本發(fā)明涉及基于無線網絡的電池管理系統(bms)，特別是用于混合動力車輛(hev)或電動車輛(ev)的電池管理系統。

背景技術：

電動車輛，作為降低車輛溫室氣體排放的解決方案之一，由于它們的提高的能效而越來越受歡迎。為電動車輛供電的電源主要是可再充電的化學電源，包括二次電池。

電池管理系統是管理可再充電電池、特別是二次電池組的電子系統，該電子系統用于估算電池的精確荷電狀態(tài)(soc)、動態(tài)地監(jiān)控電池的工作狀態(tài)、以及平衡單個電池單元之間的能量，其比如通過監(jiān)控電池的狀態(tài)、計算數據、報告這些數據、保護電池、控制器其溫度、和/或平衡該溫度來實現這些功能。

電池管理系統包括中央控制器。中央控制器是bms的核心并且管理整個電池組，其負責信息處理和做決定。

除中央控制器之外，還提供了用于bms板的所謂的本地ecu(本地電子控制單元，lecu)或從屬(slave)單元。lecu被連接到中央控制器并且用于電池管理系統中的電池單元監(jiān)控。lecu的功能主要包括：電池單元電壓測量、模塊溫度測量、電池單元的平衡、以及與bms控制器通信等。這些功能通常由asic(專用集成芯片)和mcu(微控制單元)來完成。

上述這些功能通過，基于離線測試數據或本地數據，在電池管理系統的服務器上計算復雜電池模型的參數而實現。在多數系統中，電池模型的參數是固定的。一些先進的算法，例如卡爾曼濾波器算法，被用于在線改變參數以適應電池狀態(tài)的變化。這些算法非常復雜、需要強大的ic芯片并且只依賴于本地數據進行計算。

然而，由于數據存儲能力有限，不能使用目標電池系統的歷史數據和其它電池系統的可參考數據，并且由于車載(on-board)控制芯片的計算能力有限，使bms的性能受到限制。

需要解決上述問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于無線網絡的電池管理系統，在該系統中，能夠存儲和完整地利用歷史數據和來自其它電池的數據，能夠通過提供非車載(off-board)子系統建立精確且復雜的電池模型并且進行驗證(validate)，然后通過基于無線網絡的電池管理系統的車載bms能夠估算soc，soh(健康狀態(tài))以及甚至電池壽命。

為此目的，根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種包括非車載子系統和車載子系統的基于無線網絡的電池管理系統，其中所述非車載子系統包括非車載數據存儲裝置和非車載數據處理裝置，所述非車載數據存儲裝置用于存儲目標車載電池系統的歷史數據和其它電池系統的數據，所述非車載數據處理裝置用于分析和處理所存儲的數據并且建立和驗證精確且復雜的非車載電池模型，將所述非車載電池模型映射成簡單的非車載電池模型，以及產生所述簡單的非車載電池模式的參數，并且其中所述車載子系統選擇與所述簡單的非車載電池模式對應的簡單車載電池模式，用所述簡單的非車載電池模式的參數更新所述簡單車載電池模式的參數，并且計算所述車載電池系統的電池狀態(tài)。

根據可行實施例，所述非車載數據存儲裝置是基于網絡的數據存儲裝置。

根據可行實施例，所述電池狀態(tài)是soc，soh和壽命估算中的一個或多個。

根據可行實施例，所述車載子系統測量車載電池系統的電池變量并且經由無線通信傳輸到非車載數據存儲裝置。

根據可行實施例，所述簡單的非車載電池模式的參數被經由無線通信傳輸到車載子系統。

根據可行實施例，所述簡單車載電池模型是內阻等效模型或一階rc模型。

根據可行實施例，所述精確且復雜的非車載電池模型的最佳參數通過近似法計算得到。

根據可行實施例，所述近似法是最小二乘法。

根據可行實施例，所述車載子系統布置在目標車輛中，而非車載子系統遠離目標車輛布置。

根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種使用上述基于無線網絡的電池管理系統的方法，其中，所述方法包括：通過車載子系統實時測量車載電池系統的電池變量，并將所述電池變量傳輸至非車載子系統的非車載數據存儲裝置；通過非車載子系統的非車載數據處理裝置分析和處理存儲在非車載數據存儲裝置中的數據，并且建立和驗證非車載電池模型；獲取實時測量的電池變量作為非車載電池模型的參數，并且計算非車載電池模型；將非車載電池模型映射成簡單的非車載電池模型并且產生所述簡單的非車載電池模型的參數；選擇車載子系統上的簡單車載電池模型，并且用從非車載子系統傳輸來的簡單車載電池模型的參數計算車載電池系統的電池狀態(tài)。

通過提供包括具有強大數據存儲能力和強大計算能力的非車載子系統和車載bms的基于無線網絡的電池管理系統，目標車載電池系統的歷史數據和來自其它電池的數據能夠被存儲并且得到完整利用，通過非車載子系統能夠建立和驗證精確且復雜的電池模型，然后通過基于無線網絡的電池管理系統的車載bms能夠實現對soc、soh(健康狀態(tài))甚至壽命的估算。以這種方式，車載bms的車載bms芯片的成本能夠得以降低，因為只有簡單的算法在此車載bms上進行計算。因為歷史數據能夠得到共享并且能夠與目標車載電池系統的實時變量一起使用，所以能夠減少為進行電池測試和參數化所需的努力。

附圖說明

本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)勢在下面的詳細描述中并且結合附圖將變得顯而易見。應理解附圖僅僅是示意性的，并未按比例繪制。

圖1是根據本發(fā)明的基于無線網絡的電池管理系統的示意圖。

圖2是在根據本發(fā)明的基于無線網絡的電池管理系統的非車載子系統中建立的復雜非車載電池模型的一個例子，其是鋰電池的電化學電池模型。

圖3是從上述復雜非車載電池模型映射得到的簡單車載電池模型的一個例子。

圖4是典型的soc-ocv曲線，其中虛線表示具有電阻損耗的c/25放電曲線。

圖5是實施根據本發(fā)明的基于無線網絡的電池管理系統的方法。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的實施例。這里的實施例僅用于說明本發(fā)明的基本原理，而不限制本發(fā)明的范圍。

根據本發(fā)明的基于無線網絡的電池管理系統被設計用于管理車載電池系統，例如裝載在hev或ev上的車載電池系統，以防止單個車載電池過度充電或過度放電，延長使用壽命，以及監(jiān)控單個電池的操作狀態(tài)。在本發(fā)明的描述中，車載電池系統可包括一個或多個電池組。術語“車載”是指物體被安裝或布置在目標設備上，具體地在本申請中為物體被安裝或布置在安裝著上述電池的目標車輛上，術語“非車載”是指物體被遠離目標設備安裝或布置，具體地在本申請中為物體被遠離目標車輛安裝或布置。

例如，基于無線網絡的電池管理系統用于測量單個電池的端子電壓，測量電池組的總電壓，測量電池組的總電流，計算soc，動態(tài)監(jiān)控供供電電池的操作狀態(tài)，顯示所測量的實時數據，記錄和分析這些數據，以及平衡單個電池之間的能量等。

圖1是根據本發(fā)明的基于無線網絡的電池管理系統100的示意圖，其主要包括非車載子系統10和車載子系統20。

有利地，非車載子系統10包括強大的非車載數據存儲裝置12。非車載數據存儲裝置12可配置為基于網絡的數據存儲裝置，并且因此具有比車載子系統20的車載數據存儲裝置22大得多的數據存儲能力。

在非車載數據存儲裝置12中，能夠存儲車載電池系統20的歷史數據以及來自其它電池系統的數據，它們分別用子集a1、子集a2、子集a3等表示。另外，通過基于無線網絡的電池管理系統100實時測量的車載電池系統20的數據，在圖1中用a表示，可選地也可以存儲在所述非車載數據存儲裝置12中。數據a可經由無線通信l1(如圖1所示)傳輸到非車載數據存儲裝置12，例如。

非車載子系統10可進一步包括強大的非車載數據處理裝置14。非車載數據處理裝置14可配置為一個或多個強大的非車載計算機或本領域內技術人員已知的任何其它數據處理裝置。可選地，非車載數據處理裝置14可包括其自己的存儲裝置，作為非車載數據存儲裝置12的一部分，比如非車載計算機的存儲器。

非車載數據處理裝置14被配置用于分析和處理存儲在非車載數據存儲裝置12中的數據，并且基于這大量的數據建立和驗證精確且復雜的非車載電池模型m11。

所述精確且復雜的非車載電池模型m11的參數可用車載子系統20的監(jiān)控裝置實時測量的最新數據a更新，對應的參數能夠通過非車載數據處理裝置14、依照非車載電池模型m11、基于各種算法計算出來。一些近似法，例如最小二乘法，可被用于尋找滿足預期精確度的最佳參數。

優(yōu)選地，與所有電池系統的大量歷史數據相結合，一些先進的估算、例如對壽命的估算能夠在服務器上被計算出來，然后被傳輸到車載子系統20的車載bms24，其將利用更新后的參數對soc、soh、剩余壽命等進行計算。車載子系統20的輸出，在圖1中用30表示，包括soc、soh、以及剩余壽命，但不限制于這些。soc是存儲在電池中的能量相對于能夠存儲的最大能量的量度，并且表示為百分數。soh是電池組的狀態(tài)與其理想狀態(tài)相比的品質因數，并且soh的單位是百分點(100％＝電池的狀態(tài)與電池規(guī)格相匹配)。

近似法的一個例子是soc-ocv曲線的近似，其可以通過二次多項式近似：y＝a2x²+a1x+a0來實現。

另一個例子是車載電池系統的壽命估算。有關類似電池系統的實際壽命的大量數據信息可以存儲在非車載數據存儲裝置12中并且在非車載數據處理裝置14中進行分析，例如，剩余壽命和充電/放電電流之間的關系，剩余壽命和充電/放電循環(huán)之間的關系，以及剩余壽命和溫度之間的關系等。這些關系可用來估算相似電池系統的壽命。精確的壽命估算可以在車載子系統20的車載bms24的車載計算機上進行。

接著，非車載數據處理裝置14將精確且復雜的非車載電池模型m11映射成簡單的非車載電池模型m12，所述簡單的非車載電池模型m12的參數被傳輸到車載子系統20。

下面參考圖2給出了將非車載電池模型m11映射成簡單的非車載電池模型m12的進一步細節(jié)。圖2給出了非車載電池模型m11的一個例子，即soc-ocv曲線。在圖2中，“l(fā)s”指固相鋰，“l(fā)e”指電解質相鋰，“nd”指負電極域，“sd”指分離域，“pd”指正電極域，“e”是電極，而“s”是電極中的固體顆粒。

在給定50mv準確度的情況下，soc-ocv曲線可由非車載電池模型m11產生。整個soc-ocv曲線可被分成n段，每一段可被描述為y＝an2x²+an1x+an0，其中，y＝ocv，x＝soc。所有參數[a02，a01，a00]，[a12，a11，a10]…[a(n-1)2，a(n-1)1，a(n-1)0]可在非車載數據處理裝置14上計算得到。以這種方式，復雜的非車載電池模型m11可被映射成簡單的非車載電池模型m12。這些參數也被傳遞至車載子系統20。

由于非車載數據處理裝置14的計算能力強大，一些先進的和復雜的算法、例如卡爾曼濾波器法可被用于在線改變參數，以適應電池狀態(tài)的變化。由于非車載數據存儲裝置12的較大數據存儲能力，大量的離線數據和在線數據可被用于計算電池狀態(tài)。

如圖1中所示，基于無線網絡的電池管理系統100的車載子系統20主要包括車載電池管理系統(車載bms)24和能夠作為其一部分而集成在車載bms24中的車載數據存儲裝置22。

同多數傳統的bms一樣，車載bms24可包括中央控制器、功率電子模塊、功率線、通信線、一個或多個本地控制器、如上述的監(jiān)控裝置、車載數據存儲裝置22、一個或多個充電/放電模塊、以及其它部件。

車載bms24監(jiān)控車載電池系統并且測量車載電池系統的實時電池變量，包括電壓、電流、溫度等。所測量的電池變量被直接存儲在車載數據存儲裝置22中并且經由無線通信l1傳輸到非車載數據存儲裝置12。

在非車載子系統10中將非車載電池模型m11映射得到簡單的非車載電池模型m12之后，車載bms24選擇與所述簡單的非車載電池模型m12對應的簡單車載電池模型m22。然后，車載bms24接收簡單的非車載電池模型m12的參數作為簡單車載電池模型m22的參數，然后計算實時電池狀態(tài)，比如soc、soh、剩余壽命等。根據實施例，簡單車載電池模型m22的參數被經由無線通信l2從簡單的非車載電池模型m12傳輸而來。

根據一實施例，簡單的非車載電池模型m12以及相對應的簡單車載電池模型m22可以是在圖3中示出的內阻等效模型，內阻等效模型的內阻的變量參數將根據服務器上的精確模型進行更新。根據另一實施例，簡單車載電池模型m22可以是一階rc(電阻-電容)模型，其參數包括等效內阻、等效極化電阻、和等效電容。

在下面的實施方式中建議了一種使用基于無線網絡的電池管理系統100的方法，所述包括下述步驟：

在步驟s1中，通過車載子系統20的車載bms24的監(jiān)控裝置實時測量車載電池系統的電池變量a；

在步驟s2中，將電池變量a存儲在車載數據存儲裝置22中并且經由無線通信傳輸到非車載子系統10的非車載數據存儲裝置12并且存儲在非車載數據存儲裝置12中；

在步驟s3中，存儲在非車載子系統10的非車載數據存儲裝置12中的數據(包括a1，a2，a3…)通過非車載子系統10的非車載數據處理裝置14進行分析和處理；

在步驟s4中，通過非車載子系統10的非車載數據處理裝置14、基于存儲在非車載子系統10的非車載數據存儲裝置12中的數據建立和驗證非車載電池模型m11；

在步驟s5中，用實時測量的數據a更新非車載電池模型m11的參數；

在步驟s6中，在非車載子系統10中將非車載電池模型m11映射成簡單的非車載電池模型m12，并且產生簡單的非車載電池模型m12的參數；

在步驟s7中，在車載子系統20中選擇與簡單的非車載電池模型m12對應的簡單車載電池模型m22；

在步驟s8中，用所述簡單的非車載電池模型m12的參數更新簡單車載電池模型m22的參數，其中所述簡單的非車載電池模型m12的參數也經由無線通信傳輸到車載子系統20；和

在步驟s9中，依照簡單車載電池模型m22計算車載電池系統的電池狀態(tài)。

利用包括非車載子系統和車載bms的基于無線網絡的電池管理系統，通過為該非車載子系統提供具有比傳統的bms大得多的數據存儲能力的非車載數據存儲裝置和比傳統的bms大得多的數據處理能力的非車載數據處理裝置，目標車載電池系統的歷史數據和來自其它電池的數據能夠被存儲并且得到完整利用，能夠建立和驗證精確且復雜的非車載電池模型，并且所述精確且復雜的非車載電池模型可被映射成簡單的非車載電池模型；并且通過為車載bms配置傳統bms的幾乎所有功能，可以通過基于無線網絡的電池管理系統的車載bms、依照與簡單的非車載電池模型對應的簡單車載電池模型實現soc、soh、甚至壽命的精確估算。

另外，大量的歷史數據存儲在非車載數據存儲裝置中，因此能夠減小車載(或本地)數據存儲裝置。復雜的算法在非車載數據處理裝置上執(zhí)行，僅僅簡單的算法通過車載子系統的車載控制單元進行計算，所以控制芯片可以便宜很多。因為歷史數據能夠得到共享并且能夠與目標車載電池系統的實時變量一起使用，所以能夠減少為進行電池測試和參數化所需的努力。

上面公開的內容僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應理解本領域內的技術人員在不偏離本發(fā)明的技術原理的情況下可以進行多種開發(fā)和替換，并且這些開發(fā)和替換應被認為落在本發(fā)明的保護范圍內。