CN111976539A - 确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备，以实时确定动力电池的电压变化率，提升动力电池安全性。用于电池状态监测电路，所述电池状态监测电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻；第二支路包括第三电阻和第四电阻；第一支路还包括电容，电容并联连接于第一电阻和第二电阻构成的支路；第三电阻和第四电阻之间设置有第一采集点，第一电阻和第二电阻之间设置有第二采集点；所述方法包括：确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压；确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压；根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率。

Description

确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备
技术领域
本公开涉及电池领域，具体地，涉及一种确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备。
背景技术
随着电芯能量密度的提升，新能源行业安全问题也日益突出，一般情况下，为电动汽车(或储能系统)带来最大危害的就是电池热失控事故。针对电池发生热失控事故的情况，主要原因一般在于电芯发生锂枝晶等引起的内部短路和电芯的外部短路，因此，利用电芯的电压变化率监测热失控事故是一种常见且有效的方法。
BMS(Battery Management System，电池管理系统)作为电池系统的核心部件，是对电池进行管理的系统，它对电池的电压、电流、温度、绝缘电阻等进行动态监测并根据监测数据进行状态估算、电池均衡管理、热管理、接触器控制、故障诊断及报警。在整车(或储能系统)运行的情况下，BMS能够实时地监测电芯状态，以监测热失控故障。而在整车(或储能系统)休眠的情况下，BMS无法实时地监测电芯状态，从而无法监测热失控故障。
发明内容
本公开的目的是提供一种确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备，以实时确定动力电池的电压变化率，提升动力电池安全性。
为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供一种确定电池的电压变化率的方法，用于电池状态监测电路，所述电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，所述第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，所述二极管的阳极连接动力电池的正极，所述第一电阻分别与所述二极管的阴极和所述第二电阻的一端相连接，所述第二电阻的另一端连接所述动力电池的负极；所述第二支路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与所述第一电阻阻值相同，所述第四电阻与所述第二电阻阻值相同；所述第一支路还包括电容，所述电容并联连接于所述第一电阻和所述第二电阻构成的支路；所述第三电阻和所述第四电阻之间设置有第一采集点，所述第一电阻和所述第二电阻之间设置有第二采集点；所述方法包括：
确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压；
确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压；
根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率。
可选地，所述确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压，包括：
根据所述动力电池在所述目标时刻的第三电压、所述第三电阻的阻值和所述第四电阻的阻值，确定所述第一电压。
可选地，所述确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压，包括：
确定所述电容在所述目标时刻的第四电压；
根据所述第四电压、所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值，确定所述第二电压。
可选地，所述确定所述电容在所述目标时刻的第四电压，包括：
通过如下公式计算所述电容在所述目标时刻t的第四电压VC(t)：
Figure BDA0002599148580000021
其中，V0为所述电容在起始时刻的电压，τ为预设时间周期，t’为所述目标时刻相对于所述起始时刻的时间差。
可选地，所述根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率，包括：
根据所述第一电压、所述第二电压、所述二极管的压降值和预设时间周期，确定所述目标电压变化率。
可选地，所述根据所述第一电压、所述第二电压、所述二极管的压降值和预设时间周期，确定所述目标电压变化率，包括：
通过如下公式计算所述目标电压变化率R：
Figure BDA0002599148580000031
其中，V1为所述第一电压，V2为所述第二电压，VD为所述二极管的压降值，τ为所述预设时间周期。
可选地，所述预设时间周期为所述二极管的压降值与预设电压变化率阈值之间的比值。
根据本公开的第二方面，提供一种确定电池的电压变化率的装置，用于电池状态监测电路，所述电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，所述第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，所述二极管的阳极连接动力电池的正极，所述第一电阻分别与所述二极管的阴极和所述第二电阻的一端相连接，所述第二电阻的另一端连接所述动力电池的负极；所述第二支路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与所述第一电阻阻值相同，所述第四电阻与所述第二电阻阻值相同；所述第一支路还包括电容，所述电容并联连接于所述第一电阻和所述第二电阻构成的支路；所述第三电阻和所述第四电阻之间设置有第一采集点，所述第一电阻和所述第二电阻之间设置有第二采集点；所述装置包括：
第一确定模块，用于确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压；
第二确定模块，用于确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压；
第三确定模块，用于根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率。
根据本公开的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述方法的步骤。
根据本公开的第四方面，提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第一方面所述方法的步骤。
通过上述技术方案，提供了一种用于电池状态监测电路的确定电池的电压变化率的方法，其中，电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，二极管的阳极连接动力电池的正极，第一电阻分别与二极管的阴极和第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端连接动力电池的负极，第二支路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻与第一电阻阻值相同，第四电阻与第二电阻阻值相同，第一支路还包括电容，电容并联连接于第一电阻和第二电阻构成的支路，第三电阻和第四电阻之间设置有第一采集点，第一电阻和第二电阻之间设置有第二采集点。在确定电池的电压变化率时，确定第一采集点在目标时刻的第一电压，并确定第二采集点在目标时刻的第二电压，再根据第一电压和第二电压，确定动力电池在目标时刻的目标电压变化率。这样，能够实时地计算出动力电池的电压变化率，实时判断动力电池的电压变化率是否变化异常，不会因整车的休眠影响电池的安全监测。另外，电池状态监测电路的电路结构简单，电路工作负载小，也能起到节省成本的作用。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开的一种实施方式提供的确定电池的电压变化率的方法的流程图；
图2是根据本公开的一种实施方式提供的电池状态监测电路的电路示意图；
图3是根据本公开提供的确定电池的电压变化率的方法中，电容电压与时间之间的关系的曲线示意图；
图4是根据本公开的另一种实施方式提供的电池状态监测电路的电路示意图；
图5是根据本公开的一种实施方式提供的确定电池的电压变化率的装置的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
如背景技术所述，随着电芯能量密度的提升，新能源行业安全问题也日益突出，一般情况下，为电动汽车(或储能系统)带来最大危害的就是电池热失控事故。针对电池发生热失控事故的情况，主要原因一般在于电芯发生锂枝晶等引起的内部短路和电芯的外部短路，因此，利用电芯的电压变化率监测热失控事故是一种常见且有效的方法。
BMS作为电池系统的核心部件，是对电池进行管理的系统，它对电池的电压、电流、温度、绝缘电阻等进行动态监测并根据监测数据进行状态估算、电池均衡管理、热管理、接触器控制、故障诊断及报警。
整车(或储能系统)的使用工况一般分为两种：一种为运行工况，另一种为休眠工况。在运行工况下，BMS能够实时监测电芯状态，实时计算电压变化率，若发生热失控故障，电压变化率会异常增大，BMS能够知晓该故障的发生，在监测过程中，BMS将电芯电压数据进行采集并存储，以过去值和当前值进行对比，来判断是否发生热失控故障。然而，在整车(或储能系统)休眠工况下，BMS也进入休眠状态，从而无法实时地监测热失控故障。目前，在整车休眠的情况下，采用定时唤醒策略，即每隔一段时间唤醒BMS一次，对电芯数据进行采集，并监测是否发生热失控故障。通过这种方式，虽然能够解决部分休眠状态下无法监测热失控故障的问题，但仍然无法实时地对电池的电压变化率进行监测，BMS唤醒间隔期(即，在整车或储能系统休眠且BMS休眠状态下)仍存在无法监测出热失控故障的风险。
为了解决上述技术问题，本公开提供一种确定电池的电压变化率的方法、装置、介质及设备，以实时确定动力电池的电压变化率，实时监测电池热失控故障，提升动力电池安全性。
图1是根据本公开的一种实施方式提供的确定电池的电压变化率的方法的流程图。该方法可以应用于图2所示的电池状态监测电路，该电池状态监测电路包括并联连接的第一支路21和第二支路22，第一支路21包括二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2，二极管D1的阳极连接动力电池的正极，第一电阻R1分别与二极管的阴极和第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端连接动力电池的负极。第二支路22包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3与第一电阻R1阻值相同，第四电阻R4与第二电阻R2阻值相同。第一支路21还包括电容C，电容C并联连接于第一电阻R1和第二电阻R2构成的支路。第三电阻R3和第四电阻R4之间设置有第一采集点P1，第一电阻R1和第二电阻R2之间设置有第二采集点P2。
其中，第一支路21为RC电路(Resistor-Capacitance circuit，电阻-电容电路)，用以实现时间记录的功能。同时，采用电容C记录电阻R1和电阻R2两端的总电压，可以实现历史电压的记录。
如图1所示，本公开提供的方法可以包括以下步骤：
在步骤11中，确定第一采集点在目标时刻的第一电压；
在步骤12中，确定第二采集点在目标时刻的第二电压；
在步骤13中，根据第一电压和第二电压，确定动力电池在目标时刻的目标电压变化率。
在一种可能的实施方式中，步骤11中，确定第一采集点在目标时刻的第一电压，可以包括以下步骤：
根据动力电池在目标时刻的第三电压、第三电阻的阻值和第四电阻的阻值，确定第一电压。
示例地，可以通过如下公式确定第一采集点在目标时刻的第一电压V1：
Figure BDA0002599148580000072
其中，V为动力电池在目标时刻的第三电压，R30为第三电阻R3的阻值，R40为第四电阻R4的阻值。
在一种可能的实施方式中，步骤12，确定第二采集点在目标时刻的第二电压，可以包括以下步骤：
确定电容在目标时刻的第四电压；
根据第四电压、第一电阻的阻值和第二电阻的阻值，确定第二电压。
其中，由于电容本身的特性，电容对应的电压与时间存在如图3所示的曲线对应关系。因此，可以基于此图像确定电容在目标时刻的第四电压。
示例地，可以通过如下公式计算电容C在目标时刻t的第四电压VC(t)：
Figure BDA0002599148580000071
其中，V0为电容在起始时刻的电压，τ为预设时间周期，t’为目标时刻相对于起始时刻的时间差。
通常情况下，电容在起始时刻的电压是确定的，可以直接测得。
其中，预设时间周期τ可以通过二极管的压降值与预设电压变化率阈值之间的比值计算得到。二极管的压降值是二极管的固有属性，可以直接获得。而预设电压变化率阈值可以根据实际的需求自由设定，或者可以根据经验值设定。
另外，根据RC电路本身的特性，以图2所示的电池状态监测电路来说，它对应如下的时间周期计算公式，用以实现时间的记录：
(R1的阻值+R2的阻值)*C的电容＝τ
因此，在通过二极管的压降值与预设电压变化率阈值的比值确定了时间周期后，还可以以预设时间周期为依据，进一步选用合适阻值的第一电阻R1、第二电阻R2和合适容量的电容C。
在确定了电容在目标时刻的第四电压后，就可以根据第四电压、第一电阻的阻值和第二电阻的阻值，确定第二采集点在目标时刻的第二电压。
示例地，可以通过如下公式确定第二采集点在目标时刻的第二电压V2：
Figure BDA0002599148580000081
其中，VC(t)为电容C在目标时刻t的第四电压，R10为第一电阻R1的阻值，R20为第二电阻R2的阻值。
在一种可能的实施方式中，步骤13中，根据第一电压和第二电压，确定动力电池在目标时刻的目标电压变化率，可以包括以下步骤：
根据第一电压、第二电压、二极管的压降值和预设时间周期，确定目标电压变化率。
示例地，可以通过如下公式计算目标电压变化率R：
Figure BDA0002599148580000082
其中，V1为第一电压，V2为第二电压，VD为二极管的压降值，τ为预设时间周期。
如上所述，基于本公开提供的方法，能够确定出动力电池在目标时刻的电压变化率，在实际应用时，目标时刻可以是任意时刻，也就是说，基于本公开提供的方法，能够实时地确定出动力电池在各个时刻的电压变化率。
通过上述技术方案，提供了一种用于电池状态监测电路的确定电池的电压变化率的方法，其中，电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，二极管的阳极连接动力电池的正极，第一电阻分别与二极管的阴极和第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端连接动力电池的负极，第二支路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻与第一电阻阻值相同，第四电阻与第二电阻阻值相同，第一支路还包括电容，电容并联连接于第一电阻和第二电阻构成的支路，第三电阻和第四电阻之间设置有第一采集点，第一电阻和第二电阻之间设置有第二采集点。在确定电池的电压变化率时，确定第一采集点在目标时刻的第一电压，并确定第二采集点在目标时刻的第二电压，再根据第一电压和第二电压，确定动力电池在目标时刻的目标电压变化率。这样，能够实时地计算出动力电池的电压变化率，实时判断动力电池的电压变化率是否变化异常，不会因整车的休眠影响电池的安全监测。另外，电池状态监测电路的电路结构简单，电路工作负载小，也能起到节省成本的作用。
另外，基于本公开提供的方案，在计算出目标时刻的目标电压变化率的情况下，还可以进一步地将目标电压变化率与预设电压变化率阈值进行比较。若目标电压变化率小于或等于预设电压变化率阈值，说明目标时刻的电压变化率仍处于正常范围内。而若目标电压变化率大于预设电压变化率阈值，则说明目标时刻的电压变化率可能存在异常，此时可以进行一些异常处理，例如，通过电池状态监测电路进行报警。
在一种可能的实施例中，电池状态监测电路中还可以接入比较器，如图4所示，比较器的正相输入端连接至第一采集点P1，比较器的反相输入端连接至第二采集点P2，比较器的输出端连接信号接收端。从而，还可以通过信号接收端从比较器接收到的信号，确定动力电池的电压变化率是否存在异常。通常情况下，若动力电池的电压变化率处于正常范围内，比较器正相输入端输入的电压应当大于或等于比较器反相输入端的电压(即，第一采集点处的电压大于或等于第二采集点处的电压)，此时比较器输出高电平，而若动力电池的电压变化率异常，比较器正相输入端输入的电压会小于比较器反相输入端的电压(即，第一采集点处的电压小于第二采集点处的电压)，此时比较器输出低电平，从而，通过信号接收端从比较器输出端接收到的信号，能够快速地判定动力电池电压变化率是否异常，进而判断是否出现热失控故障。
图5是根据本公开的一种实施方式提供的确定电池的电压变化率的装置的框图。该装置50可以用于电池状态监测电路，电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，二极管的阳极连接动力电池的正极，第一电阻分别与二极管的阴极和第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端连接动力电池的负极；第二支路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻与第一电阻阻值相同，第四电阻与第二电阻阻值相同；第一支路还包括电容，电容并联连接于第一电阻和第二电阻构成的支路；第三电阻和第四电阻之间设置有第一采集点，第一电阻和第二电阻之间设置有第二采集点；该装置50可以包括：
第一确定模块51，用于确定第一采集点在目标时刻的第一电压；
第二确定模块52，用于确定第二采集点在目标时刻的第二电压；
第三确定模块53，用于根据第一电压和第二电压，确定动力电池在目标时刻的目标电压变化率。
可选地，所述第一确定模块51用于根据所述动力电池在所述目标时刻的第三电压、所述第三电阻和所述第四电阻，确定所述第一电压。
可选地，所述第二确定模块52包括：
第一确定子模块，用于确定所述电容在所述目标时刻的第四电压；
第二确定子模块，用于根据所述第四电压、所述第一电阻和所述第二电阻，确定所述第二电压。
可选地，所述第一确定子模块用于通过如下公式计算所述电容在所述目标时刻t的第四电压VC(t)：
Figure BDA0002599148580000111
其中，V0为所述电容在起始时刻的电压，τ为预设时间周期，t’为所述目标时刻相对于所述起始时刻的时间差。
可选地，所述第三确定模块53包括第三确定子模块，用于根据所述第一电压、所述第二电压、所述二极管的压降值和预设时间周期，确定所述目标电压变化率。
可选地，所述第三确定子模块用于通过如下公式计算所述目标电压变化率R：
Figure BDA0002599148580000112
其中，V1为所述第一电压，V2为所述第二电压，VD为所述二极管的压降值，τ为所述预设时间周期。
可选地，所述预设时间周期为所述二极管的压降值与预设电压变化率阈值之间的比值。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开任意实施例所述的确定电池的电压变化率的方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开任意实施例所述的确定电池的电压变化率的方法的步骤。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种确定电池的电压变化率的方法，其特征在于，用于电池状态监测电路，所述电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，所述第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，所述二极管的阳极连接动力电池的正极，所述第一电阻分别与所述二极管的阴极和所述第二电阻的一端相连接，所述第二电阻的另一端连接所述动力电池的负极；所述第二支路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与所述第一电阻阻值相同，所述第四电阻与所述第二电阻阻值相同；所述第一支路还包括电容，所述电容并联连接于所述第一电阻和所述第二电阻构成的支路；所述第三电阻和所述第四电阻之间设置有第一采集点，所述第一电阻和所述第二电阻之间设置有第二采集点；所述方法包括：
确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压；
确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压；
根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压，包括：
根据所述动力电池在所述目标时刻的第三电压、所述第三电阻的阻值和所述第四电阻的阻值，确定所述第一电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压，包括：
确定所述电容在所述目标时刻的第四电压；
根据所述第四电压、所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值，确定所述第二电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述电容在所述目标时刻的第四电压，包括：
通过如下公式计算所述电容在所述目标时刻t的第四电压VC(t)：
Figure FDA0002599148570000021
其中，V0为所述电容在起始时刻的电压，τ为预设时间周期，t’为所述目标时刻相对于所述起始时刻的时间差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率，包括：
根据所述第一电压、所述第二电压、所述二极管的压降值和预设时间周期，确定所述目标电压变化率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电压、所述第二电压、所述二极管的压降值和预设时间周期，确定所述目标电压变化率，包括：
通过如下公式计算所述目标电压变化率R：
Figure FDA0002599148570000022
其中，V1为所述第一电压，V2为所述第二电压，VD为所述二极管的压降值，τ为所述预设时间周期。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述预设时间周期为所述二极管的压降值与预设电压变化率阈值之间的比值。
8.一种确定电池的电压变化率的装置，其特征在于，用于电池状态监测电路，所述电池状态监测电路包括并联连接的第一支路和第二支路，所述第一支路包括二极管、第一电阻和第二电阻，所述二极管的阳极连接动力电池的正极，所述第一电阻分别与所述二极管的阴极和所述第二电阻的一端相连接，所述第二电阻的另一端连接所述动力电池的负极；所述第二支路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与所述第一电阻阻值相同，所述第四电阻与所述第二电阻阻值相同；所述第一支路还包括电容，所述电容并联连接于所述第一电阻和所述第二电阻构成的支路；所述第三电阻和所述第四电阻之间设置有第一采集点，所述第一电阻和所述第二电阻之间设置有第二采集点；所述装置包括：
第一确定模块，用于确定所述第一采集点在目标时刻的第一电压；
第二确定模块，用于确定所述第二采集点在所述目标时刻的第二电压；
第三确定模块，用于根据所述第一电压和所述第二电压，确定所述动力电池在所述目标时刻的目标电压变化率。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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