阅读说明：本技术 动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法 (Compensation method for copper bar crossing voltage sampling of power battery management system ) 是由 张静 刘振 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法,包括以下步骤：电池管理系统和电流传感器上电；读取待采集电芯对应的铜排的标定参数；获取铜排电连接的电流传感器的电流值；计算铜排温度；根据铜排温度和电流传感器的电流值计算需要补偿的铜排电压；将采集的电芯电压加上补偿的铜排电压,得出电芯实际电压。本发明减少了动力电池管理系统单体电压采样通道的数量,降低了系统的成本,并且提高了动力电池系统的能量密度。(The invention provides a compensation method for copper bar crossing voltage sampling of a power battery management system, which comprises the following steps of: powering on a battery management system and a current sensor; reading calibration parameters of a copper bar corresponding to the electric core to be collected; acquiring a current value of a current sensor electrically connected with the copper bar; calculating the temperature of the copper bar; calculating the voltage of the copper bar to be compensated according to the temperature of the copper bar and the current value of the current sensor; and adding the acquired cell voltage to the compensated copper bar voltage to obtain the actual cell voltage. The invention reduces the number of single voltage sampling channels of the power battery management system, reduces the cost of the system and improves the energy density of the power battery system.)

动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池管理系统技术领域，具体涉及一种动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法。

背景技术

随着新能源汽车推广应用财政补贴技术门槛进一步提高，并细化了续航里程、电池能量密度、能耗水平补贴等方面的技术指标和档位，市场竞争渐趋“白热化”，对各零部件的成本及参数要求进一步提高。

目前动力电池系统一般采用多个动力电池模组通过若干个铜排进行串联，组成一个动力电池系统。以4串动力电池模组组成96串动力电池系统为例，系统共需要24个动力电池模组、最少23个铜排进行串联。

常用的电池管理系统方案，为避免铜排在过电流时的分压对单体电压的采集造成影响，会对铜排的电压进行单独采样，再将铜排的电压剔除，这样96串的电池系统约需要119个电压采样通道去采集，极大的造成了采样通道的浪费。同时采样通道的增加，带来了系统成本的增加，电池管理系统体积和重量的增加，影响了整体动力电池系统的能量密度和成本。

也有跨铜排进行电压采样的方案，96串动力电池系统采用96个电压采样通道，不处理铜排的分压。但这种方案会导致大电流时，采样电压与实际电池电压误差较大，从而引起电池误保护、误均衡、影响SOC修正等问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法,减少了动力电池管理系统单体电压采样通道的数量，降低了系统的成本，并且提高了动力电池系统的能量密度。

本发明提供了一种动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

电池管理系统和电流传感器上电；读取待采集电芯对应的铜排的标定参数，所述标定参数为电池管理系统内部已经设定好的；获取铜排电连接的电流传感器的电流值，即待采集电芯的母线电流值；计算铜排温度；根据该铜排温度、铜排实际阻值和其对应的电流传感器的测量值计算需要补偿的铜排电压；将采集的电芯电压加上补偿的铜排电压，得出电芯实际电压。

上述技术方案中，铜排的标定参数包括电芯是否需要进行补偿、铜排的位置、铜排的电阻阻值。

上述技术方案中，包括以下步骤：

电池管理系统上电后根据铜排标定参数判断是否对铜排补偿算法使能；铜排补偿算法使能后确定待采集电芯的电压采集通道是否有铜排；判断为是后继续判断是否收到电流传感器检测到的母线的电流的电流值；判断为是后，计算铜排的温度；若上述任一步骤判断为否，不进行补偿的铜排电压的计算。

上述技术方案中，铜排补偿电压的计算公式如下：

Ut＝I R₁+I[R₂+R₂(T-20)*k]

Ut：铜排产生的补偿电压；I：母线电流；R₁：铜排接触阻抗；R₂：铜排20℃阻值；T：铜排温度；k：铜电阻温升系数0.00393/℃。铜排的接触阻抗和20度阻值是测量获得，电阻温升系数是产品自身的参数通过参考资料获得。

上述技术方案中，计算铜排温度包括以下步骤：

通过铜排的电阻温升系数计算铜排的初始阻值；根据铜排的初始阻值计算铜排的发热量，由发热量计算铜排的温升；根据温升计算铜排的散热量；将发热量减去散热量计算得到铜排的累积热量；根据累积温升计算铜排的实际温升；将铜排的实际温升和初始温度相加获得铜排温度。

上述技术方案中，采用下列公式计算铜排的初始阻值R₀：

R₀＝R₂+R₂(T₀-20)*k，

其中，T₀为初始温度，可通过电芯的温度传感器获取。

上述技术方案中，根据电阻发热公式Q₁＝I^2·R·t，通过积分的方式计算铜排的发热量Q₁，单位为J；其中I为通过电流传感器检测到的铜排上的电流，单位为A；R₀为铜排的初始阻值，单位为Ω；t为时间，单位为s。

上述技术方案中，根据热量计算公式Q＝CM△T，分别计算得到铜排的温升和实际温升，其中，C为铜排的比热容，M为铜排的质量，单位为kg；带入铜排当前的发热量Q1至上述公式，单位为J，可计算得到铜排的温升△T₁，单位为℃；带入累积热量Q3至上述公式，计算得到铜排的实际温升△T₂，单位为℃。

上述技术方案中，根据散热量计算公式Q＝K·F·△T·t，通过积分的方式计算铜排的散热量Q2，单位为J；

其中K为铜排的传热系数，单位为W/㎡·℃；F为铜排的散热面积(即铜排的表面积)，单位为㎡；△T取铜排的温升△T₁，单位为℃；t为时间，单位为s。

本发明减少了动力电池管理系统单体电压采样通道的数量，降低了系统的成本，并且提高了动力电池系统的能量密度。本发明中铜排的温度，通过累积热量的方式进行估算，解决了铜排上难以布置温度传感器的问题，降低了系统复杂度。本发明通过对铜排分压进行补偿的方式，提高了动力电池电芯单体电压的采样精度。

附图说明

图1是为本发明应用系统中的局部示意图；

图2是为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

图1是本发明所应用的系统的局部示意图，如图1所示，4串1个电池模组，3个电池模组使用两个铜排进行串联，B-至B12+为单体电压采样，每相邻两组采样线采集1个电芯的单体电压。其中BAT5通过B4+与B5+采集电压和BAT9的通过B8+与B9+采样电压，铜排通过电流时会产生压降，需要在采样电压的基础上补偿铜排压降。

如图2所示，本发明提供了一种动力电池管理系统跨铜排电压采样的补偿方法，包括以下步骤：

第一步，电池管理系统和电流传感器上电；

第二步，读取待采集电芯对应的铜排的标定参数，包括铜排的阻值、是否需要进行补偿、铜排的位置；

第三步，获取待采集电芯对应的铜排电连接的电流传感器的电流值；

第四步，估算铜排的温度，计算铜排温度补偿；

第五步，按公式计算当前电流下待采集电芯需要补偿的电压；

第六步，将待采集电芯的采集电压加上补偿的铜排电压，得出该电芯实际电压进行上传。

电芯实际电压的计算公式如下：

U＝U₁+I R₁+I[R₂+R₂(T-20)*k]

其中，U：电芯补偿后电压；I：母线电流；U₁：电芯采样电压；R₁：铜排接触阻抗；R₂：铜排20℃阻值；T：铜排温度；k：铜电阻温升系数0.00393/℃

在本实施例中，可以通过高精度内阻测量仪测量铜排的常温即20度时，内阻和铜排与母排的接触内阻，将测量的结果标定到电池管理系统中。

在本实施例中，通过电流传感器采集母线的电流。

在本实施例中，可以通过计算累积热量方式计算铜排温度，步骤如下。

(1)通过铜的电阻温升系数计算铜排的初始阻值，R₀＝R₂+R₂(T₀-20)*k，T₀为初始温度，可通过电芯的温度传感器获取。设铜排的20℃阻值R₂为0.05mΩ，初始温度T₀为0℃，通过公式计算R₀＝0.04607mΩ。

(2)根据电阻发热公式Q＝I^2·R·t，通过积分的方式计算铜排的发热量Q₁，单位为J。其中I为通过电流传感器检测到的铜排上的电流，单位为A；R₀为铜排的初始阻值，单位为Ω；t为时间，单位为s；设电流在100A时，通过公式计算铜排1分钟的发热量Q₁＝27.642J。

(3)根据热量计算公式Q＝CM△T，通过Q1计算铜排的温升△T₁，单位为℃。其中，Q1为铜排当前的发热量，单位为J；C为铜排的比热容，已知为0.39×10^3,单位为J/(kg·℃)；M为铜排的质量，单位为kg；设铜排的质量M为0.2kg，通过公式计算1分钟温升△T₁≈0.354℃。

(4)根据散热量计算公式Q＝K·F·△T·t，通过积分的方式计算铜排的散热量Q2，单位为J。其中K为铜排的传热系数，单位为W/㎡·℃；F为铜排的散热面积(即铜排的表面积)，单位为㎡；△T取第二步计算的△T₁，单位为℃；t为时间，单位为s。设铜排的传热系数K为10W/㎡·℃，散热面积F为0.01㎡，通过公式计算1分钟散热量Q2＝2.124J。

(5)计算铜排的累积热量Q3，单位为J。根据第一步和第三步计算出的铜排的发热量Q1和散热量Q2，铜排的累积热量Q3＝Q1-Q2＝27.642-2.124＝25.518J。

(6)再次根据热量计算公式Q＝CM△T，通过累积热量Q3计算铜排的实际温升△T₂，单位为℃。实际温升△T₂＝0.327℃

(7)铜排的实际温度T＝△T₂+T₀，△T₂为第六步计算，T₀为初始温度。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。