CN117054895A - 电池监测设备及方法 - Google Patents

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CN117054895A CN202311020364.1A CN202311020364A CN117054895A CN 117054895 A CN117054895 A CN 117054895A CN 202311020364 A CN202311020364 A CN 202311020364A CN 117054895 A CN117054895 A CN 117054895A
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李硕硕
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Abstract

本发明实施例提供一种电池监测设备及方法。该设备及方法利用多路复用器的多个输入端口分别采集被控电池中多个单体电池的模拟电信号，通过控制多路复用器的输入端口与输出端口逐个导通，使各个单体电池的模拟电信号逐个输出至模数转换器中进行模数转换，得到相应的数字信号，实现通过一个模数转换器分时转换得到多个单体电池对应的数字信号，减少了模数转换通道的数量，降低电池监测成本。本发明实施例还可以对被控电池的不同分区一一配置多路复用器，实现对被控电池的相关数据的分区测量、传输及处理。本发明实施例还可以用于电化学阻抗谱测量，通过多路复用器分别采集每个单体电池对应的交流响应信号，实现对每个单体电池的电化学阻抗谱分析。

Description

电池监测设备及方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池监测设备及方法。
背景技术
电池管理***(Battery Management System,BMS)作为电池应用领域的必要的配置，主要用于智能化管理及维护电池单元，监测电池状态，防止电池过度使用，如过充电、过放电，延长电池使用寿命。BMS通过采集电池单元的电信号，如每个单体电池的电压，来分析电池状态。
由于电池单元的原始信号为模拟信号，需要将其转换为数字信号，才能供BMS的处理器进行分析处理。然而电池包、电池模组等电池单元中往往包含多个单体电池，因此在对电池单元中的多个单体电池进行同步监测时，需要为每个单体电池配置一个模数转换通道，以分别获取每个单体电池的数字信号，从而整个BMS需要大量的模数转换通道，电池安全管理成本较高。
发明内容
针对以上技术问题，本发明实施例提供一种电池监测设备及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种电池监测设备，包括：主控单元、模数转换器和至少一个多路复用器；
所述多路复用器包括控制端口、输出端口和多个输入端口；
所述多路复用器的至少一个输入端口与被控电池的单体电池一一对应连接，用于采集所述单体电池的模拟电信号；
所述多路复用器的输出端口连接于所述模数转换器的模拟信号输入端口；所述模数转换器的数字信号输出端口连接于所述主控单元；
所述主控单元与所述多路复用器的控制端口连接，所述主控单元用于向所述多路复用器发送选通控制信号，以控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，使相应输入端口采集的所述模拟电信号通过所述输出端口输出至所述模数转换器。
第二方面，本发明实施例提供一种电池监测方法，应用于被控电池，所述被控电池中的至少一个单体电池与多路复用器的至少一个输入端口一一对应连接；所述方法包括：
向所述多路复用器发送选通控制信号；所述选通控制信号用于控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，使所述多路复用器采集各个输入端口对应的单体电池的模拟电信号，并将所述模拟电信号通过所述输出端口输出；
获取所述模拟电信号对应的数字信号；
根据所述数字信号分析所述被控电池的状态信息。
第三方面，本发明实施例提供一种电池管理***，包括上述第一方面所述的电池监测设备。
第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序产品；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序产品，且所述计算机程序产品被执行时，实现上述第二方面所述的方法。
第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时，实现上述第二方面所述的方法。
综上所述，本发明实施例提供的电池监测设备及方法，利用多路复用器的多个输入端口分别采集被控电池中多个单体电池的模拟电信号，通过选择控制其输入端口与输出端口逐个导通，使得各个单体电池的模拟电信号逐个输入模数转换器中进行模数转换，得到相应的数字信号，从而实现通过一个模数转换器分时转换得到多个单体电池对应的数字信号，大大减少了模数转换通道的数量，降低电池监测成本。
其次，本发明实施例通过对被控电池分区，每个分区中的单体电池对应连接于不同的多路复用器，可以实现对集成有任意数量单体电池的电池包的相关信号进行分区测量、传输及处理，不会增加数模转换通道的数量，降低电池监测成本，还可以在监测到信号异常时，快速确定对应的单体电池所在分区，从而快速定位故障，有利于快速排出故障，保障电池包的正常使用，延长使用寿命。
再次，本发明实施例还通过辅助电路单元与被控电池形成测量回路，然后通过采集该测量回路的实际采样信号，并对其与参考正弦信号的差值进行PID控制，将得到的PID控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对被控电池施加了正弦交流激励信号，相应的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到被控电池的电化学阻抗。进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到被控电池的电化学阻抗谱，不需要使用交流信号发生器，从而可以降低测量成本和测量设备的尺寸，方便快捷、随时随地进行被控电池的电化学阻抗谱测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电池监测设备的结构示意图；
图2为图1所示电池监测设备与被控电池的接线示意图；
图3为本发明实施例提供的电池监测设备与被控电池的另一种接线示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种电池监测设备的结构示意图；
图5为图4所示电池监测设备应用于电化学阻抗谱测量时的接线示意图；
图6为图4所示电池监测设备中主控单元生成激励信号的原理图；
图7为图4所示电池监测设备中辅助电路单元的一种结构示意图；
图8为图4所示电池监测设备采集到的两个交流响应信号的相位示意图；
图9为本发明实施例提供的一种电池监测方法的流程图；
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图；
图11为本发明实施例提供的参考正弦信号的样本数据与采样时间间隔之间关系的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为解决现有BMS在监测电池状态时需要大量数模转换通道，导致成本高的问题，本发明实施例提供一种低成本的电池监测设备及方法。下面结合附图对本发明实施例进行详细阐述。
图1为本发明实施例提供的一种电池监测设备的结构示意图，图2为图1所示电池监测设备与被控电池的接线示意图。参照图1和图2，本发明实施例提供的电池监测设备10包括：主控单元11、模数转换器12和至少一个多路复用器13。
多路复用器13包括控制端口D、输出端口AOUT和多个输入端口AI0、AI1、A2……AIn。多路复用器13的至少一个输入端口与被控电池10的单体电池一一对应连接，用于采集所述单体电池的模拟电信号，如图2中，多路复用器13的输入端口AI0和单体电池B0之间、输入端口AI1和单体电池B1之间，都通过信号采集线31连接，即每个输入端口对应采集一个单体电池的模拟电信号。多路复用器13的输出端口AOUT连接于模数转换器12的模拟信号输入端口AIN0。多路复用器13的控制端口D与主控单元11连接。
多路复用器(Multiplexer，MUX)的多个输入端口复用同一个输出端口，即同一时刻，只有一个输入端口与输出端口导通，输出该输入端口采集的信号。哪个输入端口和输出端口的导通由控制端口D接收到的选通控制信号决定。
假设，多路复用器13具有4个输入端口AI0、AI1、A2和A3，控制端口D接收到的选通控制信号可以为两位二进制数：当选通控制信号为00时，输入端口AI0和输出端口导通；当选通控制信号为01时，输入端口AI1和输出端口导通；当选通控制信号为10时，输入端口AI2和输出端口导通；当选通控制信号为11时，输入端口AI3和输出端口导通。可以理解的是，当输入端口数量更多时，控制信号可以为更多位的二进制数，如三位二进制数000～111最多可对应控制8个输入端口，此处不再一一举例。
模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)也可以设置多个模拟信号输入端口，如图1和图2所示的AIN0、AIN1……AINn，当该电池监测设备10中设置有多个多路复用器13时，每个多路复用器13的输出端口分别连接于模数转换器12的一个模拟信号输入端口，即多个多路复用器13可以共用一个模数转换器12进行相关信号的模数转换。
模数转换器12的数字信号输出端口DOUT连接于所述主控单元11，用于将转换得到的数字信号输出至主控单元11。
一个可能的实施方式中，本发明实施例中，多路复用器13的各个输入端口通过信号采集吸纳31连接相应单体电池的正极，单体电池的负极共同连接至模数转换器12的接地端口GND。
该电池监测设备10的工作原理如下：多路复用器13的输入端口与被控电池20中的单体电池一一对应连接，即每个输入端口对应采集一个单体电池的模拟电信号；主控单元11通过控制端口D向多路复用器13发送选通控制信号，控制多路复用器13的各个输入端口逐个与输出端口导通，从而各个输入端口采集的所述模拟电信号逐个通过所述输出端口输出至模数转换器12；模数转换器12逐个将所述模拟电信号进行模数转换，得到相应的数字信号，输出至主控单元11，从而主控单元11仅通过一个模数转换器就可以得到多个单体电池对应的数字信号，进而根据这些数字信号对被控电池的状态进行分析。
由以上结构及工作原理可知，本发明实施例提供的电池监测设备利用多路复用器的多个输入端口分别采集被控电池中多个单体电池的模拟电信号，通过选择控制其输入端口与输出端口逐个导通，使得各个单体电池的模拟电信号逐个输入模数转换器中进行模数转换，得到相应的数字信号，从而实现通过一个模数转换器分时转换得到多个单体电池对应的数字信号，大大减少了模数转换通道的数量，降低电池监测成本。
一个可能的实施方式中，上述电池监测设备10的模数转换器12可以和主控单元11集成于同一个芯片中，提高电池监测设备10的集成度，减小设备的电路板面积，有利于将该设备设置于现有任意需要采集多个单体电池信号的设备中。
一个可能的实施方式中，上述主控单元11、模数转换器12和多路复用器13可以集成于一个电路板上，该集成电路板形式的电池监测设备可以独立使用，也可以设置于BMS中，代替现有BMS的电池信号采集模块。
一个可能的实施方式中，上述多路复用器13的输出端口和模数转换器12的输入端口之间可以通过电路板上的预制线路连接，也可以分别在电路板上设置外接端口，通过外部接线连接，便于根据使用需求在多路复用器13和模数转换器12之间串接其他功能器件，如信号放大器等。
一个可能的实施方式中，主控单元11向所述多路复用器13发送选通控制信号，具体可以包括：
主控单元11按照预设时间间隔t0向所述多路复用器13发送所述选通控制信号，从而控制所述多路复用器13的各个输入端口按照所述预设时间间隔t0逐个与所述输出端口导通，也即每隔t0采集一个单体电池的数字信号。
本发明实施例提供的电池监测设备可以采集被控电池的直流信号，也可以采集交流信号，如用于被控电池的电化学阻抗测量。
需要说明的是，上述预设时间间隔t0的最小值受硬件性能的限制，例如模数转换器的性能越好，t0的最小值可以越小。本发明实施例对被控电池中多个单体电池的信号采集顺序不作限制；信号采集的间隔时间t0可以是固定的，如采样硬件性能允许的最小值，便于控制总监测时长，同时便于在采集被控电池的交流信号时确定采样延迟时间并消除采样延迟导致的相位差。当然，在其他可能的实施方式中，如采集直流信号的场景下，由于不存在相位延迟的问题，主控单元控制多路复用器的导通通道切换的间隔时间也可以是随机的，即不同单体电池的信号采集间隔时间可以是随机的。
一个可能的实施方式中，本发明实施例提供的电池监测设备中，主控单元11在接收到模数转换器输出的数字信号时，可以执行如下操作：判断所述数字信号是否异常，并在所述数字信号异常时，重新发送所述选通控制信号，以控制所述数字信号对应的所述多路复用器的输入端口再次与输出端口导通，使所述多路复用器重新采集对应的单体电池的模拟电信号。
假设，利用本发明实施例提供的电池监测设备测量被控电池中各个单体电池的直流电压，主控单元接收到的数字信号即为各个单体电池的直流电压值Vi，其中，i表示采集该直流电压的多路复用器的输入通道对应的编号；如果该直流电压值小于预设的电压阈值V0，即Vi＜V0，则判定该数字信号Vi存在异常，主控单元重新发送选通控制信号，控制多路复用器的输入通道i与输出通道导通，从而重新采集相应单体电池的直流电压值，进而重新判断其是否异常；如果重新采集的直流电压值仍小于电压阈值V0，则可以确定相应的单体电池出现故障，如果重新采集的直流电压值不再小于电压阈值V0，则可以确定上一次测量出现偶然误差，可以忽略上次测量结果。
可以理解的是，当判断出现异常时，可以重新测量2次、3次等，直至连续多次测量的异常判断结果相同。
可见，本发明实施例提供的电池监测设备，在采集得到的数字信号存在异常时，不需要重复整个测量过程，而是通过控制异常的数字信号对应的多路复用器输入端口与输出端口再次导通，即可重新采集该输入端口对应的数字信号，从而可以排除偶然误差，快速确定确实出现故障的单体电池，保证测量结果的准确度、提高故障识别效率。
一个可能的实施方式中，当被控电池中的单体电池个数很多时，可以对其进行分区，每个分区包括多个单体电池。上述电池监测设备10中可以包括多个多路复用器，与被控电池的多个分区一一对应，即每个多路复用器对应采集一个分区中的单体电池的信号。
图3为本发明实施例提供的电池监测设备与被控电池的另一种接线示意图。参见图3，被控电池20中的多个单体电池被平均划分为4个区域，分区21中的各个单体电池分别与第一多路复用器131(即MUX1)的输入端口AI0～AIn连接，分区22中的各个单体电池分别与第二多路复用器132(即MUX2)的输入端口连接，分区23中的各个单体电池分别与第三多路复用器133(即MUX3)的输入端口连接，分区24中的各个单体电池分别与第四多路复用器134(即MUX4)的输入端口连接，四个多路复用器131～134的输出端口与模数转换器12的四个模拟信号输入端口AIN0、AIN1、AIN2和AIN3一一对一个连接。
图中未示出的是，被控电池20中各个单体电池的负极都可以统一连接至模数转换器12的接地端口GND。
主控单元11与每个多路复用器的控制端口连接，向其发送选通控制信号，以控制各个多路复用器的各个输入端口逐一与输出端口导通，从而实现逐一采集每个分区中的每个单体电池对应的数字信号。
假设上述四个分区21～24中，每个分区包含k个单体电池，主控单元相邻两次选通控制信号的发送时间间隔t0可以视为每个单体电池对应的信号采集时间，故每个分区的信号采集时间为t21＝t22＝t23＝t24＝k×t0，则对被控电池进行相关信号采集所需的总时间T为T＝t21+t22+t23+t24＝4×k×t0。
需要说明的是，图3中以四个平均分区为例，每个分区中的单体电池个数相同；根据实际应用需求，分区个数、被控监测设备中多路复用器的个数可以设置为其他数量，如2个、3个、5个等，每个分区中的单体电池个数与可以不同。例如，在具有多个模组的被控电池包中，可以直接以每个模组作为一个分区。本发明实施例对具体的分区方式不作限制。另外，不同分区的信号采集顺序可以为任意顺序，本发明实施例对此也不做限定。
由以上实施例可知，通过对被控电池分区，每个分区中的单体电池对应连接于不同的多路复用器，可以实现对集成有任意数量单体电池的电池包的相关信号进行分区测量、传输及处理，不会增加数模转换通道的数量，降低电池监测成本。同时，应用本发明实施例，可以根据实际需求，对某一个或某几个分区单独进行监测，或者分时段对不同分区的单体电池或电池模组进行监测，减少主控单元在同一时段内的数据处理量，保证数据处理准确度及电池状态分析的准确度，还可以延长该电池监测设备的使用寿命。另外，在判断得到数字信号存在异常时，不需要对整个被控电池全部重新测量，而是根据异常数字信号的来源(即其对应的模拟信号由哪个多路复用器的哪个输入端口输入)，就可以快速确定对应的单体电池所在分区，从而快速定位故障，有利于快速排出故障，保障电池包的正常使用，延长使用寿命。
图3所示实施例他中，不同多路复用器接于模数转换器的不同模拟信号输入端口；在其他可能的实施例中，不同多路复用器的输出端口可以共同接于数模转换器的同一个模拟信号输入端口，通过主控单元控制不同多路复用器分时段采集输出相应分区中单体电池的模拟电信号，不同多路复用器不会同时输出，不会出现信号干扰，不需要根据多路复用器的个数配置模数转换器的输入通道个数，使得电池监测设备内部结构及线路连接更简单，成本更低。
一个可能的实施方式中，上述电池监测设备还可以包括：信号开关。其中，该信号开关串接于所述多路复用器的输出端和所述模数转换器的模拟信号输入端之间，或者，所述信号开关串接于所述模数转换器的输出端和所述主控单元之间。
所述信号开关的控制端口连接于所述主控单元；所述主控单元还用于控制所述信号开关的开关状态。
本发明实施例中，可以在每个多路复用器的输出端口后串联一个上述信号开关，分别控制每个多路复用器所在信号采集线路的导通和断开。或者，还可以将上述信号开关设置在模数转换器和主控单元传输线路上，统一控制整个信号采集线路的导通和断开。
上述信号开关串联于信号采集线路上，作为信号采集的总开关，由主控单元控制其开关状态，从而控制信号采集线的导通和断开，即控制测量流程的开始和结束，方便快捷。
一个可能的实施方式中，上述电池监测设备中多路复用器采集到的单体电池的模拟电信号包括直流信号，如直流电源、直流电流等。
在另一个可能的实施方式中，上述电池监测设备还可用于采集被控电池的交流信号，应用于被控电池的电化学阻抗谱测量场景。图4为本发明实施例提供的电池监测设备的另一种结构示意图，图5为图4所示电池监测设备应用于被控电池的电化学阻抗谱测量时的接线示意图。
参见图4和图5，基于图1所示结构，本发明实施例提供的电池监测设备10还包括辅助电路单元14。该辅助电路单元14通过电源连接线32与被控电池20的正极端口和负极端口连接，形成测量回路；该辅助电路单元14还与主控单元11连接，以接收主控单元11发送的激励信号。
在图4所示设备中，辅助电路单元14作为信号测量的辅助单元，用于辅助产生电化学阻抗谱测量所需的交流信号，多路复用器13和模数转换器12构成信号采集单元，采集所述交流信号，主控单元11通过分析采集到的所述交流信号，可以得到被控电池的电化学阻抗谱。其中，多路复用器13的各个输入端口和被控电池20的各个单体电池一一对应连接，故多路复用器13的被控电池20之间连接有多条信号采集线31，图5中仅画出一条作为示例。
其中，主控单元11通过执行以下操作生成上述激励信号：
获取所述测量回路的实际采样信号；然后，根据PID控制算法对所述实际采样信号和参考正弦信号的差值进行调制，得到的PID调制信号即为所述激励信号。
上述PID控制算法，即比例(Proportional)积分(Integral)微分(Derivative)控制算法，其原理为将被控对象的实际采样数据与给定的参考数据之间的误差按比例、积分和微分三种算法叠加的方式进行控制，使得实际采样数据逐步趋近参考数据，达到控制目的。
可选的，可以通过多路复用器13及模数转换器12构成的信号采集单元采集上述实际采样信号。所述实际采样信号包括所述测量回路的电流信号和电压信号中的任一种。
在一个可能的实施方式中，主控单元11可以从相关存储模块中读取得到上述参考正弦信号；以电路激励为例，该参考正弦信号在相关存储设备模块中可以以时间非连续性信号Iref(n)的形式存储，即存储该参考正弦信号Iref(t)在至少一个周期内多个采样点的采样值{Iref(0)，Iref(1)，Iref(2)，……}。在一个可能的实施方式中，主控单元11还可以通过函数计算的方式实时获取上述参考正弦信号。
图6为本发明实施例提供的主控单元通过PID控制算法生成激励信号的原理图。参见图6，以电流激励方式为例，本发明实施例中，将测量回路的电流信号的采样信号I(n)与参考正弦信号Iref(n)的差值ΔI(n)进行PID控制，该PID控制算法输出的控制信号作为激励信号，引入测量回路，使得其电流信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学***施加了正弦电流信号。
其中，ΔI(n)＝I(n)-Iref(n)，对ΔI(n)进行PID控制得到激励信号的过程可以表示为如下公式：
上式中，α(n)为拉普拉斯变换下的激励信号α(s)的时间非连续性表示，kp×ΔI(n)为比例控制部分，kp为比例参数；为积分控制部分，ki为积分参数；kd×(ΔI(n)-ΔI(n-1))为微分控制部分，kd为微分参数。
在得到所述激励信号后，主控单元11继续执行以下操作，以得到被控电池20的电化学阻抗：
主控单元11将所述激励信号输入所述测量回路，以使所述测量回路产生交流响应信号；然后，通过控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，获取各个输入端口对应的单体电池的所述交流响应信号；然后，根据所述交流响应信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
基于图6所示原理图，在将电流激励信号引入测量回路后，产生的响应信号即为测量回路的电压信号，故主控单元11可以通过多路复用器获取被控电池20的各个单体电池对应的电压响应信号，进而根据该电压响应信号即可计算得到该被控电池20的电化学阻抗。在此基础上，通过调整激励信号的频率，获取不同频率的激励信号对应的响应信号，即可计算得到该被控电池20在不同频率下的电化学阻抗，即得到电化学阻抗谱。
可选的，可以基于欧姆定律计算被控电池20的电化学阻抗Z，其中，/>表示被控电池20的交流电压，即测量得到的电压响应信号，/>表示测量回路的交流电流。
需要说明的是，图6所示原理图以电流激励方式为例，即采集测量回路的电流信号，生成电流激励信号并引入测量回路，相应的响应信号为测量回路的电压信号；在本发明其他可能的实施方式中，也可以采用电压激励方式，即采集测量回路的电压信号，根据PID控制算法生成电压激励信号并引入测量回路，相应的响应信号即为测量回路的电流信号。
可选的，若被控电池的容量较大，可以采用电流激励的方式，若被控电池的容量较小，可以采样电压激励的方式。
由以上阐述可知，本发明实施例通过辅助电路单元与被控电池形成测量回路，然后主控单元通过采集该测量回路的实际采样信号，并对其与参考正弦信号的差值进行PID控制，将得到的PID控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对被控电池施加了正弦交流激励信号，相应的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到被控电池的电化学阻抗。进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到被控电池的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行被控电池的电化学阻抗谱测量，不需要使用交流信号发生器，从而可以降低测量成本和测量设备的尺寸，可以方便快捷、随时随地进行被控电池的电化学阻抗谱测量。同时，本发明实施例利用多路复用器分时采集多个单体电池的响应信号，不需要为每个单体电池配置模数转换通道，既可以得到每个单体电池的电化学阻抗谱，了解每个单体电池的健康状态，又可以降低设备成本。
图7为图4所示电池监测设备中辅助电路单元14的一种结构示意图。参照图7，在一个可能的实施方式中，与被控电池形成测量回路的辅助电路单元14可以包括：直流变压电路141和负载电阻142。
直流变压电路141的两个输入端分别连接被控电池20的正极和负极，直流变压电路141的两个输出端分别连接负载电阻142的两端。
直流变压电路141用于将被控电池20输出的高功率直流电压转化为低功率直流电压，再施加于负载电阻142上。如图7所示，负载电阻142还表示为R，直流变压电路141中设置有开关器件S、电容C、电感L和二极管D，直流变压电路141的输入电压Vin，也就是被控电池20的输出电压，通过控制该开关器件S的开通和关断，可以控制对电容组件C的充放电状态：当开关器件S开通时，电容C处于充电状态，当开关器件S关断时，电容C处于放电状态；从而改变电容组件C两端的电压，即该直流变压电路141的输出电压Vout，实现由高电压Vin转换为低电压Vout。
图7中的直流变压电路中以P沟道增强型金属氧化物场效应管作为开关器件S，在其他实施方式中，还可以采样其他形式的电路元件或开关电路作为开关器件S，此处不再赘述。
需要说明的是，图7所示的辅助电路单元、直流变压电路只是本发明的一种具体实施方式，可以将电化学***输出的高电压转换为低电压；在实际应用场景中，还可以采样其他形式的辅助电路单元或直流变压电路进行电压转换，实现将电化学***输出的低电压转换为高电压，使转换后的电压范围更容易被测量装置或测量设备测量。根据本发明实施例的原理，通过不同的测量辅助电流或不同的质量变压电路可以实现与本发明实施例相同或相似的技术效果，故都在本发明的保护范围内。
基于图7所示的辅助电路单元14，前文中主控单元11获取的实际采样信号具体可以为直流变压电路141的输入电流Iin的采样信号；主控单元11将激励信号输入测量回路，具体可以为：将所述激励信号输入开关器件S的控制信号端，以通过该激励信号控制开关器件S交替开通和断开，使得电容C在充电状态和放电状态之间交替，从而使测量回路产生交流响应信号。通过测量该交流响应信号，即可根据其计算被控电池20的电化学阻抗。
结合图6所示的PID控制原理，测量回路作为PID控制***的执行结构，其输入为PID控制信号，即激励信号α(s)，使测量回路被激励产生交流信号；其中对产生的交流电流信号Iin进行采样，即得到实际电流采样信号I(n)，反馈至PID控制过程；图7所示的辅助电路单元14与被控电池20形成的测量回路的平均状态传递函数C(s)可以表示为：
其中，I(s)为电流信号Iin在拉普拉斯变化下的表示，s为拉普拉斯变换参数，R为负载电阻142的阻值，C和L分别为直流变压电路141中的电容值和电感值，Vin为直流变压电路141的输入电压。
本发明上述实施例中，辅助电路单元包括直流变压电路和负载电阻，其与被控电池形成测量回路，主控单元通过采集直流变压电路的输入电流信号利用PID控制算法产生激励信号，并将该激励信号引入直流变压电路的开关器件，控制该开关器件的开关状态变化，从而使测量回路产生交流响应信号。上述直流变压电路和负载电阻形成的辅助电路单元可以直接连接于被控电池的两个电极端口，相当于与被控电池的工作回路并联，不会影响其工作回路的运行状况，不需要将被控电池从其工作回路中断开，因此，本发明实施例可以在被控电池常规运行工况下实现对其电化学阻抗谱的测量，也即在电池的生产、使用过程中，随时都可以基于本发明实施例测量其电化学阻抗谱。另外，由于通过辅助电路单元中的直流变压电路可以将被控电池输出的高电压转换为更便于测量的低电压，或者将电化学***输出的低电压转换为更便于测量的高电压，因此本发明实施例可以广泛应用于低功率和高功率电池的电化学阻抗谱测量，及时掌握电池***的内部状态，了解电池的健康状态、寿命等信息，及时发现电池故障。
由于电池组件在充电或放电等常规工况下，其荷电状态(State of Charge，SOC)，即其剩余电量与电池满电容量的比值，是不断变化的，荷电状态变化量△SOC即相邻两个时刻电池组件的荷电状态差值。为保证测量效果及测量结果的准确度，测量过程中电池组件的△SOC越小越好。在实际应用场景中，可以通过控制测量周期、路端电流大小等方式尽量减小电池组件的荷电状态变化量。可选的，可以在电池组件的荷电状态变化量△SOC≤5％的工况下进行电化学阻抗谱测量。
本实施例将测量条件设置在△SOC≤5％内，可以减小测量过程中电池组件因快速充放电导致的电化学阻抗变化，保证测量准确度。
在一个可能的实施方式中，上述主控单元11将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：主控单元11对所述激励信号进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。可选的，将得到的脉宽调制信号输入图7所示的开关器件S的控制信号端。
本发明实施例中，通过脉宽调制，将激励信号调整为由简单的高电平和低电平组成的脉宽调制信号，且可以根据需要进一步调整脉宽调制信号的占空比，更利于控制开关器件S。
可选的，通过对激励信号进行脉宽调制，可以根据实际控制需求将脉宽调制信号的占空比限定在(0,1)内的任意范围，从而控制开关器件的开通时长和关断时长的比值，也即控制直流变压电路中电容的充电时长和放电时长的比值，最终达到控制测量回路的电流和电压的目的。
在一个可能的实施方式中，主控单元11获取所述测量回路的实际采样信号，具体可以包括：主控单元11按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；相应的，主控单元11可以通过如下方式获取参考正弦信号：对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
上述预设采样间隔t1，即对测量回路进行采样的采样间隔时间，其最小值由相关硬件设备的性能有关，硬件设备性能越好，则t1的值可以越小。在测量开始前设定好预设采样间隔t1，可以直接采用硬件设备允许的最小值，则在整个测量过程中，均按照该预设采样间隔t1进行采样。
如前文所述，以电流激励为例，参考正弦信号可以以至少一个周期内多个采样点的采样值{Iref(0)，Iref(1)，Iref(2)，……}的形式预先存储在相关存储单元中。
每得到一个实际采样信号，就获取一个样本数据作为参考值，进而将二者的差值通过PID控制算法进行调制，即相邻两次读取参考正弦信号的样本数据的时间间隔也为t1，若参考正弦信号一个周期内的样本数据的个数为N，则相当于此时采用的参考正弦信号的周期为t2＝N*t1。参照图11，参考正弦信号一个周期内有12个采样点(1号和13号采样点为重复的采样点)，对应12个样本数据，故在以t1为间隔获取实际采样信号及对应的样本数据时，对应的参考正弦信号的周期t2＝12*t1。
在一个可能的实施方式中，在第i个采样时刻采样得到第i个实际采样信号I(i)后，即可从相关存储单元中读取参考正弦信号的一个采样数据，如Iref(0)，进而根据PID控制算法对二者差值ΔI(i)＝I(i)-Iref(0)进行调制；在下一个，即第i+1个，采样时刻采样得到第i+1个实际采样信号I(i+1)后，则从相关存储单元中读取参考正弦信号的下一个采样数据，即Iref(1)，进而根据PID控制算法对二者差值ΔI(i+1)＝I(i+1)-Iref(1)进行调制……以此类推。此时，由于实际采样信号、参考正弦信号的样本数据及二者差值是一一对应的，故主控单元11通过PID控制得到的激励信号的周期与预设采样间隔t1、参考正弦信号一个周期内的样本数据的个数N相关，也与此时的参考正弦信号的周期是一致的，即为N*t1；相应的，激励信号的频率为1/(N*t1)。
在其他可能的实施方式中，可以通过对连续多个实际采样信号循环读取参考正弦信号的同一个样本数据，来调节激励信号的周期，也即调节激励信号的频率，得到所需频率的激励信号。
即，主控单元11对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，具体可以包括：
根据预设频率f确定循环次数m；
对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；
对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；
其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。
实际应用场景所需的激励信号的频率，即所述预设频率f，是已知的，可以根据上述关系式1/f＝m*N*t1确定m。假设m＝3，则在第i个采样时刻得到实际采样信号I(i)后，读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i)对应的样本数据；在第i+1个采样时刻得到实际采样信号I(i+1)后，仍读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i+1)对应的样本数据；在第i+2(即i+m-1＝i+3-1＝i+2)个采样时刻得到实际采样信号I(i+2)后，仍读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i+2)对应的样本数据；在第i+3(即i+m)个采样时刻得到实际采样信号I(i+3)后，读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+3)对应的样本数据；在第i+4个采样时刻得到实际采样信号I(i+4)后，仍读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+4)对应的样本数据；在第i+5(即i+2m-1＝i+2*3-1＝i+5)个采样时刻得到实际采样信号I(i+5)后，仍读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+5)对应的样本数据……以此类推，即每连续m个实际采样信号对应一个样本数据。
相应的，主控单元11根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，具体可以包括：
主控单元11根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
由于每连续m个实际采样信号对应一个样本数据，故得到的激励信号的周期则为m*N*t1，即激励信号的频率为1/(m*N*t1)＝f。可见，通过以上方法可以达到调节激励信号频率的目的，得到频率为预设频率f的激励信号。
本发明实施例中，由于预设采样间隔t1的最小值受硬件(如上述模数转换器)性能限制，故得到的激励信号频率的最大值是有限的，即m＝1时的频率1/(N*t1)，m越大，得到的激励信号频率越小。实际应用场景中，可以控制激励信号的频率最高为3kHz。可选的，本发明实施例中，主控单元产生的激励信号的频率可以控制在0.01Hz～10Hz范围内。
基于以上实施例，主控单元通过控制PID控制算法输出的激励信号的频率，可以实现对测量回路中电流和电压频率的控制，从而可以得到不同频率下的电化学阻抗，即得到电化学阻抗谱。如在电流激励的情况下，主控单元通过上述PID控制方式产生激励信号并输入测量回路后，该测量回路即产生交流响应信号，也即被控电池可以输出交流电压，进而可以通过模数转换器12和多路复用器13采集被控电池及其中每个单体电池的交流电压信号，从而可以计算得到每个单体电池以及整个被控电池的电化学阻抗；通过调节激励信号的频率，即可得到不同频率下的电化学阻抗，也即得到每个单体电池以及整个被控电池的电化学阻抗谱。
在一个可能的实施方式中，主控单元11根据所述交流响应信号计算所述被控电池的电化学阻抗，具体可以包括：
主控单元11首先根据所述多路复用器的各个输入端口与输出端口的导通顺序对所述交流响应信号进行相位校正，然后根据校正后的信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
本发明实施例中，由于通过多路复用器分时采集各个单体电池的交流响应信号，则不同输入端口的采样时间存在延迟Δt，如图8所示的两次输入端口采集到的交流信号Wave1(实线波形)和Wave2(虚线波形)，进而导致采集到的交流响应信号存在相位差。主控单元11在对采集到的交流响应信号进行统一处理之前，需要消除该相位差，保证最终得到的数据分析结果(包括电化学阻抗谱)的准确性。
可选的，可以通过如下方式消除采样时间延迟导致的相位差：
假设如前文实施例所述，主控单元11按照预设时间间隔t0向多路复用器13发送所述选通控制信号，即相邻两次信号采集时间间隔为t0，对于同一多路复用器，如果控制其按照输入端口序号依次于输出端口导通，则输入端口AI0采集到的交流响应信号相位于实际交流响应信号相位一致，输入端口AIn的信号采集时间相对于输入端口AI0的信号采集时间延迟了Δt＝n×t0，采集到的交流响应信号的相位差Δθ可以表示为：Δθ＝ω×n×t0；其中，ω为角速度，n为多路复用器的输入通道序号，即n＝0,1,2，……。如果输入端口AI0采集到的交流响应信号为Wave1，表示为Wave1＝sin(θ1)＝sin(ωt)，输入端口AIn采集到的交流响应信号为Wave2＝sin(θ2)，其与Wave1的相位关系为θ2＝θ1-Δθ，即Wave2＝sin(θ2)＝sin(θ1-Δθ)＝sin(ωt-ωnt0)，进而要消除Wave2与Wave1之间的相位差，则需要对Wave2进行校正，校正后的信号Wave2′＝sin(θ3)的相位θ3＝θ2+Δθ，校正公式可以表示为Wave2′＝sin(θ2+Δθ)＝sin(ωt-ωnt0+ωnt0)＝sin(ωt)＝wave1。
可见，校正后的信号Wave2′与输入端口AI0采集到的信号Wave1的相位一致，也即与实际交流响应信号的相位一致，相位差被消除，可以保证主控单元最终得到的数据分析结果的准确性。
可以理解的是，当具有多个多路复用器时，不同多路复用器之间也是分时先后采集相应的交流响应信号；或者，在某些特殊应用需求下，主控单元控制的多路复用器的通道导通顺序与其输入通道的编号顺序不同。在上述情况下，可以直接以连续采集次数j表示相位差Δθ，即第j次采集到的交流响应信号与第1次采集到的交流响应信号的相位差可以表示为：Δθ＝ω×(j-1)×t0；其中，j＝1,2,3，……。信号校正方式可以参考前文所述，此处不再赘述。
一个可能的实施方式中，上述电池监测设备10还可以包括以下功能单元中的至少一项：
存储单元，与所述主控单元连接，用于存储以下数据中的至少一项：所述主控单元接收到的来自所述模数转换器的数字信号，或者，所述主控单元根据所述数字信号分析得到的所述被控电池的状态信息；
通信单元，与所述主控单元连接，用于将所述数字信号或所述状态信息传输至外部设备。
可选的，上述电池监测设备10中的各个功能单元可以集成于一个电路板上，该电路板上设置有多个外接端口，如用于辅助电路单元与被控电池之间连接的端口，用于多路复用器与被控电池之间连接的端口，还有该设备的电源端口，用于为各个功能单元供电。
综上所述，本发明实施例提供的电池监测设备，成本低，使用方便，不仅可以采集被控电池的直流信号，还可以采集交流信号，测量被控电池的电化学阻抗谱，可以独立使用或者应用于现有BMS中，实现对被控电池的实时且高效率的监测。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电池监测方法。图9为该电池监测方法的流程图，该方法应用于被控电池的监测，所述被控电池中的至少一个单体电池与多路复用器的至少一个输入端口一一对应连接，该多路复用器的输出端口连接模数转换器的模拟信号输入端口。参照图9，该方法包括如下步骤：
步骤101，向所述多路复用器发送选通控制信号；其中，所述选通控制信号用于控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，使所述多路复用器采集各个输入端口对应的单体电池的模拟电信号，并将所述模拟电信号通过所述输出端口输出至所述模数转换器；
步骤102，获取所述模拟电信号对应的数字信号；
多路复用器各个输入端口采集的模拟电信号依次通过输出端口输出至模数转换器，该模数转换器依次将该模拟电信号转换为数字信号，故获取该模数转换器的输出信号即为所述数字信号。
步骤103，根据所述数字信号分析所述被控电池的状态信息。
可选的，本发明实施例提供的电池监测方法可以被上述电池监测设备中的主控单元执行，以获取被控电池的状态信息，实现电池监测。
一个可能的实施方式中，所述被控电池包括多个分区，每个分区包括多个单体电池；所述多路复用器包括多个，并与所述被控电池的分区一一对应，所述多路复用器的至少一个输入端口与对应分区中的单体电池一一对应连接。在此基础上，上述步骤101所述的向所述多路复用器发送选通控制信号，具体可以包括：依次向每个分区对应的所述多路复用器发送所述选通控制信号。
一个可能的实施方式中，上述步骤101所述的向所述多路复用器发送选通控制信号，具体可以包括：按照预设时间间隔向所述多路复用器发送所述选通控制信号，以使所述多路复用器的各个输入端口按照所述预设时间间隔逐个与所述输出端口导通。
一个可能的实施方式中，上述方法还可以包括以下步骤：
步骤104，判断所述数字信号是否异常；
步骤105，在所述数字信号异常时，重新发送所述选通控制信号，以控制所述数字信号对应的所述多路复用器的输入端口再次与输出端口导通，使所述多路复用器重新采集对应的单体电池的模拟电信号。
一个可能的实施方式中，所述被控电池与辅助电路单元连接形成测量回路；上述方法还可以包括以下步骤：
步骤201，获取所述测量回路的实际采样信号；
步骤202，根据PID控制算法对所述实际采样信号和参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
步骤203，将所述激励信号输入所述测量回路，以使所述测量回路产生交流响应信号。
本发明实施例提供的电池监测方法在应用于被控电池的电化学阻抗谱测量时，可以通过上述步骤201～203对被控电池所在的测量回路施加交流激励信号，使其产生交流响应信号，然后可以通过上述步骤101～103采集该交流响应信号并对其进行分析，得到被控电池的电化学阻抗谱。
具体的，基于上述产生激励信号的步骤，上述步骤102所述的获取所述模拟电信号对应的数字信号，可以包括：获取所述多路复用器的各个输入端口采集到的所述交流响应信号对应的数字信号；
上述步骤103所述的根据所述数字信号分析所述被控电池的状态信息，可以包括：根据所述交流响应信号对应的数字信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
一个可能的实施方式中，所述辅助电路单元包括：直流变压电路和负载电阻；所述直流变压电路包括开关器件；
步骤203所述的将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
一个可能的实施方式中，上述根据所述交流响应信号对应的数字信号计算所述被控电池的电化学阻抗，具体可以包括：根据所述多路复用器的各个输入端口与输出端口的导通顺序对所述交流响应信号对应的数字信号进行相位校正，并根据校正后的信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
一个可能的实施方式中，上述方法还包括：
步骤106，将所述被控电池的状态信息通过有线方式或无线方式发送至显示设备或存储设备。
由以上阐述可知，本发明实施例提供的电池监测方法，通过辅助电路单元与被控电池形成测量回路，然后通过采集该测量回路的实际采样信号，并对其与参考正弦信号的差值进行PID控制，将得到的PID控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对被控电池施加了正弦交流激励信号，相应的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到被控电池的电化学阻抗。进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到被控电池的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行被控电池的电化学阻抗谱测量，不需要使用交流信号发生器，从而可以降低测量成本和测量设备的尺寸，可以方便快捷、随时随地进行被控电池的电化学阻抗谱测量。同时，本发明实施例利用多路复用器分时采集多个单体电池的响应信号，不需要为每个单体电池配置模数转换通道，既可以得到每个单体电池的电化学阻抗谱，了解每个单体电池的健康状态，又可以降低设备成本。
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。如图10所示，该电子设备600可以包括处理器601和存储器602；存储器602可以耦合到处理器601中。该处理器601可以被配置为执行如前文电池监测方法实施例中的全部或部分步骤的操作。值得注意的是，该图10是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现相同或相似的功能。
一种可能的实施方式中，该电子设备可以独立使用；或者该电子设备可以集成上述电池监测设备10中的各个功能单元，其中处理器601可以作为主控单元；或者，该电子设备还可以设置于任意电池管理***BMS中，实现电池监测。
此外，在一些可选的实现方式中，该电子设备600还可以包括：通信模块、输入单元、音频处理器、显示器、电源等。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图10中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图10中没有示出的部件，可以参考现有技术。
本发明实施例还提供能够实现上述实施例中的电池监测方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的电池监测方法的全部步骤。
本发明实施例还提供一种电池管理***，该电池管理***包括：前文任一实施例所述的电池监测设备。其中，电池监测设备中的主控单元可以作为该电池管理***的主控器，该主控单元除实现前文实施例所述的功能外，还可以用于控制电池监测的信号采集流程的开始及结束，控制被控电池的电源母线开关的闭合和断开，以及在监测到信号异常时，生成提示信息等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、装置(***)或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。

Claims (21)

1.一种电池监测设备，其特征在于，包括：主控单元、模数转换器和至少一个多路复用器；
所述多路复用器包括控制端口、输出端口和多个输入端口；
所述多路复用器的至少一个输入端口与被控电池的单体电池一一对应连接，用于采集所述单体电池的模拟电信号；
所述多路复用器的输出端口连接于所述模数转换器的模拟信号输入端口；所述模数转换器的数字信号输出端口连接于所述主控单元；
所述主控单元与所述多路复用器的控制端口连接，所述主控单元用于向所述多路复用器发送选通控制信号，以控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，使相应输入端口采集的所述模拟电信号通过所述输出端口输出至所述模数转换器。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述被控电池包括多个分区，每个分区包括多个单体电池；
所述多路复用器包括多个，并与所述被控电池的分区一一对应，所述多路复用器的至少一个输入端口与对应分区中的单体电池一一对应连接；
所述模数转换器的模拟信号输入端口包括多个，每个所述多路复用器的输出端口分别连接于所述模数转换器的一个模拟信号输入端口。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主控单元用于向所述多路复用器发送选通控制信号，包括：
所述主控单元用于按照预设时间间隔向所述多路复用器发送所述选通控制信号，以使所述多路复用器的各个输入端口按照所述预设时间间隔逐个与所述输出端口导通。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模数转换器用于将所述多路复用器输出的所述模拟电信号转换为数字信号，并将所述数字信号输出至所述主控单元；
所述主控单元还用于：接收所述数字信号，判断所述数字信号是否异常，并在所述数字信号异常时，重新发送所述选通控制信号，以控制所述数字信号对应的所述多路复用器的输入端口再次与输出端口导通，使所述多路复用器重新采集对应的单体电池的模拟电信号。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：信号开关；
所述信号开关串接于所述多路复用器的输出端和所述模数转换器的模拟信号输入端之间，或者，所述信号开关串接于所述模数转换器的输出端和所述主控单元之间；
所述信号开关的控制端口连接于所述主控单元；所述主控单元还用于控制所述信号开关的开关状态。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模拟电信号包括：所述单体电池的直流电压信号。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：辅助电路单元；
所述辅助电路单元与所述被控电池连接形成测量回路，所述辅助电路单元还与所述主控单元连接；
所述主控单元还用于获取所述测量回路的实际采样信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和参考正弦信号的差值进行调制，将得到的激励信号输入所述测量回路，以使所述测量回路产生交流响应信号；并通过控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，获取各个输入端口对应的单体电池的所述交流响应信号，并根据所述交流响应信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述辅助电路单元包括：直流变压电路和负载电阻；所述直流变压电路包括开关器件；
所述主控单元用于将所述激励信号输入所述测量回路，包括：所述主控单元用于将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述主控单元用于根据所述交流响应信号计算所述被控电池的电化学阻抗，包括：
所述主控单元用于根据所述多路复用器的各个输入端口与输出端口的导通顺序对所述交流响应信号进行相位校正，并根据校正后的信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括以下至少一项：
存储单元，与所述主控单元连接，用于存储以下数据中的至少一项：所述主控单元接收到的来自所述模数转换器的数字信号，或者，所述主控单元根据所述数字信号分析得到的所述被控电池的状态信息；
通信单元，与所述主控单元连接，用于将所述数字信号或所述状态信息传输至外部设备。
11.一种电池监测方法，其特征在于，应用于被控电池，所述被控电池中的至少一个单体电池与多路复用器的至少一个输入端口一一对应连接；
所述方法包括：
向所述多路复用器发送选通控制信号；所述选通控制信号用于控制所述多路复用器的各个输入端口逐个与输出端口导通，使所述多路复用器采集各个输入端口对应的单体电池的模拟电信号，并将所述模拟电信号通过所述输出端口输出；
获取所述模拟电信号对应的数字信号；
根据所述数字信号分析所述被控电池的状态信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述被控电池包括多个分区，每个分区包括多个单体电池；
所述多路复用器包括多个，并与所述被控电池的分区一一对应，所述多路复用器的至少一个输入端口与对应分区中的单体电池一一对应连接；
所述向所述多路复用器发送选通控制信号，包括：
依次向每个分区对应的所述多路复用器发送所述选通控制信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述向所述多路复用器发送选通控制信号，包括：
按照预设时间间隔向所述多路复用器发送所述选通控制信号，以使所述多路复用器的各个输入端口按照所述预设时间间隔逐个与所述输出端口导通。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断所述数字信号是否异常；
在所述数字信号异常时，重新发送所述选通控制信号，以控制所述数字信号对应的所述多路复用器的输入端口再次与输出端口导通，使所述多路复用器重新采集对应的单体电池的模拟电信号。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述被控电池与辅助电路单元连接形成测量回路；
所述方法还包括：
获取所述测量回路的实际采样信号；
根据PID控制算法对所述实际采样信号和参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
将所述激励信号输入所述测量回路，以使所述测量回路产生交流响应信号；
所述获取所述模拟电信号对应的数字信号，包括：获取所述多路复用器的各个输入端口采集到的所述交流响应信号对应的数字信号；
所述根据所述数字信号分析所述被控电池的状态信息，包括：根据所述交流响应信号对应的数字信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述辅助电路单元包括：直流变压电路和负载电阻；所述直流变压电路包括开关器件；
所述将所述激励信号输入所述测量回路，包括：将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据所述交流响应信号对应的数字信号计算所述被控电池的电化学阻抗，包括：
根据所述多路复用器的各个输入端口与输出端口的导通顺序对所述交流响应信号对应的数字信号进行相位校正，并根据校正后的信号计算所述被控电池的电化学阻抗。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述被控电池的状态信息通过有线方式或无线方式发送至显示设备或存储设备。
19.一种电池管理***，其特征在于，包括：上述权利要求1-10中任一项所述的电池监测设备。
20.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序产品；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序产品，且所述计算机程序产品被执行时，实现上述权利要求11-18中任意一项所述的方法。
21.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时，实现上述权利要求11-18中任意一项所述的方法。
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