BMS开发课程笔记-SOP预测模块设计

lixinfu

前言

本文以SOP预测的在线内阻法为例，介绍BMS中SOP预测模块的设计流程。文章主要包含以下内容：

【1】SOP预测模块的接口及模型结构

【2】各子模块的计算逻辑

首先复习一下基于在线内阻法的电池功率计算公式，最大放电功率是按下式计算，式中Vmin指的就是放电截止电压。



电池最大充电功率可以用下式表示，式中Vmax指的就是充电截止电压。



上述两个公式中R是通过在线内阻法计算的得到的。

进行SOP预测模块模型设计时，主要考虑以下几个因素：

【1】电芯温度对SOP估计的影响

【2】电芯一致性对SOP估计的影响

【3】故障信息对SOP估计的影响

模块的输入与输出信号如下图所示：




模型结构

SOP预测模型包含内阻计算子模块、电流计算子模块、电流限制子模块、功率预测子模块。模型调度周期为50ms，可以通过stateflow实现模型调度，其模型结构如下图所示。



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内阻计算子模块

用于电池内阻的在线估计，当电流换向或大于一定值（标定量）时，进行电池直流内阻的计算并更新。直流内阻可按下式计算：



基于上式计算的内阻是瞬态内阻，进行持续功率预测时存在较大误差，更为合适的方法是基于等效模型进行电池内阻的计算。

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电流计算子模块

电流计算时需要考虑到多个约束条件，一是根据充放电截止电压与直流内阻计算充放电最大电流：



二是根据电芯最大充放电电流限值Tab查表得到充放电最大电流。最大充放电电流限值Tab我们在《BMS开发中都需要哪些电芯数据》一文中提到过，通常指的是不同温度及SOC状态下，电池短时或持续充放电的最大电流，该表可以通过HPPC试验获取。



对上述两个维度计算的电流值取小，作为系统最大的充放电电流。具体原因我们在也在《BMS开发中都需要哪些电芯数据》一文中提到过，这里再复习一下。

电池的内阻有个特性，随着电池温度的升高其内阻是下降的，这样采用直流内阻估计出来的最大充放电电流会增大。在大电流状态下电池的产热功率会增加，容易发生热失控。所以在高温的时候，我们通常需要限制电池的充放电电流。所以通过直流内阻法计算得到的最大充放电电流需要电芯的充放电电流表进行进一步限制。

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电流限制子模块

通过故障信息对充放电电流进行进一步限制，根据故障等级制定电流降额系数K，则电流限制子模块输出的电流等于：



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功率预测子模块

根据电流限制子模块计算的电流与系统电压限值计算得到系统充放电功率。当电流限制子模块中电流降额系数K=1时（即不存在限流），系统电压限值就是截止电压，当K<1时，系统电压限值按下式计算（注意电流方向）：





结语

本文主要目的在于介绍SOP模块的设计大体流程，文中简化了对内阻估计的方法，为提高估计精度，实际建立模型时，可以通过在线参数辨识的方法获取内阻参数。

mizhongquan

基于在线内阻法的SOP预测模块设计在电池管理系统中具有重要地位。在介绍设计流程时，需关注以下要点：首先，明确SOP预测模块的接口及模型结构；其次，解析各子模块的计算逻辑，包括电池功率计算公式，其中涉及放电截止电压和充电截止电压的运用；再次，特别关注电芯温度对SOP估计的影响。设计时，应充分考虑温度对电池性能的影响，进行精细化建模，以提高SOP预测精度。这些内容的掌握对于优化电池性能、提升车辆整体表现至关重要。

mengmianren

以下是针对该帖子的专业回复：

关于BMS开发课程笔记中的SOP预测模块设计，其设计过程基于在线内阻法来进行预测。文章介绍了如何针对电池最大放电功率和最大充电功率的计算方法，并且指出R值是通过在线内阻法计算得到的。在进行SOP预测模块模型设计时，电芯温度是一个关键因素，其对SOP估计具有重要影响。设计过程中还需考虑其他因素如电池老化状态、系统需求等。在进行接口设计时需保证数据的准确性、实时性以及模块间的协同工作，以确保系统的稳定性和安全性。此外，还需深入研究子模块的计算逻辑，以确保模型的精确度和可靠性。总体来说，SOP预测模块设计是BMS开发中一项重要且复杂的任务，需结合实际需求进行精细化设计。