一種冗余電流傳感器動(dòng)力電池系統(tǒng)的電流檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)和電力儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是涉及一種冗余電流傳感器動(dòng)力電池 系統(tǒng)的電流檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)力電池系統(tǒng)作為關(guān)鍵的零部件在電動(dòng)汽車(chē)和電力儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的 應(yīng)用，由于電池自身的特性導(dǎo)致電池在使用過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行合理的成組及管理，目前 的動(dòng)力電池系統(tǒng)成組中需要精確測(cè)量電池的工作電流、溫度和電壓，從而進(jìn)行電池工作狀 態(tài)的監(jiān)控，并對(duì)電池進(jìn)行必要的保護(hù)。
[0003] 傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)電流測(cè)量一般采用硬件傳感器實(shí)現(xiàn)，包括電流霍爾傳感器和分流 電阻兩種方法，為了提高電池系統(tǒng)的可靠性，在很多電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往采用冗余設(shè)計(jì)的 方法，對(duì)電流測(cè)量而言，一般采用冗余的電流傳感器設(shè)計(jì)，比如，在很多動(dòng)力電池系統(tǒng)中，采 用霍爾傳感器和分流電阻結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)2個(gè)獨(dú)立的電流采樣，從而確保當(dāng)其中一個(gè)電 流采樣發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)能提供測(cè)量冗余，并可判斷傳感器誤差類(lèi)型及檢測(cè)故障。
[0004] 上述方法提高系統(tǒng)可靠性需要高精度的傳感器，這樣就大大增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成 本，而動(dòng)力電池系統(tǒng)的成本因素已成為制約電動(dòng)汽車(chē)及電力儲(chǔ)能發(fā)展的一個(gè)重要因素，因 此有必要在動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提出一套降低成本的電流檢測(cè)冗余方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可靠性高、判斷 誤差類(lèi)型、適用于冗余設(shè)計(jì)的冗余電流傳感器動(dòng)力電池系統(tǒng)的電流檢測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種冗余電流傳感器動(dòng)力電池系統(tǒng)的電流檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] 1)在冗余電流傳感器動(dòng)力電池系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)電流傳感器誤差特性；
[0009] 2)根據(jù)電池動(dòng)態(tài)特性和電流傳感器誤差特性構(gòu)建動(dòng)力電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型；
[0010] 3)根據(jù)動(dòng)態(tài)模型，采用在線(xiàn)估計(jì)算法估計(jì)得到電流檢測(cè)誤差和電流傳感器的電流 米樣值；
[0011] 4)判定電流檢測(cè)誤差的誤差類(lèi)型，根據(jù)電流檢測(cè)誤差的誤差類(lèi)型和對(duì)應(yīng)的閾值判 斷電流傳感器是否故障，若是，則更換電流傳感器，并返回步驟1)，若否，則將電流檢測(cè)誤差 和電流傳感器采樣值求和得到最終電流檢測(cè)值。
[0012] 所述的步驟2)中的構(gòu)建動(dòng)力電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型具體包括以下步驟：
[0013]21)獲取電池動(dòng)態(tài)特性為：
[0014]
[0015]
[0016] 其中，SOC# k時(shí)刻的電池S0C值，SOC k+1為k+1時(shí)刻的電池S0C值，為k時(shí) 刻RA回路的電壓，為k+1時(shí)刻RA回路的電壓，為k時(shí)刻R2C2回路的電壓，t/斤 為k+i時(shí)刻R2C2回路的電壓，I ,為電流傳感器的電流采樣值，A t為采樣周期，n ,為電池的 庫(kù)侖效率，0CV(S0Ck)為k時(shí)刻S0C下的電池開(kāi)路電壓，R。為電池歐姆內(nèi)阻，T iSRiQ回路 的時(shí)間常數(shù)，T 2為R 2C2回路的時(shí)間常數(shù)，U k時(shí)刻的端電壓，i k時(shí)刻的測(cè)量電流；
[0017] 22)獲取電流傳感器誤差特性為：
[0018] ierr，k+1= i err.k+nk
[0019] 其中，iCT1%k為在k時(shí)刻的電流檢測(cè)誤差，i OT,k+1表不在k+1時(shí)刻的電流檢測(cè)誤差， ~則表示在k時(shí)刻電流檢測(cè)誤差的變化量；
[0020] 23)結(jié)合電池動(dòng)態(tài)特性和電流傳感器誤差特性得到動(dòng)力電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型為：
[0021]
[0022]
[0023] 所述的步驟3)中的在線(xiàn)估計(jì)算法包括最小二乘算法、龍貝格狀態(tài)觀(guān)測(cè)法或卡爾 曼狀態(tài)估計(jì)法。
[0024] 所述的步驟4)具體包括以下步驟：
[0025] 51)根據(jù)電流傳感器在不同溫度和不同電流下的正常工作電流誤差，設(shè)定每種誤 差類(lèi)型對(duì)應(yīng)的閾值；
[0026] 52)根據(jù)誤差類(lèi)型判定公式判定電流檢測(cè)誤差的誤差類(lèi)型
[0027] 53)結(jié)合當(dāng)前的工作電流及溫度，判斷電流檢測(cè)誤差是否超過(guò)閾值，如果誤差超過(guò) 閾值，則認(rèn)為傳感器存在檢測(cè)故障，如果誤差在閾值范圍之內(nèi)，則認(rèn)為傳感器檢測(cè)合格。
[0028] 所述的步驟52)中的電流檢測(cè)誤差的誤差類(lèi)型判定公式為：
[0029] ierrk=alk+b
[0030] 其中，a和b分別為線(xiàn)性誤差系數(shù)和漂移誤差系數(shù)，1,為k時(shí)刻的電流幅值電流傳 感器的電流采樣值。
[0031] 所述的電流檢測(cè)誤差的類(lèi)型包括線(xiàn)性誤差、漂移誤差以及線(xiàn)性誤差和漂移誤差的 結(jié)合，根據(jù)誤差類(lèi)型判定公式，線(xiàn)性誤差的判定方法為：
[0032] 電流檢測(cè)誤差隨電流傳感器的電流采樣值變化，并且兩者的比值為常數(shù)；漂移誤 差的判定方法為：
[0033] 電流檢測(cè)誤差在電流傳感器的電流采樣值變化過(guò)程中保持不變；
[0034] 線(xiàn)性誤差和漂移誤差的結(jié)合的判定方法為：
[0035] 電流檢測(cè)誤差不僅隨著電流傳感器的電流采樣值變化，同時(shí)還保持一個(gè)常量基 值。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] -、可靠性高：本發(fā)明采用基于在線(xiàn)軟測(cè)量的方法實(shí)現(xiàn)電流傳感器的冗余設(shè)計(jì)，根 據(jù)電池動(dòng)態(tài)特性和電流傳感器誤差特性構(gòu)建動(dòng)力電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，利用該動(dòng)態(tài)模型結(jié) 合算法能實(shí)時(shí)得到電流傳感器誤差信息，利用該誤差信息實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的冗余設(shè)計(jì)和故障 判斷，相比傳統(tǒng)的使用硬件實(shí)現(xiàn)電流傳感器冗余設(shè)計(jì)的方法，本發(fā)明在提高系統(tǒng)可靠性的 同時(shí)降低了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本；
[0038] 二、判斷誤差類(lèi)型：本發(fā)明通過(guò)估計(jì)得到的電流誤差信息，結(jié)合電流幅值大小，可 判斷傳感器誤差類(lèi)型為線(xiàn)性誤差或偏移誤差；
[0039] 三、適用于冗余設(shè)計(jì)：本發(fā)明通過(guò)電流檢測(cè)的冗余設(shè)計(jì)，為電流傳感器的故障的判 斷提供依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為電池自身的動(dòng)態(tài)特性模型。
[0041] 圖2為在線(xiàn)估計(jì)方法流程圖。
[0042] 圖3為傳感器誤差類(lèi)型，其中，圖（3a)為線(xiàn)性誤差，圖（3b)為漂移誤差。
[0043] 圖4為電流傳感器誤差類(lèi)型判斷流程圖。
[0044] 圖5為電流傳感器故障判斷流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] 實(shí)施例：
[0047] 以下采用鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但并不能限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0048] 如圖1所示，為常見(jiàn)的鋰離子動(dòng)力電池特性模型，模型通過(guò)U_描述電池的開(kāi)路電 壓；電阻私用來(lái)描述電池歐姆內(nèi)阻，1? 1、(：1和1?2、(：2用來(lái)描述電池的極化效應(yīng)。考慮到電池 的S0C-0CV僅用一個(gè)電容代替會(huì)帶來(lái)無(wú)法容忍的非線(xiàn)性誤差，因此，圖中0CV用一個(gè)非線(xiàn)性 函數(shù)來(lái)代替，它是S0C參數(shù)的函數(shù)。這種包含S0C的非線(xiàn)性等效電路模型由線(xiàn)性部分和非 線(xiàn)性部分組成，并通過(guò)了工況充放電以及電化學(xué)阻抗譜試驗(yàn)的驗(yàn)證，表明其能夠較好地反 映電池在工作過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。
[0049] 該電池模型可以寫(xiě)出如下所示的描述方程：
[0050]
[0051]
[0052] 上面的式子中，SOC#k時(shí)刻的電池S0C值，C/嚴(yán)和l/p分別為k時(shí)刻&、（^和 R2、c2?路上的電壓，ik為傳感器測(cè)得的電池工作電流，At為采樣周期，ni為電池的庫(kù)侖 效率，0CV(S0Ck)為當(dāng)前S0C下的電池開(kāi)路電壓。
[0053] 為了能實(shí)現(xiàn)基于軟測(cè)量的電流傳感器冗余檢測(cè)設(shè)計(jì)，需要將電流傳感器的誤差模 型考慮進(jìn)去，從而形成新的關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性模型。在本發(fā)明中，電流傳感器的誤差 模型可以表示成：
[0054] ierr