CN113884888A

CN113884888A - 一种电池控制方法及装置

Info

Publication number: CN113884888A
Application number: CN202111275845.8A
Authority: CN
Inventors: 孙权; 李鑫; 曹克楠; 杨红新; 张建彪; 仇惠惠; 刘雪涛
Original assignee: Svolt Energy Shanghai Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Shanghai Co Ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2041-10-29
Also published as: CN113884888B

Abstract

本发明提供了一种电池控制方法及装置，该方法包括：获取目标电池的工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系；基于工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长；在工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对目标电池进行降功率调节。从而在确定当前情况下待保护器件存在损坏风险时，执行降功率策略，避免待保护器件长时间、高负载运行导致的物理损伤，达到保护待保护器件的目的，提高电池使用寿命。

Description

一种电池控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池控制方法及装置。

背景技术

随着新能源车辆的普及，动力电池安全方面的问题也日渐凸显。其中，主接触器、熔断器等作为动力电池的关键零部件，对动力电池系统的正常工作及安全防护起着至关重要的作用。主接触器的主要失效模式为粘连，熔断器的主要失效模式为熔断，当出现上述故障时，意味着器件本身已经损毁；而这些器件的损坏将导致动力电池无法正常工作，同时可能出现起火等危害驾驶员人身安全的隐患。而主接触器粘连、熔断器熔断的原因均为在某一负载电流下的工作时间超出器件本身可承受的范围。

并且，由于主接触器及熔断器一般位于电池包断路单元(Battery DisconnectUnit，简称BDU)中，当主接触器或熔断器损坏后，只能重新更换BDU，增加了维修成本，并且电路板的装卸过程复杂，维修效率低下，因此，如何实现对电池中上述器件的保护，对提高整个电池的使用寿命具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池控制方法及装置，以克服现有技术中缺乏对电池中主接触器及熔断器等关键零部件的有效保护，影响电池使用寿命的问题。

本发明实施例提供了一种电池控制方法，包括：

获取目标电池的工作电流数据以及所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系；

基于所述工作电流数据以及所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断所述工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到所述第一工作电电流区间对应的最大工作时长；

在所述工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到所述第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对所述目标电池进行降功率调节。

可选地，所述方法还包括：

在所述目标电池的当前工作电流低于所述第一工作电流区间的最小电流值时，开始计时；

判断当前计时时长是否达到预设恢复时长；

在所述第一时长达到所述预设恢复时长时，对所述目标电池进行升功率调节，以使所述目标电池恢复至初始功率。

可选地，所述方法还包括：

在所述当前计时时长没有达到所述预设恢复时长时，返回所述获取目标电池的工作电流数据以及所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系的步骤。

可选地，所述对所述目标电池进行降功率调节，包括：

获取所述目标电池的当前工作电流；

计算所述当前工作电流与所述当前工作电流对应的第二工作电流区间的最小电流值的差值；

基于所述差值确定功率调节速度；

基于所述功率调节速度对所述目标电池进行降功率调节。

可选地，所述获取目标电池的工作电流数据，包括：

获取所述目标电池的母线电流数据；

基于预设时间周期，对所述母线电流数据进行平滑滤波，得到所述工作电流数据。

可选地，所述获取所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，包括：

获取所述待保护器件的工作电流与最大安全工作时间的关系曲线；

对所述待保护器件的工作电流进行分段，得到多个工作电流区间；

基于每个工作电流区间中不同工作电流对应的最大安全工作时间，确定各工作电流区间对应的最大工作时长，得到所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系。

可选地，所述方法还包括：

获取所述目标电池的当前工作电流；

判断所述当前工作电流是否低于所述第一工作电流区间的最小电流值；

在所述当前工作电流不低于所述第一工作电流区间的最小电流值时，控制所述目标电池停止运行；

在所述当前工作电流低于所述第一工作电流区间的最小电流值时，执行所述获取所述目标电池的工作电流低于所述第一工作电流区间的最小电流值持续的第一时长的步骤。

本发明实施例还提供了一种电池控制装置，包括：

获取模块，用于获取目标电池的工作电流数据以及所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系；

第一处理模块，用于基于所述工作电流数据以及所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断所述工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到所述第一工作电电流区间对应的最大工作时长；

第二处理模块，用于在所述工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到所述第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对所述目标电池进行降功率调节。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明实施例提供的方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例提供的方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供了一种电池控制方法及装置，通过获取目标电池的工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系；基于工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长；在工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对目标电池进行降功率调节。从而通过利用目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，确定当前情况下待保护器件是否存在损坏风险，如果存在，则执行降功率策略，避免待保护器件长时间、高负载运行导致的物理损伤，从而达到对待保护器件进行保护的目的，进而提高电池使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的电池控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中待保护器件的工作电流与最长安全工作时长的关系示意图；

图3为本发明实施例中的电池控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

随着新能源车辆的普及，动力电池安全方面的问题也日渐凸显。其中，主接触器、熔断器等作为动力电池的关键零部件，对动力电池系统的正常工作及安全防护起着至关重要的作用。主接触器的主要失效模式为粘连，熔断器的主要失效模式为熔断，当出现上述故障时，意味着器件本身已经损毁；而这些器件的损坏将导致动力电池无法正常工作，同时可能出现起火等危害驾驶员人身安全的隐患。而主接触器粘连、熔断器熔断的原因均为在某一负载电流下的工作时间超出器件本身可承受的范围。在实际应用中，由于电池输出的电流大小是受负载影响的，当负载出现异常时，会导致电池的电流增加，超过电池的正常输出电流，此时电池可以在此电流下继续工作一定的时间，一旦超过该时间，则会造成主接触器、熔断器等烧毁，进而损坏电池。

并且，由于主接触器及熔断器封装于电路板中，当主接触器或熔断器损坏后，只能重新更换电路板，增加了维修成本，并且电路板的装卸过程复杂，维修效率低下，因此，如何实现对电池中上述器件的保护，对提高整个电池的使用寿命具有重要意义

基于上述问题，本发明实施例提供了一种电池控制方法，应用于BMS系统，如图1所示，该电池控制方法具体包括如下步骤：

步骤S101：获取目标电池的工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系。

具体地，该工作电流数据为实时采集目标电池母线电流值的数据，该待保护器件具体可以是目标电池中的主接触器、熔断器等在负载电流过高且超过一定工作时间会损坏的器件。该工作电流区间为根据待保护器件的工作电流特性及用户使用需求进行的划分，最大工作时长为根据待保护器件在工作电流区间内各个工作电流对应的最大安全工作时长所确定的。

步骤S102：基于工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长。

步骤S103：在工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对目标电池进行降功率调节。

具体地，在动力电池系统设计阶段，设计人员通常会根据动力电池的功率使用范围确定上述待保护器件的规格。实际使用过程中，动力电池系统主要基于电芯的性能进行充放电保护，而往往忽略对这些器件本身的保护。本发明实施例通过降低目标电池的输出功率，进而降低其工作电流，使其低于上述第一工作电流区间的最小电流值，以避免待保护器件在第一工作电流区间工作的时长超过其对应的最大工作时长导致待保护器件损坏。

通过执行上述步骤，本发明实施例提供的电池控制方法，通过利用目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，确定当前情况下待保护器件是否存在损坏风险，如果存在，则执行降功率策略，避免待保护器件长时间、高负载运行导致的物理损伤，从而达到对待保护器件进行保护的目的，进而提高电池使用寿命。

具体地，在一实施例中，上述步骤S101中获取目标电池的工作电流数据，具体包括如下步骤：

步骤S201：获取目标电池的母线电流数据。

具体地，通过目标电池的电池管理系统简称BMS来实时采集电池母线电流值。

步骤S202：基于预设时间周期，对母线电流数据进行平滑滤波，得到工作电流数据。

具体地，该预设时间周期为滤波周期，具体可根据电流采样时间进行灵活的设置，本发明并不以此为限。示例性地，假设上述采集母线电流值样本周期为1s，每隔5s进行平滑滤波，即取当前采集的电流值与前四次采集电流值的平均值作为当前电流值，并用于后续降功率策略是否触发的判定。从而滤除电流短时间波动对降功率保护策略的影响，例如：负载电流在一段时间内整体偏高，但在某一瞬间下降至阈值以下，导致保护策略无法触发的问题。

具体地，在一实施例中，上述步骤S101中获取目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，具体包括如下步骤：

步骤S301：获取待保护器件的工作电流与最大安全工作时间的关系曲线。

示例性地，电池的主接触器及熔断器的工作电流与最大安全工作时间的关系曲线如图2所示。

步骤S302：对待保护器件的工作电流进行分段，得到多个工作电流区间。

示例性地，如图2所示，将工作电流按照节点a、b、c、d、e、f、g划分工作电流区间。

步骤S303：基于每个工作电流区间中不同工作电流对应的最大安全工作时间，确定各工作电流区间对应的最大工作时长，得到目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系。

其中，最大安全工作时间是指待保护器件在当前工作电流条件下，经过实验验证所能够安全工作的最大时间，一旦超过该时间，则存在器件损坏的风险。

示例性地，如图2所示，最大工作时长是在工作电流区间的最大电流值对应的最大安全工作时间的基础上，留有一定余量，将略小于该最大安全时间的值确定为最大工作时长，通过设置余量可以提前实施降功率措施，避免超过最大安全工作时间，进而进一步确保待保护器件的安全性。

具体地，在一实施例中，上述的步骤S103中对目标电池进行降功率调节，具体包括如下步骤：

步骤S501：获取目标电池的当前工作电流。

步骤S502：计算当前工作电流与当前工作电流对应的第二工作电流区间的最小电流值的差值。

步骤S503：基于差值确定功率调节速度。

具体地，如果当前工作电流在对应的工作电流区间中与该区间的最小电流值越接近，则说明其越容易降低至当前工作电流区间之下，可以缓慢调节功率，反之，则说明其工作电流降低至当前工作电流区间之下越困难，需要快速调节功率，使电流快速下降。

步骤S504：基于功率调节速度对目标电池进行降功率调节。

具体地，可以基于不同的功率调节速度逐级降低功率，如：以每秒10kw的速度降低功率，直至达到初始功率的设定值，如：初始功率的80％等，本发明并不以此为限。

从而通过利用目标电池电器电流与当前工作电流区间对应最小电流值的关系来灵活进行降功率调整，进一步保障了降功率的可靠性，提高功率调节的精确性。

具体地，在一实施例中，上述的电池控制方法具体还包括如下步骤：

步骤S104：获取目标电池的当前工作电流。

步骤S105：判断当前工作电流是否低于第一工作电流区间的最小电流值。

具体地，在当前工作电流不低于第一工作电流区间的最小电流值时，控制目标电池停止运行。如果在执行降功率调节后，目标电池的工作电流依然没有降低到对应工作电流区间之下，则说明其继续运行下去将超过待保护器件在该工作电流区间的最大安全工作时间，因此，通过控制目标电池停止运行的方式来保障目标电池的安全，待故障排除后，再重新进行供电，从而进一步确保待保护器件的安全性，有利于进一步提高目标电池的使用寿命。在当前工作电流低于第一工作电流区间的最小电流值时，执行步骤S106。

步骤S106：在目标电池的当前工作电流低于第一工作电流区间的最小电流值时，开始计时。

具体地，在当前工作电流不低于第一工作电流区间的最小电流值时，则停止计时。

步骤S107：判断当前计时时长是否达到预设恢复时长。

具体地，在当前计时时长达到预设恢复时长时，对目标电池进行升功率调节，以使目标电池恢复至初始功率。在当前计时时长没有达到预设恢复时长时，返回步骤S101。

示例性地，对目标电池进行升功率调节时，可以采用固定的功率提升速度进行调节，也可以采用变速进行调节，具体调节方式本发明并不进行限制。从而通过利用当前计时时长作为故障解除依据，对目标电池的运行功率进行恢复，使其按照初始功率进行正常工作，保障了目标电池可以正常为负载供电，提高用户使用体验。

下面将结合具体应用示例，对本发明实施例提供的电池控制方法进行详细的说明。

图2中上方的两条曲线分别为主接触器和熔断器的I-T曲线，它们分别反映了主接触器与熔断器在某一电流下连续工作所允许的最大时间；下方的阶梯型线段为保护BMS主接触器、熔断器等主接触器和熔断器的降功率策略曲线。以一般的整车实际运行情况为例，该策略可考虑覆盖0～800A的电流范围，并将0～800A的电流范围划分为若干个电流区间，如上图中的区间[a,b),[b,c),[c,d),[d,e),[e,f),[f,g)。当电池系统的电流值小于图2中a点对应的电流值时，根据上述器件的负载能力曲线，二者在此电流下可承受时间较长，因此本策略对该电流区域不做处理。假设区间[a,b)的电流上、下限值为Ia、Ib,电流在该区间内触发降功率策略的时间阈值为Tab，此设定也适用于其他区间。

上述降功率策略的基本原理为：BMS在工作过程中实时监测电池系统的电流，根据预先设置的电流区间分布对当前电流值I所在的电流区间进行判定，并将电流值I在当前电流区间的持续时间t与当前电流区间的时间阈值Tn进行比较。当t>＝Tn时，触发降功率策略，BMS向整车发出降低负载功率的指令，避免主接触器和熔断器在该电流下的持续工作时间超过允许的最大时间而发生失效。

降功率策略工作过程如下：

1.BMS实时采集动力电池母线电流值，并进行平均滑动滤波处理。

例如电流值样本周期为1s(假设)，执行5s平均滑动滤波，即取当前采集的电流值与前四次采集电流值的平均值作为当前电流值I_filter，并用于后续降功率策略是否触发的判定。电流滤波处理目的为滤除电流短时间波动对降功率保护策略的影响，例如负载电流在一段时间内整体偏高，但在某一瞬间下降至阈值以下，导致保护策略无法触发。

2.对滤波后的电流进行区间判断，区间判定的条件见表1；

当电流值满足对应区间的计时触发条件时，对应区间的故障计时器进行计时，当条件不满足时，对应区间故障计时器清零。

表1

3.对应区间故障计时器到达表1中定义的故障触发时间阈值时，BMS报相关故障并执行降功率策略以保护主接触器和熔断器。

4.对应区间的降功率保护策略触发即故障报出后，按照表1定义的恢复条件进行监控，若I_filter的值满足表1中定义的恢复条件，则执行故障恢复计时。当对应区间的故障恢复计时达到表1中定义的故障恢复时间，对相应故障进行清除。需要说明的是，在实际应用中，T1至T5表示的时间值可以相同也可以不同，本发明并不以此为限。

通过BMS实时监控电流，在主接触器和熔断器达到发生失效的临界条件之前进行降功率，有效避免主接触器和熔断器发生失效，并利用平均滑动滤波技术对采集到的电流值进行处理，避免电流突变造成降功率策略的误判，提高降功率策略准确性。

本发明实施例还提供了一种电池控制装置，如图3所示，该电池控制装置包括：

获取模块101，用于获取目标电池的工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。

第一处理模块，用于基于工作电流数据以及目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，判断工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长是否达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。

第二处理模块103，用于在工作电流数据所处第一工作电流区间对应的第一工作时长达到第一工作电电流区间对应的最大工作时长时，对目标电池进行降功率调节。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。

通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的电池控制装置，通过利用目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，确定当前情况下待保护器件是否存在损坏风险，如果存在，则执行降功率策略，避免待保护器件长时间、高负载运行导致的物理损伤，从而达到对待保护器件进行保护的目的，进而提高电池使用寿命。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应方法实施例相同，在此不再赘述。

根据本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。

处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种电池控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述目标电池的当前工作电流低于所述第一工作电流区间的最小电流值时，进行计时；

判断当前计时时长是否达到预设恢复时长；

在所述当前计时时长达到所述预设恢复时长时，对所述目标电池进行升功率调节，以使所述目标电池恢复至初始功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标电池进行降功率调节，包括：

获取所述目标电池的当前工作电流；

基于所述差值确定功率调节速度；

基于所述功率调节速度对所述目标电池进行降功率调节。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标电池的工作电流数据，包括：

获取所述目标电池的母线电流数据；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述目标电池中待保护器件对应的工作电流区间与最大工作时长的关系，包括：

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述目标电池的当前工作电流；

8.一种电池控制装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-7任一项所述方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机从而执行权利要求1-7任一项所述的方法。