CN103057433A - 工作状态下的电动汽车中成组电池的单体电池的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对工作状态下的电动汽车中成组电池的单体电池的检测方法，其中包括：电池测控模块，实现单体电池运行状态信息的采集和实时检测；通过总线方式将单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态的显示和报警功能；通过总线方式将单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，对单体电池进行调节，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态；通过建立单体电池使用记录档案，为改进电池成组技术提供技术资料并为离线分析电池系统故障提供依据；通过将单体电池的运行状态信息发送至监控中心，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。

Description

工作状态下的电动汽车中成组电池的单体电池的检测方法
技术领域
本发明的领域涉及电动汽车，更具体来说，涉及工作状态下的电动汽车中成组电池的单体电池状态信息的检测方法。
背景技术
自电动汽车诞生以来，动力电池技术一直制约着电动汽车的实用化进程，保障电池使用安全、提高电池使用寿命以及降低电池成本一直是电动汽车动力电池技术研发的核心。动力电池成组技术（包括电池管理系统、电池箱等）是连接整车和动力电池研发生产的技术纽带和桥梁，制约着电动汽车产业化和市场化的发展。
动力电池的充放电性能、成本、使用寿命、单体一致性、成组技术、故障诊断和安全性等是影响电动汽车性能的重要指标。单体电池是构成电池的最小单元，一般由正极、负极及电解质等组成，其标称电压为电化学偶的标称电压。单体电池用在电动汽车上是“成组电池”，单体电池的性能指标决定着动力电池的各项指标。
发明内容
在一个实施例中，提供一种单体电池的检测方法，用于工作状态下的电动汽车中成组池内的单体电池的检测，其特征在于：实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
所述的单体电池的检测方法，其中实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
所述的单体电池的检测方法，其中工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
所述的单体电池的检测方法，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测包括：通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
所述的单体电池的检测方法，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测还包括：通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
所述的单体电池的检测方法，实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
所述的单体电池的检测方法，还包括：通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
所述的单体电池的检测方法，还包括：通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
所述的单体电池的检测方法，其中无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
所述的单体电池的检测方法，还包括：接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
在另一个实施例中，提供一种单体电池的检测装置，用于工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池的检测，其特征在于包括：
采集模块，实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息，
检测模块，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
所述的单体电池的检测装置，其中实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
所述的单体电池的检测装置，其中工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
所述的单体电池的检测装置，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测，包括：报警显示模块，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
所述的单体电池的检测装置，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测，还包括：均衡调节模块，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
所述的单体电池的检测装置，实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
所述的单体电池的检测装置，还包括：记录模块，通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
所述的单体电池的检测装置，还包括：远程传输模块，通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
所述的单体电池的检测装置，其中无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
所述的单体电池的检测装置，还包括：接收反馈模块，接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
在又一个实施例中，提供一种成组电池管理系统，用于工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池的检测，该成组电池管理系统采用集散式系统结构，由中央控制器和多个电池测控装置组成，其特征在于：该成组电池管理系统依据多个电池测控模块实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
所述的成组电池管理系统，其中实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
所述的成组电池管理系统，其中工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
所述的成组电池管理系统，其特征在于该系统还包括：车载监控系统，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
所述的成组电池管理系统，其特征在于该系统还包括：整车控制器或电机控制器设备，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
所述的成组电池管理系统，实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
所述的成组电池管理系统，还包括：记录器，通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
所述的成组电池管理系统，还包括：信息发射器，通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
所述的成组电池管理系统，其中无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
所述的成组电池管理系统，还包括：信息接收器，接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
附图说明
图1是电动汽车远程监控系统架构图；
图2是电池管理系统结构图；
附图标记说明
1 电动汽车
1.1 车辆整车控制系统
1.2 车辆电机控制系统
1.3 电池管理系统
2 车载终端
2.1 信息采集模块
2.2 地理位置通信模块
2.3 无线通信传输模块
3 监控中心
3.1 第一通信子系统
3.2 第一信息交互子系统
3.3 第一海量数据存储与管理子系统
3.4 故障预警处理子系统
3.5 故障报警处理子系统
3.6 车辆应急管理子系统
3.7 车辆运行管理子系统
3.8 决策与支持子系统
3.9 对外信息发布服务器
4 行业分平台
4.1 第二通信子系统
4.2 第二海量数据存储与管理子系统
4.3 第二信息交互子系统
4.4 信息应用子系统
具体实施方式
现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但应理解的是，本发明并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在所附权利要求所限定的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其他实施例。
图1是电动汽车远程监控系统的总体构架图，电动汽车远程监控系统是通过对电动汽车在运行过程中数据的采集、分析及处理，从而对电动汽车的整车状态、电池状态和车辆位置进行监控，并根据对实时监控数据和来自行业分平台获得的数据进行分析后，针对不同的事件进行相应的预警和报警。通过后期的数据挖掘和详细对比分析等，对整车、动力电池及主要零部件的可靠性、安全性、电池循环寿命进行评价，从而为完善电动汽车运营维护体系以及服务电动汽车发展的相关决策提供技术支撑和综合信息服务。
图2是电动汽车远程监控系统架构图中关于电动汽车远程监控系统中的电池管理系统的具体结构图，其检测过程如下：
对于电动汽车成组电池中单体电池的检测是通过电池管理系统（BMS）来实现的。电池管理系统采用集散式系统结构，每套电池管理系统由1台中央控制模块和10个电池测控模块组成。电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠地完成电池状态的实时监控（监控信息包括电动汽车成组电池中的单体电池的电压、温度和电池组的充放电电流和次数、绝缘电阻等）和故障诊断。通过总线方式将实时的电池状态告知整车控制器（VMS）或电机控制器等设备，以便采用更加合理的控制策略，达到有效使用电池的目的，同时，电池管理系统（BMS）通过总线方式将电池组信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和故障报警等功能，为电池的维护和更换提供依据。
电动汽车成组电池中的单体电池检测的特征为：
（1）电池管理系统设计基于单片机。
（2）通过均衡模块实现单体电池间的均衡，提高电池效率和试用寿命。单体电池间的均衡即为单体电池均衡充电，就是在充电过程中，通过调节单体电池充电电流方式，保证系统内所有电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一直的状态。
（3）电池管理系统中，电池组SoC的估测。在充放电过程中实时监测电池容量，随时估测动力电池组的核电状态（SoC），即电池剩余电量，确保SoC在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤。
对于成组电池中的单体电池进行检测，主要特性表现在如下方面：
（1）保障使用安全方面，防止单体电池发生过充电或过放电现象。单体电池如果发生过充电（指单体电压超过上限：磷酸铁锂电池为3.65v，锰酸锂电池为4.25v），会引起电池发热量大，可能导致起火甚至爆炸。现在电池管理系统中基本都加入充电保护电路，但是为了进一步保障安全，保证一旦电路失效时也能及时发现安全隐患，监控单体电池性能是十分有必要的。
（2）保障使用安全方面，防止单体电池温度过高现象。动力电池工作电流大、产热量大，同时电池包又是一个相对封闭的环境，这会导致电池温度的上升。磷酸铁锂电池的工作温度要求在60℃以下，夏季室外温度已接近40℃，同时电池本身产热量大，这将导致电池工作环境温度过高，严重时可能导致起火甚至爆炸。为保障安全，对单体电池的温度进行实时监控，并实时上报温度极柱报警信息是十分有必要的。
（3）提高使用寿命方面，及时给出单体电池电压的使用状况，挑选出存在问题的电池，保持整组电池的可靠性和高效性。单体电池的过充电肯定会使电池性能下降速度加快，电池容量变小，寿命降低。而在成组电池中，一个单体电池的寿命降低会导致整个电池组的寿命降低。此外，电池组一致性的好坏影响电池组寿命，评价一致性的参数其中一项是单体电池电压的标准差，也可以通过单体电池充、放电状态下的电压变化计算得出其单体电池的状态，判断是否需要对其进行单独补充充电、单独放电或者更换。
（4）提高使用寿命方面，及时给出单体电池温度的使用状况，挑选出存在问题的电池，保持整组电池的可靠性和高效性。由于发热电池体的密集排列，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单体电池之间的温度不均衡，这将造成各电池组、单体电池性能的不均衡，最终影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，影响到电动汽车的系统控制。通过对单体电池温度的监测，及时发送温度差异报警信息，为电池管理系统进行温度调节做准备。
（5）通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为进一步优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料；为离线分析电池系统故障提供依据。
相关技术术语的缩写对应的全称解释如下：
1、电池管理系统（Buttery Management System，BMS）
可以控制动力电池输入和输入功率，监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池提供通信接口的系统。
2、单体电池
构成蓄电池的最小单元，一般由正极、负极及电解质等组成，其标称电压为电化学偶的标称电压。
3、电池荷电状态（State of Charge,SoC）
描述电池剩余容量占额定容量的百分比。
4、过充电
动力电池完全充电后仍延续充电的现象。
5、过放电
动力电池放电至低于放电终止电压的放电现象。

Claims (30)

1.一种单体电池的检测方法，用于工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池的检测，其特征在于：
实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息，
依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
2.如权利要求1所述的单体电池的检测方法，其中所述实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
3.如权利要求1所述的单体电池的检测方法，其中所述工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
4.如权利要求1所述的单体电池的检测方法，所述依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测包括：通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
5.如权利要求4所述的单体电池的检测方法，所述依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测还包括：通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，所述整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
6.如权利要求5所述的单体电池的检测方法，所述实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
7.如权利要求5所述的单体电池的检测方法，还包括：通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
8.如权利要求7所述的单体电池的检测方法，还包括：通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
9.如权利要求8所述的单体电池的检测方法，其中所述无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
10.如权利要求8所述的单体电池的检测方法，还包括：接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
11.一种单体电池的检测装置，用于工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池的检测，其特征在于包括：
采集模块，实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息，
检测模块，依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
12.如权利要求11所述的单体电池的检测装置，其中所述实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
13.如权利要求11所述的单体电池的检测装置，其中所述工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
14.如权利要求11所述的单体电池的检测装置，所述依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测，包括：报警显示模块，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
15.如权利要求14所述的单体电池的检测装置，所述依据采集到的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测，还包括：均衡调节模块，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，所述整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
16.如权利要求15所述的单体电池的检测装置，所述实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
17.如权利要求15所述的单体电池的检测装置，还包括：记录模块，通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
18.如权利要求17所述的单体电池的检测装置，还包括：远程传输模块，通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
19.如权利要求18所述的单体电池的检测装置，其中所述无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
20.如权利要求18所述的单体电池的检测装置，还包括：接收反馈模块，接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
21.一种成组电池管理系统，用于工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池的检测，该成组电池管理系统采用集散式系统结构，由中央控制器和多个电池测控装置组成，其特征在于：
该成组电池管理系统依据多个电池测控模块实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息对单体电池进行实时检测。
22.如权利要求21所述的成组电池管理系统，其中所述实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息包括：温度和/或电压和/或剩余电量和/或工作电流和/或绝缘电阻。
23.如权利要求21所述的成组电池管理系统，其中所述工作状态下的电动汽车中成组电池内的单体电池检测包括：单体电池充电检测和/或单体电池放电检测。
24.如权利要求21所述的成组电池管理系统，其特征在于该系统还包括：车载监控系统，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知车载监控系统，完成电池状态数据的显示和/或故障报警功能。
25.如权利要求24所述的成组电池管理系统，其特征在于该系统还包括：整车控制器或电机控制器设备，通过总线方式将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息告知整车控制器或电机控制器，所述整车控制器或电机控制器根据单体电池状态信息对单体电池进行调节，实现各个单体电池间性能的均衡。
26.如权利要求25所述的成组电池管理系统，所述实现各个单体电池间性能的均衡，包括：通过调节单体电池工作电流方式，保证各单体电池的电压在每一个时刻都有良好的一致性，使电池组中各单体电池达到均衡一致的状态。
27.如权利要求25所述的成组电池管理系统，还包括：记录器，通过对成组电池中的单体电池进行检测，建立单体电池的使用记录档案，为优化和开发新型电池和改进电池成组技术提供技术资料，并且为离线分析电池系统故障提供依据。
28.如权利要求27所述的成组电池管理系统，还包括：信息发射器，通过电动汽车中的无线通信传输模块经过无线网络将实时采集工作状态下电动汽车成组电池中的单体电池状态信息发送至位于远处的电动汽车监控中心。
29.如权利要求28所述的成组电池管理系统，其中所述无线网络包括以下网络之一：GPRS、3G、LTE、WIMAX、WIFI网络。
30.如权利要求28所述的成组电池管理系统，还包括：信息接收器，接收监控中心的反馈数据，该数据包含监控中心根据不同区域、不同路段的电动汽车出车数以及车辆状态等统计信息，结合充电站的建设以及使用状态，为电动汽车提供电能补给调度与导航服务信息。
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