CN111959345A - 电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆 - Google Patents
电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆 Download PDFInfo
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Abstract
本公开涉及一种电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆,用于实现实时全面、低功耗地监测电池状态,以降低电池热失控故障发生的风险。该电路状态监测电路包括:电阻‑电容定时模块,与电阻‑电容定时模块电性连接的电压监测模块,以及与电压监测模块电性连接的唤醒模块;其中,电压监测模块用于监测电池电压状态是否发生异常,唤醒模块用于唤醒电池管理***。
Description
技术领域
本公开涉及电池管理技术,具体地,涉及一种电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆。
背景技术
随着电池能量密度的提升,新能源行业安全问题也日益突出,如给电动汽车/储能***带来最大危害的就是电池热失控故障。就电池发生热失控故障而言,其主要原因为电池发生锂枝晶引起电池的内部短路和外部短路,主要表征为电池负极的SEI(SolidElectrolyte Interface,固体电解质界面)膜发生溶解,负极和负极内包含的成分直接与电解液发生放热反应,导致内部温度急剧上升,继而导致电池发生起火和***。电池热失控事件的发生,对电动汽车/储能设备的用户、乘客以及周边行人带来了很大的人身安全威胁,因此关于如何预测和检测出电池热失控事件的发生,以保护用户、乘客及周边行人安全,是电动汽车/储能行业的重点和难点。
在现在有技术中,BMS(Battery Management System,电池管理***)作为电池储能***的核心部件,可以对电池的电压、电流、温度、绝缘电阻等进行动态检测,并根据检测数据对电池执行状态估算、电池均衡管理、热管理、接触器控制、故障诊断及报警等功能。在实际应用过程中,根据电动汽车/储能***的使用工况,对电池状态进行检测和预测的工况分为两种:一种为运行工况,另一种为休眠工况。对于运行工况,BMS可以实时监测电池状态,进而来检测和预测电池是否发生热失控故障,并采取告警等手段保障用户、乘客和周边行人的安全。在休眠工况下,目前采用定时唤醒策略,即每隔一段时间BMS会唤醒一次,对电池数据进行采集,以检测电池是否发生热失控故障。这样部分解决了休眠状态下不能监测电池热失控故障的问题,但不能对电池状态进行全时监测,此外在BMS唤醒间隔期,即在电动汽车/储能***休眠且BMS休眠状态下,仍存在热失控故障发生而无法检测出的风险。
发明内容
本公开的目的是提供一种电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆,用于实现实时全面、低功耗地监测电池状态,以降低电池热失控故障发生的风险。
为了实现上述目的,本公开第一方面提供一种电池状态监测电路,包括:
电阻-电容定时模块,与所述电阻-电容定时模块电性连接的电压监测模块,以及与所述电压监测模块电性连接的唤醒模块;
其中,所述电压监测模块用于监测电池电压状态是否发生异常,所述唤醒模块用于唤醒电池管理***。
可选地,所述电压监测模块包括前端采集芯片,所述前端采集芯片用于采集电池电压信息。
可选地,所述电压监测模块包括比较器,所述比较器用于在第一输入端的输入电压大于第二输入端的输入电压时,触发所述比较器输出端输出高电平;在第一输入端的输入电压小于第二输入端的输入电压时,触发所述比较器输出端输出低电平。
可选地,所述唤醒模块包括开关组件,所述开关组件闭合时输出唤醒信号,以触发所述电池管理***的工作电路导通。
本公开第二方面提供一种电池状态监测方法,应用于电池状态监测电路中,所述方法包括:
获取电池的电信号参数,其中,所述电信号参数包括电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率;
若所述电压变化率大于预设电压变化率阈值,确定电池电压状态发生异常。
可选地,所述方法还包括:
生成唤醒信号,所述唤醒信号用于触发电池管理***的工作电路导通。
本公开第三方面提供一种电池状态监测装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取电池的电信号参数,其中,所述电信号参数包括电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率;
确定模块,用于在所述电压变化率大于预设电压变化率阈值时,确定电池电压状态发生异常。
可选地,所述装置还包括:
生成模块,用于生成唤醒信号,所述唤醒信号用于触发电池管理***的工作电路导通。
本公开第四方面提供一种电池管理***,包括本公开第一方面提供的任一电池状态监测电路。
本公开第五方面提供一种电池管理***,包括如本公开第一方面提供的电池状态监测电路,以及如本公开第三方面提供的电池状态监测装置。
本公开第六方面提供一种车辆,包括如本公开第四方面或第五方面提供的电机控制器。
根据上述技术方案,电池状态监测电路包括电阻-电容定时模块、电压监测模块以及唤醒模块。在电池管理***休眠状态下,通过电阻-电容定时模块记录时间,电压监测模块对整个电池***的电压进行监测分析,判断电池电压状态是否发生异常,若电池电压状态存在异常,通过唤醒模块可以唤醒电池管理***,以对电池状态再次检测确认,并执行相应的告警操作。上述低功耗的简单电路结构可以在电池管理***休眠状态下工作,能够实现全时监测电池状态,降低了因BMS唤醒间隔期监测不到位存在热失控故障检测疏漏的风险,提高了电池产品的可靠性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1是本公开实施例提供的一种电池状态监测电路的结构框图;
图2是本公开实施例提供的一种示例性实施例的电池状态监测电路的电路图;
图3是本公开实施例提供的一种电池状态监测方法的流程图;
图4是本公开实施例提供的一种电池状态监测装置的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。
本公开实施例提供一种电池状态监测电路、方法、装置、***及车辆,下面结合具体实施例对本公开提供的技术方案进行详细说明。
图1是本公开实施例提供的一种电池状态监测电路的结构框图,如图1所示,该电池状态监测电路10包括电阻-电容定时模块11,与电阻-电容定时模块11电性连接的电压监测模块12,以及与电压监测模块12电性连接的唤醒模块13。其中,电压监测模块12用于监测电池电压状态是否发生异常,唤醒模块13用于唤醒电池管理***。
在一种可能的实施方式中,电阻-电容定时模块11、电压监测模块12以及唤醒模块13之间的电路连接关系如图2所示。图2是本公开实施例提供的一种示例性实施例的电池状态监测电路的电路图,其中,电阻-电容定时模块11为RC电路(Resistor-Capacitancecircuit,电阻-电容电路),根据RC电路时间常数计算公式得到定时周期为(R1+R2)*C=τ,可以实现时间的记录;同时,采用电容C记录电阻R1和电阻R2两端的总电压VC,可以实现历史电压的记录。
电压监测模块12可以包括前端采集芯片,该前端采集芯片用于采集电池电压信息。电压监测模块12也可以通过图2所示的比较器电路对采集到的电压信息进行诊断分析,具体地,电压监测模块12包括比较器,比较器用于在第一输入端的输入电压大于第二输入端的输入电压时,触发比较器输出端输出高电平;在第一输入端的输入电压小于第二输入端的输入电压时,触发比较器输出端输出低电平。例如,定义比较器输入端IN+为第一输入端,输入端IN-为第二输入端,根据图2所示的电路连接关系可知,使用比较器对两个输入端IN+端电压Vin+和IN-端电压Vin-进行比较,若电压变化状态正常,则在任意时刻起τ时间内,IN+端电压Vin+≥IN-端电压Vin-,即VR4≥VR2,比较器输出高电平;若电压变化表征发生热失控故障,则出现IN+端电压Vin+<IN-端电压Vin-现象,即任意时刻起τ时间内当到达时间tm出现VR4=VR2=Vm,经过时间tm之后出现VR4<VR2的现象,此时比较器输出低电平。
唤醒模块13包括开关组件,当比较器的输出端输出低电平,开关组件闭合并输出唤醒信号,该唤醒信号可以触发电池管理***的工作电路导通。示例地,如图2所示,开关组件包括三极管、发光二极管以及光耦开关,当比较器的输出端输出低电平,发光二极管支路导通,光耦开关闭合,MCU的I/O口接受到5V电压信号,该电压信号即唤醒信号,可以触发电池管理***的工作电路导通。
采用上述电池状态监测电路,在电池管理***休眠状态下,通过电阻-电容定时模块记录时间,电压监测模块对整个电池***的电压进行监测分析,判断电池电压状态是否发生异常,若电池电压状态存在异常,通过唤醒模块可以唤醒电池管理***,以对电池状态再次检测确认,并执行相应的告警操作。上述电池状态监测电路仅在整车休眠状态下工作,且电路简单,包括仅负载、采样分压电阻和工作在μA级的比较器,通过调节其分压电阻值的大小,可以使该电路工作在μA级工作,能够实现低功耗、全时监测电池状态,降低了因BMS唤醒间隔期监测不到位存在热失控故障检测疏漏的风险,提高了电池产品的可靠性。
图3是本公开实施例提供的一种电池状态监测方法的流程图,如图3所示,该方法包括以下步骤:
S31、获取电池的电信号参数,该电信号参数包括电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率。
本公开实施例所提供电池状态监测方法应用于上述实施例提供的电池状态监测电路。电动汽车/储能***若发生热失控故障,则会出现电压变化率异常增大、产热异常增加等现象,BMS能够检测出该故障的发生,其实质为将电芯电压、温度等数据进行采集并存储,以过去值和当前值进行对比,来判断是否发生热失控故障。在方法实施过程中,若电动汽车/储能***处于运行工况,首先通过BMS检测电池是否发生热失控故障,当BMS处于休眠状态,则通过电池状态监测电路获取电池的电信号参数,具体地,电信号参数包括电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率,比如采样位置为图2所示的电阻R4两端电压,预设时长为电阻-电容定时模块11的RC电路的时间常数τ,那么电阻R4两端的电压变化率VCR4为时刻t电阻R4两端电压Vt与时刻t+τ电阻R2两端电压Vt+τ的差值除以Vt。
S32、若电压变化率大于预设电压变化率阈值,确定电池电压状态发生异常。
示例地,预设电压变化率阈值为VNCR,当VCR4≤VNCR,说明电压变化率在正常范围内,若VCR4>VNCR,说明电压变化率异常,可能存在热失控故障。
可选地,电池状态监测方法还包括,在确定电池电压状态发生异常之后,生成唤醒信号,该唤醒信号用于触发电池管理***的工作电路导通,对电池状态再次确认,若确实发生热失控故障,BMS发出警告,提示用户和周边行人远离,并将数据上报至大数据平台。若检测到未发生热失控故障,则继续保持休眠状态,以减少电量消耗,延长车辆续航时间。
采用上述方法,在电池***休眠状态下,通过电容记录历史电压,RC电路记录时间,比较器电路对整个电池***的电压进行诊断分析,判断当前电池电压状态。在电池电压变化率发生异常增大时,唤醒电池管理***,对电池状态再次确认。在电池发生热失控之前及时发出故障告警,实现低功耗的全时检测,提高产品的可靠性。
图4是本公开实施例提供的一种电池状态监测装置的框图,如图4所示,装置400包括获取模块401和确定模块402。其中,获取模块401用于获取电池的电信号参数,其中,电信号参数包括电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率;确定模块402,用于在电压变化率大于预设电压变化率阈值时,确定电池电压状态发生异常。
可选地,装置400还可以包括生成模块,该生成模块用于生成唤醒信号,唤醒信号用于触发电池管理***的工作电路导通。
采用上述装置,在电池***休眠状态下,通过电容记录历史电压,RC电路记录时间,比较器电路对整个电池***的电压进行诊断分析,判断当前电池电压状态。在电池电压变化率发生异常增大时,唤醒电池管理***,对电池状态再次确认。在电池发生热失控之前及时发出故障告警,实现低功耗的全时检测,提高产品的可靠性。
相应地,本公开实施例提供一种电池管理***,包括上述任一公开实施例所提供的电池状态监测电路。
相应地,本公开实施例提供一种电池管理***,包括电池状态监测电路以及电池状态监测装置。
本公开实施例还提供一种车辆,该车辆包括上述公开实施例所提供的电池管理***,具体参照上述对应的描述,此处不再赘述。
关于上述实施例中的装置,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种电池状态监测电路,其特征在于,包括:
电阻-电容定时模块,与所述电阻-电容定时模块电性连接的电压监测模块,以及与所述电压监测模块电性连接的唤醒模块;
其中,所述电压监测模块用于监测电池电压状态是否发生异常,所述唤醒模块用于唤醒电池管理***。
2.根据权利要求1所述的电池状态监测电路,其特征在于,所述电压监测模块包括前端采集芯片,所述前端采集芯片用于采集电池电压信息。
3.根据权利要求1所述的电池状态监测电路,其特征在于,所述电压监测模块包括比较器,所述比较器用于在第一输入端的输入电压大于第二输入端的输入电压时,触发所述比较器输出端输出高电平;在第一输入端的输入电压小于第二输入端的输入电压时,触发所述比较器输出端输出低电平。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池状态监测电路,其特征在于,所述唤醒模块包括开关组件,所述开关组件闭合时输出唤醒信号,以触发所述电池管理***的工作电路导通。
5.一种电池状态监测方法,其特征在于,应用于如权利要求1所述的电池状态监测电路中,所述方法包括:
获取电池的电信号参数,其中,所述电信号参数包括如权利要求1所述的电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率;
若所述电压变化率大于预设电压变化率阈值,确定电池电压状态发生异常。
6.根据权利要求5所述的电池状态监测方法,其特征在于,所述方法还包括:
生成唤醒信号,所述唤醒信号用于触发电池管理***的工作电路导通。
7.一种电池状态监测装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,用于获取电池的电信号参数,其中,所述电信号参数包括如权利要求1所述的电池状态监测电路的采样位置处在预设时长内的电压变化率;
确定模块,用于在所述电压变化率大于预设电压变化率阈值时,确定电池电压状态发生异常。
8.一种电池管理***,其特征在于,包括如权利要求1至4中任一项所述的电池状态监测电路。
9.一种电池管理***,其特征在于,包括如权利要求1所述的电池状态监测电路,以及如权利要求7所述的电池状态监测装置。
10.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求8或9所述的电池管理***。
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