CN107167737A - 一种电池系统安全监控方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池系统安全监控方法，包括步骤：S1、预先采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表；S2、对电池包进行充电和/或放电，将充电和/或放电过程中充电和/或放电最快的前若干个单体电池设置为被监控单体电池；S3、实时监测被监控单体电池的状态数据，当监测到被监控单体电池的电流数据与特征数据关系表的电流数据一致时，对比被监控单体电池当前温度Tt、当前SOCt、当前电流It及当前完全充放电循环次数对应的电压Vt与特征关系表中对应条件下的电压V，若电压Vt与电压V之间的差值超过预设的压差阈值V0，则判定该被监控单体电池异常。本发明可以快速定位异常单体电池，精确度高。

Description

一种电池系统安全监控方法
技术领域
本发明涉及电池管理领域，特别是涉及一种电池安全监控方法。
背景技术
发展新能源汽车是国家政策指向，电动汽车逐渐普及起来。电池系统作为电动汽车的主要动力源，承担着重要角色。当电池系统发生漏液、内短路、温升过快等现象不能及时被检查到时，将会给人们的生命财产带来巨大威胁。
目前有的电池管理系统通过监控电池的热行为来判定电池系统的安全情况。由于在电池系统中每节电芯均对应安装一个温度检测器的成本高，目前该方案不被采纳。现有技术中，通常在电池系统中间隔多个电芯才安排一个温度检测器进行温度检测。当某处温度检测器检测到存在温度异常时有可能某一节电池早已经达到危险的临界点，安全隐患巨大，即对于有问题的电芯发现可能存在延时，实时性差，进而影响电池系统的安全性能。现有技术中，还有通过检测电压的变化的来监控电池系统的方法，比如自放电和内短路情况，这些都需要电池静置或者在特定的情形下才能比较准确的判断出来，不能实现实时监控。
随着电动汽车续驶里程不断提高，现在的电池容量越来越大，现有技术中通常是通过增加电芯的数量弥补续驶里程不足的问题。由于锂离子本身的化学活性很强，所以电芯本身的特性就很活跃，如果不能实时准确的定位有问题的电芯，那么电池系统安全性得不到保证。
此外，电池系统的电池管理系统所采用的单片机运行速度有限，如果对每节电芯进行大量的数据运算，会拖慢运行速度，甚至会产生误报。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种电池系统安全监控方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电池系统安全监控方法，包括以下步骤：
S1、预先采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表；
S2、对电池包进行充电和/或放电，将充电和/或放电过程中充电和/或放电最快的前若干个单体电池设置为被监控单体电池；
S3、实时监测被监控单体电池的状态数据，当监测到被监控单体电池的电流数据与特征数据关系表的电流数据一致时，对比被监控单体电池当前温度Tt、当前SOCt、当前电流It及当前完全充放电循环次数对应的电压Vt与特征关系表中对应条件下的电压V，若电压Vt与电压V之间的差值超过预设的压差阈值V0，则判定该被监控单体电池异常。
在其中一个实施例中，所述步骤S1具体为：
将单体电池完全充放电循环至最大完全充放电循环次数，在每一完全充放电循环次数间隔点采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表。
在其中一个实施例中，所述每一完全充放电循环次数间隔点的数值相同。
在其中一个实施例中，所述步骤S1具体为：
依累积放电容量和电池容量计算完全充放电循环次数，完全充放电循环次数＝累积放电容量/电池容量。
在其中一个实施例中，所述最大完全充放电循环次数为10000次，所述完全充放电循环次数间隔点为50次。
在其中一个实施例中，所述最大完全充放电循环次数为20000次，所述完全充放电循环次数间隔点为100次。
在其中一个实施例中，所述最大完全充放电循环次数为30000次，所述完全充放电循环次数间隔点为150次。
在其中一个实施例中，所述压差阈值V0等于20mV。
在其中一个实施例中，所述压差阈值V0等于30mV。
在其中一个实施例中，所述压差阈值V0等于40mV。
本次技术方案相比于现有技术有以下有益效果：
1.快速定位存在潜在危险的单体电池，不需要对电池包中所有的单体电池进行验证，节省了电池管理系统的计算资源，提高电池管理系统的运行效率。
2.预先测试采集单体电池的标准详细数据存入至电池管理系统，校验比对时只需要匹配相应的单体电池特征数据就可以快速判断出单体电池的健康状态。
附图说明
图1为本实施例中的电池系统安全监控方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本次技术方案采集单体电池特征数据的具体过程如下：
如图1所示为电池系统安全监控方法流程图，包括以下步骤：
S1、预先采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表；
S2、对电池包进行充电和/或放电，将充电和/或放电过程中充电和/或放电最快的前若干个单体电池设置为被监控单体电池；
S3、实时监测被监控单体电池的状态数据，当监测到被监控单体电池的电流数据与特征数据关系表的电流数据一致时，对比被监控单体电池当前温度Tt、当前SOCt、当前电流It及当前完全充放电循环次数对应的电压Vt与特征关系表中对应条件下的电压V，若电压Vt与电压V之间的差值超过预设的压差阈值V0，则判定该被监控单体电池异常。
具体地，所述步骤S1具体为：
将单体电池完全充放电循环至最大完全充放电循环次数，在每一完全充放电循环次数间隔点采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表。
进一步地，所述每一完全充放电循环次数间隔点的数值相同。
具体地，所述步骤S1具体为：
依累积放电容量和电池容量计算完全充放电循环次数，完全充放电循环次数＝累积放电容量/电池容量。
进一步地，所述最大完全充放电循环次数为10000次，所述完全充放电循环次数间隔点为50次。
进一步地，所述最大完全充放电循环次数为20000次，所述完全充放电循环次数间隔点为100次。
进一步地，所述最大完全充放电循环次数为30000次，所述完全充放电循环次数间隔点为150次。
进一步地，所述压差阈值V0等于20mV。
进一步地，所述压差阈值V0等于30mV。
进一步地，所述压差阈值V0等于40mV。
下面详细阐述对单体电池特征数据关系表的建立流程：
预先设定特征数据采集表对应所需采集的特征数据：
将单体电池划分若干个SOCn测试点，需要强调的是，在划分SOCn测试点时，可以根据实际需要按照相同的SOCn间隔划分。例如，按照10％的SOC0间隔将单体电池划分为10个SOCn测试点，分别为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为单体电池出厂时的原始剩余容量(即为1)。
获取单体电池的最高工作温度和最低工作温度，并按照一定的温度间隔将单体电池的最高工作温度和最低工作温度之间的温度区间划分若干个温度Tn测试点。例如，假设单体电池的最高工作温度为50℃，最低工作温度为0℃，按照10℃的温度间隔划分为6个温度Tn测试点，分别为T1＝0℃、T2＝10℃、T3＝20℃、T4＝30℃、T5＝40℃、T6＝50℃。
获取单体电池的最大电流Imax，按照一定的电流间隔划分若干个电流In测试点。例如，按照20％的电流间隔划分为5个电流In测试点，分别为I1＝20％Imax、I2＝40％Imax、I3＝60％Imax、I4＝80％Imax、I5＝100％Imax。
单体电池的特征数据采集过程：
在第一个完全充放电循环测试点环境下，当单体电池满足SOC1测试点时，依次对各个温度Tn测试点分别进行如下操作：对单体电池依次加载电流In测试点，记录各电流In测试点对应的单体电池电压Vn。剩余其他各个SOCn测试点对应的单体电池的特征数据采集过程与SOC1测试点对应的单体电池的特征数据采集过程相同，此处不再赘述。
继续对单体电池进行完全充放电循环，当单体电池的完全充放电循环次数达到完全充放电循环次数间隔点时(即达到下一个完全充放电循环测试点环境)，再次采集单体电池的特征数据，此处再次采集电梯电池的特征数据过程与第一个完全充放电循环测试点环境下的采集过程相同，故不再赘述。例如，单体电池的最大完全充放电循环次数为10000次时，设定每一完全充放电循环次数间隔点的数值均为50次。在其他实时例中，还可以将每一完全充放电循环次数间隔点的数值均设为100次、150次等，具体可以根据实际需要进行调整。需要强调的是，每一完全充放电循环次数间隔点的数值还可以分别设置为不同的数值，即每一完全充放电循环次数间隔点的数值可以结合实际需要灵活设置。
需要说明的是，SOC间隔、电流间隔和温度间隔可以根据实际的需求灵活调整。在需要更为精确的数据时，SOC间隔、电流间隔和温度间隔应当适当调小，以得到更精确的数据。需要强调的是，在本次说明中，各SOCn测试点、各电流In测试点和各温度Tn的测试点的间隔数值都相同，也可以根据需要将间隔数值设置为不同的数值，可以结合实际要达到的采集结果灵活调整。
还需要说明的是，单体电池的最大完全充放电循环次数根据单体电池的具体规格、型号而定。
还需要说明的是，前述的每一完全充放电循环测试点进行单体电池的特征数据采集的过程包括充电过程的特征数据采集和放电过程的特征数据采集。
电池管理系统对电池包的的监测过程如下:
例如一个10串25并的电池包，电池包的容量为50AH，当前累积放电容量5000AH。若8号电池充电和放电均为最快，电池管理系统将8号电池设置为被监控单体电池。例如，8号单体电池的SOC为60％、完全充放电循环次数为第100次时的部分特性数据如表1所示。
表1 8号单体电池的部分特性数据表
电池管理系统检测当前8号电池的状态数据。例如，8号电池的当前温度Tt为55℃，当前SOCt为60％，当前电流It为100A。由于单体电池的完全循环充放电的次数的计算为：单体电池完全充放电循环次数＝单体电池累积放电容量/单体电池容量，而电池包的完全充放电循环次数与其单体电池完全充放电循环次数是相同的，故本实时例中直接计算电池包的完全充放电循环次数作为单体电池完全充放电循环次数。电池包的容量为50AH，电池包的累积放电容量为5000AH，由此可以得出8号单体电池的完全充放电循环次数＝其对应电池包的完全充放电循环次数＝5000AH/50AH＝100次。电池包的累积放电容量的计算采用现有技术，此处不再赘述。若采集到8号单体电池的当前电压为3.52V，根据8号单体电池当前温度Tt、当前SOCt、当前电流It和当前完全充放电循环次数匹配电池管理系统预先存储的单体电池特性数据，即匹配到表1中最后一列的8号单体电池的特性数据，得到在温度Tt为55℃、SOCt为60％、电流It为100A和完全充放电循环次数为100次的标准8号单体电池的电压为3.51V。由于8号单体电池的当前电压减去特征数据表中预存的单体电池的电压的绝对值小于预设的压差阈值V0。在本实施例中，压差阈值取值20mV。因此，电池管理系统判定8号单体电池处于健康状态，电池管理系统不产生报警。在其他实时例中，压差阈值还可以取30mV、40mV等，压差阈值具体可以根据实际需要进行调整。
需要说明的是，由于在采集单体电池的特性数据时，因为实际操作中不可能会对每个单体电池的每一个温度T、每一个SOC和每一个电流I的电压都进行采集。遇到特殊情况，例如，电池管理系统检测当前设置为被监控单体电池的温度T为17℃时，但在电池管理系统存储的温度匹配数据只有15℃和20℃时的单体电池电压数据，这是电池管理系统会自动结合15℃下和20℃下标准单体电池特性数据利用插值运算方法去计算实际17℃下的标准单体电池电压(插值运算方法为BMS领域惯用的计算方法，说明书不再对插值运算方法做进一步阐述)，将计算17℃的标准电压数据和当前的单体电池的电压数据进行比较分析，做出对单体电池健康状态的准确判断。
还需要说明的是，本次监测流程监测的是在充电和放电同时最快的单体电池。在其他实施例中，可以监测充电最快或者监测放电最快的单体电池。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池系统安全监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预先采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表；
S2、对电池包进行充电和/或放电，将充电和/或放电过程中充电和/或放电最快的前若干个单体电池设置为被监控单体电池；
S3、实时监测被监控单体电池的状态数据，当监测到被监控单体电池的电流数据与特征数据关系表的电流数据一致时，对比被监控单体电池当前温度Tt、当前SOCt、当前电流It及当前完全充放电循环次数对应的电压Vt与特征关系表中对应条件下的电压V，若电压Vt与电压V之间的差值超过预设的压差阈值V0，则判定该被监控单体电池异常。
2.根据权利要求1所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
将单体电池完全充放电循环至最大完全充放电循环次数，在每一完全充放电循环次数间隔点采集单体电池的特征数据得到单体电池的电压V与温度T、SOC、电流I及完全充放电循环次数对应的特征数据关系表。
3.根据权利要求2所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述每一完全充放电循环次数间隔点的数值相同。
4.根据权利要求2所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
依累积放电容量和电池容量计算完全充放电循环次数，完全充放电循环次数＝累积放电容量/电池容量。
5.根据权利要求2所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述最大完全充放电循环次数为10000次，所述完全充放电循环次数间隔点为50次。
6.根据权利要求2所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述最大完全充放电循环次数为20000次，所述完全充放电循环次数间隔点为100次。
7.根据权利要求2所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述最大完全充放电循环次数为30000次，所述完全充放电循环次数间隔点为150次。
8.根据权利要求1所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述压差阈值V0等于20mV。
9.根据权利要求1所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述压差阈值V0等于30mV。
10.根据权利要求1所述的电池系统安全监控方法，其特征在于，所述压差阈值V0等于40mV。
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