CN112397798B - 一种动力电池管理系统及匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车技术领域，更具体的说，涉及一种动力电池管理系统及匹配方法。本发明提供了一种动力电池管理系统，包括特征参数模块，所述特征参数模块与模组电芯相匹配对应；所述模组电芯进行更换时，特征参数模块选择对应的特征参数，新的模组电芯的特征电性能参数进行调整以匹配旧电池包的需求。本发明提供的一种动力电池管理系统的匹配方法，通过对动力电池管理系统进行了适应性的创新功能开发，实现将新的其他类型的模组电芯替换老电池包中个别模组电芯，无需增加匹配标定测试成本和时间，不影响电池包的性能水平，降低了售后成本。

Description

一种动力电池管理系统及匹配方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，更具体的说，涉及一种动力电池管理系统及匹配方法。
背景技术
随着新能源汽车产业飞速发展，电动汽车车型更新换代速度较快。虽然大多数整车厂开发出了自己的电池包平台产品，但其模组层面还是需要不断的更新换代，包括以下两方面：
一方面来源于电芯技术不断升级换代带来的被动换代需求，另一方面来源于整车厂的电芯模组供应商的二供开发带来的主动换代需求。
然而随着模组的更新，市场中将存在某一整车厂的配备不同类型模组的电池包的车型，这些车型在流入市场后，都要至少满足长达10年的电池质保。
后期售后过程中，一些厂家选择直接升级电池包整包的方案，但其成本较高，一般整车厂都很难承担大批量车型都完全替换电池包的巨大售后成本。
而在电池实际实用过程中，单个电芯模组衰减导致整个电池包性能不能满足质保要求的概率较高，所以单纯替换单个模组是一个成本较好的方案。
但是由于电芯模组厂一般都不会继续生产老一代电芯模组，整车厂只能长期储备售后用模组，但存储过程又面临着存储成本较高、存储期间电池寿命衰减不一致和存在安全隐患等问题。
不采用老一代模组，而直接将新的其他类型的模组替换老电池包中的故障模组可以避免这些问题，但由于电池管理系统(BMS)无法识别新的其他类型模组的特征参数差异，电池包的剩余电量估计(SOC)、充放电能力估计(SOP)、均衡(BAL)以及寿命估计(SOH)等将出现问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池管理系统及匹配方法，解决现有技术的电池包的模组电芯难以进行单独更换其他类型模组电芯的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种动力电池管理系统，包括特征参数模块，所述特征参数模块与模组电芯相匹配对应；
所述模组电芯进行更换时，特征参数模块选择对应的特征参数，新的模组电芯的特征电性能参数进行调整以匹配旧电池包的需求。
在一实施例中，所述特征参数包括开路电压表格，所述特征参数模块，采用大于等于两张开路电压表格，每个模组电芯选择其对应的开路电压表格；
所述特征参数包括电芯容量，所述特征参数模块，对于每个模组电芯的电芯容量进行单独标定。
在一实施例中，所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的基准容量，在新的模组电芯的安时(容量)-开路电压曲线上，从满电状态开始，选择一段放电量为基准容量的放电曲线，将该段放电曲线转化为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
所述模组电芯进行更换时，读取当前电池包中电芯的容量，将其作为新的模组电芯的基准容量。
在一实施例中，所述特征参数包括电池等效模型参数，所述特征参数模块，具备大于等于两套电池等效模型参数，根据模组电芯进行配置；
所述特征参数包括电流限值表格，所述特征参数模块，采用大于等于两套电流限值表格，每个模组电芯选择其对应的开路电流限制表格。
在一实施例中，所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到对应的电池模型参数值，并将其作为新的电池等效模型参数；
所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到新的容量状态对应的电流功率限值。
在一实施例中，所述特征参数包括内阻和容量的老化因子，所述特征参数模块，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子；
所述特征参数包括压差监测数据，所述特征参数模块，采用大于等于两组压差监测数据，每个模组电芯对应的不同的压差监测；
均衡过程采用基于电量Q的均衡方式。
在一实施例中，所述模组电芯进行更换时，新的模组电芯的特征电性能参数满足以下条件：
新的模组电芯容量大于等于旧的模组电芯老化后的容量；
新的模组电芯内阻小于等于旧的模组电芯老化后的内阻；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电流限值大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续模组电流限值；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压上限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压上限；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压下限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压下限；
新的模组电芯使用温度范围大于等于旧的模组电芯使用温度范围。
为了实现上述目的，本发明提供了一种动力电池管理系统的匹配方法，包括以下步骤：
S1、动力电池管理系统的特征参数进行选择调整，以匹配不同模组电芯的需求；
S2、筛选调整模组电芯，使其特征电性能参数匹配旧电池包的需求；
S3、模组电芯进行更换时，更新动力电池管理系统的特征参数。
在一实施例中，所述步骤S1中的特征参数包括：
开路电压表格，数量为大于等于两张，每个模组电芯选择其对应的开路电压表格；
电芯容量，对于每个模组电芯的电芯容量进行单独标定；
电池等效模型参数，数量为大于等于两套，根据模组电芯进行配置；
电流限值表格，数量为大于等于两套，每个模组电芯选择其对应的电流限制表格；
内阻和容量的老化因子，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子；
压差监测数据，数量为大于等于两组，每个模组电芯对应的不同的压差监测；
基于电量Q的均衡方式。
在一实施例中，所述步骤S3，进一步包括以下步骤：
S31、读取当前电池包中电芯的容量，将其作为新的模组电芯的基准容量；
S32、基于新的模组电芯的基准容量，在新的模组电芯的容量-开路电压曲线上，从满电状态开始，选择一段放电量为基准容量的放电曲线，将该段放电曲线转化为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
S33、基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到对应的电池模型参数值，并将其作为新的电池等效模型参数；
S34、基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到新的容量状态对应的电流功率限值。
在一实施例中，所述步骤S32，进一步包括以下步骤：
判断充电电流功率限值是否大于等于旧的模组电芯老化后的电流功率限值；
如果是，则提取对应容量范围内的放电曲线，并进一步扩充为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
如果否，则将曲线起点后移至满足电流功率限值要求。
本发明提供的一种动力电池管理系统及匹配方法，通过对动力电池管理系统进行了适应性的创新功能开发，明确了对新的其他类型的模组电芯的基本要求，提出了对新的其他类型的模组电芯的特征电性能参数的创新性匹配方法，实现将新的其他类型的模组电芯替换老电池包中个别模组电芯，无需增加匹配标定测试成本和时间，不影响电池包的性能水平，降低了售后成本。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统特征参数对比示意图；
图2揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统的匹配方法的流程图；
图3揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统的更新特征参数的方法流程图；
图4揭示了根据本发明一实施例的OCV曲线转化过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
本发明提出的动力电池管理系统，基于模组串联电池包平台，通过对其动力电池管理系统BMS的功能再开发，对新的其他类型的模组的匹配提出了基本要求，并对新的其他类型模组电芯特征性能参数提出了匹配方法，最终实现将新的其他类型的模组电芯替换老电池包中个别模组电芯后，整包的SOC、SOP等性能达到期望水平。
图1揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统特征参数对比示意图，如图1所示的动力电池管理系统，包括特征参数模块，所述特征参数模块与模组电芯相匹配对应；
所述模组电芯进行更换时，特征参数模块选择对应的特征参数，新的模组电芯的特征电性能参数进行调整以匹配旧电池包的需求。
动力电池管理系统BMS，具体具有以下特征参数，特征参数模块具备以下新的功能。
Func1、开路电压表格。
现有技术的电池管理系统，采用1张OCV(开路电压)表格。
本发明的BMS，采用大于等于两张OCV(开路电压)表格，并且每个模组电芯都可选择其对应的不同OCV，保证了不同模组的电芯都能进行精确的SOC(容量状态)修正。
Func2、电芯容量。
现有技术的电池管理系统，电芯容量不可单独标定。
本发明的BMS，每个模组电芯都对应自己的电芯容量，且可以进行单独标定，以保证替换新的模组电芯后的，电芯容量更新。
Func3、电池等效模型参数。
现有技术的电池管理系统，只有1套电池等效模型参数。
本发明的BMS，具有大于等于两套电池等效模型参数，每个模组电芯都可选择配置不同的电池等效模型参数。
Func4、电流限值表格。
现有技术的电池管理系统，采用1套电流限值表格。
本发明的BMS，采用大于等于两套电流限值表格，每个模组电芯都可以选择其对应的不同套电流限值表格，最终的电流限值采用所有串联模组对应电流限值的最小值。
Func5、内阻和容量的老化因子。
现有技术的电池管理系统，老化因子并不一定可以重置。
本发明的BMS，针对不同模组电芯，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子。
Func6、压差监测数据。
现有技术的电池管理系统，只有1套单体压差监测。
本发明的BMS，采用大于等于两组压差监测数据，每个模组电芯对应的不同的压差监测，压差监测过程有大于等于两组数据(最大单体电压、最小单体电压以及压差等信息)，实现模组分层面压差差异监测；
Func7、均衡方式。
现有技术的电池管理系统，采用基于电压U的均衡方式。
本发明的BMS，均衡过程采用基于电量Q的均衡方式。
替换新的其他类型的模组电芯后，需要将Func1到Func5所涉及的新模组或其电芯的性能参数及对应关系标定到BMS中。
所述模组电芯进行更换时，新的模组电芯需要满足以下条件：
外观尺寸、接插件及通用机械性能和安全性能满足要求；
模组内电芯串联数量相同；
所述模组电芯进行更换时，新的模组电芯的特征电性能参数满足以下条件：
Req1、新的模组电芯容量大于等于旧的模组电芯老化后的容量；
Req2、新的模组电芯内阻最好小于等于旧的模组电芯老化后的内阻，或满足原模组内阻指标要求；
Req3、新的模组电芯脉冲、持续充放电电流限值最好大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续模组电流限值，或满足原模组电芯限值指标要求；
Req4、新的模组电芯脉冲、持续充放电电压上限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压上限，新的模组电芯脉冲、持续充放电电压下限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压下限；
Req5、新的模组电芯使用温度范围大于等于旧的模组电芯使用温度范围。
图2揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统的匹配方法的流程图，如图2所示的动力电池管理系统的匹配方法，包括以下步骤：
S1、动力电池管理系统的特征参数进行选择调整，以匹配不同模组电芯的需求；
其中，特征参数进一步包括：
开路电压表格，数量为大于等于两张，每个模组电芯选择其对应的开路电压表格；
电芯容量，对于每个模组电芯的电芯容量进行单独标定；
电池等效模型参数，数量为大于等于两套，根据模组电芯进行配置；
电流限值表格，数量为大于等于两套，每个模组电芯选择其对应的开路电流限制表格；
内阻和容量的老化因子，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子；
压差监测数据，数量为大于等于两组，每个模组电芯对应的不同的压差监测；
基于电量Q的均衡方式。
S2、筛选调整模组电芯，使其特征电性能参数匹配旧电池包的需求；
其中，新的模组电芯的特征电性能参数满足以下条件：
新的模组电芯容量大于等于旧的模组电芯老化后的容量；
新的模组电芯内阻小于等于旧的模组电芯老化后的内阻；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电流限值大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续模组电流限值；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压上限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压上限；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压下限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压下限；
新的模组电芯使用温度范围大于等于旧的模组电芯使用温度范围。
S3、模组电芯进行更换时，更新动力电池管理系统的特征参数。
对新的其他类型模型的特征电性能参数进行调整以匹配旧电池包需求，但不增加额外的电芯电特性等测试成本。
图3揭示了根据本发明一实施例的动力电池管理系统的更新特征参数的方法流程图，如图3所示，所述步骤S3，进一步包括以下步骤：
S31、读取当前电池包中电芯的容量Capacitynew，并将其作为其新的其他类型模组电芯的基准容量，作为Func2的输入，最大程度的保证整包内电芯SOC的一致性；
S32、基于模组电芯的基准容量Capacitynew，在新的其他类型模组电芯的Ah-OCV(安时/容量-开路电压)曲线上，从满电状态开始，选择一段放电量为基准容量Capacitynew的放电曲线，并将本段放电曲线重新转化为新的模组电芯的SOC-OCVnew(容量状态-开路电压)曲线，作为Func1的输入；
图4揭示了根据本发明一实施例的OCV曲线转化过程示意图，如图4所示，在Ah-OCV曲线上选择一段放电曲线Capuse扩充后作为SOC-OCVnew曲线。
S33、基于新的模组电芯的SOC-OCVnew容量状态-开路电压曲线，重新反插值到旧的SOC，得到新的SOC对应的电池模型参数值，作为Func3的输入；
S34、基于新的模组电芯的SOC-OCVnew容量状态-开路电压曲线，重新反插值到旧的SOC，得到新的SOC对应的电流功率限值，作为Func4的输入。
更进一步的，所述步骤S32中，如果充电电流功率限值低于原模组老化后电流功率限值，则将起点适当后移，保证整包动力性尽量不改变。
具体的，所述步骤S32，进一步包括以下步骤：
S321、根据所需容量得到新的其他类型模组电芯使用的Ah安时容量范围；
S322、从100％SOC开始适配Ah曲线范围；
S323、判断充电电流功率限值是否大于等于旧的模组电芯老化后的电流功率限值；
如果是，则进入步骤S324；
如果否，则适当下调起点，将曲线起点后移至满足电流功率限值要求；
S324、提取对应容量范围内的放电曲线，并进一步扩充为新的模组电芯的SOC-OCVnew容量状态-开路电压曲线。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本发明提供的一种动力电池管理系统及匹配方法，通过对动力电池管理系统进行了适应性的创新功能开发，明确了对新的其他类型的模组电芯的基本要求，提出了对新的其他类型的模组电芯的特征电性能参数的创新性匹配方法，实现将新的其他类型的模组电芯替换老电池包中个别模组电芯，无需增加匹配标定测试成本和时间，不影响电池包的性能水平，降低了售后成本。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种动力电池管理系统，其特征在于，包括特征参数模块，所述特征参数模块与模组电芯相匹配对应；
所述模组电芯进行更换时，特征参数模块选择对应的特征参数，新的模组电芯的特征电性能参数进行调整以匹配旧电池包的需求；
所述特征参数包括开路电压表格，所述特征参数模块，采用大于等于两张开路电压表格，每个模组电芯选择其对应的开路电压表格；
所述特征参数包括电芯容量，所述特征参数模块，对于每个模组电芯的电芯容量进行单独标定；
所述特征参数包括电池等效模型参数，所述特征参数模块，具备大于等于两套电池等效模型参数，根据模组电芯进行配置；
所述特征参数包括电流限值表格，所述特征参数模块，采用大于等于两套电流限值表格，每个模组电芯选择其对应的电流限制表格；
所述特征参数包括内阻和容量的老化因子，所述特征参数模块，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子。
2.根据权利要求1所述的动力电池管理系统，其特征在于：
所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的基准容量，在新的模组电芯的安时(容量)-开路电压曲线上，从满电状态开始，选择一段放电量为基准容量的放电曲线，将该段放电曲线转化为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
所述模组电芯进行更换时，读取当前电池包中电芯的容量，将其作为新的模组电芯的基准容量。
3.根据权利要求1所述的动力电池管理系统，其特征在于：
所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到对应的电池模型参数值，并将其作为新的电池等效模型参数；
所述模组电芯进行更换时，基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到新的容量状态对应的电流功率限值。
4.根据权利要求1所述的动力电池管理系统，其特征在于：
所述特征参数包括压差监测数据，所述特征参数模块，采用大于等于两组压差监测数据，每个模组电芯对应的不同的压差监测；
均衡过程采用基于电量Q的均衡方式。
5.根据权利要求1所述的动力电池管理系统，其特征在于，所述模组电芯进行更换时，新的模组电芯的特征电性能参数满足以下条件：
新的模组电芯容量大于等于旧的模组电芯老化后的容量；
新的模组电芯内阻小于等于旧的模组电芯老化后的内阻；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电流限值大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续模组电流限值；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压上限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压上限；
新的模组电芯脉冲、持续充放电电压下限大于等于旧的模组电芯老化后的脉冲、持续充放电电压下限；
新的模组电芯使用温度范围大于等于旧的模组电芯使用温度范围。
6.一种动力电池管理系统的匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、动力电池管理系统的特征参数进行选择调整，以匹配不同模组电芯的需求，所述特征参数包括：
开路电压表格，数量为大于等于两张，每个模组电芯选择其对应的开路电压表格；
电芯容量，对于每个模组电芯的电芯容量进行单独标定；
电池等效模型参数，数量为大于等于两套，根据模组电芯进行配置；
电流限值表格，数量为大于等于两套，每个模组电芯选择其对应的开路电流限制表格；
内阻和容量的老化因子，在更换模组电芯时，重置其对应的内阻和容量的老化因子；
S2、筛选调整模组电芯，使其特征电性能参数匹配旧电池包的需求；
S3、模组电芯进行更换时，更新动力电池管理系统的特征参数。
7.根据权利要求6所述的动力电池管理系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤S1中的特征参数包括：
压差监测数据，数量为大于等于两组，每个模组电芯对应的不同的压差监测；
基于电量Q的均衡方式。
8.根据权利要求7所述的动力电池管理系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤S3，进一步包括以下步骤：
S31、读取当前电池包中电芯的容量，将其作为新的模组电芯的基准容量；
S32、基于新的模组电芯的基准容量，在新的模组电芯的容量-开路电压曲线上，从满电状态开始，选择一段放电量为基准容量的放电曲线，将该段放电曲线转化为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
S33、基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到对应的电池模型参数值，并将其作为新的电池等效模型参数；
S34、基于新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线，重新反插值得到新的容量状态对应的电流功率限值。
9.根据权利要求8所述的动力电池管理系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤S32，进一步包括以下步骤：
判断充电电流功率限值是否大于等于旧的模组电芯老化后的电流功率限值；
如果是，则提取对应容量范围内的放电曲线，并进一步扩充为新的模组电芯的容量状态-开路电压曲线；
如果否，则将曲线起点后移至满足电流功率限值要求。
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