一种电动车BMS系统的主动均衡控制方法

一种电动车bms系统的主动均衡控制方法
技术领域
1.本发明涉及充电系统控制技术领域，具体为一种电动车bms系统的主动均衡控制方法。


背景技术：

2.目前广为应用的电动汽车电池管理系统(bms)，一般都是由直接连接电池组或者单体电池的多个电池参数检测单元(mmu)和上一层总的电池管理单元(即bcu模块)组成。均衡多串联的电池系统有传统的被动均衡和主动均衡两种方式。其中，主动均衡以电量转移的方式进行均衡，效率高，损失小，因此，越来越被市场所采用。但是现有的bms主动均衡电路对均衡电流的精确调节性能不足。
3.因此，如何解决均衡电流的调节精度问题，即成为本领域人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，该方法可有效解决现有bms主动均衡电路中对均衡电流的精确调节性能不足的问题。
5.一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，该bms系统包括从控模块、主控模块，从控模块与电池组电性连接，具体包括以下步骤：
6.在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1；
7.若收到有效的均衡命令，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电；
8.采集采样电阻两端的电压v2，根据电压v1和电压v2计算出均衡电流；
9.判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定；若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效；若是，则对均衡电流进行pid调节。
10.优选的，在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1具体包括从控模块包括mcu、dc/dc变换电路、译码电路，dc/dc变换电路通过译码电路为电池组需要充放电的单体电池充放电，mcu输出pwm信号控制dc/dc变换电路的开关；若mcu未收到主控模块或上位机传送的均衡命令，则关闭pwm信号输出，停止dc/dc变换；关闭译码电路输出，译码电路的输出电平为高即停止对任意单体电池充放电；使单体电池脱离均衡电路，采集没有均衡电流时采样电阻两端的电压，记为v1。
11.优选的，若收到有效的均衡命令具体包括从控模块收到主控模块或上位机发送的均衡命令，均衡命令包括电池标记、均衡模式和均衡电流；检查并判断均衡条件，判断内部can通信是否掉线或者均衡的电池电压采集线脱落或者均衡充电的电池电压大于设定阈值或者均衡放电的电池电压小于设定阈值，若出现上述任一情况，则认定无法均衡。
12.优选的，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电具体包括：根据均衡命令中的电池标记切换对应的单体电池的正负极，使得单体电池的正极连接dc/dc变换电路的正极；mcu根据均衡命令输出信号给译码电路，选择需要均衡的单体电池；mcu根据充电或放电命令输出其中某一路pwm信号控制dc/dc变换电路与单体电池的通路导通；若均衡放电则初始设定当前放电pwm占空比值为90％，若为均衡充电则初始设定当前放电pwm占空比值为10％。
13.优选的，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电每一步骤之间的时间间隔为500ms。
14.优选的，采集采样电阻两端的电压v2，根据电压v1和电压v2计算出均衡电流具体包括均衡电流采集变量复位，为计算均衡电流做准备；
15.采集均衡电压v2，通过公式计算得到均衡电流，计算公式为：均衡电流＝(v2—v1)/(50*0008)。
16.优选的，判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定，若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效，否则对均衡电流进行pid调节具体包括
17.判断均衡电流是否过载，即当前的均衡电流大小以及将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向是否一致，当均衡电流大于5a时，认定均衡条件出错；将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向不一致时，认定均衡条件出错；均衡命令无效；
18.当均衡条件正常时，不断采集均衡电流值，对均衡电流进行pid调节，输出目标均衡电流值，并一直在此步骤执行，除非均衡条件出错导致的均衡命令无效。
19.本发明的优点和技术效果是：
20.1、本发明的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，实现目标均衡电流可控、可调，可以在0～3a之间的任意设定，并且控制均衡电流误差率为小于5％。
21.2、本发明的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，在均衡充电过程中的对单体电池的过压保护。一旦检测到过压立即停止输出pwm信号，dc/dc电路停止输出均衡电流。
22.3、本发明的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，设计合理的操作步骤，在对多个单体电池间的均衡通道安全切换，有效防止由于控制时序和间隔时间不当，造成充放电通道中mos功率管的烧毁。
附图说明
23.图1为从控模块的dc/dc变换电路和译码电路的电路原理图；
24.图2为从控模块的mcu的电路原理图；
25.图3为本发明一种电动车bms系统的主动均衡控制方法的流程图。
具体实施方式
26.为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、"相连”、“连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1-图3所示，本发明提出了一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，bms系统包括从控模块、主控模块，从控模块与电池组电性连接，从控模块的主动均衡电路图如图1和图2所示，具体包括以下步骤：
30.在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1；
31.若收到有效的均衡命令，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电；
32.采集采样电阻两端的电压v2,根据电压v1和电压v2计算出均衡电流；
33.判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定，若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效，否则对均衡电流进行pid调节。
34.作为本发明的一个优选实施例，在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1具体包括：
35.从控模块包括mcu、dc/dc变换电路、译码电路，dc/dc变换电路通过译码电路为电池组需要充放电的单体电池充放电，mcu输出pwm信号控制dc/dc变换电路的开关；若mcu未收到主控模块或上位机传送的均衡命令，则关闭pwm信号输出，停止dc/dc变换；即pwm_off阶段，在此阶段，mcu关闭其两个pwm输出，dc\dc变换停止进行。
36.关闭译码电路输出，译码电路的输出电平为高即停止对任意单体电池充放电；即i0_off1阶段，在此阶段，关闭74hc138译码电路输出，电平为高即不选择任何一个单体电池进行充放电。
37.使单体电池脱离均衡电路，采集没有均衡电流时采样电阻r150两端的电压，记为v1。即i0_0ff2阶段，在此阶段，关闭mos管通道，使单体电池脱离均衡电路。计算这时没有均衡电流时采样电阻r150两端的电压，记为v1。如果收到有效的均衡命令(收到均衡电池编号和均衡电流、均衡模式)则可以进行下一步，否则到此步为止，不执行下一均衡动作。
38.作为本发明的一个优选实施例，若收到有效的均衡命令具体包括：
39.从控模块收到主控模块或上位机发送的均衡命令，均衡命令包括电池标记(电池号)、均衡模式和均衡电流(正数为充电、负数为放电)；
40.检查并判断均衡条件，判断内部can通信是否掉线或者均衡的电池电压采集线脱落或者均衡充电的电池电压大于3800mv或者均衡放电的电池电压小于2800mv,若出现上述任一情况，则认定无法均衡。对单体电池进行过压保护。
41.作为本发明的一个优选实施例，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电具体包括：
42.根据均衡命令中的电池标记切换对应的单体电池的正负极，使得单体电池的正极
连接dc/dc变换电路的正极；i0_on1阶段，在此阶段，由于电池是串联的，所以根据电池序号奇偶性，正确切换电池的正负极到dc\dc电路的通道，保证单体电池的正极始终连接dc\dc的正极。
43.延时500ms进入下一阶段。
44.mcu根据均衡命令输出信号给译码电路，选择需要均衡的单体电池；即ioon2阶段，在此阶段，mcu根据均衡命令，输出信号给译码电路选择需要要均衡的电池，由于所有mos管处于关断状态，此时对应电池的充放电电路并未打通。
45.延时500ms后进入下一阶段。
46.mcu输出pwm信号控制dc/dc变换电路与单体电池的通路导通；即en_balance_h阶段，在此阶段，mcu输出en_blance信号，给光耦器件供电，进而使mos管栅极得到电压而导通，此时，要均衡的电池就与dc\dc电路联通了。
47.为了防止烧毁mos,延时500ms后进入下一阶段。
48.若均衡放电则初始设定当前放电pwm占空比值为90％,若为均衡充电则初始设定当前放电pwm占空比值为10％。即pwm_ini阶段，在此阶段，mcu输出pwm波形给对应充或放电的开关管，dc\dc电路开始工作。
49.作为本发明的一个优选实施例，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电每一步骤之间的时间间隔为500ms。
50.作为本发明的一个优选实施例，采集单体电池的均衡电压v2,根据电压v1和电压v2计算出均衡电流具体包括：
51.均衡电流采集变量复位，为计算均衡电流做准备；即sample_start阶段，在此阶段，均衡电流采集变量复位，为计算均衡电流做准备。
52.采集均衡电压v2,通过公式计算得到均衡电流，计算公式为：均衡电流＝(v2—v1)/(50*0.008)。即pi_control阶段。
53.判断均衡电流是否过载，即当前的均衡电流大小以及将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向是否一致，当均衡电流大于5a时，认定均衡条件出错；将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向不一致时，认定均衡条件出错；均衡命令无效；
54.当均衡条件正常，不断采集均衡电流值，对均衡电流进行pid调节，输出目标均衡电流值，并一直在此步骤执行，除非均衡条件出错导致的均衡命令无效。
55.最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
56.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，该bms系统包括从控模块、主控模块，所述从控模块与电池组电性连接，其特征在于，具体包括以下步骤：在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1；若收到有效的均衡命令，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电；采集采样电阻两端的电压v2，根据电压v1和电压v2计算出均衡电流；判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定；若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效；若是，则对均衡电流进行pid调节。2.根据权利要求1所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：在未收到均衡命令前，bms系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为v1具体包括所述从控模块包括mcu、dc/dc变换电路、译码电路，所述dc/dc变换电路通过译码电路为电池组需要充放电的单体电池充放电，所述mcu输出pwm信号控制所述dc/dc变换电路的开关；若mcu未收到主控模块或上位机传送的均衡命令，则关闭pwm信号输出，停止dc/dc变换；关闭译码电路输出，译码电路的输出电平为高即停止对任意单体电池充放电；使单体电池脱离均衡电路，采集没有均衡电流时采样电阻两端的电压，记为v1。3.根据权利要求2所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：若收到有效的均衡命令具体包括从控模块收到主控模块或上位机发送的均衡命令，均衡命令包括电池标记、均衡模式和均衡电流；检查并判断均衡条件，判断内部can通信是否掉线或者均衡的电池电压采集线脱落或者均衡充电的电池电压大于设定阈值或者均衡放电的电池电压小于设定阈值，若出现上述任一情况，则认定无法均衡。4.根据权利要求3所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电具体包括：根据均衡命令中的电池标记切换对应的单体电池的正负极，使得单体电池的正极连接dc/dc变换电路的正极；mcu根据均衡命令输出信号给译码电路，选择需要均衡的单体电池；所述mcu根据充电或放电命令输出其中某一路pwm信号控制所述dc/dc变换电路与单体电池的通路导通；若均衡放电则初始设定当前放电pwm占空比值为90％，若为均衡充电则初始设定当前放电pwm占空比值为10％。5.根据权利要求4所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电每一步骤之间的时间间隔为500ms。6.根据权利要求4所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：采集采样电阻两端的电压v2，根据电压v1和电压v2计算出均衡电流具体包括均衡电流采集变量复位，为计算均衡电流做准备；采集均衡电压v2，通过公式计算得到均衡电流，计算公式为：均衡电流＝(v2—v1)/(50*0008)。7.根据权利要求6所述的一种电动车bms系统的主动均衡控制方法，其特征在于：判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定，若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效，否则对均衡电流进行pid调节具体包括
判断均衡电流是否过载，即当前的均衡电流大小以及将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向是否一致，当均衡电流大于5a时，认定均衡条件出错；将要执行均衡电流方向与当前均衡电流方向不一致时，认定均衡条件出错；均衡命令无效；当均衡条件正常时，不断采集均衡电流值，对均衡电流进行pid调节，输出目标均衡电流值，并一直在此步骤执行，除非均衡条件出错导致的均衡命令无效。

技术总结
本发明公开了一种电动车BMS系统的主动均衡控制方法，该BMS系统包括从控模块、主控模块，从控模块与电池组电性连接，具体包括以下步骤：在未收到均衡命令前，BMS系统的电池组脱离均衡电路，将采样电阻两端的电压记为V1；若收到有效的均衡命令，从控模块根据均衡命令，选择对应的单体电池，并控制为其均衡充/放电；采集采样电阻两端的电压V2，根据电压V1和电压V2计算出均衡电流；判断均衡电流是否过载，即判断均衡电流的数值大小和电流方向是否符合设定；若否，认定均衡条件出错，均衡命令无效；若是，则对均衡电流进行PID调节。该方法可有效解决现有BMS主动均衡电路中对均衡电流的精确调节性能不足的问题。调节性能不足的问题。调节性能不足的问题。


技术研发人员：翟世旋 张众杰 尉宗华 赵旭敏 林颂凯 冯炳垚 赵俊杰 胡银磊
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军军事交通学院
技术研发日：2023.06.11
技术公布日：2023/10/15