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BMS電池管理系統中的各種算法簡介 電池管理系統計算SOC的算法有哪些

本文章由注冊用戶 車知曉 上傳提供 2025-03-04 評論 0
摘要:BMS電池管理系統對電池進行監控和管理,涉及到各種算法,包括最大功率點追蹤算法、SOC計算算法、SOH評估算法、充放電控制算法、健康預警算法、優化算法、數據處理算法等,其中SOC計算算法是比較核心的,主要有基于內阻補償的開路電壓法、安時法和電壓電流混合算法三種。下面一起來看看BMS電池管理系統中的各種算法簡介以及電池管理系統計算SOC的算法有哪些吧。

一、BMS電池管理系統中的各種算法簡介

BMS電池管理系統是一種用于電池組中的單個電池管理的系統,以確保其安全性、壽命和性能,在BMS電池管理系統中涉及到了許(xu)多算(suan)法,具體有:

1、最大功率點追蹤算法

最大功率點(dian)(dian)追蹤(zong)(zong)算(suan)法是一(yi)種用于優化(hua)太陽能(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)板輸出(chu)功率的算(suan)法。在(zai)BMS電(dian)池(chi)(chi)管理系統(tong)中,最大功率點(dian)(dian)追蹤(zong)(zong)算(suan)法也被用于優化(hua)電(dian)池(chi)(chi)輸出(chu)功率,以(yi)延長電(dian)池(chi)(chi)壽命和提高電(dian)池(chi)(chi)性(xing)能(neng)(neng)。該算(suan)法通(tong)常采用迭(die)代法求(qiu)解,在(zai)每次迭(die)代中,計算(suan)當前電(dian)池(chi)(chi)組的輸出(chu)功率并根據輸出(chu)功率的變化(hua)調整電(dian)池(chi)(chi)組的工作狀態(tai),以(yi)找到最大功率點(dian)(dian)。

最大(da)功(gong)率點(dian)追蹤(zong)算(suan)法(fa)的(de)核(he)心是找(zhao)(zhao)到電池(chi)組(zu)輸(shu)出(chu)功(gong)率與電池(chi)組(zu)工作狀(zhuang)態之間的(de)關系(xi)。在實際應(ying)用中(zhong),最大(da)功(gong)率點(dian)追蹤(zong)算(suan)法(fa)通常采用PerturbandObserve(P&O)算(suan)法(fa)或IncrementalConductance(IC)算(suan)法(fa)。其中(zhong),P&O算(suan)法(fa)是一種(zhong)基于光(guang)強(qiang)變(bian)化的(de)算(suan)法(fa),它(ta)(ta)通過改變(bian)電池(chi)電壓(ya)(ya)并觀察電池(chi)輸(shu)出(chu)功(gong)率的(de)變(bian)化,來(lai)尋找(zhao)(zhao)最大(da)功(gong)率點(dian)。IC算(suan)法(fa)則是一種(zhong)基于導數(shu)的(de)算(suan)法(fa),它(ta)(ta)通過計算(suan)電池(chi)電壓(ya)(ya)和電池(chi)電流之間的(de)導數(shu)來(lai)確定最大(da)功(gong)率點(dian)。

2、SOC計算算法

SOC(StateofCharge)是電(dian)池(chi)組(zu)(zu)中電(dian)池(chi)當前(qian)充電(dian)狀(zhuang)態(tai)的指標。在BMS電(dian)池(chi)管(guan)理系統(tong)中,SOC計算(suan)算(suan)法(fa)被用于確(que)定(ding)電(dian)池(chi)組(zu)(zu)的當前(qian)充電(dian)狀(zhuang)態(tai),以避(bi)免電(dian)池(chi)過充或欠充,延長電(dian)池(chi)壽命和(he)提高(gao)電(dian)池(chi)性能(neng)。

在實際(ji)應用(yong)中,SOC計算(suan)算(suan)法(fa)(fa)(fa)通(tong)常(chang)采用(yong)開路(lu)電(dian)壓法(fa)(fa)(fa)(OCV)或(huo)卡(ka)爾曼(man)濾(lv)波器法(fa)(fa)(fa)進行(xing)計算(suan)。其中,OCV法(fa)(fa)(fa)是一種(zhong)(zhong)基(ji)于(yu)電(dian)池開路(lu)電(dian)壓的(de)計算(suan)方法(fa)(fa)(fa),它通(tong)過測量電(dian)池組的(de)開路(lu)電(dian)壓來確定電(dian)池組的(de)SOC。卡(ka)爾曼(man)濾(lv)波器法(fa)(fa)(fa)則(ze)是一種(zhong)(zhong)基(ji)于(yu)狀(zhuang)態(tai)估計的(de)算(suan)法(fa)(fa)(fa),它通(tong)過對電(dian)池組的(de)充電(dian)和放電(dian)狀(zhuang)態(tai)進行(xing)預測和校正,來估計電(dian)池組的(de)SOC。

3、SOH評估算法

SOH(StateofHealth)是電(dian)池組(zu)(zu)的(de)健康狀況指(zhi)標,它(ta)反映了電(dian)池組(zu)(zu)的(de)壽(shou)命和性(xing)能。在BMS電(dian)池管理系(xi)統中(zhong),SOH評估算法(fa)被(bei)用(yong)于評估電(dian)池組(zu)(zu)的(de)健康狀況,以幫助用(yong)戶了解電(dian)池組(zu)(zu)的(de)剩余壽(shou)命和性(xing)能表現。

在實際應用中,SOH評估(gu)(gu)算(suan)法(fa)(fa)通(tong)常(chang)采用電(dian)化(hua)學(xue)阻(zu)抗譜(pu)法(fa)(fa)(EIS)或數(shu)學(xue)建模(mo)法(fa)(fa)進(jin)行評估(gu)(gu)。其中,EIS法(fa)(fa)是一種基(ji)于電(dian)化(hua)學(xue)阻(zu)抗譜(pu)的(de)(de)方法(fa)(fa),它(ta)通(tong)過(guo)對電(dian)池組(zu)進(jin)行小信號擾動,測量電(dian)池組(zu)的(de)(de)電(dian)化(hua)學(xue)阻(zu)抗譜(pu),并(bing)根據阻(zu)抗譜(pu)的(de)(de)變化(hua)來(lai)評估(gu)(gu)電(dian)池組(zu)的(de)(de)健康狀況(kuang)。數(shu)學(xue)建模(mo)法(fa)(fa)則(ze)是一種基(ji)于電(dian)池組(zu)的(de)(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)進(jin)行評估(gu)(gu)的(de)(de)方法(fa)(fa),它(ta)通(tong)過(guo)建立電(dian)池組(zu)的(de)(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing),模(mo)擬電(dian)池組(zu)的(de)(de)工作過(guo)程,并(bing)根據模(mo)型(xing)的(de)(de)預測結果(guo)來(lai)評估(gu)(gu)電(dian)池組(zu)的(de)(de)健康狀況(kuang)。

4、充放電控制算法

充(chong)(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)控(kong)制(zhi)(zhi)算法是BMS電(dian)(dian)(dian)(dian)池管理系統中的(de)核心算法之一(yi),它用于控(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池組的(de)充(chong)(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)過程,以確(que)保電(dian)(dian)(dian)(dian)池組的(de)安(an)全性和壽命(ming)。在(zai)實際應用中,充(chong)(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)控(kong)制(zhi)(zhi)算法通常采用PID控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)或模糊控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)進行控(kong)制(zhi)(zhi)。

其中(zhong),PID控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)是(shi)(shi)一種基于誤差、積分(fen)和微分(fen)的控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi),它通過(guo)調整控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)的參數,使得(de)電池(chi)(chi)組的充放電電流和電壓穩定在(zai)設(she)定值附近。模糊(hu)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)則是(shi)(shi)一種基于模糊(hu)邏輯的控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi),它通過(guo)建(jian)立(li)模糊(hu)規(gui)則和模糊(hu)推(tui)理(li),來(lai)實現電池(chi)(chi)組的充放電控(kong)制(zhi)(zhi)。

5、健康預警算法

健康(kang)預(yu)警(jing)算法(fa)(fa)是BMS電(dian)池管理(li)系統(tong)中的另一種重(zhong)要算法(fa)(fa),它(ta)用于預(yu)測電(dian)池組的故障(zhang)和壽命,以(yi)提前采(cai)(cai)取(qu)措(cuo)施進(jin)行維護。在實際應用中,健康(kang)預(yu)警(jing)算法(fa)(fa)通常(chang)采(cai)(cai)用神經網絡、遺傳算法(fa)(fa)或支持向量機進(jin)行預(yu)測。

其中,神(shen)經網絡(luo)是(shi)一種(zhong)基(ji)于人工(gong)神(shen)經元的模(mo)型,它通(tong)過(guo)訓練(lian)神(shen)經網絡(luo)的權值(zhi)和(he)(he)偏置,來實現電(dian)池(chi)組(zu)故(gu)障(zhang)和(he)(he)壽命的預(yu)(yu)測。遺傳算法則是(shi)一種(zhong)基(ji)于自然(ran)選(xuan)擇適應度高的個體,不斷迭代尋(xun)找最(zui)優(you)(you)解。支(zhi)持向量機則是(shi)一種(zhong)基(ji)于統計學習理論的模(mo)型,它通(tong)過(guo)構建最(zui)優(you)(you)的分類超(chao)平面,來實現電(dian)池(chi)組(zu)故(gu)障(zhang)和(he)(he)壽命的預(yu)(yu)測。

6、優化算法

優(you)化(hua)算(suan)法是BMS電池(chi)(chi)管理系統中的重要算(suan)法之(zhi)一,它(ta)用于優(you)化(hua)電池(chi)(chi)組(zu)的性能和壽命,以滿足用戶(hu)的需(xu)求(qiu)。在實際應用中,優(you)化(hua)算(suan)法通常(chang)采用遺傳算(suan)法、粒子群算(suan)法或模擬(ni)退火(huo)算(suan)法進行優(you)化(hua)。

其中,遺傳(chuan)算(suan)法是一(yi)種基于(yu)自(zi)然選擇和遺傳(chuan)機制的優(you)(you)化(hua)算(suan)法,它(ta)通(tong)過模(mo)擬自(zi)然進化(hua)過程(cheng)(cheng),不斷迭(die)(die)代(dai)尋找(zhao)最優(you)(you)解。粒(li)子群(qun)算(suan)法則是一(yi)種基于(yu)群(qun)體智能(neng)的優(you)(you)化(hua)算(suan)法,它(ta)通(tong)過模(mo)擬鳥(niao)群(qun)飛行的過程(cheng)(cheng),不斷迭(die)(die)代(dai)尋找(zhao)最優(you)(you)解。模(mo)擬退火算(suan)法則是一(yi)種基于(yu)模(mo)擬退火過程(cheng)(cheng)的優(you)(you)化(hua)算(suan)法,它(ta)通(tong)過模(mo)擬金屬退火的過程(cheng)(cheng),不斷迭(die)(die)代(dai)尋找(zhao)最優(you)(you)解。

7、數據處理算法

數據處(chu)理算(suan)(suan)法(fa)(fa)是(shi)BMS電(dian)池管理系統(tong)中的另一種重要(yao)算(suan)(suan)法(fa)(fa),它用于處(chu)理電(dian)池組的數據,以提取有用的信息和(he)特(te)征。在(zai)實際應用中,數據處(chu)理算(suan)(suan)法(fa)(fa)通常采用濾波算(suan)(suan)法(fa)(fa)、降維算(suan)(suan)法(fa)(fa)或特(te)征提取算(suan)(suan)法(fa)(fa)進行(xing)處(chu)理。

其中(zhong),濾波算(suan)(suan)法是(shi)一種(zhong)(zhong)基于數(shu)字信號(hao)處(chu)理的(de)(de)(de)算(suan)(suan)法,它通(tong)過對電池組的(de)(de)(de)信號(hao)進(jin)行濾波,去除噪聲(sheng)和(he)(he)干擾,提(ti)取有用的(de)(de)(de)信息。降維算(suan)(suan)法則是(shi)一種(zhong)(zhong)基于數(shu)據(ju)挖掘的(de)(de)(de)算(suan)(suan)法,它通(tong)過降低數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)維度,減少數(shu)據(ju)量(liang)和(he)(he)復雜度,提(ti)高數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)可處(chu)理性和(he)(he)效率。特征提(ti)取算(suan)(suan)法則是(shi)一種(zhong)(zhong)基于模(mo)式(shi)識別的(de)(de)(de)算(suan)(suan)法,它通(tong)過提(ti)取數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)特征,識別出數(shu)據(ju)中(zhong)的(de)(de)(de)模(mo)式(shi)和(he)(he)規律(lv),從而實現數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)分類和(he)(he)識別。

二、電池管理系統計算SOC的算法有哪些

電池管理系統中,SOC的計算是核心,SOC,全稱是StateofCharge,即電池荷電狀態,也叫剩余電量,常用百分數表示,由于電池復雜的化學特性導致SOC估算出現誤差,因此電池管理系統計算(suan)SOC的算(suan)法(fa)通常(chang)是(shi)估算(suan),常(chang)用(yong)的算(suan)法(fa)有(you)三種:

1、基于內阻補償的開路電壓法

開(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓法(OCV)是(shi)最早的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)容量(liang)測試方法之(zhi)一(yi),開(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓法是(shi)根據(ju)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓與電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)部鋰離子濃度(du)之(zhi)間的(de)變(bian)化關系,間接地擬合(he)出它與電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)SOC之(zhi)間的(de)一(yi)一(yi)對(dui)應關系。

開路電(dian)壓法簡單(dan)便捷,但(dan)是估(gu)(gu)算(suan)(suan)的(de)(de)精度并不(bu)高(gao)。該方法只能(neng)在電(dian)池長時間(jian)靜置狀(zhuang)態下估(gu)(gu)算(suan)(suan)SOC,當電(dian)池有(you)電(dian)流通過時,電(dian)池內阻產生的(de)(de)壓降會(hui)影(ying)響SOC估(gu)(gu)算(suan)(suan)精度。同時電(dian)池存在電(dian)壓平臺,特(te)別(bie)是磷酸(suan)鐵鋰電(dian)池,在SOC30%-80%期間(jian),端電(dian)壓和SOC曲線(xian)近(jin)似為直線(xian),這種情況下SOC的(de)(de)估(gu)(gu)算(suan)(suan)誤差會(hui)放大。

基于以上(shang)問題,設計人員對開(kai)路電壓(ya)法做了補(bu)充,引入了電池(chi)(chi)內阻進行(xing)校正(zheng)(zheng),準(zhun)確估算(suan)OCV。當(dang)(dang)電池(chi)(chi)通過(guo)電流(liu)時,通過(guo)將實(shi)際測得(de)的(de)電池(chi)(chi)端電壓(ya)減去I*R來校正(zheng)(zheng)負載下(xia)的(de)電壓(ya),然后使用校正(zheng)(zheng)電壓(ya)來獲(huo)得(de)當(dang)(dang)前的(de)SOC。

基于內阻(zu)補償(chang)的(de)開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)法(fa)提升了(le)SOC的(de)估算精(jing)度,但是實際應用(yong)時(shi)由于其(qi)復雜的(de)電(dian)(dian)化(hua)學特性,電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)不會立(li)即對負載(zai)的(de)變化(hua)作出(chu)反應,而是有一定延(yan)遲(chi)。該(gai)延(yan)遲(chi)與電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)響應的(de)時(shi)間常(chang)數相關聯,范圍從(cong)毫秒(miao)到數千秒(miao)。同(tong)時(shi)電(dian)(dian)池的(de)內部阻(zu)抗(kang)在(zai)不同(tong)條件下變化(hua)較(jiao)大,因此SOC的(de)精(jing)準(zhun)估算依賴于阻(zu)抗(kang)的(de)精(jing)準(zhun)估算。

2、安時法(庫倫計數法)

經典的(de)(de)(de)SOC估(gu)算(suan)一般采用安時(shi)積(ji)分(fen)法(也叫電流(liu)積(ji)分(fen)法或者(zhe)庫(ku)侖計(ji)數法)。即電池充(chong)放電過程中,通過累積(ji)充(chong)進和放出的(de)(de)(de)電量來(lai)估(gu)算(suan)SOC。充(chong)電時(shi),進入電池的(de)(de)(de)庫(ku)侖全部留在電池中,放電時(shi)全部流(liu)出的(de)(de)(de)電量導致SOC的(de)(de)(de)下降。

SOCnow=SOCpast-(Inow*t)/Qmax

安時(shi)積分(fen)法SOC估算精度高于開路電(dian)(dian)(dian)壓法,但是(shi)該(gai)算法只是(shi)單純(chun)的從外部記(ji)錄(lu)流(liu)(liu)入和(he)流(liu)(liu)出的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang),忽略了電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)內部狀態(tai)的變化。由于不(bu)(bu)(bu)同的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)模型有不(bu)(bu)(bu)同的自(zi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)率(lv),這也(ye)取決(jue)于電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的SOC、溫度和(he)循環歷史,準確的自(zi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)建(jian)模需要花費大(da)量(liang)(liang)(liang)的時(shi)間(jian)收集數據,而且(qie)仍(reng)然相當不(bu)(bu)(bu)精確。同時(shi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)測量(liang)(liang)(liang)不(bu)(bu)(bu)準,造成SOC計算誤差會不(bu)(bu)(bu)斷累積,需要定期不(bu)(bu)(bu)斷校準。而且(qie)在電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)長時(shi)間(jian)不(bu)(bu)(bu)活動或放(fang)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)變化很大(da)的應用中,庫倫積分(fen)法會產生一定誤差。

3、電壓電流混合算法

由(you)于開路電壓法在(zai)實(shi)際工(gong)況下并不(bu)實(shi)用(yong),而安時積分法存(cun)在(zai)誤差(cha),并且隨著使用(yong)時間的增加誤差(cha)會繼(ji)續放大。因此大量設計人員將開路電壓法與其他方法結合起來(lai),共同(tong)進行SOC的預測。

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