CN105093126A - 一种基于电池管理系统的电池状态判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，通过获取充放电时单体电池电压值，判断单体电池电压升降的快慢，若充电时单体电池电压升高较快，且放电时，该单体电池电压下降较快，则该单体电池的内阻较大；若单体电池开路电压较低，放电时，该单体电池电压下降较快，而充电时，该单体电池电压上升较慢，则该单体电池的电量较低；若单体电池开路电压较高，充电时，该单体电池电压上升较快，而放电时，该单体电池电压下降较慢，该单体电池的电量较高。本发明的方法实现了对应用中的电池状态的预估，提高了电池运行的安全性。
Description
技术领域
本发明属于电池管理系统技术领域，具体涉及一种基于电池管理系统的电池状态判别方法。
背景技术
随着新能源电动车、光伏储能技术的应用需求，电池管理系统作为新能源行业不可或缺的组成部分，具有单体电池电压采集、充放电电流采集、电池温度采集以及采集数据存储功能。在电动汽车和储能技术应用中，电池组是由几十个甚至上百个单体电池串联组成，电池组使用过程中的一个突出问题是各单体电池之间不一致，而性能差的电池对电池组的充放电能力起决定作用，并且长时间使用性能较差的电池会影响电池寿命，并具有安全隐患。
鉴于此，提出一套基于电池管理系统的电池状态甄别方法，该方法能够对应用中的电池状态进行预估，并对电池组中的电池按荷电状态进行分组处理，提供电池组的运行状态，提高电池组运行安全性。
发明内容
本发明提供了一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，以解决对应用中的电池状态进行预估的问题。
为解决上述技术问题，本发明的基于电池管理系统的电池状态判别方法为：获取充放电时单体电池电压值，判断单体电池电压升降的快慢：
若充电时单体电池电压升高较快，先达到充电截止电压，且放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，则该单体电池的内阻较大，定义该单体电池处于状态一；
若单体电池开路电压较低，放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，而充电时，该单体电池电压上升较慢，则该单体电池的电量较低，定义该单体电池处于状态二；
若单体电池开路电压较高，充电时，该单体电池电压上升较快，先达到充电截止电压，而放电时，该单体电池电压下降较慢，该单体电池的电量比较高，定义该单体电池处于状态三。
具体实现过程为：对于一组串联的单体电池，每个单体电池有一个确定的序号，
1)设置充电时单体电池电压取值区间[u1，u2]、充电时单体电池电压记录间隔Δu充、放电时单体电池电压取值区间[u3，u4]和放电时单体电池电压记录间隔Δu放；
2)充电过程中，检测各单体电池电压，当有单体电池电压达到u1+i*Δu充时，记录此时所有单体电池的电压值，并用集合Ci表示，其中i依次取自然数0,1,2…imax，imax＝[(u2-u1)/Δu充]取整；
放电过程中，检测各单体电池电压，当有单体电池电压达到u4-j*Δu放时，记录所有单体电池的电压值，其中j依次取自然数0,1,2…jmax，jmax＝[(u4-u3)/Δu放]取整；
3)从集合Ci中选取较大的电压值，则较大电压值对应单体电池的序号组成的集合Ci′，若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Ci′中均存在，则存储在充电存储区域；
从集合Dj中选取较小的电压值，则较小电压值对应单体电池的序号组成的集合Dj′，若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Dj′中均存在，则存储在充电存储区域；
4)若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，则该序号对应的单体电池处于状态一；
若充电存储区域与放电存储区域中不存在共同的单体电池的序号，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态二，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态三。
对于步骤3)中若不存在单体电池，该单体电池的序号在每个Ci′中均存在，那么，将集合Cimax中电压值最接近u2的单体电池的序号存入充电存储区域；
若不存在单体电池，该单体电池的序号在每个Di′中均存在，那么，将集合Djmax中电压值最接近u3的单体电池的序号存入放电存储区域。
所述步骤3)中从集合Ci中选取较大的电压值的方法为：对Ci中的单体电池的电压值求平均值，然后记录电压值大于平均值的单体电池的序号；
从集合Dj中选取较小的电压值的方法为：对Dj中单体电池的电压值求平均值，然后记录电压值小于平均值的单体电池的序号。
进行n次充放电，选取可靠性高的单体电池，然后进行步骤4)。
步骤3)中从集合Ci中选取较大的电压值后，对该电压值按升序进行排序，将排序后电压值对应的单体电池序号组成集合Ci′；
从集合Dj中选取较小的电压值后，对该电压值按升序进行排序，将排序后电压值对应的单体电池序号组成集合Dj′；
若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，则该序号对应的单体电池处于状态一；
若充电存储区域与放电存储区域中不存在共同的单体电池的序号，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态二，且电量依次降低，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态三，且电量依次升高。
所述充电时单体电池电压取值区间为3.5V～3.75V；所述放电时单体电池电压取值区间为2.5V～3.0V。
所述充电时单体电池电压记录间隔和放电时单体电池电压记录间隔均为25mV。
所述单体电池为磷酸铁锂电池。
本发明的电池状态判别方法通过获取充放电时电池组中各单体电池的电压值，判断单体电池电压升降的快慢，判断出单体电池的电池电量较低、电池电量较高、电池内阻较大三种状态，从而实现了对应用中的电池状态的预估，进而能够对电池组中的单体电池按荷电状态进行分组处理，提供电池组的运行状态，提高了电池组运行安全性。
附图说明
图1为本实施例中单体电池充放电时数据存储格式；
图2为本实施例单体电池状态判别流程图。
具体实施方式
结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示，基于电池管理系统的电池状态判别方法为：获取充放电时单体电池电压值，判断单体电池电压升降的快慢：
若充电时单体电池电压升高较快，先达到充电截止电压，且放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，则该单体电池的内阻较大，定义该单体电池处于状态一；
若单体电池开路电压较低，放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，而充电时，该单体电池电压上升较慢，则该单体电池的电量较低，定义该单体电池处于状态二；
若单体电池开路电压较高，充电时，该单体电池电压上升较快，先达到充电截止电压，而放电时，该单体电池电压下降较慢，该单体电池的电量比较高，定义该单体电池处于状态三。
本实施例中优选的判别实现过程为：
1)设置充电后期单体电池电压取值区间[3.5，3.75]、充电时单体电池电压记录间隔25mV、放电后期单体电池电压取值区间[2.5，3]和放电时单体电池电压记录间隔25mV；
2)充电过程中，检测单体电池电压，当有单体电池电压达到(3.5+i*0.025)V时，记录所有单体电池的电压值，其中i依次取自然数0,1,2,…,10，共11组数据，即C0、C2……C10；
放电过程中，检测单体电池电压，当有单体电池电压达到(3-j*0.025)V时，记录所有单体电池的电压值，其中j依次取自然数0,1,2,…,20，共21组数据，即D0、D1……D20；
3)对每个i值下的所有单体电池的电压值求平均值，然后记录每个i值下电压值大于平均值的单体电池的序号，得到由单体电池的序号组成的集合Ci′，即可得到C0′、C2′……C10′共11个集合。
对每个j值下的各单体电池的电压值求平均值，然后记录每个j值下电压值小于平均值的单体电池的序号，得到由单体电池的序号组成的集合Dj′，即可得到D0′、D1′……D20′共21个集合。
作为其他实施方式，对于每个i值下的所有单体电池的电压值，可以选取其中三个较大的电压值，然后将电压值对应的单体电池的序号组成集合Ci′；对于每个j值下的所有单体电池的电压值，可以选取其中三个较小的电压值，然后将电压值对应的单体电池的序号组成集合Dj′；
4)对所有i值下的集合求交集，即令M＝C0′∩C1′∩······∩C10′，若M为空，将电压值最接近3.75V的单体电池的序号存入充电存储区域，即若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Ci′中均存在，则存储在充电存储区域；否则，将M中的单体电池的序号存入充电存储区域；
对所有j值下的集合求交集，即令N＝D0′∩D1′∩······∩D20′，若N为空，将电压值最接近2.5V的单体电池的序号存入放电存储区域，即若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Di′中均存在，则存储在充电存储区域；否则，将N中的单体电池的序号存入放电存储区域；
5)若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，即M∩N不为空，则该属于该交集的序号对应的单体电池的电池内阻较大，且序号位于充电存储区域内的单体电池的电量较低，序号位于放电存储区域内的单体电池的电量较高；
若充电存储区域与放电存储区域中不存在相同的单体电池的序号，即M∩N为空，则序号位于充电存储区域内的单体电池的电量较低，序号位于放电存储区域内的单体电池的电量较高。
为了得到各个电量较低和较高的单体电池中电量的排序，可在步骤3)中根据电压值的大小，将所述集合Ci′中的元素按升序排序；根据电压值的大小，将所述集合Dj′中的元素按升序排序；然后重复步骤4)，若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，则该单体电池的电池内阻较大，且位于充电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较低，且依次降低，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较高，且依次升高。
若充电存储区域与放电存储区域中不存在共同的单体电池的序号，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较低，且依次降低，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较高，且依次升高。
为了提高充放电区域中存储序号的可靠性，从而更精确的判别出单体电池的状态，可在上述步骤4)后，重复执行步骤2)～4)，进行n次充电，则充电存储区域共存储n组数据，依次组成集合CDATA1、CDATA2······CDATAn；
重复步骤2)～4)，进行m次放电，则放电存储区域共存储m组数据，依次组成集合DDATA1、DDATA2······DDATAm；
对充电存储区域的n个集合求交集，得到集合Q，即Q＝CDATA1∩CDATA2∩······∩CDATAn；对放电存储区域的m个集合求交集，得到集合P，即P＝DDATA1∩DDATA2∩······∩DDATAm；对集合P、Q求交集，即令R＝P∩Q，若R不为空，则属于该交集R的序号对应的单体电池的电池内阻较大，容量衰减严重。若设Q-R为在集合Q中除去R中的元素构成的集合，P-R理解为在集合P中除去R中的元素构成的集合，那么，属于集合Q-R的序号对应的单体电池的电量较低，属于集合P-R的序号对应的单体电池的电量较高；
若P∩Q为空，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较低，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池的电量较高。
本实施例中优选将充电时单体电池电压取值区间为3.5V～3.75V；放电时单体电池电压取值区间为2.5V～3.0V及充电时单体电池电压记录间隔和放电时单体电池电压记录间隔均为25mV。作为其他实施方式，充、放电时单体电池电压取值区间可以有多种选择，只要充放电时单体电池电压取值区间接近充放电后期的充、放电电压即可。而充电时单体电池电压记录间隔和放电时单体电池电压记录间隔也可按实际需要进行设置，如20mV等。
本实施例的单体电池优选为磷酸铁锂电池，但不局限于该类型的电池，也可为现有技术中其他类型的蓄电池。
本实施例中的记录单体电压的载体是非易式存储器，具体可选择NORFLASH、NANDFLASH、E2PROM等。
记录数据包括单体电池电压及其序号、充放电电流、电池环境温度等。
充电记录数据与放电记录数据分开存放，存储于不同区域。
记录数据采取滚存方式存储，分配的存储区间存储完毕后，从起始位置重新开始存储数据。
本实施例中对集合Ci′、Cj′中的元素进行排序时，可选择插入排序、冒泡排序、希尔排序等排序方法。
Claims (9)
1.一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，
获取充放电时单体电池电压值，判断单体电池电压升降的快慢：
若充电时单体电池电压升高较快，先达到充电截止电压，且放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，则该单体电池的内阻较大，定义该单体电池处于状态一；
若单体电池开路电压较低，放电时，该单体电池电压下降较快，先达到放电截止电压，而充电时，该单体电池电压上升较慢，则该单体电池的电量较低，定义该单体电池处于状态二；
若单体电池开路电压较高，充电时，该单体电池电压上升较快，先达到充电截止电压，而放电时，该单体电池电压下降较慢，该单体电池的电量比较高，定义该单体电池处于状态三。
2.根据权利要求1所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，具体实现过程为：对于一组串联的单体电池，每个单体电池有一个确定的序号，
1)设置充电时单体电池电压取值区间[u1，u2]、充电时单体电池电压记录间隔Δu充、放电时单体电池电压取值区间[u3，u4]和放电时单体电池电压记录间隔Δu放；
2)充电过程中，检测各单体电池电压，当有单体电池电压达到u1+i*Δu充时，记录此时所有单体电池的电压值，并用集合Ci表示，其中i依次取自然数0,1,2…imax，imax＝[(u2-u1)/Δu充]取整；
放电过程中，检测各单体电池电压，当有单体电池电压达到u4-j*Δu放时，记录所有单体电池的电压值，其中j依次取自然数0,1,2…jmax，jmax＝[(u4-u3)/Δu放]取整；
3)从集合Ci中选取较大的电压值，则较大电压值对应单体电池的序号组成的集合Ci′，若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Ci′中均存在，则存储在充电存储区域；
从集合Dj中选取较小的电压值，则较小电压值对应单体电池的序号组成的集合Dj′，若存在一个或一个以上的单体电池，该单体电池的序号在每个Dj′中均存在，则存储在充电存储区域；
4)若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，则该序号对应的单体电池处于状态一；
若充电存储区域与放电存储区域中不存在共同的单体电池的序号，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态二，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态三。
3.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，对于步骤3)中若不存在单体电池，该单体电池的序号在每个Ci′中均存在，那么，将集合Cimax中电压值最接近u2的单体电池的序号存入充电存储区域；
若不存在单体电池，该单体电池的序号在每个Di′中均存在，那么，将集合Djmax中电压值最接近u3的单体电池的序号存入放电存储区域。
4.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，所述步骤3)中从集合Ci中选取较大的电压值的方法为：对Ci中的单体电池的电压值求平均值，然后记录电压值大于平均值的单体电池的序号；
从集合Dj中选取较小的电压值的方法为：对Dj中单体电池的电压值求平均值，然后记录电压值小于平均值的单体电池的序号。
5.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，进行n次充放电，选取可靠性高的单体电池，然后进行步骤4)。
6.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，步骤3)中从集合Ci中选取较大的电压值后，对该电压值按升序进行排序，将排序后电压值对应的单体电池序号组成集合Ci′；
从集合Dj中选取较小的电压值后，对该电压值按升序进行排序，将排序后电压值对应的单体电池序号组成集合Dj′；
若充电存储区域与放电存储区域中存在共同的单体电池的序号，则该序号对应的单体电池处于状态一；
若充电存储区域与放电存储区域中不存在共同的单体电池的序号，则位于充电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态二，且电量依次降低，位于放电存储区域内的序号对应的单体电池处于状态三，且电量依次升高。
7.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，所述充电时单体电池电压取值区间为3.5V～3.75V；所述放电时单体电池电压取值区间为2.5V～3.0V。
8.根据权利要求2所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，所述充电时单体电池电压记录间隔和放电时单体电池电压记录间隔均为25mV。
9.根据权利要求1所述一种基于电池管理系统的电池状态判别方法，其特征在于，所述单体电池为磷酸铁锂电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220105 Address after: No.1 Jiangdong Avenue, Jintan District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Zhongchuangxin Aviation Technology Co.,Ltd. Address before: No.66, Binhe North Road, high tech Development Zone, Luoyang City, Henan Province Patentee before: CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |