并聯(lián)單體電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)方法，具體涉及一種用于并聯(lián)單體電 池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池作為電動(dòng)汽車(chē)主要?jiǎng)恿υ?，其性能的?yōu)劣將直接影響電動(dòng)汽車(chē)的推廣。對(duì)電 池的充放電及循環(huán)壽命特性進(jìn)行研究，測(cè)試電池在不同條件下的性能對(duì)電動(dòng)汽車(chē)安全性研 究有著重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 電池管理系統(tǒng)作為比較常用的監(jiān)測(cè)電池性能參數(shù)的設(shè)備，一般可實(shí)現(xiàn)單節(jié)電池電 壓、溫度、電池組電流、電池組電壓的測(cè)量，然而電池組一般由多個(gè)單體電池并聯(lián)構(gòu)成單節(jié) 電池滿(mǎn)足電池組容量要求，再將多個(gè)單節(jié)電池串聯(lián)滿(mǎn)足電池組電壓要求。實(shí)際應(yīng)用中，為了 保證電池組內(nèi)各單體電池性能的一致性，電池組集成時(shí)會(huì)對(duì)單體電池進(jìn)行篩選，選出具有 相似容量及內(nèi)阻的單體電池，但此種做法仍然很難保證電池組中各單體電池初始性能參數(shù) 完全一致，各單體電池的工作條件也不完全一致。即使電池組內(nèi)各單體電池具有相同的充 放電電流，如果單體電池初始容量存在差異，仍會(huì)導(dǎo)致各單體電池充放電速率及深度出現(xiàn) 差異。此外，電池組內(nèi)單節(jié)電池內(nèi)阻的差異將導(dǎo)致電池組中溫度場(chǎng)分布不均，進(jìn)而影響其工 作條件。然而，現(xiàn)有的電池檢測(cè)系統(tǒng)一般將單節(jié)電池視為整體，監(jiān)測(cè)單節(jié)電池性能作為內(nèi)部 并聯(lián)單體電池性能的描述，缺少實(shí)際意義上的單體電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種并聯(lián)單體電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電 池組中任意單體電池性能參數(shù)的測(cè)量。采用的技術(shù)方案如下：
[0005] 并聯(lián)單體電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：包括主控模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、 電流傳感器；
[0006] 所述主控模塊通過(guò)CAN總線(xiàn)分別與所述電壓采集模塊和所述電流采集模塊相連 接；所述電壓采集模塊的電壓信號(hào)接頭分別連接各單體電池的正端和負(fù)端，所述電壓采集 模塊的溫度信號(hào)接頭連接溫度傳感器；所述電流采集模塊的電流信號(hào)接頭連接所述電流傳 感器；
[0007] 所述主控模塊用于接收、存儲(chǔ)和上傳所述電流采集模塊和所述電壓采集模塊傳來(lái) 的單體電池性能參數(shù)；所述主控模塊檢測(cè)電池組絕緣電阻、并且利用各串接的單節(jié)電池電 壓之和與電池組總電壓的關(guān)系判斷線(xiàn)路是否發(fā)生故障。
[0008] 作為優(yōu)選，所述溫度傳感器電路采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,所述傳感器 DS18B20貼在單體電池兩極柱及殼體處。
[0009] 作為優(yōu)選，所述電流傳感器采用霍爾傳感器，所述電流傳感器的量程分別為0~ 50A和0~300A，所述兩個(gè)量程的電流傳感器同時(shí)設(shè)置在電池組中的各單體電池支路上。
[0010] 作為優(yōu)選，所述電壓采集模塊包括并聯(lián)單體電池電壓采集電路、溫度采集電路、單 體電池過(guò)充/放保護(hù)電路；所述溫度采集電路為所述溫度傳感器。
[0011] 作為優(yōu)選，所述電流采集模塊包括并聯(lián)單體電池電流采集電路、電池組總電流采 集電路、電池組總電壓采集電路、電池組過(guò)流保護(hù)電路。
[0012] 作為優(yōu)選，所述并聯(lián)單體電池電壓采集電路包括電阻RU R2、R3、R4、R5,電容CU C2、C3、C4、C5,運(yùn)算放大器UlA;
[0013] 所述Rl的一端連接單體電池的負(fù)極、所述Rl的另一端連接UlA的反相輸入端，所 述R2的一端連接單體電池的正極、所述R2的另一端連接UlA的同相輸入端，所述R3的兩 端分別連接UlA的反相輸入端和輸出端，所述R4的一端連接UlA的同相輸入端、所述R4的 另一端接地，所述R5的一端連接UlA的輸出端、所述R5的另一端作為并聯(lián)單體電池電壓采 集電路的輸出BAT，所述Cl的兩端分別連接單體電池的正極和負(fù)極，所述C2的一端連接單 體電池的負(fù)極、所述C2的另一端接地，所述C3的一端連接單體電池的正極、所述C3的另一 端接地，所述C4的一端連接UlA的一個(gè)端口、所述C4的另一端接地，所述C5的一端連接R5 的另一端、所述C5的另一端接地。
[0014] 作為優(yōu)選，所述單體電池過(guò)充/放保護(hù)電路包括：可變電阻VR1、VR2,電阻R6、R7， 電容C6,運(yùn)算放大器U2A、U2B;
[0015] 所述VRl的一端接電源5V、所述VRl的另一端接地、所述VRl的分壓端接U2A的同 相輸入端，所述VR2的一端接電源5V、所述VR2的另一端接地、所述VR2的分壓端接U2B的 反相輸入端，U2A的輸出端Fl和U2B的輸出端F2分別經(jīng)電阻R6、R7上拉至5V，運(yùn)算放大 器U2A的反向輸入端和U2B的同相輸入端之間連接并聯(lián)單體電池電壓采集電路處理后的單 體電池電壓輸出BAT，U2A的一個(gè)端口接電源5V，U2A的另一個(gè)端口接地，C6的一端接電源 5V，C6的另一端接地；
[0016] 所述U2A的輸出端Fl和U2B的輸出端F2分別作為與門(mén)U2的兩個(gè)輸入，所述與門(mén) U2的輸出FAULT作為所述單體電池過(guò)充/放保護(hù)電路的輸出。
[0017] 作為優(yōu)選，所述并聯(lián)單體電池電流采集電路包括：運(yùn)算放大器U4A、U5A，電阻R8、 R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15,電容C7、C8、C9、CIO、Cll、C12,二極管Dl;
[0018] 所述R8的一端接霍爾傳感器的輸出、所述R8的另一端接U4A的同相輸入端，所述 R9的兩端分別接U4A的反相輸入端和輸出端，所述RlO的兩端分別接U4A的輸出端和U5A 的同相輸入端，所述Rll的一端接U5A的反相輸入端、所述Rll的另一端接地，所述R12的 一端接U5A的同相輸入端、所述R12的另一端接參考電壓Ref，R13的兩端分別接U5A的反 相輸入端和輸出端，R14的一端接U5A的輸出端、R14的另一端接所述主控模塊的A/D米樣 接口，R15的一端接霍爾傳感器的輸出、R15的另一端接地，C7的一端接U4A的同相輸入端、 C7的另一端接地，C8的一端接U4A的一個(gè)端口、C8的另一端接地，C9的一端接U4A的另一 個(gè)端口、C9的另一端接地，ClO的一端接U5A的一個(gè)端口、ClO的另一端接地，Cll的一端接 U5A的另一個(gè)端口、Cll的另一端接地，Cl2的一端接所述主控模塊的A/D采樣接口、Cl2的 另一端接地，所述Dl的負(fù)極接R14的另一端、所述Dl的正極接地。
[0019] 作為優(yōu)選，所述主控模塊采用MC9S12XEP100芯片。
[0020] 基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了并聯(lián)單體電池性能監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0021] 步驟1，并聯(lián)單體電池性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，主控模塊發(fā)送開(kāi)始采集命令給電壓采 集模塊及電流采集模塊；
[0022] 步驟2,電流采集模塊開(kāi)始采集并聯(lián)的各單體電池電流、電池組總電流及電池組總 電壓；電壓采集模塊開(kāi)始采集并聯(lián)單體電池電壓及溫度；
電池電壓以及并聯(lián)單體電池電流，計(jì)算單體電池內(nèi)阻；
[0024] 步驟4,利用安時(shí)積分法結(jié)合開(kāi)路電壓法估算電池SOC;
[0025] 步驟5,基于充電電壓曲線(xiàn)估算電池SOH;
[0026] 步驟6,基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法估算電池可用輸出功率；
[0027] 步驟7,主控模塊利用各串接的單節(jié)電池電壓之和與電池組總電壓的關(guān)系判斷線(xiàn) 路是否發(fā)生故障。
[0028] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0029] (1)本發(fā)明提出了一種并聯(lián)單體電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電池組中任意單體 電池性能參數(shù)的測(cè)量，為研究并聯(lián)單體電