CN112744118B - 电池管理系统、方法与车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电池管理系统、方法与车辆，属于车辆领域，能够全面快速地检测动力电池的状态。一种电池管理系统，包括：测试信号输入模块，用于向动力电池内部输入测试信号；采集模块，用于采集所述动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；主控模块，用于基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数。

Description

电池管理系统、方法与车辆

技术领域

本公开涉及车辆领域，具体地，涉及一种电池管理系统、方法与车辆。

背景技术

目前，在对车辆的动力电池进行管理时，电池管理系统通常都是基于采集模块被动采集的动力电池电压、电流和温度来获取动力电池的状态。然而，动力电池外部的电压、电流和温度信息不能准确全面地反映动力电池的状态。

发明内容

本公开的目的是提供一种电池管理系统、方法与车辆，能够全面快速地检测动力电池的状态。

根据本公开的第一实施例，提供一种电池管理系统，包括：测试信号输入模块，用于向动力电池内部输入测试信号；采集模块，用于采集所述动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；主控模块，用于基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数。

可选地，所述测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者；或者所述测试信号为所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号。

可选地，所述直流充电电流信号和所述直流放电电流信号为脉冲信号。

可选地，所述内部特性参数包括直流内阻和交流阻抗；在所述测试信号中包括所述交流电压信号和/或所述交流电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号与所述输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取所述动力电池的交流阻抗；在所述测试信号中包括所述直流充电电流信号和/或所述直流放电电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号以及所述测试信号输入前后所述动力电池两端的电压变化，来实时获取所述动力电池的直流内阻。

可选地，所述主控模块还用于基于所述内部特性参数实时获取所述动力电池的荷电状态、功率状态、老化状态。

可选地，所述测试信号输入模块与所述采集模块是相互独立的，或者被集成在同一块芯片上。

可选地，所述采集模块还用于采集所述动力电池的且非针对所述测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

可选地，所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者根据预设条件进行组合。

可选地，在车辆熄火静置的情况下，所述测试信号为所述直流充电电流信号或所述直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号；在行车过程中，所述测试信号为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号。

根据本公开的第二实施例，提供一种电池管理方法，包括：向动力电池内部输入测试信号；采集所述动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数。

可选地，所述测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者；或者所述测试信号为所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号。

可选地，所述直流充电电流信号和所述直流放电电流信号为脉冲信号。

可选地，所述内部特性参数包括直流内阻和交流阻抗；在所述测试信号中包括所述交流电压信号和/或所述交流电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号与所述输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取所述动力电池的交流阻抗；在所述测试信号中包括所述直流充电电流信号和/或所述直流放电电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号以及所述测试信号输入前后所述动力电池两端的电压变化，来实时获取所述动力电池的直流内阻。

可选地，所述方法还包括：基于所述内部特性参数实时获取所述动力电池的荷电状态、功率状态、老化状态。

可选地，所述方法还包括：采集所述动力电池的且非针对所述测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

可选地，所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者根据预设条件进行组合。

可选地，在车辆熄火静置时，所述测试信号为所述直流充电电流信号或所述直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号；在行车过程中，所述测试信号为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号。

根据本公开的第三实施例，提供一种车辆，该车辆包括根据本公开第一实施例所述的电池管理系统。

通过采用上述技术方案，由于在实时管理动力电池的状态的过程中，能够实时向动力电池内部输入测试信号，并基于测试信号和动力电池针对输入的测试信号所输出的输出信号实时获取动力电池的内部特性参数，所以能够更真实地实时反映动力电池的内部状态。另外，现有技术中，电池管理系统内部策略使用的参数(例如交流阻抗、直流内阻等电池内部特性参数)是提前标定在电池管理系统中的，随着电池的老化，这些参数变得不再适用，而通过本公开，则能够解决电池管理系统中标定参数不适用的问题，使得电池状态管理更为准确可靠。

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示出根据本公开一种实施例的电池管理系统的示意框图。

图2a示出了示例性的交流测试信号。

图2b示出了动力电池针对图2a所示的交流测试信号输出的输出信号的示意图。

图3示出根据本公开一种实施例的电池管理方法的流程图。

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。

图1示出根据本公开一种实施例的电池管理系统的示意框图。如图1所示，该电池管理系统1包括：测试信号输入模块11，用于向动力电池2内部输入测试信号；采集模块12，用于采集动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；主控模块13，用于基于测试信号和输出信号，实时获取动力电池2的内部特性参数。

这里的输出信号可以是动力电池针对输入的测试信号而输出的电压信号、电流信号等。

测试信号输入模块11可以与采集模块12是相互独立的，或者被集成在同一块芯片上。

采集模块12还能够采集诸如动力电池的且非针对测试信号输出的电压信号、电流信号、温度信号等参数。即采集模块12可以采用现有对动力电池的电压进行采集的电压采集模块、对动力电池的电流进行采集的电流采集模块、对动力电池的温度进行采集的温度采集模块等来实现。可以理解的，测试信号输入模块11向动力电池2内部输入一个测试信号后，动力电池2针对该输入至动力电池2内部的测试信号输出一个输出信号，该输出信号是由动力电池2输入测试信号后被动输出的信号。动力电池2其本身输出有常规的电压信号、电流信号和温度信号，即动力电池外部可直接采集的，非针对所述测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

当然，采集模块也可以是独立于现有电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块的独立采集模块。

测试信号输入模块11和采集模块12可以采用任何通信方式与主控模块13进行通信，例如CAN总线、硬线连接等等。测试信号输入模块11可以采用任意连接方式与动力电池连接，例如可以通过导线与动力电池连接。

主控模块13可以采用各种类型的处理器来实现，例如微处理器、现场可编程门阵列、单片机等等。

内部特性参数是反映动力电池内部状态的参数，例如交流阻抗、直流内阻、极化内阻、电池材料特性、离子浓度等，通过交流阻抗、直流内阻、极化内阻等的变化可以实时获取电池内阻是否增长，通过电池材料特性、离子浓度可以实时获取电池材料是否失效。

通过采用上述技术方案，由于在实时管理动力电池的状态的过程中，能够实时向动力电池内部输入测试信号，并基于测试信号和动力电池针对输入的测试信号而输出的输出信号实时获取动力电池的内部特性参数，所以能够更真实地实时反映动力电池的内部状态。另外，现有技术中，电池管理系统内部策略使用的参数(例如交流阻抗、直流内阻等电池内部特性参数)是提前标定在电池管理系统中的，随着电池的老化，这些参数变得不再适用，而通过本公开，则能够解决电池管理系统中标定参数不适用的问题，使得电池状态管理更为准确可靠。

在一种实施方式中，测试信号可以为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者。测试信号也可以为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号，例如，测试信号可以为先直流充电电流信号、后直流放电电流信号的组合信号，测试信号也可以为先交流电压信号、后直流充电电流信号、再交流电流信号的组合信号，等等。直流充电电流信号和直流放电电流信号可以为脉冲信号，例如持续时间可以为1-10秒。上述的1-10秒仅是示例，实际的持续时间跟具体需求有关。另外，直流充放电电流的大小也与具体需求有关，本公开不做限定。

在具体实施过程中，为了实时获取动力电池的交流阻抗，测试信号中需要包括交流电流信号和交流电压信号中的至少一者，例如测试信号可以为交流电压信号，也可以为交流电流信号，还可以为交流电流信号和交流电压信号按照先后顺序的组合信号，也可以为交流电流信号、直流充电电流信号按照先后顺序的组合信号，也即测试信号中需要至少包括诸如交流电流信号、交流电压信号等的交流信号，然后，采集模块12会采集动力电池针对输入的测试信号而输出的输出信号，主控模块13基于测试信号与输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取动力电池2的交流阻抗。例如，主控模块13可以根据标定表来获取动力电池的交流阻抗，其中，标定表中记录有诸如频率变化、幅值变化、相位变化等的变化值与对应的交流阻抗的对应关系。图2a示出了示例性的交流测试信号。图2b示出了动力电池针对图2a所示的交流测试信号而输出的输出信号的示意图。可以看出，图2a的交流测试信号的幅值为10，而图2b的输出信号的幅值为5，因此，通过交流测试信号与输出信号之间的幅值差异就能够实时获取动力电池的交流阻抗。当然，也有可能出现交流测试信号与输出信号之间的相位存在差异、交流测试信号与输出信号之间的频率存在差异等情况，通过这些差异，同样能够实时获取动力电池2的交流阻抗。

为了实时获取动力电池的直流内阻，测试信号中需要至少包括直流信号。例如，测试信号输入模块11可以向动力电池2内部输入直流充电电流信号，然后采集模块12采集直流充电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化，然后主控模块13基于直流充电电流信号与输入前后动力电池两端的电压变化，利用欧姆定律来实时获取动力电池2的直流内阻。

再例如，测试信号输入模块11也可以向动力电池2内部输入直流放电电流信号，然后采集模块12采集直流放电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化，然后主控模块13基于直流放电电流信号与输入前后动力电池两端的电压变化，利用欧姆定律来实时获取动力电池2的直流内阻。

再例如，测试信号输入模块11也可以向动力电池2内部输入直流放电电流信号，采集模块12采集直流放电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化；然后，测试信号输入模块11向动力电池2内部输入直流充电电流信号，采集模块12采集直流充电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化；然后主控模块13基于直流放电电流信号与直流放电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化以及直流充电电流信号与直流充电电流信号输入前后动力电池两端的电压变化，利用欧姆定律来综合地实时获取动力电池2的直流内阻。当然，先输入直流充电电流信号后输入直流放电电流信号，也是可行的。

另外，测试信号的具体形式还可以与预设的条件有关。也即，交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的至少两者可以根据预设条件进行组合。例如，在车辆熄火静置的情况下，测试信号可以为直流充电电流信号或直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号，这是因为在车辆熄火静置的情况下，动力电池的极化效应较小，能够更为准确地获取动力电池的直流内阻。再例如，在行车过程中，测试信号可以为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号，这是因为在行车过程中，动力电池由于充放电影响，会有极化效应，此时能够更为准确地获取动力电池的交流阻抗。

通过上述的技术方案，不仅测试数据少，而且测试数据更准确，干扰更少。另外，动力电池在进行直流充电或者直流放电时，也会存在一定的极化效应，产生一定量的极化内阻，而极化内阻会影响直流内阻的精确性，所以在测试信号为交替的直流充电电流信号和直流放电电流信号的情况下，直流充电得到正向的极化内阻而直流放电得到负向的极化内阻，综合起来则可抵消极化内阻对直流内阻的影响，使得所获取到的直流内阻更为准确。

在一种实施方式中，主控模块13还可以基于内部特性参数(例如直流内阻、交流阻抗等)实时获取动力电池2的荷电状态、功率状态、老化状态等等。荷电状态一般采用AH积分法来获取，但AH积分法会有初始值不准或者累计误差的问题，因此会引入OCV开路电压来修正荷电状态；而OCV＝V+i*R，也即OCV等于动力电池电压加上动力电池电流乘以动力电池的欧姆内阻，因此，准确的欧姆内阻才能获得准确的荷电状态修正。功率状态SOP＝V1*(V1-V2)/R，其中，V1近似为当前电池包电压，V2为动力电池的放电截止电压，R为动力电池的欧姆内阻。老化状态SOH＝R/(R_初始)，也即动力电池的当前欧姆内阻除以初始标定的欧姆内阻。

而且，主控模块13还可以基于功率状态、老化状态等进行电池故障预警、电池寿命提示等智能化操作。例如，假设第一次输入测试信号时，实时获取的动力电池的内阻为1欧姆，随着电池老化，当再次输入测试信号之后实时获取的内阻变成例如20欧姆时，可以认为电池完全老化，如果实时获取的内阻为例如0-20欧姆则认为电池部分老化，这里的20欧姆仅是示例，并非用于限制本公开；或者可以在电池出厂时，标定电池从全新状态到老化状态的内阻，然后在电池使用过程中，只需要对比利用根据本公开实施例的电池管理系统实时获取的内阻处于标定老化内阻的哪个范围即可。再例如，可以利用实时获取的功率状态进行电池发热生热计算，判断动力电池是否存在短路风险等。

由于主控模块13在实时获取荷电状态、功率状态、老化状态时是基于实时获取的内部特性参数，而现有技术则是基于电池管理系统内部预存的标定参数，而这些标定参数会随着电池的老化而不再适用，因此，通过本公开的技术方案，能够使所获得的电池内部特性参数更准确更真实地反映动力电池2的实际情况，使得所得到的荷电状态、功率状态、老化状态等更实时、更直接、更准确，进而使电池管理更为准确可靠。

在本公开中，测试信号输入模块11可以包括信号发生器。信号发生器可以生成并发送各种信号(例如交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号等等)；信号发生器还可以在预定条件下由主控模块13控制按照相应顺序的预设组合方式发生信号，具体组合可以是固定的组合方式，也可以是根据预设条件设置不同的预设组合方式，某种条件时执行相应的预设组合方式，例如在车辆熄火静置条件下预设组合方式是先直流充电电流信号后直流放电电流信号或者先直流放电电流信号后直流充电电流信号。

图3示出根据本公开一种实施例的电池管理方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

在步骤S31中，向动力电池内部输入测试信号；

在步骤S32中，采集动力电池针对测试信号输出的输出信号；

在步骤S33中，基于测试信号和输出信号，实时获取动力电池的内部特性参数。

通过采用上述技术方案，由于在实时管理动力电池的状态的过程中，能够实时向动力电池内部输入测试信号，并基于测试信号和动力电池针对输入的测试信号而输出的输出信号实时获取动力电池的内部特性参数，所以能够更真实地实时反映动力电池的内部状态。另外，现有技术中，电池管理系统内部策略使用的参数(例如交流阻抗、直流内阻等电池内部特性参数)是提前标定在电池管理系统中的，随着电池的老化，这些参数变得不再适用，而通过本公开，则能够解决电池管理系统中标定参数不适用的问题，使得电池状态管理更为准确可靠。

可选地，测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者；或者测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号。

可选地，直流充电电流信号和直流放电电流信号为脉冲信号。

可选地，内部特性参数包括直流内阻和交流阻抗；在测试信号中包括交流电压信号和/或交流电流信号的情况下，主控模块基于测试信号与输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取动力电池的交流阻抗；在测试信号中包括直流充电电流信号和/或直流放电电流信号的情况下，主控模块基于测试信号以及测试信号输入前后动力电池两端的电压变化，来实时获取动力电池的直流内阻。

可选地，根据本公开实施例的方法还包括：基于内部特性参数实时获取动力电池的荷电状态、功率状态、老化状态。

可选地，根据本公开实施例的方法还包括：采集动力电池的且非针对测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

可选地，交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的至少两者根据预设条件进行组合。

可选地，在车辆熄火静置时，测试信号为直流充电电流信号或直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号；在行车过程中，测试信号为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号。

根据本公开实施例的电池管理方法中所涉及的各个步骤的具体实施方式已经在有关系统中进行了详细描述，此处不再赘述。

根据本公开的又一实施例，提供一种车辆，该车辆包括根据本公开实施例的电池管理系统1。

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 (14)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

测试信号输入模块，用于在车辆熄火静置的情况下向动力电池内部输入与所述车辆熄火静置的状态相对应的测试信号，以及在行车过程中向所述动力电池内部输入与所述行车过程的状态相对应的测试信号；

采集模块，用于采集所述动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；

主控模块，用于基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数，基于所述内部特性参数实时获取所述动力电池的荷电状态、功率状态和老化状态，基于所述功率状态和所述老化状态对所述动力电池进行预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者；或者

所述测试信号为所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述直流充电电流信号和所述直流放电电流信号为脉冲信号。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述内部特性参数包括直流内阻和交流阻抗；

在所述测试信号中包括所述交流电压信号和/或所述交流电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号与所述输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取所述动力电池的交流阻抗；

在所述测试信号中包括所述直流充电电流信号和/或所述直流放电电流信号的情况下，所述主控模块基于所述测试信号以及所述测试信号输入前后所述动力电池两端的电压变化，来实时获取所述动力电池的直流内阻。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试信号输入模块与所述采集模块是相互独立的，或者被集成在同一块芯片上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集模块还用于采集所述动力电池的且非针对所述测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

在所述车辆熄火静置的状态下，所述测试信号为直流充电电流信号或直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号；

在所述行车过程的状态下，所述测试信号为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号。

8.一种电池管理方法，其特征在于，包括：

在车辆熄火静置的情况下向动力电池内部输入与所述车辆熄火静置的状态相对应的测试信号，以及在行车过程中向所述动力电池内部输入与所述行车过程的状态相对应的测试信号；

采集所述动力电池针对所述测试信号输出的输出信号；

基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数；

基于所述内部特性参数实时获取所述动力电池的荷电状态、功率状态和老化状态；

基于所述功率状态和所述老化状态对所述动力电池进行预警。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述测试信号为交流电压信号、交流电流信号、直流充电电流信号、直流放电电流信号中的一者；或者

所述测试信号为所述交流电压信号、所述交流电流信号、所述直流充电电流信号、所述直流放电电流信号中的至少两者按照先后顺序的组合信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述直流充电电流信号和所述直流放电电流信号为脉冲信号。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述内部特性参数包括直流内阻和交流阻抗；

所述基于所述测试信号和所述输出信号，实时获取所述动力电池的内部特性参数，包括：

在所述测试信号中包括所述交流电压信号和/或所述交流电流信号的情况下，基于所述测试信号与所述输出信号之间的频率变化、幅值变化、相位变化中的至少一者，实时获取所述动力电池的交流阻抗；

在所述测试信号中包括所述直流充电电流信号和/或所述直流放电电流信号的情况下，基于所述测试信号以及所述测试信号输入前后所述动力电池两端的电压变化，来实时获取所述动力电池的直流内阻。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：采集所述动力电池的且非针对所述测试信号输出的电压信号、电流信号和温度信号。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

在所述车辆熄火静置的状态下，所述测试信号为直流充电电流信号或直流放电电流信号或它们按照先后顺序的组合信号；

在所述行车过程的状态下，所述测试信号为交流电流信号或交流电压信号或它们按照先后顺序的组合信号。

14.一种车辆，其特征在于，该车辆包括根据权利要求1至7中任一权利要求所述的电池管理系统。

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