CN102169166B - 一种仿真试验中电池组替代装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿真试验中电池组替代装置及其方法，其中装置包括电池模块和对应电池管理模块：方法包括：将n个组成被测电池组的同批次单体电池串接成电池模块；将被测电池组的电池管理系统中电压采样电路的放大倍数调整至倍，并将电池模块的功率电线在该电池管理系统中电流传感器上同方向缠绕a圈，改造后作为所述电池管理模块；所述被测电池组包括a个并联模块、每个并联模块由b个单体电池串接而成，或者所述被测电池组包括b个串联模块、每个串联模块由a个单体电池并联而成，a、b、n为自然数。这种替代装置及其方法，结合对应等效算法能灵活、准确、简单、高效地替代在仿真试验中的被测电池组，设备要求低、适应范围广且节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池仿真试验，具体涉及一种仿真试验中电池组替代装置及其方法。
背景技术
现在，电动汽车和混合动力汽车越来越多的采用将多个单体电池并串联后组成的电池组作为其储能单元替代或部分替代汽油和内燃机。为了使电动汽车和混合动力汽车接近、达到或超过传统汽车，须要通过电池管理系统对电池进行管理。而电池管理系统中智能控制程序正是当前发展的重要领域，其设计和优化都须要通过大量的仿真试验和试验获取实验数据，将带有电池管理系统的电池组直接连接于电动汽车（含混合动力汽车）进行试验，成本高、周期长、效率低，这在设计前期行不通。另一种方法，将电池组连接至电池仿真系统，模拟汽车实际运行的电池工作，通过仿真试验获取有用数据，成本相对低、效率相对较高，但是电池组一般容量大、放电/充电电流大，对试验设备要求高，成本高、效率差、占用空间大，同时也不灵活和节能环保。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种仿真试验中电池组替代装置及其方法，在满足电池仿真试验的基础上成本更低、效率更高且节能环保。
本发明的第一个技术问题这样解决：构建一种仿真试验中电池组替代方法，包括以下步骤：
将n个组成被测电池组的同批次单体电池串接成电池模块；
将被测电池组的电池管理系统中电压采样电路的放大倍数调整至 倍，并将电池模块的功率电线在该电池管理系统中电流传感器上同方向缠绕a圈，改造后作为所述电池模块对应的电池管理模块；
所述被测电池组包括a个并联模块、每个并联模块由b个单体电池串接而成，或者所述被测电池组包括b个串联模块、每个串联模块由a个单体电池并联而成，a、b、n为自然数。
按照本发明提供的替代方法，所述电池模块放电或充电电流是
，电压是
，是被测电池组对应的等效放电或充电电流，
是被测电池组对应的等效电压。
按照本发明提供的替代方法，根据被测电池组的充放电模型
获得所述电池模块的充放电模型
，其中：t是工作时间，SOC是被测电池组或所述电池模块的剩余电量。
按照本发明提供的替代方法，所述改造还包括屏蔽掉所述电池管理系统中单体电池替代部分。
本发明的另一个技术问题这样解决：构建一种仿真试验中电池组替代装置，包括：
电池模块，由n个组成被测电池组的同批次单体电池串接成；
电池管理模块，控制连接所述电池模块，由被测电池组的电池管理系统改造而成：其电压采样电路的放大倍数是原来的
倍，所述电池模块的功率电线在该电池管理系统中电流传感器上同方向缠绕a圈；
所述被测电池组包括a个并联模块、每个并联模块由b个单体电池串接而成，或者所述被测电池组包括b个串联模块、每个串联模块由a个单体电池并联而成，a、b、n为自然数。
按照本发明提供的替代装置，n优选为2-9。
本发明提供的仿真试验中电池组替代装置及其方法，采用n个组成被测电池组的同批次单体电池、改造的被测电池组电池管理系统和对应等效算法替代被测电池组，这样对应的充放电模块的额定工作电流可以是原来的
倍，设备要求低、适应范围广，测试灵活，进一步节能、高效、环保。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明：
图1是一种本发明电池组替代装置应用系统连接结构示意图；
图2是图1中控制替代模块的充放电控制程序流程示意图。
具体实施方式
下面，结合本发明电池组替代装置在SOC计算精度检测方面的具体应用说明本发明：
如图1所示，这种具体应用是电池组SOC计算精度检测，该系统包括㈠电池模块、㈡电池管理模块、㈢温控装置、㈣放电模块、㈤充电模块、㈥控制检测模块和㈦上位机，其中：
㈠电池模块
由选择组成被测电池组的同批次单体电池n个（n<10）串联组成，n值受到电池管理模块ECU电源电压以及电池组电压采样电路影响。n值越小，则试验所需功率越小；
㈡电池管理模块
是将被测电池组的电池管理系统做如下修改后获得，所述被测电池组包括a个并联模块，每个并联模块由b个单体电池串接而成，（所述被测电池组或者由b个模块串联组成，每个模块由a个单体电池并联而成）：
①屏蔽掉单体电池检测部分；
②将原有的电压采样电路的放大倍数乘以
倍；
例：被测电池组电压为Vi，经原有电压采样电路后输出到微处理器AD接口的电压为Vo，则原有电压采样电路的放大倍数为
；对采样电路修改后，当电池模块的电压为
时，经新的电压采样电路后输出到微处理器AD接口的电压还是为Vo；
③将电池模块的功率电线在电池管理系统的电流传感器上同方向缠绕a圈；
㈢温控装置
用于控制电池模块和电池管理模块的环境温度，以检测不同温度下电池管理系统对于电池组SOC计算的精度；
㈣充电模块
用于电池模块的充电，充电电流大小可通过通讯总线进行控制，和放电模块一起用以模拟实际汽车行驶工况下电池的充放电情况；
㈤放电模块
用于电池模块的放电，放电电流大小可通过通讯总线进行控制，和充电模块一起用以模拟实际汽车行驶工况下电池的充放电情况；
㈥控制检测模块
进行充放电控制和获取电池管理模块的信息；
㈦上位机
用于显示、存储、处理数据；
备注：㈥控制检测模块和㈦上位机可合并到一起。
进一步，该系统工作原理和具体SOC检测方法包括：
101）通过模拟仿真或实际工况下测量得到电池组的充放电模型
，在相同的汽车循环行驶工况下，为了保证电池电量的平衡，不同的电池组SOC值可能会导致不同的电池组充放电电流；
102）确定电池模块的充放电电流，将其建立好模型输入到控制检测模块中，用以控制充电模块和放电模块（电池模块放电
为正，充电
为负）；
103）在控制检测模块中设置总的模拟运行时间
，电池组额定容量
，电池组标准放电电流，电池组标准放电截止电压
（即在室温下，电池组以标准放电电流放电至标准放电截止电压时，电池组SOC为0%）；
104）按照检测需求调节温控装置使电池模块环境温度恒定于期望值
；
105）启动系统，开始检测流程；电池管理模块初始化，根据协议输出电池模块电压、电流、温度、SOC等信息，控制检测模块根据电池模块信息和内部建立的充放电模型对充电模块和放电模块输出充放电电流控制信息，充电模块根据接收到的控制信息调节电源输出电池充电电流，放电模块根据接收到的控制信息调节负载输出电池放电电流；
106）当系统运行时间到达设置时间
后，控制检测模块控制充电模块和放电模块停止充放电，记录此时电池管理模块输出的SOC值为c%；
107）将温控装置关闭，静置电池一段时间，使其回复到室温；
108）控制检测模块控制放电模块以恒流放电至电池模块电压为，记录此恒流放电时间
，则恒流放电前电池模块的真实SOC值为
，电池管理模块对SOC值计算误差为
；
109）重复步骤101~108），即可获得多组电池管理模块对电池模块SOC值计算误差值，取其中最大值为SOC值的计算精度，即等效为被测电池组电池管理系统在环境温度为
，电池组在循环工况下运行情况下，对电池组SOC值的计算精度；
110）设置不同的环境温度和电池组工作时间，重复步骤101~109），即可取得电池管理系统在不同温度和不同时间下的SOC值计算精度。
在这个系统中，充放电控制由㈥控制检测模块实现，具体计算由㈦上位机实现，如图2所示，控制检测模块中充放电控制程序具体包括以下步骤：
201）累积计时，记录本循环当前时间t；
202）接收获取电池管理模块内电池模块电流/电压/SOC等数据；
203）判断t<
，则进入下一步，否则进入步骤208）；
204）电池模块电压V>最低限制电压Vmin, 则进入下一步，否则进入步骤208）；
205）电池模块电压V<最高限制电压Vmax，则进入下一步，否则进入步骤208）；
206) 计算电池模块电流
;
207) 
为正，则控制充电模块关闭，放电模块以
恒流放电，否则控制放电模块关闭，充电模块以
恒流放电，返回步骤201）；
208）本次充放电结束。
最后，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种仿真试验中电池组替代方法，其特征在于，包括以下步骤：
将n个组成被测电池组的同批次单体电池串接成电池模块；
将被测电池组的电池管理系统中电压采样电路的放大倍数调整至原有电压采样电路的放大倍数的
倍，并将电池模块的功率电线在该电池管理系统中电流传感器上同方向缠绕a圈，改造后作为所述电池模块对应的电池管理模块；
所述被测电池组包括a个并联模块、每个并联模块由b个单体电池串接而成，或者所述被测电池组包括b个串联模块、每个串联模块由a个单体电池并联而成，a、b、n为自然数。
2.根据权利要求1所述替代方法，其特征在于，所述电池模块放电或充电电流是
电压是
I′是被测电池组对应的等效放电或充电电流，V′是被测电池组对应的等效电压。
3.根据权利要求1或2所述替代方法，其特征在于，根据被测电池组的充放电模型IB＝f(SOC，t)获得所述电池模块的充放电模型
其中：IB是所述被测电池组的充放电电流函数，IM是所述电池模块的充放电电流函数，t是工作时间，SOC是被测电池组或所述电池模块的剩余电量。
4.根据权利要求1所述替代方法，其特征在于，所述改造还包括屏蔽掉所述电池管理系统中单体电池检测部分。
5.一种仿真试验中电池组替代装置，其特征在于，还包括：
电池模块，由n个组成被测电池组的同批次单体电池串接成；
电池管理模块，控制连接所述电池模块，由被测电池组的电池管理系统改造而成：其电压采样电路的放大倍数是原有电压采样电路的放大倍数的
倍，所述电池模块的功率电线在该电池管理系统中电流传感器上同方向缠绕a圈；
所述被测电池组包括a个并联模块、每个并联模块由b个单体电池串接而成，或者所述被测电池组包括b个串联模块、每个串联模块由a个单体电池并联而成，a、b、n为自然数。
6.根据权利要求5所述替代装置，其特征在于，n为2-9。
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