本發(fā)明涉及電池管理領(lǐng)域，特別是涉及一種電池安全監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
發(fā)展新能源汽車是國家政策指向，電動汽車逐漸普及起來。電池系統(tǒng)作為電動汽車的主要動力源，承擔(dān)著重要角色。當(dāng)電池系統(tǒng)發(fā)生漏液、內(nèi)短路、溫升過快等現(xiàn)象不能及時被檢查到時，將會給人們的生命財產(chǎn)帶來巨大威脅。
目前有的電池管理系統(tǒng)通過監(jiān)控電池的熱行為來判定電池系統(tǒng)的安全情況。由于在電池系統(tǒng)中每節(jié)電芯均對應(yīng)安裝一個溫度檢測器的成本高，目前該方案不被采納?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常在電池系統(tǒng)中間隔多個電芯才安排一個溫度檢測器進行溫度檢測。當(dāng)某處溫度檢測器檢測到存在溫度異常時有可能某一節(jié)電池早已經(jīng)達到危險的臨界點，安全隱患巨大，即對于有問題的電芯發(fā)現(xiàn)可能存在延時，實時性差，進而影響電池系統(tǒng)的安全性能。現(xiàn)有技術(shù)中，還有通過檢測電壓的變化的來監(jiān)控電池系統(tǒng)的方法，比如自放電和內(nèi)短路情況，這些都需要電池靜置或者在特定的情形下才能比較準(zhǔn)確的判斷出來，不能實現(xiàn)實時監(jiān)控。
隨著電動汽車續(xù)駛里程不斷提高，現(xiàn)在的電池容量越來越大，現(xiàn)有技術(shù)中通常是通過增加電芯的數(shù)量彌補續(xù)駛里程不足的問題。由于鋰離子本身的化學(xué)活性很強，所以電芯本身的特性就很活躍，如果不能實時準(zhǔn)確的定位有問題的電芯，那么電池系統(tǒng)安全性得不到保證。
此外，電池系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)所采用的單片機運行速度有限，如果對每節(jié)電芯進行大量的數(shù)據(jù)運算，會拖慢運行速度，甚至?xí)a(chǎn)生誤報。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種電池系統(tǒng)安全監(jiān)控方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
一種電池系統(tǒng)安全監(jiān)控方法，包括以下步驟：
s1、預(yù)先采集單體電池的特征數(shù)據(jù)得到單體電池的電壓v與溫度t、soc、電流i及完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)關(guān)系表；
s2、對電池包進行充電和/或放電，將充電和/或放電過程中充電和/或放電最快的前若干個單體電池設(shè)置為被監(jiān)控單體電池；
s3、實時監(jiān)測被監(jiān)控單體電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到被監(jiān)控單體電池的電流數(shù)據(jù)與特征數(shù)據(jù)關(guān)系表的電流數(shù)據(jù)一致時，對比被監(jiān)控單體電池當(dāng)前溫度tt、當(dāng)前soct、當(dāng)前電流it及當(dāng)前完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的電壓vt與特征關(guān)系表中對應(yīng)條件下的電壓v，若電壓vt與電壓v之間的差值超過預(yù)設(shè)的壓差閾值v0，則判定該被監(jiān)控單體電池異常。
在其中一個實施例中，所述步驟s1具體為：
將單體電池完全充放電循環(huán)至最大完全充放電循環(huán)次數(shù)，在每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點采集單體電池的特征數(shù)據(jù)得到單體電池的電壓v與溫度t、soc、電流i及完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)關(guān)系表。
在其中一個實施例中，所述每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值相同。
在其中一個實施例中，所述步驟s1具體為：
依累積放電容量和電池容量計算完全充放電循環(huán)次數(shù)，完全充放電循環(huán)次數(shù)＝累積放電容量/電池容量。
在其中一個實施例中，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為10000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為50次。
在其中一個實施例中，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為20000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為100次。
在其中一個實施例中，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為30000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為150次。
在其中一個實施例中，所述壓差閾值v0等于20mv。
在其中一個實施例中，所述壓差閾值v0等于30mv。
在其中一個實施例中，所述壓差閾值v0等于40mv。
本次技術(shù)方案相比于現(xiàn)有技術(shù)有以下有益效果：
1.快速定位存在潛在危險的單體電池，不需要對電池包中所有的單體電池進行驗證，節(jié)省了電池管理系統(tǒng)的計算資源，提高電池管理系統(tǒng)的運行效率。
2.預(yù)先測試采集單體電池的標(biāo)準(zhǔn)詳細數(shù)據(jù)存入至電池管理系統(tǒng)，校驗比對時只需要匹配相應(yīng)的單體電池特征數(shù)據(jù)就可以快速判斷出單體電池的健康狀態(tài)。
附圖說明
圖1為本實施例中的電池系統(tǒng)安全監(jiān)控方法流程圖。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。
需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
本次技術(shù)方案采集單體電池特征數(shù)據(jù)的具體過程如下：
如圖1所示為電池系統(tǒng)安全監(jiān)控方法流程圖，包括以下步驟：
s1、預(yù)先采集單體電池的特征數(shù)據(jù)得到單體電池的電壓v與溫度t、soc、電流i及完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)關(guān)系表；
s2、對電池包進行充電和/或放電，將充電和/或放電過程中充電和/或放電最快的前若干個單體電池設(shè)置為被監(jiān)控單體電池；
s3、實時監(jiān)測被監(jiān)控單體電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到被監(jiān)控單體電池的電流數(shù)據(jù)與特征數(shù)據(jù)關(guān)系表的電流數(shù)據(jù)一致時，對比被監(jiān)控單體電池當(dāng)前溫度tt、當(dāng)前soct、當(dāng)前電流it及當(dāng)前完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的電壓vt與特征關(guān)系表中對應(yīng)條件下的電壓v，若電壓vt與電壓v之間的差值超過預(yù)設(shè)的壓差閾值v0，則判定該被監(jiān)控單體電池異常。
具體地，所述步驟s1具體為：
將單體電池完全充放電循環(huán)至最大完全充放電循環(huán)次數(shù)，在每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點采集單體電池的特征數(shù)據(jù)得到單體電池的電壓v與溫度t、soc、電流i及完全充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)關(guān)系表。
進一步地，所述每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值相同。
具體地，所述步驟s1具體為：
依累積放電容量和電池容量計算完全充放電循環(huán)次數(shù)，完全充放電循環(huán)次數(shù)＝累積放電容量/電池容量。
進一步地，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為10000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為50次。
進一步地，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為20000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為100次。
進一步地，所述最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為30000次，所述完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點為150次。
進一步地，所述壓差閾值v0等于20mv。
進一步地，所述壓差閾值v0等于30mv。
進一步地，所述壓差閾值v0等于40mv。
下面詳細闡述對單體電池特征數(shù)據(jù)關(guān)系表的建立流程：
預(yù)先設(shè)定特征數(shù)據(jù)采集表對應(yīng)所需采集的特征數(shù)據(jù)：
將單體電池劃分若干個socn測試點，需要強調(diào)的是，在劃分socn測試點時，可以根據(jù)實際需要按照相同的socn間隔劃分。例如，按照10％的soc0間隔將單體電池劃分為10個socn測試點，分別為soc1＝10％soc0、soc2＝20％soc0、soc3＝30％soc0、soc4＝40％soc0、soc5＝50％soc0、soc6＝60％soc0、soc7＝70％soc0、soc8＝80％soc0、soc9＝90％soc0、soc10＝100％soc0，其中soc0為單體電池出廠時的原始剩余容量(即為1)。
獲取單體電池的最高工作溫度和最低工作溫度，并按照一定的溫度間隔將單體電池的最高工作溫度和最低工作溫度之間的溫度區(qū)間劃分若干個溫度tn測試點。例如，假設(shè)單體電池的最高工作溫度為50℃，最低工作溫度為0℃，按照10℃的溫度間隔劃分為6個溫度tn測試點，分別為t1＝0℃、t2＝10℃、t3＝20℃、t4＝30℃、t5＝40℃、t6＝50℃。
獲取單體電池的最大電流imax，按照一定的電流間隔劃分若干個電流in測試點。例如，按照20％的電流間隔劃分為5個電流in測試點，分別為i1＝20％imax、i2＝40％imax、i3＝60％imax、i4＝80％imax、i5＝100％imax。
單體電池的特征數(shù)據(jù)采集過程：
在第一個完全充放電循環(huán)測試點環(huán)境下，當(dāng)單體電池滿足soc1測試點時，依次對各個溫度tn測試點分別進行如下操作：對單體電池依次加載電流in測試點，記錄各電流in測試點對應(yīng)的單體電池電壓vn。剩余其他各個socn測試點對應(yīng)的單體電池的特征數(shù)據(jù)采集過程與soc1測試點對應(yīng)的單體電池的特征數(shù)據(jù)采集過程相同，此處不再贅述。
繼續(xù)對單體電池進行完全充放電循環(huán)，當(dāng)單體電池的完全充放電循環(huán)次數(shù)達到完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點時(即達到下一個完全充放電循環(huán)測試點環(huán)境)，再次采集單體電池的特征數(shù)據(jù)，此處再次采集電梯電池的特征數(shù)據(jù)過程與第一個完全充放電循環(huán)測試點環(huán)境下的采集過程相同，故不再贅述。例如，單體電池的最大完全充放電循環(huán)次數(shù)為10000次時，設(shè)定每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值均為50次。在其他實時例中，還可以將每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值均設(shè)為100次、150次等，具體可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。需要強調(diào)的是，每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值還可以分別設(shè)置為不同的數(shù)值，即每一完全充放電循環(huán)次數(shù)間隔點的數(shù)值可以結(jié)合實際需要靈活設(shè)置。
需要說明的是，soc間隔、電流間隔和溫度間隔可以根據(jù)實際的需求靈活調(diào)整。在需要更為精確的數(shù)據(jù)時，soc間隔、電流間隔和溫度間隔應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)小，以得到更精確的數(shù)據(jù)。需要強調(diào)的是，在本次說明中，各socn測試點、各電流in測試點和各溫度tn的測試點的間隔數(shù)值都相同，也可以根據(jù)需要將間隔數(shù)值設(shè)置為不同的數(shù)值，可以結(jié)合實際要達到的采集結(jié)果靈活調(diào)整。
還需要說明的是，單體電池的最大完全充放電循環(huán)次數(shù)根據(jù)單體電池的具體規(guī)格、型號而定。
還需要說明的是，前述的每一完全充放電循環(huán)測試點進行單體電池的特征數(shù)據(jù)采集的過程包括充電過程的特征數(shù)據(jù)采集和放電過程的特征數(shù)據(jù)采集。
電池管理系統(tǒng)對電池包的的監(jiān)測過程如下:
例如一個10串25并的電池包，電池包的容量為50ah，當(dāng)前累積放電容量5000ah。若8號電池充電和放電均為最快，電池管理系統(tǒng)將8號電池設(shè)置為被監(jiān)控單體電池。例如，8號單體電池的soc為60％、完全充放電循環(huán)次數(shù)為第100次時的部分特性數(shù)據(jù)如表1所示。
表18號單體電池的部分特性數(shù)據(jù)表
電池管理系統(tǒng)檢測當(dāng)前8號電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，8號電池的當(dāng)前溫度tt為55℃，當(dāng)前soct為60％，當(dāng)前電流it為100a。由于單體電池的完全循環(huán)充放電的次數(shù)的計算為：單體電池完全充放電循環(huán)次數(shù)＝單體電池累積放電容量/單體電池容量，而電池包的完全充放電循環(huán)次數(shù)與其單體電池完全充放電循環(huán)次數(shù)是相同的，故本實時例中直接計算電池包的完全充放電循環(huán)次數(shù)作為單體電池完全充放電循環(huán)次數(shù)。電池包的容量為50ah，電池包的累積放電容量為5000ah，由此可以得出8號單體電池的完全充放電循環(huán)次數(shù)＝其對應(yīng)電池包的完全充放電循環(huán)次數(shù)＝5000ah/50ah＝100次。電池包的累積放電容量的計算采用現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。若采集到8號單體電池的當(dāng)前電壓為3.52v，根據(jù)8號單體電池當(dāng)前溫度tt、當(dāng)前soct、當(dāng)前電流it和當(dāng)前完全充放電循環(huán)次數(shù)匹配電池管理系統(tǒng)預(yù)先存儲的單體電池特性數(shù)據(jù)，即匹配到表1中最后一列的8號單體電池的特性數(shù)據(jù)，得到在溫度tt為55℃、soct為60％、電流it為100a和完全充放電循環(huán)次數(shù)為100次的標(biāo)準(zhǔn)8號單體電池的電壓為3.51v。由于8號單體電池的當(dāng)前電壓減去特征數(shù)據(jù)表中預(yù)存的單體電池的電壓的絕對值小于預(yù)設(shè)的壓差閾值v0。在本實施例中，壓差閾值取值20mv。因此，電池管理系統(tǒng)判定8號單體電池處于健康狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)不產(chǎn)生報警。在其他實時例中，壓差閾值還可以取30mv、40mv等，壓差閾值具體可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。
需要說明的是，由于在采集單體電池的特性數(shù)據(jù)時，因為實際操作中不可能會對每個單體電池的每一個溫度t、每一個soc和每一個電流i的電壓都進行采集。遇到特殊情況，例如，電池管理系統(tǒng)檢測當(dāng)前設(shè)置為被監(jiān)控單體電池的溫度t為17℃時，但在電池管理系統(tǒng)存儲的溫度匹配數(shù)據(jù)只有15℃和20℃時的單體電池電壓數(shù)據(jù)，這是電池管理系統(tǒng)會自動結(jié)合15℃下和20℃下標(biāo)準(zhǔn)單體電池特性數(shù)據(jù)利用插值運算方法去計算實際17℃下的標(biāo)準(zhǔn)單體電池電壓(插值運算方法為bms領(lǐng)域慣用的計算方法，說明書不再對插值運算方法做進一步闡述)，將計算17℃的標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)和當(dāng)前的單體電池的電壓數(shù)據(jù)進行比較分析，做出對單體電池健康狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷。
還需要說明的是，本次監(jiān)測流程監(jiān)測的是在充電和放電同時最快的單體電池。在其他實施例中，可以監(jiān)測充電最快或者監(jiān)測放電最快的單體電池。
以上所述實施方式僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。