本發(fā)明涉及電池組的狀態(tài)估計(jì)技術(shù)，特別是涉及一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置和方法。

背景技術(shù)：

近年來，能源危機(jī)已經(jīng)成為制約人類發(fā)展的一個(gè)重大問題，據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，在未來的50年內(nèi)，石油能源將面臨枯竭，為了應(yīng)對(duì)這個(gè)危機(jī)，新型能源裝置的研究與開發(fā)成為了一個(gè)重要的研究課題。在汽車領(lǐng)域，新能源汽車做為最有希望取代傳統(tǒng)汽車的新型技術(shù)，取得了廣范的關(guān)注，處于其核心地位的動(dòng)力電池管理裝置的研究成為了重中之重。

電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置是電池管理裝置中的關(guān)鍵核心部件，對(duì)電池組的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)能夠有效的保證電池組安全高效的動(dòng)作，提升電動(dòng)汽車的動(dòng)力性，安全性和經(jīng)濟(jì)性。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N 102483442 B，名稱為《電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法》的專利中涉及一種電池狀態(tài)估計(jì)裝置和電池狀態(tài)估計(jì)方法，提供了一種高精度地進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定的電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法。但是，在進(jìn)行電池組狀態(tài)估計(jì)的時(shí)候，把電池組作為一個(gè)擁有更大容量和更高電壓的單體電池進(jìn)行處理，并不符合電池組的實(shí)際狀況。而且沒有考慮電池組內(nèi)的單體不一致性以及均衡管理策略等對(duì)電池組的影響。沒有考慮電池組的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)不同的時(shí)變特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置和方法，基于被動(dòng)均衡管理策略，綜合考慮了單體電池狀態(tài)對(duì)串聯(lián)型電池組狀態(tài)的影響，并把串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)估計(jì)在不同的時(shí)間尺度上進(jìn)行，有效的提高了串聯(lián)型電池組狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置，包括串聯(lián)型電池組、被動(dòng)均衡管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、狀態(tài)估計(jì)模塊和斷路器；其中，所述串聯(lián)型電池組由多個(gè)單個(gè)電池串聯(lián)組成；所述被動(dòng)均衡管理模塊與所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池相連，所述被動(dòng)均衡管理模塊在所述串聯(lián)型電池組的充電過程中實(shí)現(xiàn)被動(dòng)均衡管理；所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池相連，采集所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的狀態(tài)信息并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述狀態(tài)估計(jì)模塊連接，將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的所述狀態(tài)信息傳輸給所述狀態(tài)估計(jì)模塊，所述狀態(tài)估計(jì)模塊用于對(duì)上述串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)；所述斷路器通過保險(xiǎn)絲連接于所述串聯(lián)型電池組的正極端。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度采集器、電流采集器和電壓采集器；所述溫度采集器用于采集所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的溫度，所述電流采集器用于采集串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的電流，所述電壓采集器用于采集串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的電壓；所述數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)采集到的所述單體電池的溫度、電流和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到所述單體電池的溫度、電流和電壓數(shù)字信號(hào)，獲得所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的狀態(tài)信息。

在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述狀態(tài)估計(jì)模塊包括容量估計(jì)器、特征單體電池辨識(shí)器、荷電狀態(tài)估計(jì)器和健康狀態(tài)估計(jì)器；其中，所述容量估計(jì)器根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊中傳遞的所述狀態(tài)信息對(duì)所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的容量進(jìn)行估計(jì)，得到準(zhǔn)確的單體電池容量值；所述特征單體電池辨識(shí)器根據(jù)得到的所述串聯(lián)型電池組各個(gè)單體電池的容量值，辨識(shí)得到所述串聯(lián)型電池組的特征單體電池，所述特征單體電池為所述串聯(lián)型電池組中擁有最小容量的單體電池；所述荷電狀態(tài)估計(jì)器根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊中傳遞的所述狀態(tài)信息以及辨識(shí)得到的所述特征單體電池編號(hào)，對(duì)所述特征單體電池進(jìn)行荷電狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)所述串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)值；所述健康狀態(tài)估計(jì)器根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊中傳遞的所述狀態(tài)信息以及辨識(shí)得到的所述特征單體電池編號(hào)，對(duì)所述特征單體電池進(jìn)行健康狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)所述串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)值。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述荷電狀態(tài)估計(jì)器對(duì)于所述串聯(lián)型電池的荷電狀體估計(jì)為實(shí)時(shí)在線處理；所述健康狀態(tài)估計(jì)器對(duì)于所述串聯(lián)型電池的健康狀態(tài)估計(jì)為離線非實(shí)時(shí)處理。

本發(fā)明還提供一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)方法，具體包括如下步驟：

步驟1，對(duì)所述串聯(lián)型電池組進(jìn)行被動(dòng)均衡式充電；

步驟2，對(duì)所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；

步驟3，對(duì)所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池容量進(jìn)行估計(jì)；

步驟4，辨識(shí)得到所述串聯(lián)型電池組的特征單體電池；

步驟5，分別估計(jì)得到所述串聯(lián)型電池組荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述步驟2中所述數(shù)據(jù)采集包括采集所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的溫度、電流、電壓數(shù)據(jù)，并將采集到所述數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生描述所述單體電池溫度、電流和電壓的數(shù)字信號(hào)。

在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟5中所述串聯(lián)型電池組荷電狀態(tài)估計(jì)采用在線實(shí)時(shí)處理。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述步驟5中所述串聯(lián)型電池組健康狀態(tài)估計(jì)采用離線的非實(shí)時(shí)性處理。

本發(fā)明考慮了串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)對(duì)串聯(lián)型電池組的影響，采用了能夠更加全面描述串聯(lián)型電池組狀態(tài)的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)定義，能夠?qū)Υ?lián)型電池組進(jìn)行更準(zhǔn)確的荷電狀態(tài)估計(jì)和健康狀態(tài)估計(jì)，提高串聯(lián)型電池組狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算效率。

本發(fā)明還考慮了串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)之間不同的時(shí)變特性，把這兩種狀態(tài)放在不同的時(shí)間尺度區(qū)間上進(jìn)行估計(jì)，有效的提高了串聯(lián)型電池組狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

在基于被動(dòng)均衡管理策略的串聯(lián)型電池組中，串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)取決于擁有最小容量的單體電池的荷電狀態(tài)，串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)取決于擁有最小容量的單體電池的健康狀態(tài)，并把擁有最小容量的單體電池定義為串聯(lián)型電池組的‘特征單體’。

串聯(lián)型電池組狀態(tài)定義描述如下：

SOC_pack＝SOC_{min_cell}

SOH_pack＝＝SOH_{min_cell}

其中，SOC_pack為基于被動(dòng)均衡管理策略的串聯(lián)型電池組荷電狀態(tài)，SOH_pack為基于被動(dòng)均衡管理策略的串聯(lián)型電池組健康狀態(tài)，SOC_{min_cell}為特征單體的荷電狀態(tài)，SOC_{min_cell}為特征單體的健康狀態(tài)。

如圖1所示，一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)裝置，包括串聯(lián)型電池組1、被動(dòng)均衡管理模塊2、數(shù)據(jù)采集模塊3、狀態(tài)估計(jì)模塊4和斷路器5。

串聯(lián)型電池組1包括多個(gè)單個(gè)電池以及相關(guān)的連接電路，其中單體電池之間為串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。

被動(dòng)均衡管理模塊2與串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池相連，在串聯(lián)型電池組1的充電過程中實(shí)現(xiàn)被動(dòng)均衡管理，使得串聯(lián)型電池組1在充電結(jié)束之時(shí)，串聯(lián)型電池組內(nèi)的各個(gè)單體電池的荷電狀態(tài)保持一致。

數(shù)據(jù)采集模塊3包括溫度采集器31、電流采集器32和電壓采集器33，其中，溫度采集器31用于采集串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池的溫度，電流采集器32用于采集串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池的電流，電壓采集器33用于采集串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池的電壓。數(shù)據(jù)采集模塊3與串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池相連，采集串聯(lián)型電池組1內(nèi)各個(gè)單體電池的狀態(tài)信息如單體電池溫度、電流、電壓數(shù)據(jù)，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生準(zhǔn)確描述單體電池溫度、電流、電壓的數(shù)字信號(hào)，并傳輸給狀態(tài)估計(jì)模塊4，將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)信息傳輸給狀態(tài)估計(jì)模塊5.

狀態(tài)估計(jì)模塊4包括容量估計(jì)器41，特征單體電池辨識(shí)器42，荷電狀態(tài)估計(jì)器43，健康狀態(tài)估計(jì)器44。其中，容量估計(jì)器41根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊3傳遞的信號(hào)對(duì)各個(gè)單體電池的容量進(jìn)行估計(jì)，得到準(zhǔn)確的單體電池容量值，特征單體電池辨識(shí)器42根據(jù)得到的各個(gè)單體電池的容量值，辨識(shí)得到串聯(lián)型電池組的特征單體電池，特征單體電池為串聯(lián)型電池組1中擁有最小容量的單體電池；荷電狀態(tài)估計(jì)器43根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊3傳遞的信號(hào)以及辨識(shí)得到的特征單體電池編號(hào)，對(duì)特征單體電池進(jìn)行荷電狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)值，健康狀態(tài)估計(jì)器44根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊3傳遞的信號(hào)以及辨識(shí)得到的特征單體電池編號(hào)，對(duì)特征單體電池進(jìn)行健康狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)值。

斷路器6通過保險(xiǎn)絲連接于串聯(lián)型電池組1的正極端，斷路器6和保險(xiǎn)絲順次連接與串聯(lián)型電池組1的正極端，用于保護(hù)串聯(lián)型電池組。

一種串聯(lián)型電池組的狀態(tài)估計(jì)方法，用于對(duì)電動(dòng)汽車電池組被動(dòng)均衡式充電時(shí)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，具體流程如圖2所示，步驟如下：

步驟S1，對(duì)所述串聯(lián)型電池組進(jìn)行被動(dòng)均衡式充電。

被動(dòng)均衡管理使得串聯(lián)型電池組在充電結(jié)束之時(shí)，串聯(lián)型電池組內(nèi)的各個(gè)單體電池的荷電狀態(tài)保持一致。

步驟S2，對(duì)所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。

數(shù)據(jù)采集包括采集所述串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的溫度、電流、電壓數(shù)據(jù)，并將采集到所述數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生描述所述單體電池溫度、電流和電壓的數(shù)字信號(hào)。

步驟S3，對(duì)串聯(lián)型電池組內(nèi)各個(gè)單體電池容量進(jìn)行估計(jì)。

根據(jù)獲取的述單體電池溫度、電流和電壓的數(shù)字信號(hào)，對(duì)各個(gè)單體電池的容量進(jìn)行估計(jì)，得到準(zhǔn)確的單體電池容量值。

步驟S4，辨識(shí)得到串聯(lián)型電池組的特征單體電池。

根據(jù)得到的各個(gè)單體電池的容量值，辨識(shí)得到串聯(lián)型電池組的特征單體電池。

步驟S5，分別估計(jì)得到串聯(lián)型電池組荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。

根據(jù)步驟S2中采集到的數(shù)字信號(hào)以及步驟S4這種辨識(shí)得到的特征單體電池編號(hào)，對(duì)特征單體電池進(jìn)行荷電狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)值。

根據(jù)步驟S2中采集到的數(shù)字信號(hào)以及步驟S4這種辨識(shí)得到的特征單體電池編號(hào)，對(duì)特征單體電池進(jìn)行健康狀態(tài)估計(jì)得到整個(gè)串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)值。

串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)和荷電狀態(tài)擁有不同的時(shí)變特性，其中串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)變化較快，串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)變化較慢，在本實(shí)施例中對(duì)串聯(lián)型電池組的荷電狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線處理，對(duì)于串聯(lián)型電池組的健康狀態(tài)，進(jìn)行離線的非實(shí)時(shí)性處理。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。