CN106405423B - 电池监控方法及电池监控系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种电池监控方法，包括：获取输出电压和电流；获得极化电压；计算电流差；计算电压差；计算电流总变化量；计算电压总变化量；根据预设定的重复次数N，重复上述步骤N次，根据所述电流总变化量及所述电压总变化量，计算预测内阻；根据预测内阻，确定电池的内阻；根据所述内阻，获取电池的荷电状态，并根据所述荷电状态，控制和/或调整外部电路工作情况。本发明提高电池内阻测算的准确性，进一步提高荷电状态的测算准确性。
Description
技术领域
本申请实施例涉及一种汽车电子，尤其涉及一种电池监控方法及电池监控系统。
背景技术
目前电动汽车上配备的大容量动力电池组都专门设计有电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)，以对电池组以及单体的状态(包括电压、电流、温度、容量等)进行监测和评估。
电池的荷电状态(State of Charge，SOC)，又称电池剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0～1。当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。对SOC进行估计是BMS系统很重要的功能。
然而，由于电池的内阻是影响荷电状态测算的一个重要因素，因此，如何精准测量电池的内阻已经成为业界一大重点难题。
发明内容
本申请实施例提供一种电池监控方法，用于提高电池内阻测算的准确性，进一步提高荷电状态的测算准确性。
本申请实施例提供一种电池监控系统，用于提高电池内阻测算的准确性，进一步提高荷电状态的测算准确性。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供：
一种电池监控方法，包括：
获取输出电压U(t-1)、U(t)和电流I(t-1)、I(t)；
获得极化电压Up(t-1)、Up(t)；
计算电流差dI(t)，dI(t)＝I(t)－I(t－1)；
计算电压差dV(t)，dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)；
计算电流总变化量SumdI，SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)；
计算电压总变化量SumdV，SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)；
根据预设定的重复次数N，重复上述步骤N次，
根据所述电流总变化量SumdI及所述电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal，Rcal＝SumdV/SumdI；
根据预测内阻Rcal，确定电池的内阻R(n)；
根据所述内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)，并根据所述荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况。
一种较佳的实施方式中，所述根据预测内阻Rcal，确定电池的内阻R(n)，具体包括：
电池的内阻R(n)具体计算公式为：R(n)＝A＊R(n-1)+B＊Rcal。
一种较佳的实施方式中，A+B＝1，且A远远大于B。
一种较佳的实施方式中，所述方法还包括：
获取电池的内阻R(n-1)；
根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态Soc(n-1)；
判断所述荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围。
一种较佳的实施方式中，所述方法还包括：
判断电池是否处于放电状态。
一种较佳的实施方式中，所述方法还包括：
判断所述电流差dI(t)及所述电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度。
一种较佳的实施方式中，所述方法还包括：
预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
一种电池监控系统，其特征在于，包括：
输出电压检测模块，用于测量输出电压U(t)；
电流检测模块，用于测量电流I(t)；
极化电压获取模块，用于获取电池的极化电压Up(t)；
计算模块，用于根据电流I(t)和电流I(t－1)计算电流差dI(t)，根据输出电压U(t)、输出电压U(t－1)、极化电压Up(t)和极化电压Up(t－1)计算电压差dV(t)；
电流差dI(t)具体计算公式为：dI(t)＝I(t)－I(t－1)；
电压差dV(t)具体计算公式为：dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)；
所述计算模块根据电流差dI(t)及电压差dV(t)，计算获得电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
电流总变化量SumdI具体计算公式为：SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)；
电压总变化量SumdI具体计算公式为：SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)；
上述各模块，根据预先设定的重复次数N进行重复执行，达到重复次数N后，所述计算模块确定电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
进一步的，所述计算模块根据电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal；
预测内阻Rcal具体计算公式为：Rcal＝SumdV/SumdI；
所述计算模块确定电池的内阻R(n)；
所述荷电状态判断模块，根据内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)；
控制模块，用于根据电池的荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况。
一种较佳的实施方式中，所述系统还包括：
内阻获取模块，用于获取电池的内阻R(n-1)；
荷电状态获取模块，用于根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态Soc(n-1)；
荷电状态判断模块，用于判断荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围；
电池充放状态检测模块，用于判断电池是否处于放电状态；
变化判断模块，用于判断电流差dI(t)及电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度；
一种较佳的实施方式中，所述系统还包括：
错误处理模块，用于预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：本申请实施例通过电池持续放电过程中的某一时间段内，内阻引起的输出电压和电流变量的总和，来计算电池内阻，提高电池内阻测算的准确性，进一步提高荷电状态的测算准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请实施例的一部分，本申请实施例的示意性申请实施例及其说明用于解释本申请实施例，并不构成对本申请实施例的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的电池监控方法的流程示意图；
图2是本申请一实施例提供的电池监控系统的架构示意图；
图3是本申请一实施例所采用的等效电池模型。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例具体申请实施例及相应的附图对本申请实施例技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的申请实施例仅是本申请实施例一部分申请实施例，而不是全部的申请实施例。基于本申请实施例中的申请实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他申请实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
图1是本申请一实施例提供的电池监控方法的流程示意图。
图2是本申请一实施例提供的电池监控系统的架构示意图。
图3是本申请一实施例所采用的等效电池模型。
所述电池监控方法的实施例具体可以包括以下步骤：
S101：获取电池的内阻，记为R(n-1)。
一种具体实施方式中，所述内阻R(n-1)可以为之前测算后，记录在系统中。
另一种具体实施方式中，所述内阻R(n-1)可以为每次开始测量时，预设的某一特定值。
另一种具体实施方式中，所述内阻R(n-1)可以为电池充满电后，预设的某一特定值。
另一种具体实施方式中，所述内阻R(n-1)可以为以上所述的任意情况的组合。
S102：根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态(State of Charge)，记为Soc(n-1)。
一种具体实施方式中，根据所述内阻R(n-1)及内阻与荷电状态的数学模型，计算获取电池的荷电状态Soc(n-1)。
另一种具体实施方式中，根据所述内阻R(n-1)及事先测试获得的内阻与荷电状态的对照表，查表获取电池的荷电状态Soc(n-1)。
S103：判断荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围。
一种具体实施方式中，所述第一预设范围可以为25％至85％。由于当荷电状态Soc(n-1)的具体值过大或过小时，内阻的变化较大，此时，若有此方法进行测量，测量精度较差。
S104：若荷电状态Soc(n-1)属于第一预设范围，则进行输出电压及电流的测量，所述输出电压记为U(t)，所述电流记为I(t)。
所述电流的方向定义为由电池的正极流向电池的正极。
S105：判断电池是否处于放电状态。
一种具体实施方式中，通过判断电流I(t)是否大于0，来判断电池是否处于放电状态。
另一种具体实施方式中，通过判断电流I(t)/I(t－1)是否都大于0，来判断电池是否处于放电状态。
另一种具体实施方式中，通过判断电流I(t)/I(t－1)/I(t－2)是否都大于0，来判断电池是否处于放电状态。
S106：若电池处于放电状态，获取电池的极化电压，记为Up(t)。
一种具体实施方式中，通过测量温度，根据温度、荷电状态及事先测试获得的温度、荷电状态与极化电压的对照表，查表获取电池的极化电压Up(t)。
另一种具体实施方式中，通过测量温度，根据温度、荷电状态及事先测试获得的温度、荷电状态与极化电阻和极化电容的对照表，查表获取极化电阻Rp(t)和极化电容Cp(t)。根据极化电阻Rp(t)、极化电容Cp(t)、电流I(t)及电流I(t－1)，计算获取电池的极化电压Up(t)。一种具体实施方式中，具体计算公式为：
Up(t)＝Up(t-1)*exp(-dt/(Rp*Cp(t)))+I(t)*Rp(t)*(1-exp(-dt/(Rp*Cp(t))))
其中，dt为计算的间隔周期，exp为指数计算。
S107：根据电流I(t)和电流I(t－1)计算电流差dI(t)，根据输出电压U(t)、输出电压U(t－1)、极化电压Up(t)和极化电压Up(t－1)计算电压差dV(t)。
电流差dI(t)具体计算公式为：dI(t)＝I(t)－I(t－1)。
电压差dV(t)具体计算公式为：dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)。
S108：判断电流差dI(t)及电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度。
S109：若电流差dI(t)及电压差dV(t)大于等于系统的采样精度，根据电流差dI(t)及电压差dV(t)，计算获得电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV。
电流总变化量SumdI具体计算公式为：SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)。
电压总变化量SumdI具体计算公式为：SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)。
S110：重复S101至S109。
预先设定重复次数N，达到重复次数N后，确定电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV。
S111：根据电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal。
预测内阻Rcal具体计算公式为：Rcal＝SumdV/SumdI。
S112：确定电池的内阻R(n)。
电池的内阻R(n)具体计算公式为：R(n)＝A＊R(n-1)+B＊Rcal。
一种具体实施方式中，A+B＝1，且A远远大于B。具体的，A可以等于0.99，B可以等于0.01。
S113：根据内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)，并根据电池的荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况。
一种具体实施方式中，根据内阻R(n)，修正电池的健康度(Section Of Health)，进一步调整电池的荷电状态Soc(n)。
S114：预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若任意错误或错误组合连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
通过电池持续放电过程中的某一时间段内，内阻引起的输出电压和电流变量的总和，来计算电池内阻，提高电池内阻测算的准确性，进一步提高荷电状态的测算准确性。
以上为本申请一实施例提供的电池监控方法，本领域内的技术人员应明白，本申请一实施例还对应提供一种电池监控系统，详见图2。
所述电池监控系统的实施例具体可以包括：
内阻获取模块，用于获取电池的内阻R(n-1)；
荷电状态获取模块，用于根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态Soc(n-1)；
荷电状态判断模块，用于判断荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围；
输出电压检测模块，用于当荷电状态Soc(n-1)属于第一预设范围，测量输出电压U(t)；
电流检测模块，用于当荷电状态Soc(n-1)属于第一预设范围，测量电流I(t)；
电池充放状态检测模块，用于判断电池是否处于放电状态；
极化电压获取模块，用于当电池处于放电状态，获取电池的极化电压Up(t)；
计算模块，用于根据电流I(t)和电流I(t－1)计算电流差dI(t)，根据输出电压U(t)、输出电压U(t－1)、极化电压Up(t)和极化电压Up(t－1)计算电压差dV(t)；
电流差dI(t)具体计算公式为：dI(t)＝I(t)－I(t－1)；
电压差dV(t)具体计算公式为：dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)；
变化判断模块，用于判断电流差dI(t)及电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度；
若电流差dI(t)及电压差dV(t)大于等于系统的采样精度，所述计算模块根据电流差dI(t)及电压差dV(t)，计算获得电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
电流总变化量SumdI具体计算公式为：SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)；
电压总变化量SumdI具体计算公式为：SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)；
上述各模块，根据预先设定的重复次数N进行重复执行，达到重复次数N后，所述计算模块确定电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
进一步的，所述计算模块根据电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal；
预测内阻Rcal具体计算公式为：Rcal＝SumdV/SumdI；
所述计算模块确定电池的内阻R(n)；
电池的内阻R(n)具体计算公式为：R(n)＝A＊R(n-1)+B＊Rcal；
所述荷电状态判断模块，根据内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)；
控制模块，用于根据电池的荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况；
错误处理模块，用于预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种电池监控方法，其特征在于，包括：
获取输出电压U(t-1)、U(t)和电流I(t-1)、I(t)；
获得极化电压Up(t-1)、Up(t)；
计算电流差dI(t)，dI(t)＝I(t)－I(t－1)；
计算电压差dV(t)，dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)；
计算电流总变化量SumdI，SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)；
计算电压总变化量SumdV，SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)；
根据预设定的重复次数N，重复上述步骤N次，
根据所述电流总变化量SumdI及所述电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal，Rcal＝SumdV/SumdI；
根据预测内阻Rcal，确定电池的内阻R(n)；电池的内阻R(n)具体计算公式为：R(n)＝A＊R(n-1)+B＊Rcal，其中A和B为计算系数；
根据所述内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)，并根据所述荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况。
2.如权利要求1所述的电池监控方法，其特征在于，A+B＝1，且A远远大于B。
3.如权利要求1-2中任意一项所述的电池监控方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取电池的内阻R(n-1)；
根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态Soc(n-1)；
判断所述荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围。
4.如权利要求1-2中任意一项所述的电池监控方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断电池是否处于放电状态。
5.如权利要求1-2中任意一项所述的电池监控方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断所述电流差dI(t)及所述电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度。
6.如权利要求1-2中任意一项所述的电池监控方法，其特征在于，所述方法还包括：
预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
7.一种电池监控系统，其特征在于，包括：
输出电压检测模块，用于测量输出电压U(t)；
电流检测模块，用于测量电流I(t)；
极化电压获取模块，用于获取电池的极化电压Up(t)；
计算模块，用于根据电流I(t)和电流I(t－1)计算电流差dI(t)，根据输出电压U(t)、输出电压U(t－1)、极化电压Up(t)和极化电压Up(t－1)计算电压差dV(t)；
电流差dI(t)具体计算公式为：dI(t)＝I(t)－I(t－1)；
电压差dV(t)具体计算公式为：dV(t)＝U(t)－U(t－1)－Up(t)+Up(t－1)；
所述计算模块根据电流差dI(t)及电压差dV(t)，计算获得电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
电流总变化量SumdI具体计算公式为：SumdI(t)＝SumdI(t－1)+dI(t)；
电压总变化量SumdI具体计算公式为：SumdV(t)＝SumdV(t－1)+dV(t)；
上述各模块，根据预先设定的重复次数N进行重复执行，达到重复次数N后，所述计算模块确定电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV；
进一步的，所述计算模块根据电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV，计算预测内阻Rcal；
预测内阻Rcal具体计算公式为：Rcal＝SumdV/SumdI；
所述计算模块确定电池的内阻R(n)；电池的内阻R(n)具体计算公式为：R(n)＝A＊R(n-1)+B＊Rcal，其中A和B为计算系数；
所述荷电状态判断模块，根据内阻R(n)，获取电池的荷电状态Soc(n)；
控制模块，用于根据电池的荷电状态Soc(n)，控制和/或调整外部电路工作情况。
8.如权利要求7所述的电池监控系统，其特征在于，所述系统还包括：
内阻获取模块，用于获取电池的内阻R(n-1)；
荷电状态获取模块，用于根据所述内阻R(n-1)，获取电池的荷电状态Soc(n-1)；荷电状态判断模块，用于判断荷电状态Soc(n-1)是否属于第一预设范围；
电池充放状态检测模块，用于判断电池是否处于放电状态；
变化判断模块，用于判断电流差dI(t)及电压差dV(t)是否大于等于系统的采样精度。
9.如权利要求8所述的电池监控系统，其特征在于，所述系统还包括：
错误处理模块，用于预设定最大错误次数为M，针对荷电状态Soc(n-1)不属于第一预设范围或电池不处于放电状态或电流差dI(t)或电压差dV(t)不大于等于系统的采样精度的情况，若连续出现M次，则电流总变化量SumdI及电压总变化量SumdV都设置为0，并重新开始测算及控制。
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