CN111025168A - 一种电池健康状态监控装置及电池荷电状态智能估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池健康状态监控装置，包括：数据采集单元、充放电检测单元、充电时间统计单元、电池容量检测单元和健康状态计算单元；其方法包括采集锂电池的开路电压OCV和电流I，采集锂电池工作时的温度C；检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常，并记录荷电状态SOC；记录充放电异常为第一负健康度值M，记录锂电池充放电的时间为t；根据获取的电流和电压计算荷电状态SOC；根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量。本发明解决传统电池管理无法对电池荷电状态和剩余电量进行统计的问题，本申请能实时监测电池的剩余电量和荷电状态，便于电池预警。

Description

一种电池健康状态监控装置及电池荷电状态智能估算方法

技术领域

本发明涉及锂电池监测技术领域，特别是一种电池健康状态监控装置及电池荷电状态智能估算方法。

背景技术

随着环保和节能问题的日益突出，锂离子电池由于比能量高，绿色环保等优点，作为大容量动力电源，逐步在汽车、航天、船舶等领域都有了实际应用。锂离子电池的能量密度越来越高、容量越来越大、电池单体的串联数量也越来越多，在电池组的长期使用过程中，由于组成的电池模块的多节锂离子电池一致性较差容易引起一节或者多节电池出现过充过放的现象，进而整个电池模块的性能下降，甚至导致失效严重影响使用寿命。对于电池组来说，电池管理系统不可缺少。

荷电状态用于描述电池的剩余电量，是电池组使用过程中的重要参数。用于汽车动力的锂离子电池组的SOC的准确估算，不仅关系到汽车行驶里程的估算，而且是锂电池组安全和优化控制充放电能量的保证。汽车在运行时，大的电流很可能会造成电池过充或深放，因此一定要对电池的SOC状态进行估算，对电池组中每块电池的端电压、温度以及充放电电流进行实时采集，随时预报汽车电池的剩余能量或荷电状态，当电池电量过低需要充电时及时报警，从而提高电池的使用寿命和整车的运行性能。同时，SOC的准确估计也是进行能量管理策略研究的基础，是电动汽车的混合动力汽车的关键技术之一。

电池荷电状态通过对电池电压、电流、内阻、温度等参数的检测来推断，这些参数与SOC的关系随电池老化的过程而改变，其中还包括有许多不确定的因素，例如，汽车电池的工作状态会随着汽车的行驶道路状况变化而随机改变。因此，电池SOC的估计已成为电动汽车和混合动力汽车领域的一个急需攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池健康状态监控装置及电池荷电状态智能估算方法，解决传统电池管理无法对电池荷电状态和剩余电量进行统计的问题，本申请能实时监测电池的剩余电量和荷电状态，便于电池预警。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电池健康状态监控装置，包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集锂电池的开路电压OCV和电流I；所述数据采集单元还用于采集锂电池工作时的温度C；

充放电检测单元，所述充放电检测单元用于检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常；记录充放电异常为第一负健康度值M；

充电时间统计单元，所述充电时间统计单元用于对锂电池的充放电时间，记录充放电时间为t；

电池容量检测单元，所述电池容量检测单元用于根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）；

健康状态计算单元，所述健康状态计算单元用于根据电池剩余容量、负健康度值评估电池的健康状态。

优选的，其还包括显示模块，所述显示模块用于记录电池的荷电状态与开路电压的关系曲线。

优选的，包括云服务器，云服务器通过网络与数据采集单元以及健康状态计算单元相连，云服务器还用于对电池故障状态以及电池健康状态是否达到阀值进行预警。

优选的，健康状态计算单元包括处理器、存储器和无线通讯模块。

一种电池健康状态监控装置的电池荷电状态估算方法，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的开路电压OCV和电流I，采集锂电池工作时的温度C；

S2、检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常，并记录荷电状态SOC；记录充放电异常为第一负健康度值M，记录锂电池充放电的时间为t；

S3、根据获取的电流和电压计算荷电状态SOC；

S4、根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）。

优选的，，电池的荷电状态监测还包括：

判断锂电池的闲置时间是否大于固定时长；

如果闲置时间未超所述固定时长，则以上次估算周期结束时的锂电池电量作为本次估算周期的电量初始值；

如果闲置时间超出所述固定时长，则测量所述锂电池两端的电压，并通过查询开路电压-荷电状态表来得到电池电量初始值。

本发明的有益效果为：

（1）解决传统电池管理无法对电池荷电状态和剩余电量进行统计的问题，本申请能实时监测电池的剩余电量和荷电状态，便于电池预警；

（2）能通过云服务器实现智能分析和数据反馈，并能对电池的异常状态进行快速预警。

附图说明

图1为本发明电池荷电状态估算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例：

一种电池健康状态监控装置，包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集锂电池的开路电压OCV和电流I；所述数据采集单元还用于采集锂电池工作时的温度C；

充放电检测单元，所述充放电检测单元用于检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常；记录充放电异常为第一负健康度值M；

充电时间统计单元，所述充电时间统计单元用于对锂电池的充放电时间，记录充放电时间为t；

电池容量检测单元，所述电池容量检测单元用于根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）；

健康状态计算单元，所述健康状态计算单元用于根据电池剩余容量、负健康度值评估电池的健康状态。

优选的，其还包括显示模块，所述显示模块用于记录电池的荷电状态与开路电压的关系曲线。

优选的，包括云服务器，云服务器通过网络与数据采集单元以及健康状态计算单元相连，云服务器还用于对电池故障状态以及电池健康状态是否达到阀值进行预警。

优选的，健康状态计算单元包括处理器、存储器和无线通讯模块。

一种电池健康状态监控装置的电池荷电状态估算方法，请参阅附图1所示，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的开路电压OCV和电流I，采集锂电池工作时的温度C；

S2、检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常，并记录荷电状态SOC；记录充放电异常为第一负健康度值M，记录锂电池充放电的时间为t；

S3、根据获取的电流和电压计算荷电状态SOC；

S4、根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）。

优选的，，电池的荷电状态监测还包括：

判断锂电池的闲置时间是否大于固定时长；

如果闲置时间未超所述固定时长，则以上次估算周期结束时的锂电池电量作为本次估算周期的电量初始值；

如果闲置时间超出所述固定时长，则测量所述锂电池两端的电压，并通过查询开路电压-荷电状态表来得到电池电量初始值。

需要说明的是，本发明首先根据锂电池的不同状态获得电池组相对准确的电量初始值，然后用安时法来估算SOC并利用最小二乘法在线估算电池等效电路模型参数，再利用扩展卡尔曼滤波对安时法的估计值进行修正，这样既保证了电池SOC在线估计的准确性和可行性，而且也在很大程度上降低了电池管理系统的整体成本，使得最终的SOC估计值变得更加有效、 可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，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。

Claims (6)

1.一种电池健康状态监控装置，其特征在于，包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于采集锂电池的开路电压OCV和电流I；所述数据采集单元还用于采集锂电池工作时的温度C；

充放电检测单元，所述充放电检测单元用于检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常；记录充放电异常为第一负健康度值M；

充电时间统计单元，所述充电时间统计单元用于对锂电池的充放电时间，记录充放电时间为t；

电池容量检测单元，所述电池容量检测单元用于根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）；

健康状态计算单元，所述健康状态计算单元用于根据电池剩余容量、负健康度值评估电池的健康状态。

2.根据权利要求1所述一种电池健康状态监控装置，其特征在于，其还包括显示模块，所述显示模块用于记录电池的荷电状态与开路电压的关系曲线。

3.根据权利要求1所述一种电池健康状态监控装置，其特征在于，包括云服务器，云服务器通过网络与数据采集单元以及健康状态计算单元相连，云服务器还用于对电池故障状态以及电池健康状态是否达到阀值进行预警。

4.根据权利要求1所述一种电池健康状态监控装置，其特征在于，健康状态计算单元包括处理器、存储器和无线通讯模块。

5.一种根据权利要求1所述电池健康状态监控装置的电池荷电状态估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的开路电压OCV和电流I，采集锂电池工作时的温度C；

S2、检测锂电池的充放电状态，以及检测锂电池是否存在充放电异常，并记录荷电状态SOC；记录充放电异常为第一负健康度值M，记录锂电池充放电的时间为t；

S3、根据获取的电流和电压计算荷电状态SOC；

S4、根据电流、充放电时间以及荷电状态计算电池的剩余容量，剩余容量为充电状态：Q=I*t（100-SOC）；放电状态：Q=I*t（SOC-0）。

6.根据权利要求5所述一种电池健康状态监控装置的电池荷电状态估算方法，其特征在于，电池的荷电状态监测还包括：

判断锂电池的闲置时间是否大于固定时长；

如果闲置时间未超所述固定时长，则以上次估算周期结束时的锂电池电量作为本次估算周期的电量初始值；

如果闲置时间超出所述固定时长，则测量所述锂电池两端的电压，并通过查询开路电压-荷电状态表来得到电池电量初始值。

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