两级控制结构进行容量的均衡调节。当单体之间容量不均衡时，通过控制器自动将容量较高的单体能量转移到容量较低的单体上，有效降低功耗，提高均衡效率。所述主级中央管理单元包含了CPU控制模块、通信模块和显示模块；所述CPU控制模块主要是对从级电池管理单元上传的电池组或单体的实时数据进行处理，然后控制电池组的工作状态。对接收到的SOC监测数据，通过基于遗传算法和自适应滑模观测器混合算法，对锂电池SOC有一个精确地估算。并将SOC作为均衡变量，对电池组进行充放电的均衡控制。电流的突变不会导致荷电状态波动，减少了均衡震荡。中央管理单元将上传的电压、电流和SOC估算值通过显示模块实时传送到显示屏，可以让用户动态观察电池的健康状态。如果电池组发生故障，显示模块将实时向用户反馈并启动对应的处理机制。所述从级电池管理单元包含锂离子电池组、监测模块、保护模块；所述监测模块，主要包括温度监测模块、电压监测模块、电流监测模块、电池SOC监测模块，分别接收温度传感器、电压传感器、电流传感器、电池剩余电量的实时数据，并将其传输给中央管理单元的CPU控制器。当监测到单体电压过高且最大压差大于阈值电压时，控制器通过开通对应的开关量将能量存储在反激式变压器上，然后再传输给电压最低的单体上，当压差小于阈值电压时，完成均衡。当监测到单体电流或电池组电流高于阈值时，切断电池组能量的输出，保护电池组避免因为过电流造成设备的损坏。当监测到单体温度或电池组温度高于阈值时，切断电池组能量的输出，保护电池组以避免造成设备的损坏。针对电池组单体放电程度不同，电池SOC监测模块时刻监测单体的充放电程度，并将数据通过通信模块上传到中央管理单元。本专利技术的效果和益处：本专利技术提供的一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，可以实时监测电池状态，有效的抑制单体电池电压的不平衡，估测电池组的SOC，确保了电池的安全性，延长电池组的使用寿命。有效解决了传统BMS电池管理系统中的能量耗散、拓扑结构复杂、均衡效率低等问题。可为锂离子电池在电动汽车等领域更好的应用提供技术支持和理论保证，同时也响应了电力行业“节能环保”的理念，产业化前景十分明朗。附图说明图1是本专利技术的BMS电池管理系统容量均衡健康管理方法的流程框图。图2是本专利技术的BMS电池管理系统的双向主动能量均衡电路图。图3是本专利技术的BMS电池管理系统的均衡控制算法流程图。图4是本专利技术的BMS电池管理系统的SOC估算流程图。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。结合图1所示，本专利技术提供的BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，涉及到的电池管理系统由两级控制结构组成，即电池管理单元(BMU)和中央管理单元(CMU)。本专利技术提供了一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法。该专利技术通过中央管理单元和电池管理单元组成的主从两级控制结构进行容量的均衡调节。当单体之间容量不均衡时，通过控制器自动将容量较高的单体能量转移到容量较低的单体上，有效降低功耗，提高均衡效率。所述主级中央管理单元包含了CPU控制模块、通信模块和显示模块；所述CPU控制模块主要是对从级电池管理单元上传的电池组或单体的实时数据进行处理，然后控制电池组的工作状态。对接收到的SOC监测数据，通过遗传算法优化后的无迹卡尔曼滤波预测方法，对锂电池SOC有一个精确地估算。并将SOC作为均衡变量，对电池组进行充放电的均衡控制。电流的突变不会导致荷电状态波动，减少了均衡震荡。中央管理单元将上传的电压、电流和SOC估算值通过显示模块实时传送到显示屏，可以让用户动态观察电池的健康状态。如果电池组发生故障，显示模块将实时向用户反馈并启动对应的处理机制。所述从级电池管理单元包含锂离子电池组、监测模块、保护模块；所述监测模块，主要包括温度监测模块、电压监测模块、电流监测模块、电池SOC监测模块，分别接收温度传感器、电压传感器、电流传感器、电池剩余电量的实时数据，并将其传输给中央管理单元的CPU控制器。当监测到单体电压过高且最大压差大于阈值电压时，控制器通过开通对应的开关将能量传输给电压最低的单体上，当压差小于阈值电压时，完成均衡。当监测到单体电流或电池组电流高于阈值时，切断电池组能量的输出，保护电池组避免因为过电流造成设备的损坏。当监测到单体温度或电池组温度高于阈值时，切断电池组能量的输出，保护电池组以避免造成设备的损坏。针对电池组单体放电程度不同，电池SOC监测模块时刻监测单体的充放电程度，并将数据通过通信模块上传到中央管理单元。结合图2所示，是本专利技术的BMS电池管理系统的双向主动均衡电路图。双向主动均衡电路主要由V1-Vn电池单体、均衡电路和均衡控制系统组成，其中T1-Tn为反激式变压器，S11-Sn2为均衡控制过程的MOSFET管。第一步，均衡控制系统通过采集电池单体电压并计算电池的SOC，比较得出最大电量和最小电量的电池单体。第二步，假如计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，其特征在于，包含了一种动静态结合的分布式能量双向转移式均衡电路，通过中央管理单元和电池管理单元组成的主从两级控制结构进行容量的均衡调节。当单体之间容量不均衡时，通过均衡系统将容量较高的单体能量转移到容量较低的单体上，有效降低功耗，提高均衡效率。采用遗传算法优化后的无迹卡尔曼滤波算法，对锂电池SOC有一个精确地估算。

【技术特征摘要】
1.一种BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，其特征在于，包含了一种动静态结合的分布式能量双向转移式均衡电路，通过中央管理单元和电池管理单元组成的主从两级控制结构进行容量的均衡调节。当单体之间容量不均衡时，通过均衡系统将容量较高的单体能量转移到容量较低的单体上，有效降低功耗，提高均衡效率。采用遗传算法优化后的无迹卡尔曼滤波算法，对锂电池SOC有一个精确地估算。2.根据权利要求1所述的BMS电池管理系统的容量均衡健康管理方法，其特征在于：所述的一种动静态结合的分布式能量双向转移式均衡电路，包含主要由V1-Vn电池单体、均衡电路和均衡控制系统组成，其中T1-Tn为反激式变压器，S11-Sn2为均衡控制过程的M...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱祥，张松，宋士瞻，王传勇，张健，王坤，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司枣庄供电公司，青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37