CN109204062A - 一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，包括电池组、电流电压监测模块、绝缘监测模块、与电流电压监测模块电连接的电量估算模块、电池管理模块及与电池管理模块电连接的整车控制模块，电池组分别与电流电压监测模块和绝缘监测模块电连接，电池管理模块分别与电量估算模块、电流电压监测模块及绝缘监测模块电连接。本发明能够实时或按照设定的周期对电池组的电流、剩余电量及绝缘性能进行有效监控，并且具有操作便捷、灵敏度高、系统处理速度快的特点，有助于提高系统的监测效率和准确度，还能提高电池的安全性，从而提高电动汽车的质量。此外，本发明还公开了一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法。
Description
技术领域
本发明属于电池监测系统的技术领域，具体涉及一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统及其监测方法。
背景技术
目前电动汽车和混合动力汽车成为重要的交通工具，而动力电池是纯电动汽车和混合动力汽车驱动的能量载体，为了满足快速充电和续航里程的要求，以及爬坡、加速等工况下的车辆动能，动力电池必须具备高功率输出和大容量。为了保证动力电池的高容量和高功率，通常将大量单体动力电池通过串联、并联的方式组成电池模组使用，但是动力电池工作电流大，产热量大。目前锂电池大部分是易燃、易挥发的非水溶液组成，这个组成体系相比水溶液电解质组成的电池有更高的能量和电压输出，符合用户更高的能量需求。同时，电动汽车在使用过程中，对电池组的当前剩余电量的监测很重要，需对电池组的剩余电量进行有效的实时监控。
其中，中国专利文献公开了一种BMS电池管理系统(公开号：201710286395.X)，通过云服务器存储有电池组的标准参数值范围，控制装置中的电池管理模块将接收到的当前温度、电流、湿度以及振动频率数据进行分析后，将其分析结构以曲线图的形式在显示屏上显示，同时，通过电量显示模块在显示屏上显示出电池组的当前剩余电量以及已经使用电量，而且将分析结构发送给移动终端，移动终端中的电池APP实时或者定时接收该分析结构，并将其与从云服务器接收的标准值范围进行比对分析，根据分析结构发出调控指令，电池管理模块再次接收调控指令并发送给电源控制模块，电源控制模块根据接收到的调控指令控制冷却系统中的散热装置以及除湿装置进行散热或除湿。上述的方案在一定程度上收集电池的数据，但是这种方案至少还存在以下缺陷：第一，不能实时动态反映电池绝缘性能问题；第二，结构复杂，通用性不强，设计成本高。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，能够实时或按照设定的周期对电池组的电流、剩余电量及绝缘性能进行有效监控，并且具有操作便捷、灵敏度高、系统处理速度快的特点，有助于提高系统的监测效率和准确度，当运用在电动汽车上，能提高电池的安全性，有助于提高电动汽车的质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，包括电池组、电流电压监测模块、绝缘监测模块、与所述电流电压监测模块电连接的电量估算模块、电池管理模块及与所述电池管理模块电连接的整车控制模块，所述电池组分别与所述电流电压监测模块和所述绝缘监测模块电连接，所述电池管理模块分别与所述电量估算模块、所述电流电压监测模块及所述绝缘监测模块电连接。电流电压监测模块和绝缘监测模块实时对电池组的充放电状态和绝缘性能进行监测，实现对电池组过流、过充、过放、短路等识别，同时防止电池外壳漏电造成的安全事故；电量估算模块，能根据电池组的电流和电压，准确的判断电池组的剩余电量，便于用户根据续航里程做出适当的操作；电池管理模块用于根据电池组的电流、电压、剩余电量及绝缘性能判断电池组的工作状态，实现了对电池组的全面检测，通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制模块；整车控制模块根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时发现电池故障信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性。
作为本发明所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的一种改进，所述电流电压监测模块包括电流传感器、电压传感器和第一模数转换模块，所述电流传感器和所述电压传感器分别与所述第一模数转换模块的输入端电连接，所述第一模数转换模块的输出端分别与所述电量估算模块和所述电池管理模块电连接。电流传感器能收集电池组的信息，并能将监测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求；电压传感器对高速变化的交、直流电压信号做跟踪采集，对于比较复杂的电压波形做频谱分析；第一模数转换模块用于将电流传感器和电压传感器的模拟信号转换成数字信号。
作为本发明所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的一种改进，所述电流电压监测模块与所述电池组的正极和负极电连接。
作为本发明所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的一种改进，所述绝缘监测模块包括绝缘传感器和第二模数转换模块，所述绝缘传感器与所述第二模数转换模块的输入端电连接，所述第二模数转换模块的输出端与所述电池管理模块电连接。绝缘传感器能监测到电池组的绝缘值；第二模数转换模块用于将绝缘传感器的模拟信号转换成数字信号；当直流系统发生故障，系统电压偏高或者偏低，或超过预设值，或交流电压超过预设值时，发送警告信息给电池管理模块。
作为本发明所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的一种改进，所述绝缘监测模块分别与所述电池组的正极、负极和外壳电连接。
作为本发明所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统的一种改进，所述电量估算模块包括依次连接的模型构建模块和卡尔曼滤波模块，所述模型构建模块连接于所述电流电压监测模块，所述卡尔曼滤波模块连接于所述电池管理模块。将电流电压监测模块监测的电流和电压代入到模型构建模块，并对推导出来的参数进行分析，然后对分析结果进行卡尔曼滤波，得到估算的剩余电量；卡尔曼滤波模块通过电流电压监测模块输入监测数据，对电池组状态进行最优估计，由于监测数据受电池组中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。
本发明的目的之二在于还提供了一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，包括如下步骤：
1)按照设定的监测周期，电流电压监测模块实时监测电池组的电压和电流，绝缘监测模块实时监测电池组的绝缘值；
2)电流电压监测模块将实时的电压电流发送给电量估算模块和电池管理模块，同时，绝缘监测模块将实时的绝缘值发送给电池管理模块；
3)电量估算模块根据实时监测的电流和电压，推算出电池组的剩余电量，然后发送给电池管理模块；
4)电池管理模块根据接收到的数据，分析得到电池实时的充放电流、续航里程及绝缘性能，并判断电池组实时的状态，然后通过相应的接口将判断结果发送给整车控制模块，整车控制模块根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户。
本发明的监测方法中，步骤1)中用户可根据实际的需求灵活设定监测周期，合适的监测周期不仅能确保数据的可靠性和准确性，还能减少系统的处理量，提高系统的处理效率；步骤2)由于电池管理模块与电流电压监测模块电连接，实时的电压电流无需经过电量估算模块直接发送给电池管理模块，提高电压电流的实时性，同时减少电量估算模块的处理量，从而提高系统的整体效率；步骤4)中电池管理模块通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制模块；整车控制模块根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时发现电池故障信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性。
作为本发明所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法的一种改进，步骤1)中，所述电流电压监测模块和所述绝缘监测模块均通过集成电路总线进行实时数据传输。电流电压监测模块和绝缘监测模块可以连接到同一总线结构下，同时电流电压监测模块和绝缘监测模块都可以作为实时数据传输的信息源，有助于简化了信号传输总线接口。
作为本发明所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法的一种改进，步骤3)中，所述电量估算模块通过构建电池模型得到剩余电量比的估算值和估算权重值，然后通过卡尔曼滤波得到所述电池组实时的剩余电量比。
作为本发明所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法的一种改进，步骤4)中，所述电池管理模块通过CAN接口发送数据给所述整车控制模块。CAN接口具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的监测方法的流程图。
其中：1-电池组；2-电流电压监测模块；3-绝缘监测模块；4-电量估算模块；5-电池管理模块；6-整车控制模块；21-电流传感器；22-电压传感器；23-第一模数转换模块；31-绝缘传感器；32-第二模数转换模块；41-模型构建模块；42-卡尔曼滤波模块。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1~2所示，一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，包括电池组1、电流电压监测模块2、绝缘监测模块3、与电流电压监测模块2电连接的电量估算模块4、电池管理模块5及与电池管理模块5电连接的整车控制模块6，电池组1分别与电流电压监测模块2和绝缘监测模块3电连接，电池管理模块5分别与电量估算模块4、电流电压监测模块2及绝缘监测模块3电连接。电流电压监测模块2、绝缘监测模块3、与电流电压监测模块2电连接的电量估算模块4、电池管理模块5及与电池管理模块5均为可以通过市场直接购买的型号，电流电压监测模块2和绝缘监测模块3实时对电池组1的充放电状态和绝缘性能进行监测，实现对电池组1过流、过充、过放、短路等识别，同时防止电池外壳漏电造成的安全事故；电量估算模块4，能根据电池组1的电流和电压，准确的判断电池组1的剩余电量，便于用户根据续航里程做出适当的操作；电池管理模块5用于根据电池组1的电流、电压、剩余电量及绝缘性能判断电池组1的工作状态，实现了对电池组1的全面检测，通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制模块6；整车控制模6块根据电池组1实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时发现电池故障信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性；电池管理模块5的处理芯片的型号为 LTC4020。
优选的，电流电压监测模块2包括电流传感器21、电压传感器22和第一模数转换模块23，电流传感器21和电压传感器22分别与第一模数转换模块23的输入端电连接，第一模数转换模块23的输出端分别与电量估算模块4和电池管理模块5电连接，电流电压监测模块2与电池组1的正极和负极电连接。电流传感器21能收集电池组1的信息，并能将监测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求；电压传感器22对高速变化的交、直流电压信号做跟踪采集，对于比较复杂的电压波形做频谱分析；第一模数转换模块23用于将电流传感器21和电压传感器22的模拟信号转换成数字信号，电流传感器21的型号为HKA-Y1，电压传感器22传感器的型号为HAV100-1500，第一模数转换模块23的型号为ADS1115。
优选的，绝缘监测模块3包括绝缘传感器31和第二模数转换模块32，绝缘传感器31与第二模数转换模块32的输入端电连接，第二模数转换模块32的输出端与电池管理模块5电连接，绝缘监测模块3分别与电池组1的正极、负极和外壳电连接。绝缘传感器31能监测到电池组1的绝缘值；第二模数转换模块32用于将绝缘传感器31的模拟信号转换成数字信号；当直流系统发生故障，系统电压偏高或者偏低，或超过预设值，或交流电压超过预设值时，第二模数转换模块32发送警告信息给电池管理模块5，绝缘传感器31的型号为AIM-M100，第二模数转换模块32的型号为ADS1115。
优选的，电量估算模块4包括依次连接的模型构建模块41和卡尔曼滤波模块42，模型构建模块41连接于电流电压监测模块2，卡尔曼滤波模块42连接于电池管理模块5。将电流电压监测模2块监测的电流和电压代入到模型构建模块41，并对推导出来的参数进行分析，然后对分析结果进行卡尔曼滤波，得到估算的剩余电量；卡尔曼滤波模块42通过电流电压监测模块2输入监测数据，对电池组1状态进行最优估计，由于监测数据受电池组1中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程，电量估算模块4的型号为BQ26220。
实施例2
如图1~2所示，一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，包括如下步骤：
1)按照设定的监测周期，电流传感器21和电压传感器22实时监测电池组1的电压和电流，绝缘监测模块3实时监测电池组1的绝缘值；
2)电流电压监测模块2将实时的电压电流通过第一模数转换模块23发送给模型构建模块41和电池管理模块5，同时，绝缘传感器31将实时的绝缘值通过第二模数转换模块32发送给电池管理模块5；
3)模型构建模块41代入实时监测的电流和电压，并对推导出来的参数进行分析，然后对分析结果发送给卡尔曼滤波模块42，得到估算的剩余电量，最后发送给电池管理模块5；
4)电池管理模块5根据接收到的数据，分析得到电池实时的充放电流、续航里程及绝缘性能，并判断电池组1实时的状态，然后通过相应的接口将判断结果发送给整车控制模块6，整车控制模块6根据电池组实时的状态，发送提示或警告给用户。
优选的，步骤1)中，电流电压监测模块2和绝缘监测模块3均通过集成电路总线进行实时数据传输。电流电压监测模块2和绝缘监测模块3可以连接到同一总线结构下，同时电流电压监测模块2和绝缘监测模块3都可以作为实时数据传输的信息源，有助于简化了信号传输总线接口。
优选的，步骤3)中，电量估算模块4通过构建电池模型得到剩余电量比的估算值和估算权重值，然后通过卡尔曼滤波得到电池组1实时的剩余电量比。
优选的，步骤4)中，电池管理模块5通过CAN接口发送数据给整车控制模块6。CAN接口具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。
还需要说明的是：本发明的监测方法中，步骤1)中用户可根据实际的需求灵活设定监测周期，合适的监测周期不仅能确保数据的可靠性和准确性，还能减少系统的处理量，提高系统的处理效率；步骤2)由于电池管理模块5与电流电压监测模块2电连接，实时的电压电流无需经过电量估算模块4直接发送给电池管理模块5，提高电压电流的实时性，同时减少电量估算模块4的处理量，从而提高系统的整体效率；步骤4)中电池管理模块5通过与预设的标准数据进行比对，然后将判断结果发给整车控制模块6；整车控制模块6根据电池组1实时的状态，发送提示或警告给用户，使用户在电动汽车行驶过程中也能及时发现电池故障信息，提供了更好的用户体验和提高电池的安全性。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：包括电池组(1)、电流电压监测模块(2)、绝缘监测模块(3)、与所述电流电压监测模块(2)电连接的电量估算模块(4)、电池管理模块(5)及与所述电池管理模块(5)电连接的整车控制模块(6)，所述电池组(1)分别与所述电流电压监测模块(2)和所述绝缘监测模块(3)电连接，所述电池管理模块(5)分别与所述电量估算模块(4)、所述电流电压监测模块(2)及所述绝缘监测模块(3)电连接。
2.如权利要求1所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：所述电流电压监测模块(2)包括电流传感器(21)、电压传感器(22)和第一模数转换模块(23)，所述电流传感器(21)和所述电压传感器(22)分别与所述第一模数转换模块(23)的输入端电连接，所述第一模数转换模块(23)的输出端分别与所述电量估算模块(4)和所述电池管理模块(5)电连接。
3.如权利要求1所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：所述电流电压监测模块(2)与所述电池组(1)的正极和负极电连接。
4.如权利要求1所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：所述绝缘监测模块(3)包括绝缘传感器(31)和第二模数转换模块(32)，所述绝缘传感器(31)与所述第二模数转换模块(32)的输入端电连接，所述第二模数转换模块(32)的输出端与所述电池管理模块(5)电连接。
5.如权利要求1所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：所述绝缘监测模块(3)分别与所述电池组(1)的正极、负极和外壳电连接。
6.如权利要求1所述的一种实时监测电流、剩余电量及绝缘性能的系统，其特征在于：所述电量估算模块(4)包括依次连接的模型构建模块(41)和卡尔曼滤波模块(42)，所述模型构建模块(41)连接于所述电流电压监测模块(2)，所述卡尔曼滤波模块(42)连接于所述电池管理模块(5)。
7.一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照设定的监测周期，电流电压监测模块(2)实时监测电池组(1)的电压和电流，绝缘监测模块(3)实时监测电池组(1)的绝缘值；
2)电流电压监测模块(2)将实时的电压电流发送给电量估算模块(4)和电池管理模块(5)，同时，绝缘监测模块(3)将实时的绝缘值发送给电池管理模块(5)；
3)电量估算模块(4)根据实时监测的电流和电压，推算出电池组(1)的剩余电量，然后发送给电池管理模块(5)；
4)电池管理模块(5)根据接收到的数据，分析得到电池实时的充放电流、续航里程及绝缘性能，并判断电池组(1)实时的状态，然后通过相应的接口将判断结果发送给整车控制模块(6)，整车控制模块(6)根据电池组(1)实时的状态，发送提示或警告给用户。
8.如权利要求7所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，其特征在于：步骤1)中，所述电流电压监测模块(2)和所述绝缘监测模块(3)均通过集成电路总线进行实时数据传输。
9.如权利要求7所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，其特征在于：步骤3)中，所述电量估算模块(4)通过构建电池模型得到剩余电量比的估算值和估算权重值，然后通过卡尔曼滤波得到所述电池组(1)实时的剩余电量比。
10.如权利要求7所述的一种实时监测电池充放电流、剩余电量及绝缘性能的系统的监测方法，其特征在于：步骤4)中，所述电池管理模块(5)通过CAN接口发送数据给所述整车控制模块(6)。
Priority Applications (1)
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