CN106125003B - 一种串联型电池组的状态估计装置和方法 - Google Patents

一种串联型电池组的状态估计装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种串联型电池组的状态估计装置和方法，所述装置包括串联型电池组、被动均衡管理模块、数据采集模块、状态估计模块和断路器。其中，被动均衡管理模块与串联型电池组内各个单体电池相连，数据采集模块与串联型电池组内各个单体电池相连，采集所述串联型电池组内各个单体电池的状态信息并进行模数转换；数据采集模块将数模转换后的所述状态信息传输给状态估计模块；断路器通过保险丝连接于串联型电池组的正极端。本发明能够对串联型电池组进行更准确的荷电状态估计和健康状态估计，提高串联型电池组状态估计的准确性和计算效率。

Description

一种串联型电池组的状态估计装置和方法
技术领域
本发明涉及电池组的状态估计技术，特别是涉及一种串联型电池组的状态估计装置和方法。
背景技术
近年来，能源危机已经成为制约人类发展的一个重大问题，据有关部门估计，在未来的50年内，石油能源将面临枯竭，为了应对这个危机，新型能源装置的研究与开发成为了一个重要的研究课题。在汽车领域，新能源汽车做为最有希望取代传统汽车的新型技术，取得了广范的关注，处于其核心地位的动力电池管理装置的研究成为了重中之重。
电池组的状态估计装置是电池管理装置中的关键核心部件，对电池组的荷电状态和健康状态进行准确的估计能够有效的保证电池组安全高效的动作，提升电动汽车的动力性，安全性和经济性。
申请号为CN 102483442 B，名称为《电池状态估计装置以及电池状态估计方法》的专利中涉及一种电池状态估计装置和电池状态估计方法，提供了一种高精度地进行二次电池的参数同定的电池状态估计装置以及电池状态估计方法。但是，在进行电池组状态估计的时候，把电池组作为一个拥有更大容量和更高电压的单体电池进行处理，并不符合电池组的实际状况。而且没有考虑电池组内的单体不一致性以及均衡管理策略等对电池组的影响。没有考虑电池组的荷电状态和健康状态不同的时变特性。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种串联型电池组的状态估计装置和方法，基于被动均衡管理策略，综合考虑了单体电池状态对串联型电池组状态的影响，并把串联型电池组的荷电状态和健康状态估计在不同的时间尺度上进行，有效的提高了串联型电池组状态估计的准确性和计算效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种串联型电池组的状态估计装置，包括串联型电池组、被动均衡管理模块、数据采集模块、状态估计模块和断路器；其中，所述串联型电池组由多个单个电池串联组成；所述被动均衡管理模块与所述串联型电池组内各个单体电池相连，所述被动均衡管理模块在所述串联型电池组的充电过程中实现被动均衡管理；所述数据采集模块与所述串联型电池组内各个单体电池相连，采集所述串联型电池组内各个单体电池的状态信息并进行模数转换；所述数据采集模块与所述状态估计模块连接，将数模转换后的所述状态信息传输给所述状态估计模块，所述状态估计模块用于对上述串联型电池组的荷电状态和健康状态进行估计；所述断路器通过保险丝连接于所述串联型电池组的正极端。
在本发明的较佳实施方式中，所述数据采集模块包括温度采集器、电流采集器和电压采集器；所述温度采集器用于采集所述串联型电池组内各个单体电池的温度，所述电流采集器用于采集串联型电池组内各个单体电池的电流，所述电压采集器用于采集串联型电池组内各个单体电池的电压；所述数据采集模块对采集到的所述单体电池的温度、电流和电压数据进行模数转换，得到所述单体电池的温度、电流和电压数字信号，获得所述串联型电池组内各个单体电池的状态信息。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述状态估计模块包括容量估计器、特征单体电池辨识器、荷电状态估计器和健康状态估计器；其中，所述容量估计器根据所述数据采集模块中传递的所述状态信息对所述串联型电池组内各个单体电池的容量进行估计，得到准确的单体电池容量值；所述特征单体电池辨识器根据得到的所述串联型电池组各个单体电池的容量值，辨识得到所述串联型电池组的特征单体电池，所述特征单体电池为所述串联型电池组中拥有最小容量的单体电池；所述荷电状态估计器根据所述数据采集模块中传递的所述状态信息以及辨识得到的所述特征单体电池编号，对所述特征单体电池进行荷电状态估计得到整个所述串联型电池组的荷电状态值；所述健康状态估计器根据所述数据采集模块中传递的所述状态信息以及辨识得到的所述特征单体电池编号，对所述特征单体电池进行健康状态估计得到整个所述串联型电池组的健康状态值。
在本发明的较佳实施方式中，所述荷电状态估计器对于所述串联型电池的荷电状体估计为实时在线处理；所述健康状态估计器对于所述串联型电池的健康状态估计为离线非实时处理。
本发明还提供一种串联型电池组的状态估计方法，具体包括如下步骤：
步骤1，对所述串联型电池组进行被动均衡式充电；
步骤2，对所述串联型电池组内各个单体电池进行数据采集和处理；
步骤3，对所述串联型电池组内各个单体电池容量进行估计；
步骤4，辨识得到所述串联型电池组的特征单体电池；
步骤5，分别估计得到所述串联型电池组荷电状态和健康状态。
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤2中所述数据采集包括采集所述串联型电池组内各个单体电池的温度、电流、电压数据，并将采集到所述数据进行模数转换，产生描述所述单体电池温度、电流和电压的数字信号。
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤5中所述串联型电池组荷电状态估计采用在线实时处理。
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤5中所述串联型电池组健康状态估计采用离线的非实时性处理。
本发明考虑了串联型电池组内各个单体电池的荷电状态和健康状态对串联型电池组的影响，采用了能够更加全面描述串联型电池组状态的荷电状态和健康状态定义，能够对串联型电池组进行更准确的荷电状态估计和健康状态估计，提高串联型电池组状态估计的计算效率。
本发明还考虑了串联型电池组的荷电状态和健康状态之间不同的时变特性，把这两种状态放在不同的时间尺度区间上进行估计，有效的提高了串联型电池组状态估计的准确性和计算效率。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的串联型电池组的状态估计装置结构示意图。
图2是本发明另一较佳实施例的串联型电池组的状态估计方法流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
在基于被动均衡管理策略的串联型电池组中，串联型电池组的荷电状态取决于拥有最小容量的单体电池的荷电状态，串联型电池组的健康状态取决于拥有最小容量的单体电池的健康状态，并把拥有最小容量的单体电池定义为串联型电池组的‘特征单体’。
串联型电池组状态定义描述如下：
SOCpack＝SOCmin_cell
SOHpack＝＝SOHmin_cell
其中，SOCpack为基于被动均衡管理策略的串联型电池组荷电状态，SOHpack为基于被动均衡管理策略的串联型电池组健康状态，SOCmin_cell为特征单体的荷电状态，SOCmin_cell为特征单体的健康状态。
如图1所示，一种串联型电池组的状态估计装置，包括串联型电池组1、被动均衡管理模块2、数据采集模块3、状态估计模块4和断路器5。
串联型电池组1包括多个单个电池以及相关的连接电路，其中单体电池之间为串联连接结构。
被动均衡管理模块2与串联型电池组1内各个单体电池相连，在串联型电池组1的充电过程中实现被动均衡管理，使得串联型电池组1在充电结束之时，串联型电池组内的各个单体电池的荷电状态保持一致。
数据采集模块3包括温度采集器31、电流采集器32和电压采集器33，其中，温度采集器31用于采集串联型电池组1内各个单体电池的温度，电流采集器32用于采集串联型电池组1内各个单体电池的电流，电压采集器33用于采集串联型电池组1内各个单体电池的电压。数据采集模块3与串联型电池组1内各个单体电池相连，采集串联型电池组1内各个单体电池的状态信息如单体电池温度、电流、电压数据，并进行模数转换，产生准确描述单体电池温度、电流、电压的数字信号，并传输给状态估计模块4，将数模转换后的状态信息传输给状态估计模块5.
状态估计模块4包括容量估计器41，特征单体电池辨识器42，荷电状态估计器43，健康状态估计器44。其中，容量估计器41根据数据采集模块3传递的信号对各个单体电池的容量进行估计，得到准确的单体电池容量值，特征单体电池辨识器42根据得到的各个单体电池的容量值，辨识得到串联型电池组的特征单体电池，特征单体电池为串联型电池组1中拥有最小容量的单体电池；荷电状态估计器43根据数据采集模块3传递的信号以及辨识得到的特征单体电池编号，对特征单体电池进行荷电状态估计得到整个串联型电池组的荷电状态值，健康状态估计器44根据数据采集模块3传递的信号以及辨识得到的特征单体电池编号，对特征单体电池进行健康状态估计得到整个串联型电池组的健康状态值。
断路器6通过保险丝连接于串联型电池组1的正极端，断路器6和保险丝顺次连接与串联型电池组1的正极端，用于保护串联型电池组。
一种串联型电池组的状态估计方法，用于对电动汽车电池组被动均衡式充电时状态进行估计，具体流程如图2所示，步骤如下：
步骤S1，对所述串联型电池组进行被动均衡式充电。
被动均衡管理使得串联型电池组在充电结束之时，串联型电池组内的各个单体电池的荷电状态保持一致。
步骤S2，对所述串联型电池组内各个单体电池进行数据采集和处理。
数据采集包括采集所述串联型电池组内各个单体电池的温度、电流、电压数据，并将采集到所述数据进行模数转换，产生描述所述单体电池温度、电流和电压的数字信号。
步骤S3，对串联型电池组内各个单体电池容量进行估计。
根据获取的述单体电池温度、电流和电压的数字信号，对各个单体电池的容量进行估计，得到准确的单体电池容量值。
步骤S4，辨识得到串联型电池组的特征单体电池。
根据得到的各个单体电池的容量值，辨识得到串联型电池组的特征单体电池。
步骤S5，分别估计得到串联型电池组荷电状态和健康状态。
根据步骤S2中采集到的数字信号以及步骤S4这种辨识得到的特征单体电池编号，对特征单体电池进行荷电状态估计得到整个串联型电池组的荷电状态值。
根据步骤S2中采集到的数字信号以及步骤S4这种辨识得到的特征单体电池编号，对特征单体电池进行健康状态估计得到整个串联型电池组的健康状态值。
串联型电池组的健康状态和荷电状态拥有不同的时变特性，其中串联型电池组的荷电状态变化较快，串联型电池组的健康状态变化较慢，在本实施例中对串联型电池组的荷电状态估计进行实时在线处理，对于串联型电池组的健康状态，进行离线的非实时性处理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种串联型电池组的状态估计装置，所述状态估计装置包括串联型电池组、被动均衡管理模块、数据采集模块、状态估计模块和断路器，其特征在于，
所述串联型电池组由多个单个电池串联组成；
所述被动均衡管理模块与所述串联型电池组内各个单体电池相连，所述被动均衡管理模块在所述串联型电池组的充电过程中实现被动均衡管理；
所述数据采集模块与所述串联型电池组内各个单体电池相连，采集所述串联型电池组内各个单体电池的状态信息并进行模数转换；
所述数据采集模块与所述状态估计模块连接，将数模转换后的所述状态信息传输给所述状态估计模块，所述状态估计模块用于对上述串联型电池组的荷电状态和健康状态进行估计；
所述断路器通过保险丝连接于所述串联型电池组的正极端；
所述状态估计模块包括容量估计器、特征单体电池辨识器、荷电状态估计器和健康状态估计器；其中，所述容量估计器根据所述数据采集模块传递的所述状态信息对所述串联型电池组内各个单体电池的容量进行估计，得到准确的单体电池容量值；所述特征单体电池辨识器根据得到的所述串联型电池组各个单体电池的容量值，辨识得到所述串联型电池组的特征单体电池，所述特征单体电池为所述串联型电池组中拥有最小容量的单体电池；所述荷电状态估计器根据所述数据采集模块传递的所述状态信息以及辨识得到的所述特征单体电池编号，对所述特征单体电池进行荷电状态估计得到整个所述串联型电池组的荷电状态值；所述健康状态估计器根据所述数据采集模块传递的所述状态信息以及辨识得到的所述特征单体电池编号，对所述特征单体电池进行健康状态估计得到整个所述串联型电池组的健康状态值。
2.根据权利要求1所述的串联型电池组的状态估计装置，其特征在于，所述数据采集模块包括温度采集器、电流采集器和电压采集器；所述温度采集器用于采集所述串联型电池组内各个单体电池的温度，所述电流采集器用于采集串联型电池组内各个单体电池的电流，所述电压采集器用于采集串联型电池组内各个单体电池的电压；所述数据采集模块对采集到的所述单体电池的温度、电流和电压数据进行模数转换，得到所述单体电池的温度、电流和电压数字信号，获得所述串联型电池组内各个单体电池的状态信息。
3.根据权利要求2所述的串联型电池组的状态估计装置，其特征在于，所述荷电状态估计器对于所述串联型电池的荷电状体估计为实时在线处理；所述健康状态估计器对于所述串联型电池的健康状态估计为离线非实时处理。
4.一种串联型电池组的状态估计方法，采用如权利要求1所述的状态估计装置，用于对电动汽车电池组被动均衡式充电时状态进行估计，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对所述串联型电池组进行被动均衡式充电；
步骤2，对所述串联型电池组内各个单体电池进行数据采集和处理；
步骤3，对所述串联型电池组内各个单体电池容量进行估计；
步骤4，辨识得到所述串联型电池组的特征单体电池；
步骤5，分别估计得到所述串联型电池组荷电状态和健康状态。
5.根据权利要求4所述的串联型电池组的状态估计方法，其特征在于，所述步骤2中所述数据采集包括采集所述串联型电池组内各个单体电池的温度、电流、电压数据，并将采集到所述数据进行模数转换，产生描述所述单体电池温度、电流和电压的数字信号。
6.根据权利要求4所述的串联型电池组的状态估计方法，其特征在于，所述步骤5中所述串联型电池组荷电状态估计采用在线实时处理。
7.根据权利要求4所述的串联型电池组的状态估计方法，其特征在于，所述步骤5中所述串联型电池组健康状态估计采用离线的非实时性处理。
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