CN109713766A - 电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池管理系统，其包括：电池模块，其包括若干个电池单体；数据采集模块，其包括通信连接到每个电池单体的电压采集电路；电压采集电路采集每个电池单体充放电过程的实时电压；分类器模块，其通信连接到数据采集模块；分类器模块包括预先根据电压采集电路采集的实时电压训练获得的电压分类器；控制模块，其包括分别与电池模块、数据采集模块以及分类器模块通信连接的控制器；控制器控制电压分类器对电压采集电路采集的实时电压进行分类，实时输出每个电池单体分类后的电压至控制器进行第一电池容量计算。本发明解决了不同工况条件下电压参数不能用数学模型精确描述而影响容量预测精度问题，实现了高精度的电池容量预测。

Description

电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池管理的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电池管理系统。

背景技术

电池的电压、容量、电阻是表征电池特性的主要参数。由于电池内部的化学反应复杂多变，实际工作中工况条件也导致温度、电阻等参数不能用准确的数学模型去描述，从而影响电池容量的预测。

目前电池管理系统中应用较多的SOC(State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量)估算方法有安时积分法和开路电压法，安时积分法的本质是在电池进行充电或放电时通过累计充进或放出来的电量来估算SOC，该方法与电池电流(或电压)和充放电效率有着直接的关系：电池充放电效率，在高温状态和电流波动剧烈情况下，误差较大；若电流(或电压)测量不准，将造成SOC计算误差。例如，电池在充、放电时常会出现以下三种情况：1)充电时断开电源，电池电压突然降低后还会持续缓慢下降；放电时断开放电负载后，电池电压则突然升高后还会缓慢升高；2)电池储电很少但电池电压却很高，然而放电一开始，电池的电压立刻就降下来；或者，电池储电不多，电压也不高，但是充电开始不久后，电池电压就上升很高，即使断开充电电源，电池电压也没有明显下降；3)电池的电压与使用条件没有确定的线性关系，不同充放电率、不同温度、不同荷电状态、不同使用历程下的电池电压，都是各不相同的。

另外，为了提高电池容量，现有技术也会采取多个电池组同时工作，每个电池组至少还包括两个电池单体。那么每个电池单体的电压测量误差势必对每个电池组之间的电量均衡带来误差。因此，研究如何对一个单体电池各工况下的实时电压做出精确预测是非常有必要的。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种电池管理系统，解决了不同工况条件下电压参数不能用数学模型精确描述而影响容量预测精度问题，实现了高精度的电池容量预测。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种电池管理系统，其包括：

电池模块，其包括若干个电池单体；

数据采集模块，其包括通信连接到每个所述电池单体的电压采集电路；所述电压采集电路采集每个所述电池单体充放电过程的实时电压；

分类器模块，其通信连接到所述数据采集模块；所述分类器模块包括预先根据所述电压采集电路采集的实时电压训练获得的电压分类器；

控制模块，其包括分别与所述电池模块、所述数据采集模块以及所述分类器模块通信连接的控制器；

其中，所述控制器控制所述电压分类器对所述电压采集电路采集的实时电压进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电压至所述控制器进行第一电池容量计算。

优选的是，所述电压分类器还包括：

第一电压分类器，其预先根据所述电压采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电压训练获得；

第二电压分类器，其预先根据所述电压采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电压训练获得；

第一选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电压采集电路、所述第一电压分类器以及所述第二电压分类器；

其中，所述控制器根据所述电压采集电路采集实时电压的充放电状态，控制所述第一选择器对应在所述第一电压分类器以及所述第二电压分类器之间切换。

优选的是，所述数据采集模块还包括分别通信连接到每个所述电池单体和所述控制器的电流采集电路；

所述分类器模块还包括分别通信连接到所述控制器和所述电流采集电路的电流分类器，所述电流分类器预先根据所述电流采集电路采集的实时电流训练获得；

其中，所述控制器控制所述电流采集电路采集每个所述电池单体充放电过程的实时电流；

所述控制器控制所述电流分类器对所述电流采集电路采集的实时电流进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电流至所述控制器进行第二电池容量计算。

优选的是，所述控制模块还包括通信连接到所述控制器的预警器；

所述控制器对所述第一电池容量和所述第二电池容量进行容量差计算；所述控制器将所述容量差与预设阈值作比对；若所述容量差超过预设阈值，所述控制器发出预警信息给所述预警器进行预警。

优选的是，所述电流分类器还包括：

第一电流分类器，其预先根据所述电流采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电流训练获得；

第二电流分类器，其预先根据所述电流采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电流训练获得；

第二选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电流采集电路、所述第一电流分类器以及所述第二电流分类器通信连接；

其中，所述控制器根据所述电流采集电路采集实时电流的充放电状态，控制所述第二选择器对应在所述第一电流分类器以及所述第二电流分类器之间切换。

优选的是，所述数据采集模块还包括通信连接到每个所述电池单体和所述控制器的电阻采集电路；

所述分类器模块还包括分别通信连接到所述控制器和所述电阻采集电路的电阻分类器，所述电阻分类器预先根据所述电阻采集电路采集的实时电阻训练获得；

其中，所述电阻采集电路用于采集每个所述电池单体充放电过程的实时电阻；

所述控制器控制所述电阻分类器对所述电阻采集电路采集的实时电阻进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电阻。

优选的是，所述电阻分类器还包括：

第一电阻分类器，其预先根据所述电阻采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电阻训练获得；

第二电阻分类器，其预先根据所述电阻采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电阻训练获得；

第三选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电阻采集电路、所述第一电阻分类器以及所述第二电阻分类器；

其中，所述控制器根据所述电阻采集电路采集实时电阻的充放电状态，控制所述第三选择器对应在所述第一电阻分类器以及所述第二电阻分类器之间切换。

本发明至少包括以下有益效果：

1)本发明提供的电池管理系统，设置与电压采集电路以及控制器通信连接的电压分类器，控制器控制电压分类器对电压采集电路采集的实时电压进行分类，实时输出分类后的电压至控制器进行第一电池容量计算；相对于不同工况条件下电压参数不能用数学模型精确描述而影响容量预测精度问题，经电压分类器分类后的电压变化趋势较稳定，提高电池容量的预测精度；

2)本发明的电压分类器还设置有第一电压分类器、第二电压分类器以及第一选择器；充放电状态的不同，电压呈增长或降低的不同趋势，因此，控制器根据电压采集电路采集实时电压的充放电状态，控制第一选择器对应在第一电压分类器以及第二电压分类器之间切换，有利于进一步提高分类器分类的精确性；

3)本发明数据采集模块还设有电流采集电路、分类器模块对应设有电流分类器，电流分类器预先根据电流采集电路采集的实时电流训练获得；实时输出分类后的电流至控制器进行第二电池容量计算；从而提供了充放电状态中电流参数的变化动态及其预测的第二电池容量，是对电压参数及其第一电池容量的补充；

4)本发明设有预警器，控制器对第一电池容量和第二电池容量进行容量差计算后与预设阈值作比对；若容量差超过预设阈值，控制器发出预警信息给预警器进行预警；通过第一电池容量和第二电池容量的比较，提供电池容量预测精确度的预警功能；

5)本发明的电流分类器还设置有第一电流分类器、第二电流分类器以及第二选择器；由于充放电状态的不同，电流呈增长或降低的不同趋势，因此，控制器根据电压采集电路采集实时电流的充放电状态，控制第二选择器对应在第一电流分类器以及第二电流分类器之间切换，有利于进一步提高分类器分类的精确性；

6)本发明的数据采集模块还设有电阻采集电路、分类器模块对应设有电阻分类器，电阻分类器预先根据电阻采集电路采集的实时电阻训练获得；实时输出分类后的电阻，从而提供了充放电状态中电阻参数的变化动态，是对电压参数的补充。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的电池管理系统的通信示意图。

图中：

10-电池模块；11-电池单体；

20-数据采集模块；

21-电压采集电路；22-电流采集电路；23-电阻采集电路；

30-分类器模块；

31-电压分类器；

311-第一电压分类器；312-第二电压分类器；313-第一选择器；

32-电流分类器；

321-第一电流分类器；322-第二电流分类器；323-第二选择器；

33-电阻分类器；

331-第一电阻分类器；332-第二电阻分类器；333-第三选择器；

40-控制模块；41-控制器；42-预警器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供一种电池管理系统，其包括电池模块10、数据采集模块20、分类器模块30以及控制模块40。

其中，电池模块10设有若干个电池单体11。数据采集模块20包括通信连接到每个电池单体11的电压采集电路21；电压采集电路21采集每个电池单体11充放电过程的实时电压。分类器模块30通信连接到数据采集模块20；分类器模块30包括预先根据电压采集电路21采集的实时电压训练获得的电压分类器31。控制模块40包括分别与电池模块10、数据采集模块20以及分类器模块30通信连接的控制器41；控制器41控制电压分类器31对电压采集电路21采集的实时电压进行分类，实时输出每个电池单体11分类后的电压至控制器41进行第一电池容量计算。

上述实施方式中，本发明设置与电压采集电路21以及控制器41通信连接的电压分类器31，控制器41控制电压分类器31对电压采集电路21采集的实时电压进行分类，实时输出分类后的电压至控制器41进行第一电池容量计算。相对于不同工况条件下电压参数不能用数学模型精确描述而影响容量预测精度问题，经本发明的电压分类器31分类后的电压变化趋势较稳定，提高电池容量的预测精度。

需要补充说明的是，一般情况下，一个电池模块10至少包括两组电池，每组电池至少包括两个电池单体11。本发明的电压采集电路21采集每个电池单体11充放电过程的实时电压发送给电压分类器31进行分类以及控制器41进行第一电池容量计算，因此，可以精确地了解每个电池单体11的电池容量。如果监测出某一个电池单体11的电池容量与其他差别超过阈值，可以立即更换，避免每个电池单体11的电压测量误差对每个电池组之间的电量均衡带来误差。

还需要进一步补充说明的是，电压分类器31的分类器类型及分类方法，本发明不做具体限制，例如贝叶斯、人工神经网络、支持向量机等等。

作为上述实施方式的优选，电压分类器31还包括第一电压分类器311、第二电压分类器312以及分别通信连接到控制器41、电压采集电路21、第一电压分类器311以及第二电压分类器312的第一选择器313。

其中，第一电压分类器311预先根据电压采集电路21采集每个电池单体11充电状态对应的第一电压训练获得。第二电压分类器312，其预先根据电压采集电路21采集每个电池单体11放电状态对应的第二电压训练获得。控制器41根据电压采集电路21采集实时电压的充放电状态，控制第一选择器313对应在第一电压分类器311以及第二电压分类器312之间切换。

该实施方式中，充分考虑充放电状态的不同，电压呈增长或降低的不同趋势，因此，控制器41根据电压采集电路21采集实时电压的充放电状态，控制第一选择器313对应在第一电压分类器311以及第二电压分类器312之间切换，有利于进一步提高分类器分类的精确性。

作为上述实施方式的优选，数据采集模块20还包括分别通信连接到每个电池单体11和控制器41的电流采集电路22；分类器模块30还对应包括分别通信连接到控制器41和电流采集电路22的电流分类器32，电流分类器32预先根据电流采集电路22采集的实时电流训练获得。

其中，控制器41控制电流采集电路22采集每个电池单体11充放电过程的实时电流；控制器41控制电流分类器32对电流采集电路22采集的实时电流进行分类，实时输出每个电池单体11分类后的电流至控制器41进行第二电池容量计算。

上述实施方式中，电流采集电路22以及电流分类器32的设置，可实时输出分类后的电流至控制器进行第二电池容量计算；从而提供了充放电状态中电流参数的变化动态及其预测的第二电池容量，是对电压参数及其预测的第一电池容量的补充和比对。

作为上述实施方式的优选，控制模块40还包括通信连接到控制器41的预警器42。控制器41对第一电池容量和第二电池容量进行容量差计算；控制器41将容量差与预设阈值作比对；若容量差超过预设阈值，控制器41发出预警信息给预警器42进行预警。

该实施方式中，预警器42的设置，配合控制器41对第一电池容量和第二电池容量的容量差与预设阈值作比较，提供电池容量预测精确度的预警功能。至于预警器42的预警方式，本发明不做具体限制，例如烟雾、铃声等等。

作为上述实施方式的优选，电流分类器32还包括第一电流分类器321、第二电流分类器322以及第二选择器323。第一电流分类器321预先根据电流采集电路22采集每个电池单体11充电状态对应的第一电流训练获得。第二电流分类器322预先根据电流采集电路22采集每个电池单体11放电状态对应的第二电流训练获得。第二选择器323分别通信连接到控制器41、电流采集电路22、第一电流分类器321以及第二电流分类器32通信连接。

其中，控制器41根据电流采集电路22采集实时电流的充放电状态，控制第二选择器323对应在第一电流分类器321以及第二电流分类器322之间切换。

该实施方式中，在电流分类器32的基础上，充分考虑充放电状态的不同，电流呈增长或降低的不同趋势，因此，控制器41根据电流采集电路22采集实时电流的充放电状态，控制第二选择器323对应在第一电流分类器321以及第二电流分类器322之间切换，有利于进一步提高分类器分类的精确性。

作为上述实施方式的优选，数据采集模块20还包括通信连接到每个电池单体11和控制器41的电阻采集电路23，分类器模块30还包括分别通信连接到控制器41和电阻采集电路23的电阻分类器33，电阻分类器33预先根据电阻采集电路23采集的实时电阻训练获得。

其中，电阻采集电路23用于采集每个电池单体11充放电过程的实时电阻；控制器41控制电阻分类器33对电阻采集电路23采集的实时电阻进行分类，实时输出每个电池单体11分类后的电阻。

该实施方式中，电阻采集电路23以及电阻分类器33的设置，可获得实时输出分类后的电阻，从而提供了充放电状态中电阻参数的变化动态，是对电压参数的补充。

作为上述实施方式的优选，电阻分类器33还包括第一电阻分类器331、第二电阻分类器332以及分别通信连接到控制器41、电阻采集电路23、第一电阻分类器331以及第二电阻分类器332的第三选择器333。第一电阻分类器331预先根据电阻采集电路23采集每个电池单体11充电状态对应的第一电阻训练获得；第二电阻分类器332预先根据电阻采集电路23采集每个电池单体11放电状态对应的第二电阻训练获得。

其中，控制器根据电阻采集电路采集实时电阻的充放电状态，控制第三选择器对应在第一电阻分类器以及第二电阻分类器之间切换。

上述实施方式中，在电阻分类器33的基础上，充分考虑充放电状态时电阻的不同变化趋势，因此，控制器41根据电阻采集电路23采集实时电阻的充放电状态，控制第三选择器333对应在第一电阻分类器331以及第二电阻分类器332之间切换，有利于进一步提高分类器分类的精确性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种电池管理系统，其特征在于，其包括：

电池模块，其包括若干个电池单体；

数据采集模块，其包括通信连接到每个所述电池单体的电压采集电路；所述电压采集电路采集每个所述电池单体充放电过程的实时电压；

分类器模块，其通信连接到所述数据采集模块；所述分类器模块包括预先根据所述电压采集电路采集的实时电压训练获得的电压分类器；

控制模块，其包括分别与所述电池模块、所述数据采集模块以及所述分类器模块通信连接的控制器；

其中，所述控制器控制所述电压分类器对所述电压采集电路采集的实时电压进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电压至所述控制器进行第一电池容量计算。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电压分类器还包括：

第一电压分类器，其预先根据所述电压采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电压训练获得；

第二电压分类器，其预先根据所述电压采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电压训练获得；

第一选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电压采集电路、所述第一电压分类器以及所述第二电压分类器；

其中，所述控制器根据所述电压采集电路采集实时电压的充放电状态，控制所述第一选择器对应在所述第一电压分类器以及所述第二电压分类器之间切换。

3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，

所述数据采集模块还包括分别通信连接到每个所述电池单体和所述控制器的电流采集电路；

所述分类器模块还包括分别通信连接到所述控制器和所述电流采集电路的电流分类器，所述电流分类器预先根据所述电流采集电路采集的实时电流训练获得；

其中，所述控制器控制所述电流采集电路采集每个所述电池单体充放电过程的实时电流；

所述控制器控制所述电流分类器对所述电流采集电路采集的实时电流进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电流至所述控制器进行第二电池容量计算。

4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制模块还包括通信连接到所述控制器的预警器；

所述控制器对所述第一电池容量和所述第二电池容量进行容量差计算；所述控制器将所述容量差与预设阈值作比对；若所述容量差超过预设阈值，所述控制器发出预警信息给所述预警器进行预警。

5.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述电流分类器还包括：

第一电流分类器，其预先根据所述电流采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电流训练获得；

第二电流分类器，其预先根据所述电流采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电流训练获得；

第二选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电流采集电路、所述第一电流分类器以及所述第二电流分类器通信连接；

其中，所述控制器根据所述电流采集电路采集实时电流的充放电状态，控制所述第二选择器对应在所述第一电流分类器以及所述第二电流分类器之间切换。

6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，

所述数据采集模块还包括通信连接到每个所述电池单体和所述控制器的电阻采集电路；

所述分类器模块还包括分别通信连接到所述控制器和所述电阻采集电路的电阻分类器，所述电阻分类器预先根据所述电阻采集电路采集的实时电阻训练获得；

其中，所述电阻采集电路用于采集每个所述电池单体充放电过程的实时电阻；

所述控制器控制所述电阻分类器对所述电阻采集电路采集的实时电阻进行分类，实时输出每个所述电池单体分类后的电阻。

7.如权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电阻分类器还包括：

第一电阻分类器，其预先根据所述电阻采集电路采集每个所述电池单体充电状态对应的第一电阻训练获得；

第二电阻分类器，其预先根据所述电阻采集电路采集每个所述电池单体放电状态对应的第二电阻训练获得；

第三选择器，其分别通信连接到所述控制器、所述电阻采集电路、所述第一电阻分类器以及所述第二电阻分类器；

其中，所述控制器根据所述电阻采集电路采集实时电阻的充放电状态，控制所述第三选择器对应在所述第一电阻分类器以及所述第二电阻分类器之间切换。