一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法。所述计量芯片连接MCU和电压基准源芯片，所述方法包括以下步骤：MCU向计量芯片发送的开始计量命令，所述计量芯片在接收到所述开始计量命令后，计算含有电压系数的充放电量；MCU按照BMS定义的采集时序读取计量芯片计算中的含有电压系数的充放电量；根据所述含有电压系数的充放电量生成单体电池电量矩阵；同时，生成温度采样点分布矩阵；将所述单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵扩增为行列均相同的矩阵；对两个扩增后的单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵一一对应进行科尔曼滤波，得到单体电池SOC值。本发明专利技术采用单独的电能计量芯片单独负责积分工作，能够大大节省MCU算力。算力。算力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法


[0001]本专利技术涉及新能源锂电池储能
，具体的说是一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法。

技术介绍

[0002]随着国家对新能源行业的政策倾斜，锂电池及BMS系统被大量应用在诸多领域。而锂电池SOC估算作为BMS系统极为重要的功能，又是很难精确计算的。
[0003]1、目前通常使用的安时积分法，其实质在于以较短的均匀的时间间隔累加所采集的电流信号。但常用的MCU受限于硬件条件，很难以较高的频率做电流值采样，使得积分效果较为粗糙，误差较大。常见BMS系统对电流的采样频率通常为10～200Hz，采样频率过高会占用大量资源，影响系统其它任务。如果采用外置高频率的ADC芯片专门负责电流采样，但积分过程依然需要MCU完成，更高的采样频率也意味着需要更高的算力，同样会占用大量资源。
[0004]2、由于MCU在调用定时器采样电流信号的同时，也在处理其他任务。并且如果其他任务中中断较多，很容易打断计时，造成计时不准，也会直接导致SOC误差较大。由于积分计算要求计时极为精确，如果将其中断优先级设定较高，则会频繁打断正常运行的其他任务，并且如果采样频率设定较高则会导致正常任务无法正常运行；若其优先级设定稍低，则很可能经常被其他任务打断，影响精确度。可见在MCU中采样频率收到系统的内在限制。
[0005]3、由于MCU在不同时间负载可能不同，在高负载时和在低负载时计时器的时间并不相等。在较短的时间内可能计时器的一致性很好，但放宽到一个较长的时间里，计时器会由于MCU的负载不同而有细微的时间差别，体现在SOC上则表现为SOC曲线斜率偏移，导致整体SOC值偏差较大。
[0006]4、由于MCU处于整个电路板的核心位置，无法和其他器件有效的隔离，导致它收到热量影响较为严重，产生温度漂移。温度漂移对于较为严格的计量来说足以产生无法忽略的误差。最好的办法为将负责计量的芯片与主电路隔离，使它尽可能少的收到主电路发热的影响。
[0007]5、BMS系统在统计SOC的过程中，也会统计系统的总充放电量，这一过程也是交给安时积分完成的，所以安时积分误差较大影响的不仅仅是SOC精度，对整个系统的充放电量统计也有较大的误差。
[0008]6、要精确的估算每个电池的SOC，除了准确计算安时积分外，还要准确采集电池温度，在将温度影响以系数的形式拟合进按时积分的数值中。但在实际情况中，电池包内的温度采样点并不是1:1对应电池的，采集到的温度数据并不能对应到每个电池上，所以此时要引入电池SOC矩阵和温度矩阵进行扩增，得到行列数目相同的两个矩阵，再对两个矩阵中每个对应的数据进行卡尔曼滤波，得到精确的SOC数值。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法。
[0010]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法，所述计量芯片连接MCU和电压基准源芯片，所述方法包括以下步骤：
[0011]MCU向计量芯片发送的开始计量命令，所述计量芯片在接收到所述开始计量命令后，计算含有电压系数的充放电量；
[0012]MCU按照BMS定义的采集时序读取计量芯片计算中的含有电压系数的充放电量；
[0013]根据所述含有电压系数的充放电量生成单体电池电量矩阵；同时，生成温度采样点分布矩阵；
[0014]将所述单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵扩增为行列均相同的矩阵；
[0015]对两个扩增后的单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵一一对应进行科尔曼滤波，得到单体电池SOC值。
[0016]所述计算含有电压系数的充放电量，包括以下步骤：
[0017]计量芯片采集整簇电池总正电路的电流值；
[0018]将所述电流值与电压基准源芯片中的恒定电压值相乘；
[0019]对相乘结果进行积分，得到含有电压系数的充放电量。
[0020]所述计量芯片采集整簇电池总正电路的电流值，包括以下步骤：
[0021]在整簇电池总正电路中串联分流器，所述分流器的两端连接计量芯片的两个电流通道模拟输入端；
[0022]采集分流器上的电压降；
[0023]将所述电压降除以分流器的电阻值，得到整簇电池总正电路的电流值。
[0024]所述根据所述含有电压系数的充放电量生成单体电池电量矩阵，包括以下步骤：
[0025]消除所述含有电压系数的充放电量中的电压系数，得到消除电压系数的重放电量；
[0026]根据电池包内电池的排列情况生成单体电池电量矩阵，其行列与电池包内电池对应，值为所述消除电压系数的充放电量。
[0027]所述消除所述含有电压系数的充放电量中的电压系数，具体为：
[0028]将所述含有电压系数的充放电量除以电压基准源芯片中的恒定电压值。
[0029]所述生成温度采样点分布矩阵，包括以下步骤：
[0030]读取电池包内各采样点的温度值；
[0031]根据电池包内温度采样点排布生成温度采样点分布矩阵，其行列与所述采样点对应，值为对应的温度值。
[0032]所述将所述单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵扩增为行列均相同的矩阵，具体为：
[0033]分布计算所述单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵行列的最小公倍数；
[0034]以所述最小公倍数的行列对所述单体电池电量矩阵进行扩增；
[0035]以所述最小公倍数的行列对所述温度采样点分布矩阵扩增进行扩增。
[0036]所述扩增的方法为：
[0037]在进行行扩增时，每行之间插入m个行，每个扩增倍数行的值为其上一行的值，其中m＝行扩增倍数
‑
1；
[0038]在进行列扩增时，每列之间插入n个列，每个扩增倍数列的值为其前一列的值，其中n＝列扩增倍数
‑
1。
[0039]本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0040]1、针对MCU调用计时器进行安时积分所带来的不稳定因素，采用单独的电能计量芯片单独负责积分工作。由于计量芯片常用于家用电表的计量，具有极高采样频率，内置4MHz晶振，能够提供500KHz的采样频率，采样密度大大高于依靠MCU采样的传统BMS。并且计量芯片能够内部自动积分，能够大大节省MCU算力，MCU仅需按时读取计量芯片寄存器内数值，使电流积分精度极大的提高。
[0041]2、采用专门的芯片负责积分，不受其他任务的影响，不会被其他任务打断，不会受MCU负载影响。计量芯片具有内置晶振，能够产生非常均匀的时钟信号，并且不会受到其他任务干扰，MCU即使因为各种原因读取数据的时间不够精确，但读取到的值依然是计量芯片计算得到的精确值，能够排除掉MCU自身的影响。同时通过合理的布局，使计量芯片和主电路隔离，避免受到主电路发热的干扰，能够提供极为准确的积分数值。
[0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法，其特征在于，所述计量芯片连接MCU和电压基准源芯片，所述方法包括以下步骤：MCU向计量芯片发送的开始计量命令，所述计量芯片在接收到所述开始计量命令后，计算含有电压系数的充放电量；MCU按照BMS定义的采集时序读取计量芯片计算中的含有电压系数的充放电量；根据所述含有电压系数的充放电量生成单体电池电量矩阵；同时，生成温度采样点分布矩阵；将所述单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵扩增为行列均相同的矩阵；对两个扩增后的单体电池电量矩阵和温度采样点分布矩阵一一对应进行科尔曼滤波，得到单体电池SOC值。2.根据权利要求1所述的一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法，其特征在于，所述计算含有电压系数的充放电量，包括以下步骤：计量芯片采集整簇电池总正电路的电流值；将所述电流值与电压基准源芯片中的恒定电压值相乘；对相乘结果进行积分，得到含有电压系数的充放电量。3.根据权利要求2所述的一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法，其特征在于，所述计量芯片采集整簇电池总正电路的电流值，包括以下步骤：在整簇电池总正电路中串联分流器，所述分流器的两端连接计量芯片的两个电流通道模拟输入端；采集分流器上的电压降；将所述电压降除以分流器的电阻值，得到整簇电池总正电路的电流值。4.根据权利要求1所述的一种基于计量芯片的BMS系统SOC计算方法，其特征在于，所述根据所述含有电压系数的充放电量生成单体电池电量矩阵，包括以下步骤：消除所述含有电压系数的充放电量中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德华，杜鹏飞，
申请(专利权)人：傲普上海新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：