CN114824516A - 电池管理系统及其soc矫正方法 - Google Patents

电池管理系统及其soc矫正方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种电池管理系统及其SOC矫正方法。本发明实施例提供的技术方案中，所述方法包括：检测锂电池组的输出电压；当所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测所述锂电池组的截止放电电压EDV；根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值；根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略，计算简单且不会数据冗余。

Description

电池管理系统及其SOC矫正方法
【技术领域】
本发明涉及电池系统领域，尤其涉及一种电池管理系统及其SOC矫正方法。
【背景技术】
过充过放延迟锂电池保护电路通过过充过放电延迟电路对过充电信号或过放电信号进行时间延时输出，从而将充放电回路上的电流逐步切断。例如在锂电池放电时，通过延时电路将过放检测信号延迟输出，以使得电动平衡车等小型电动车在行驶的过程中可以逐步停下。另外，在充电时，通过延时电路将过充检测信号延迟输出，以避免将充电回路直接切断而产生尖峰电流电压。因此，不能对电池的过放电信号进行预估，需要设计较高的过放阈值从而直接根据这个过放阈值控制供电，导致不能最大程度的利用电池的能量。
目前的电池容量监测器动态地监测电池容量，但是存在计算复杂和数据冗余的问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池管理系统及其SOC矫正方法，计算简单且不会数据冗余。
第一方面，本发明实施例提供了一种电池管理系统的SOC矫正方法，所述方法包括：
检测锂电池组的输出电压；
当所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测所述锂电池组的截止放电电压EDV；
根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值；
根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略。
可选地，所述检测所述锂电池组的截止放电电压EDV，包括：
周期性检测所述锂电池组的所述EDV。
可选地，在同一时刻检测的所述EDV包括第一EDV和第二EDV，所述第一EDV大于所述第二EDV。
可选地，所述根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值，包括：
根据所述触发电压阈值、所述第一EDV和所述第二EDV，得到所述SOC下降速率差值。
可选地，所述根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略，包括：
当所述SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；
当所述SOC下降速率差值落在第二区间时，控制所述电池管理系统短时间强制断电。
可选地，所述第一区间包括(2，5]。
可选地，所述第二区间包括(5，10]。
另一方面，本发明实施例提供了一种电池管理系统，所述系统包括：
锂电池组，用于向负载供电；
采集模块，用于检测锂电池组的输出电压，并将所述输出电压发送至控制模块；
所述控制模块，用于根据所述输出电压确定出所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，向采集模块发送用于检测所述锂电池组的截止放电电压EDV的命令；
所述采集模块，还用于根据所述检测所述锂电池组的EDV的命令，检测所述锂电池组的所述EDV，并将所述EDV发送至控制模块；
所述控制模块，还用于根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值，并根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略。
可选地，所述采集模块具体用于：周期性检测所述锂电池组的所述EDV。
可选地，在同一时刻检测的所述EDV包括第一EDV和第二EDV，所述第一EDV大于所述第二EDV。
可选地，所述控制模块具体用于：根据所述触发电压阈值、所述第一EDV和所述第二EDV，得到所述SOC下降速率差值。
可选地，所述系统还包括：停放控制开关；
所述控制模块具体用于：当所述SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；当所述SOC下降速率差值落在第二区间时，向所述停放控制开关发送短时间强制断电的命令；
所述停放控制开关，用于根据所述短时间强制断电的命令，短时间断开所述锂电池组与所述负载的连接。
可选地，所述第一区间包括(2，5]。
可选地，所述第二区间包括(5，10]。
本发明实施例提供的电池管理系统及其SOC矫正方法的技术方案中，所述方法包括：检测锂电池组的输出电压；当所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测所述锂电池组的截止放电电压EDV；根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值；根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略，计算简单且不会数据冗余。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种电池管理系统的SOC矫正方法的流程图；
图2为检测锂电池组的SOC和EDV的原理图；
图3为计算SOC下降速率差值的原理图；
图4为本发明一实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1为本发明一实施例提供的一种电池管理系统(State of Charge，SOC)的矫正方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、检测锂电池组的输出电压。
该步骤中，通过电池管理系统的采集模块检测锂电池组的输出电压。
步骤102、当输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测锂电池组的截止放电电压(End Discharge Voltage，EDV)。
本发明实施例中，如图2-图3所示，随着锂电池组对负载供电时间的延长，锂电池组的SOC减小，输出电压也随之减小，当检测出锂电池组的输出电压小于或者等于预设的触发电压阈值(即图2和图3所示的V)时，开始检测锂电池组的EDV。同时，也开始检测锂电池组的SOC。
具体的，周期性检测锂电池组的EDV。其中，在同一时刻检测的EDV包括第一EDV和第二EDV；第一EDV和第二EDV是通过两种不同的EDV检测模型检测出的EDA；第一EDV大于第二EDV。例如，如图2所示，[EDVmin1，EDVmax1]为某一测试周期检测的EDV，EDVmax1和EDVmin1可能是某个测试周期中，测得EDV max1和EDVmin1对应的SOC max1和SOC min1都能继续支持器件工作，其中EDVmax1为该时刻的第一EDV，EDVmin1为该时刻的第二EDV。然后继续进行下个周期的测试，直到测得的EDVmin2对应的SOCmin2已经接近或者已经是无法支持器件工作，则开启放电保护。
步骤103、根据触发电压阈值和EDV得到锂电池组的SOC下降速率差值。
具体的，步骤103包括：根据触发电压阈值、第一EDV和第二EDV，得到SOC下降速率差值。
如图3所示，通过比较在相同测量周期内，EDVmax(即第一EDV)对应的SOCmax,和EDVmin(即第二EDV)对应的SOCmin的下降速率，也就是对应的Θ1角和Θ2角。当两种EDV检测模型测得的SOC下降速率相近时，此时可以判断锂电池组进入了放电终止电压，此时对应的SOC百分比一般为7％。
如图3所示，根据三角函数公式变换，能够计算出Θ2-Θ1的值，即SOC下降速率差值。具体的，根据tanθ2-tanθ1＝(V-EDVmin)/T-(V-EDVmax)/T＝(EDVmax-EDVmin)/T和tan(θ2-θ1)＝(EDVmax-EDVmin)*T/(T2-(V-EDVmin)(V-EDVmax))，得到θ2-θ1＝arctan{(EDVmax-EDVmin)*T/(T2-(V-EDVmin)(V-EDVmax))}。其中，T＝T1-T0，T0为输出电压等触发电压阈值的时刻，T1为检测EDV为[EDVmin，EDVmax]的时刻。
步骤104、根据SOC下降速率差值执行放电保护策略。
具体的，步骤104包括：当SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；当SOC下降速率差值落在第二区间时，控制电池管理系统短时间强制断电。
其中，第一区间包括(2，5]；第二区间包括(5，10]。具体的，当2°＜θ2-θ1≤5°，触发一级保护，即生成提醒消息以提示用户，例如，提醒消息包括文字或者语音；当5°＜θ2-θ1≤10°，触发二级保护，即控制电池管理系统短时间强制断电，从而实现多级放电保护的策略。需要说明的是，本发明实施例还可以根据SOC下降速率差值设置更多级别的电池放电保护策略。
本发明实施例提供的一种电池管理系统的SOC矫正方法的技术方案中，所述方法包括：检测锂电池组的输出电压；当输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测锂电池组的截止放电电压EDV；根据触发电压阈值和EDV得到锂电池组的SOC下降速率差值；根据SOC下降速率差值执行放电保护策略，计算简单且不会数据冗余。
图4为本发明一实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图，如图4所示，所述系统包括：锂电池组21、负载22、采集模块23和控制模块24；锂电池组21与负载22和采集模块23连接；采集模块23还与控制模块24连接。
锂电池组21，用于向负载22供电。
采集模块23，用于检测锂电池组21的输出电压，并将输出电压发送至控制模块24。采集模块23为主动前端(Active Front End，AFE)。
控制模块24，用于根据输出电压确定出输出电压小于或者等于触发电压阈值时，向采集模块23发送用于检测锂电池组21的截止放电电压EDV的命令。控制模块24为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。
采集模块23，还用于根据检测锂电池组21的EDV的命令，检测锂电池组21的EDV，并将EDV发送至控制模块24；
本发明实施例中，采集模块23具体用于：周期性检测锂电池组的EDV。
本发明实施例中，如图2-图3所示，随着锂电池组对负载供电时间的延长，锂电池组的SOC减小，输出电压也随之减小，当检测出锂电池组的输出电压小于或者等于预设的触发电压阈值(即图2和图3所示的V)时，开始检测锂电池组的EDV。同时，也开始检测锂电池组的SOC。
具体的，周期性检测锂电池组的EDV。其中，在同一时刻检测的EDV包括第一EDV和第二EDV；第一EDV和第二EDV是通过两种不同的EDV检测模型检测出的EDA；第一EDV大于第二EDV。例如，如图2所示，[EDVmin1，EDVmax1]为某一测试周期检测的EDV，EDVmax1和EDVmin1可能是某个测试周期中，测得EDV max1和EDVmin1对应的SOC max1和SOC min1都能继续支持器件工作，其中EDVmax1为该时刻的第一EDV，EDVmin1为该时刻的第二EDV。然后继续进行下个周期的测试，直到测得的EDVmin2对应的SOCmin2已经接近或者已经是无法支持器件工作，则开启放电保护。
控制模块24，还用于根据触发电压阈值和EDV得到锂电池组21的SOC下降速率差值，并根据SOC下降速率差值执行放电保护策略。
本发明实施例中，控制模块24具体用于：根据触发电压阈值、第一EDV和第二EDV，得到SOC下降速率差值。
如图3所示，通过比较在相同测量周期内，EDVmax(即第一EDV)对应的SOCmax,和EDVmin(即第二EDV)对应的SOCmin的下降速率，也就是对应的Θ1角和Θ2角。当两种EDV检测模型测得的SOC下降速率相近时，此时可以判断锂电池组进入了放电终止电压，此时对应的SOC百分比一般为7％。
如图3所示，根据三角函数公式变换，能够计算出Θ2-Θ1的值，即SOC下降速率差值。具体的，根据tanθ2-tanθ1＝(V-EDVmin)/T-(V-EDVmax)/T＝(EDVmax-EDVmin)/T和tan(θ2-θ1)＝(EDVmax-EDVmin)*T/(T2-(V-EDVmin)(V-EDVmax))，得到θ2-θ1＝arctan{(EDVmax-EDVmin)*T/(T2-(V-EDVmin)(V-EDVmax))}。其中，T＝T1-T0，T0为输出电压等触发电压阈值的时刻，T1为检测EDV为[EDVmin，EDVmax]的时刻。
本发明实施例中，电池管理系统还包括：停放控制开关25；停放控制开关25与锂电池组21、负载22和控制模块24连接。其中，锂电池组21、停放控制开关25和负载22形成供电回路。
控制模块24具体用于：当SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；当SOC下降速率差值落在第二区间时，向停放控制开关25发送短时间强制断电的命令。
其中，第一区间包括(2，5]；第二区间包括(5，10]。具体的，当2°＜θ2-θ1≤5°，触发一级保护，即生成提醒消息以提示用户，例如，提醒消息包括文字或者语音；当5°＜θ2-θ1≤10°，触发二级保护，即控制电池管理系统短时间强制断电，从而实现多级放电保护的策略。需要说明的是，本发明实施例还可以根据SOC下降速率差值设置更多级别的电池放电保护策略。
停放控制开关25，用于根据短时间强制断电的命令，短时间断开锂电池组21与负载22的连接。
本发明实施例提供的电池管理系统可用于实现上述图1中的电池管理系统的SOC矫正方法，具体描述可参见上述电池管理系统的SOC矫正方法的实施例，此处不再重复描述。
本发明实施例提供的一种电池管理系统的技术方案中，所述系统包括：锂电池组、负载、采集模块和控制模块；锂电池组与负载和采集模块连接；采集模块还与控制模块连接；锂电池组，用于向负载供电；采集模块，用于检测锂电池组的输出电压，并将输出电压发送至控制模块；控制模块，用于根据输出电压确定出输出电压小于或者等于触发电压阈值时，向采集模块发送用于检测锂电池组的截止放电电压EDV的命令；采集模块，还用于根据检测锂电池组的EDV的命令，检测锂电池组的所述EDV，并将EDV发送至控制模块；控制模块，还用于根据触发电压阈值和EDV得到锂电池组的SOC下降速率差值，并根据SOC下降速率差值执行放电保护策略，根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略，通过对锂电池组在放电工作时的电池信息实时采集，以评估电源SOC变化，计算简单且不会数据冗余。
以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种电池管理系统的电池荷电状态SOC矫正方法，其特征在于，所述方法包括：
检测锂电池组的输出电压；
当所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，检测所述锂电池组的截止放电电压EDV；
根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值；
根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测所述锂电池组的截止放电电压EDV，包括：
周期性检测所述锂电池组的所述EDV。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在同一时刻检测的所述EDV包括第一EDV和第二EDV，所述第一EDV大于所述第二EDV。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值，包括：
根据所述触发电压阈值、所述第一EDV和所述第二EDV，得到所述SOC下降速率差值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略，包括：
当所述SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；
当所述SOC下降速率差值落在第二区间时，控制所述电池管理系统短时间强制断电。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一区间包括(2，5]。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二区间包括(5，10]。
8.一种电池管理系统，其特征在于，所述系统包括：
锂电池组，用于向负载供电；
采集模块，用于检测锂电池组的输出电压，并将所述输出电压发送至控制模块；
所述控制模块，用于根据所述输出电压确定出所述输出电压小于或者等于触发电压阈值时，向采集模块发送用于检测所述锂电池组的截止放电电压EDV的命令；
所述采集模块，还用于根据所述检测所述锂电池组的EDV的命令，检测所述锂电池组的所述EDV，并将所述EDV发送至控制模块；
所述控制模块，还用于根据所述触发电压阈值和所述EDV得到所述锂电池组的SOC下降速率差值，并根据所述SOC下降速率差值执行放电保护策略。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述采集模块具体用于：周期性检测所述锂电池组的所述EDV。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，在同一时刻检测的所述EDV包括第一EDV和第二EDV，所述第一EDV大于所述第二EDV。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制模块具体用于：根据所述触发电压阈值、所述第一EDV和所述第二EDV，得到所述SOC下降速率差值。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：停放控制开关；
所述控制模块具体用于：当所述SOC下降速率差值落在第一区间时，生成提醒消息以提示用户；当所述SOC下降速率差值落在第二区间时，向所述停放控制开关发送短时间强制断电的命令；
所述停放控制开关，用于根据所述短时间强制断电的命令，短时间断开所述锂电池组与所述负载的连接。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一区间包括(2，5]。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二区间包括(5，10]。
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