CN103713264A - 一种电池管理系统soc估算精度测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池管理系统技术领域，具体涉及一种电池管理系统SOC估算精度测试系统及测试方法。本发明通过数据采集控制系统集成单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源，可模拟高压电池组外特性参数变化规律，包括单体电池电压、总电压、单体电池温度、充放电电流，电池管理系统测试时，使用电池组SOC估算精度测试系统代替电池组，可用于电池管理系统开发试验过程的SOC精度测试，可大大缩短开发测试周期，节约测试成本，提高系统可靠性。

Description

一种电池管理系统SOC估算精度测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于电池管理系统技术领域，具体涉及一种电池管理系统SOC估算精度测试系统及测试方法。

背景技术

动力电池作为电动汽车的动力源，是影响电动汽车整车性能的关键因素，它对行驶里程、加速能力、最大爬坡度会产生直接的影响。电池荷电状态SOC（State of charge）用来描述电池剩余电量的数量，是电池使用过程中的重要参数。电池荷电状态（SOC）估计，是电池管理系统研究的核心和难点。一方面，电动汽车要求准确估计电池SOC，从充分发挥电池能力和提高安全性两个角度对电池进行高效管理，以进一步提高整车性能；另一方面，电动汽车电池在使用过程中表现的高度非线性，使准确估计SOC具有很大难度。两方面的结合，促使电动汽车电池SOC估算精度测试技术的研究工作不断开展，新方法不断出现。

目前常用的SOC精度测试方法之一是，根据QC/T897《电动汽车用电池管理系统技术条件》，将电池组充放电机和待测管理系统连接同一电池组，可选择不同电流工况，充放电机对电池组充、放电，充放电机和电池管理系统同时估算电池组估算SOC值，测试人员选定几个SOC点，采用目视的方法对比充放电机和电池管理系统的SOC估算差值，来计算电池管理系统的SOC估算误差。这种测试方法带来两个弊端。

（1）电池管理系统和充放电机没有同步机制，各自独立估算电池组SOC值，测试人员采用目视对比的方法，由于不同测试人员带来的测试误差较大，有效数据少，测试结果评价困难，数据可追溯性差。

（2）电池组SOC的估算与寿命、环境温度等因素相关，但按照上述方法进行测试时，由于试验周期、试验成本的影响不能进行不同寿命及环境的测试，造成测试结果的准确度有一定的局限性。

目前常用的测试方法之二是，使用电池充放电设备对不同寿命、温度电池组进行不同电流工况的充放电，保存SOC值和电压值，建立SOC和单体电压的数据表，电池管理系统连接电池组进行估算时，将SOC值对应的电压值与数据表中的电压表值对比。这种方法多用于电池管理系统的SOC校准，用于测试时，仍然存在数据追溯困难，可信性差的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够满足目前技术要求的电池组SOC估算精度测试系统及测试方法。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池管理系统SOC估算精度测试系统，所述测试系统包括：电池组充放电设备以及高压电池组外特性模拟器；所述高压电池组外特性模拟器包括：用于控制模拟电池组外特性参数的数据采集控制系统、与所述数据采集控制系统相连的单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源以及电池箱温度场模拟源；所述单体电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及单体电压模拟生成器；所述电池组总电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及总电压模拟生成器；所述电流模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及电流模拟生成器；所述电池箱温度场模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统通信的通信单元以及温度模拟生成器；

所述电池组充放电设备用于对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

所述数据采集控制系统用于接收所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息，将上述记录数据作为数据源；所述数据采集控制系统还用于通过总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照所接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过总线发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述充放电过程中记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

此外，本发明还提供一种电池管理系统SOC估算精度测试方法，所述测试方法基于前述电池管理系统SOC估算精度测试系统来实施；其中，所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：通过所述电池组充放电设备对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

步骤S2：将所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息作为数据源发送至所述数据采集控制系统；

步骤S3：数据采集控制系统通过总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照步骤S2中接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

步骤S4：待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；

步骤S5：待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过CAN总线发送至数据采集控制系统；

步骤S6：所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述步骤S1中充放电过程记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

（三）有益效果

本发明通过数据采集控制系统集成单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源，可模拟高压电池组外特性参数变化规律，包括单体电池电压、总电压、单体电池温度、充放电电流，电池管理系统测试时，使用电池组SOC估算精度测试系统代替电池组，可用于电池管理系统的调试和功能验证，用于电池管理系统开发试验过程的SOC精度测试，可大大缩短电池管理系统开发测试周期，节约电池管理系统测试成本，提高电池管理系统可靠性。

附图说明

图1为本发明电池管理系统SOC估算精度测试系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种电池管理系统SOC估算精度测试系统，如图1所示，所述测试系统包括：电池组充放电设备以及高压电池组外特性模拟器；所述高压电池组外特性模拟器包括：用于控制模拟电池组外特性参数的数据采集控制系统、与所述数据采集控制系统相连的可标称单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源以及电池箱温度场模拟源；所述单体电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及单体电压模拟生成器；所述电池组总电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及总电压模拟生成器；所述电流模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及电流模拟生成器；所述电池箱温度场模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统通信的通信单元以及温度模拟生成器；

所述电池组充放电设备用于对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

所述数据采集控制系统用于接收所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息，将上述记录数据作为数据源；所述数据采集控制系统还用于通过PXI总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照所接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过CAN总线发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述充放电过程中记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

此外，本发明还提供一种电池管理系统SOC估算精度测试方法，所述测试方法基于前述电池管理系统SOC估算精度测试系统来实施；其中，所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：通过所述电池组充放电设备对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

步骤S2：将所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息作为数据源发送至所述数据采集控制系统；

步骤S3：数据采集控制系统通过总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照步骤S2中接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

步骤S4：待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；

步骤S5：待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过CAN总线发送至数据采集控制系统；

步骤S6：所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述步骤S1中充放电过程记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

由此，所述电池管理系统SOC估算精度测试系统可用于模拟高压电池组充、放电过程中电池组单体电压、总电压、电流、电池温度的变化过程，模拟电池组出现故障时各电池组热电参数的变化特征，用于电池管理系统开发试验过程的SOC精度测试，减少了电池管理系统开发测试周期，节约电池管理系统测试成本。

下面介绍具体实施例。

实施例

本实施例提供一种电池管理系统SOC估算精度的测试系统及测试方法，包括用于可为电池组充放电的充放电机、可控制模拟电池组外特性参数的数据采集控制系统，和数据采集控制系统相连的单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源，电池箱温度场模拟源。充放电机对电池组进行充放电，模拟高压电池组充、放电过程中的电池组单体电压、总电压、充电电流、电池温度的变化过程，模拟电池组出现故障时热电参数的变化特征，可代替电池组用于电池管理系统开发试验过程的SOC估算精度测试。

上述充放电机按照如表1所示的所需工况，对电池组进行充放电，同时采集记录电池组电流、单体电压、总电压、温度信息、SOC信息，将此SOC值作为标准值。

表1

时间增量[s]	累计时间[s]	电流[C-率]
			5	5	-8
5	10	0
			5	15	-8
5	20	0
			20	42	1.5
2	44	4
			8	50	0

上述数据采集控制系统通过232总线控制单体电压模拟源、通过232总线控制电池组总电压模拟源、通过GPIB总线控制电流模拟源、通过232总线控制电池箱温度场模拟源。

上述单体电压模拟源包括232通信单元（如福州星云电子的BAT-NEHP15）以及单体电压模拟生成器。其工作原理为：数据采集控制系统通过232总线将要模拟的单体电压参数或单体电压变化曲线发送给单体电压模拟源，单体电压模拟生成器根据数据采集控制系统的指令输出电压，被测管理系统单体电压测试端子连接单体电压模拟源，采集单体电压数据。

上述电池组总电压模拟源包括GPIB总线通信单元（如美国KEPCO的BHK1000-40MG）以及总电压模拟生成器，其工作原理为：数据采集控制系统通过GPIB总线将要模拟的总电压参数或总电压变化曲线发送给电池组总电压模拟源，总电压模拟生成器根据数据采集控制系统的指令输出总电压数据，被测管理系统总电压测试端子连接电池组总电压模拟源，采集总电压数据。

上述电流模拟源包括GPIB总线通信单元（如美国Agilent的6680A）以及电流模拟生成器，其工作原理为：数据采集控制系统通过CAN总线将要模拟的总电压参数或总电压变化曲线发送给电流模拟源，电流模拟生成器根据数据采集控制系统的指令输出电流数据，被测管理系统总电压测试端子连接电流模拟源，采集电流数据。

上述电池箱温度场模拟源包括232通信单元（如日本埃斯佩克温度箱MC-811）以及温度模拟生成器。其工作原理为：数据采集控制系统通过232总线将要模拟的温度参数或温度变化曲线发送给电池箱温度场模拟源，温度模拟生成器根据指令调节温度，被测管理系统温度测试端子放入电池箱温度场模拟源内，采集温度数据。

所述被测管理系统通过上述四个步骤采集的数据信息来估算模拟电池组的SOC值，并发送给数据采集控制系统，由数据采集控制系统将该估算值与标准值进行比较，生成SOC估算的误差值。

综上所述，本发明通过数据采集控制系统集成单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源，可模拟高压电池组外特性参数变化规律，包括单体电池电压、总电压、单体电池温度、充放电电流，电池管理系统测试时，使用电池组SOC估算精度测试系统代替电池组，用于电池管理系统的调试和功能验证，可大大缩短开发周期、节约成本，提高电池管理系统可靠性。

下面提供基于该系统的测试方法，具体包括：

A1.在电动车行驶过程中，通过电池组充放电设备对电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、温度信息、SOC信息，将此SOC值作为标准值。

A2.将电池组电流、单体电压、总电压、温度信息作为数据源发送给数据采集控制系统。

A3.数据采集控制系统通过PXI总线发送指令，单体电压模拟源、总电压模拟源、电流模拟源、电池箱模拟源按照A2中的数据输出单体电压、总电压、电流、温度场信息。

A4.待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集A3中的所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据。

A5.待测电池管理系统通过采集到的信息进行SOC估算，并将SOC估算值通过CAN总线发送至数据采集控制系统。

A6.数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与A1中保存的SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电池管理系统SOC估算精度测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：电池组充放电设备以及高压电池组外特性模拟器；所述高压电池组外特性模拟器包括：用于控制模拟电池组外特性参数的数据采集控制系统、与所述数据采集控制系统相连的单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源以及电池箱温度场模拟源；所述单体电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及单体电压模拟生成器；所述电池组总电压模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及总电压模拟生成器；所述电流模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统进行通信的通信单元以及电流模拟生成器；所述电池箱温度场模拟源包括：用于与所述数据采集控制系统通信的通信单元以及温度模拟生成器；

所述电池组充放电设备用于对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

所述数据采集控制系统用于接收所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息，将上述记录数据作为数据源；所述数据采集控制系统还用于通过总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照所接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过总线发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述充放电过程中记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

2.一种电池管理系统SOC估算精度测试方法，其特征在于，所述测试方法基于权利要求1所述的电池管理系统SOC估算精度测试系统来实施；其中，所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：通过所述电池组充放电设备对不同寿命、环境的电池组使用典型工况充放电，充放电过程中，记录电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息、SOC值，将该SOC值作为标准值；

步骤S2：将所记录的电池组电流、单体电压、总电压、电池表面温度信息作为数据源发送至所述数据采集控制系统；

步骤S3：数据采集控制系统通过总线发送指令，控制所述单体电压模拟源、电池组总电压模拟源、电流模拟源、电池箱温度场模拟源中各自的单体电压模拟生成器、总电压模拟生成器、电流模拟生成器及温度模拟生成器按照步骤S2中接收的数据源的数据输出单体电压数据、总电压数据、电流数据、温度数据；

步骤S4：待测电池管理系统通过自身的信号采集模块采集所述单体电压数据、总电压数据、电流数据以及温度数据；

步骤S5：待测电池管理系统通过采集到的数据信息进行SOC估算，获得SOC估算值，并将所述SOC估算值通过CAN总线发送至数据采集控制系统；

步骤S6：所述数据采集控制系统将待测管理系统发回的SOC值与前述步骤S1中充放电过程记录下的标准值SOC值进行对比，得到SOC估算的误差值。

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