电池包状态监控方法及系统与流程

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1.本发明属于电池监测管理技术领域，具体涉及电池包状态监控方法及系统。

背景技术：

2.电池包是由若干电池单元组合而成，每个电池单元都可能存在性能差异，这就需要bms(battery management system的缩写,中文称之为电池管理系统)保护板对电池进行监控和均衡处理，延长电池工作在最佳状态。bms由微控制器(mcu)和模拟前端(analog front end，简称afe)芯片组成。其中，afe芯片负责电池电压等信息的统一采集，mcu进行计算、分析和控制。
3.目前，不论大型动力电池包还是小型动力电池包，都使用上述的bms监控方案。然而，有很多应用场景只需要小动力的产品即可满足，而小动力的产品一般又对于产品的成本相对敏感。在afe芯片本身成本高且当前芯片限制令导致的缺芯情景下，现有的bms监控方案应用于小型动力电池包上时，遇到了很大的阻力：一个是整个产品实施下来价格高昂，另一个就是因缺少芯片无法实施产品，无法满足新能源车的市场需求。

技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种电池包状态监控方法及系统，通过改进bms功能模块，更便捷且低成本地实现电池状态数据的监测及处理。本发明通过以下技术方案实现。
5.一种电池包状态监控方法，其特征在于，包括：
6.s1、感测电池包的下述模拟信号中的至少两项模拟信号：所述电池包中电池单元的电压模拟信号、所述电池包充/放电的电流模拟信号、所述电池包的温度模拟信号；
7.s2、将至少两项所述模拟信号直接输入微控制器的下述采样通道中的至少两组对应的采样通道：电压信号采样通道、电流信号采样通道、温度信号采样通道；
8.s3、微控制器以一基准采样频率f0对输入的至少两项模拟信号采样并分别转换为对应的至少两项数字信号；
9.s4、微控制器分析至少两项所述数字信号并生成采样策略控制信号，微控制器根据所述采样策略控制信号控制至少两组所述采样通道的采样频率。
10.具体地，至少两项所述模拟信号包括所述电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号；至少两组所述采样通道包括所述电压信号采样通道、电流信号采样通道、温度信号采样通道。
11.具体地，步骤s4中，所述微控制器分析的所有项的所述数字信号均未触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制对应的所述采样通道的采样频率维持为所述基准采样频率f0。
12.具体地，步骤s4中，所述微控制器分析并确定至少两项所述数字信号中的某一项触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制所述某一项对应的采样通道的采样频率相比所述基准采样频率f0提升至一第一采样频率f1，并控制其他项对应的采样通道的采
样频率相比所述基准采样频率降低至一第二采样频率f2。
13.具体地，步骤s4中，所述微控制器分析并确定至少两项的所述数字信号中的至少两项触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制所有项对应的所述采样通道的采样频率相比一基准采样频率均提升至一第三采样频率f3；第二采样频率f2＜基准采样频率f0＜第三采样频率f3＜第一采样频率f1。
14.优选地，所述电池包状态监控方法还包括：s5、监测所述触发对应的保护阈值的触发持续时间tc，当所述触发持续时间tc达到对所述电池包执行保护的预设时间ty，则微控制器生成电池保护控制信号并对所述电池包执行保护操作；当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述电池包执行解除保护的操作。
15.优选地，当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述电池包执行解除保护的操作后，所述采样策略控制信号控制所有项对应的所述采样通道的采样频率回到所述基准采样频率f0，并返回步骤s3。
16.优选地，所述电池包状态监控方法还包括：对于以所述基准采样频率f0进行采样的某项数字信号，将当前采样周期的所述某项数字信号与一动态更新的同类项数字信号进行比对，将差异位于n1与n2之间的所述数字信号存储并更新所述动态更新的同类项数字信号。
17.一种电池包状态监控系统，其特征在于，包括：
18.传感单元，感测所述电池包中各电池单元的电压模拟信号、感测所述电池包充/放电的电流模拟信号、感测所述电池包的温度模拟信号；及
19.微控制器，包括：
20.多个信号采样通道，分别采集各电池单元的所述电压模拟信号、所述电流模拟信号、及所述温度模拟信号；
21.电压信号采样通道、电流信号采样通道及温度信号采样通道；
22.adc模块，将所述电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号分别转换为电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号；
23.分析处理模块，分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号并生成采样策略控制信号；
24.采样控制模块，根据所述采样策略控制信号控制所述电压信号采样通道、电流信号采样通道及温度信号采样通道的采样频率。
25.具体地，所述传感单元包括：与所述电池单元对应个数的电压传感单元、至少一个电流传感单元、及对所述电池包不同位置进行温度感测的至少两个温度传感单元；所述信号采样通道包括：与所述电压传感单元对应个数的电压信号采样通道、至少一个电流信号采样通道、及与所述温度传感单元对应个数的温度信号采样通道。
26.具体地，所述分析处理模块还分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号并生成电池保护控制信号；所述电池包状态监控系统还包括电池保护控制模块，根据所述电池保护控制信号对所述电池包执行保护操作或执行解除保护操作。
27.具体地，所述电池包状态监控系统还包括数据管理模块，对所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号的数据进行过滤并存储采纳的数据。
28.本发明的有益效果包括：将感测的电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号中
的至少两项直接输入微控制器的对应采样通道，由微控制器进行模数转换后再进行分析判断，并生成采样策略控制信号，进而控制对应采样通道的采样频率，无需设置成本高昂的afe，可以便捷且低成本地实现对电池包状态数据的监测及处理，非常适用于小型动力电池包。此外，本发明对触发对应的保护阈值的情形，给出具体的采样频率调整手段，实现对重点项的重点监测，并对采样功耗进行平衡。再者，本发明方案还可以监控阈值触发持续时间达到预设时间的情形，并采取电池保护措施。最后，本发明对监测数据进行过滤，存储可供参考的有效数据。
附图说明
29.图1为现有的电池管理系统的构成框图。
30.图2为本发明实施例提供的电池包状态监控系统的构成框图。
31.图3为本发明实施例提供的电池包状态监控方法的流程图。
具体实施方式
32.如图2所示，本实施例提供一种电池包状态监控方法及系统，用于对电池包的工作状态进行监控。所述电池包具有多个电池单体，例如八个(参见图2中的cell-1至cell-8)。本实施例中，对每个电池单体的电压进行监控，对电池包整体的充/放电电流进行监控，同时对电池包的三个不同位置的温度进行监控。
33.如图2所示，本实施例提供的电池包状态监控系统，包括传感单元和微控制器(mcu)。其中，传感单元包括：八个电压传感单元、一个电流传感单元、及三个温度传感单元，分别用于感测各电池单元的电压模拟信号、感测电池包充/放电的电流模拟信号、感测电池包的温度模拟信号。本实施例中，因为不设置afe，所以需要通过微控制器的adc采集通道来进行数据采集。即信号采样通道包括：八个电压信号采样通道、一个电流信号采样通道、三个温度信号采样通道。
34.具体地，微控制器选用stm32l073rbt6型芯片，分配1～8的io通道(输入输出端口)分别给cell-1至cell-8的电压采集，将9～11的io通道分配给三个温度传感单元(ntc1～ntc3)进行温度采集,第12个io通道分配给电流采集，将上述的io通道配置成模拟输入模式。
35.微控制器内通过电路或软件程序配置有adc模块、分析处理模块、采样控制模块、电池保护控制模块及数据管理模块。其中，adc模块用于将上述电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号分别转换为电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号；分析处理模块通过分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号并生成采样策略控制信号；采样控制模块，根据所述采样策略控制信号控制所述电压信号采样通道、电流信号采样通道及温度信号采样通道的采样频率。
36.另外，所述分析处理模块还通过分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号并生成电池保护控制信号；电池保护控制模块根据所述电池保护控制信号对电池包执行保护操作或执行解除保护操作(即控制电池包工作回路的通断)。数据管理模块对所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号的数据进行过滤并存储具有参考价值的数据。
37.结合图3所示，基于上述电池包状态监控系统，本实施例提供的电池包状态监控方法，包括：
38.s1、感测电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号；
39.s2、将感测的电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号对应输入微控制器的电压信号采样通道、电流信号采样通道、温度信号采样通道；
40.s3、微控制器以一基准采样频率f0(本实施例中f0＝4hz)对输入的电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号采样并分别转换为对应的电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号；
41.s4、微控制器分析电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号并生成采样策略控制信号，微控制器根据所述采样策略控制信号控制至少两组所述采样通道的采样频率；
42.s5、监测所述触发对应的保护阈值的触发持续时间tc，当所述触发持续时间tc达到对所述电池包执行保护的预设时间ty，则微控制器生成电池保护控制信号并对所述电池包执行保护操作；当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述电池包执行解除保护的操作。
43.可以理解的是，电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号作为三种常规的监控项，可以三个同时被监控，也可以选择其中两个进行监控。
44.具体地，步骤s4中的采样策略控制信号存在以下几种情形：
45.(1)当微控制器分析的所有监控项的所述数字信号均未触发对应的保护阈值时(例如，八路电压数字信号均为查过预设的电压阈值，一路电流数字信号也为超过预设的电流阈值，三路温度数字信号也为超过预设的温度阈值)，此时，采样策略控制信号控制所有的采样通道的采样频率维持为基准采样频率f0。
46.(2)当微控制器分析并确定某一监控项的数字信号触发对应的保护阈值时，采样策略控制信号控制该项对应的采样通道的采样频率相比所述基准采样频率f0提升至一第一采样频率f1(本实施例中f1＝8hz)，并控制其他项对应的采样通道的采样频率相比所述基准采样频率降低至一第二采样频率f2(本实施例中f2＝2hz)。例如，微控制器分析并确定某一电压采样通道的电压数字信号触发了电压保护阈值，则将该电压采样通道或所有电压采样通道的采样频率提升至第一采样频率f1，同时将电流采样通道及温度采样通道的采样频率降低至第二采样频率f2。
47.(3)当微控制器分析并确定至少两项的所述数字信号触发对应的保护阈值时，采样策略控制信号控制所有项对应的采样通道的采样频率相比一基准采样频率均提升至一第三采样频率f3(本实施例中f1＝6hz)。其中，可能包括的一种情形是：例如，微控制器分析并确定电流采样通道的地阿牛数字信号触发了电流保护阈值，则将该电流采样通道的采样频率提升至第一采样频率f1，同时将电压采样通道及温度采样通道的采样频率降低至第二采样频率f2；之后，又分析并确定某一电压采样通道的电压数字信号触发了电压保护阈值；此时，采样策略控制信号控制所有项对应的采样通道的采样频率相比一基准采样频率均提升至一第三采样频率f3。
48.本实施例中，第二采样频率f2＜基准采样频率f0＜第三采样频率f3＜第一采样频率f1。
49.步骤s5中，当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述
电池包执行解除保护的操作后，所述采样策略控制信号控制所有项对应的所述采样通道的采样频率回到所述基准采样频率f0，并返回步骤s3。
50.上述实施例已经实现了对电池包的三个监控项的监控，但考虑监控数据还可以供进一步参考使用。因此，本实施例提供的电池包状态监控方法还包括数据管理步骤，主要是过滤掉监测过程中的一些突变数据，同时采纳一些有利于掌握电池性能或有利于对电池做进一步控制的有效参考数据。
51.数据管理步骤具体包括：对于以所述基准采样频率f0进行采样的各项数字信号，将当前采样周期的该项数字信号与一动态更新的同类项数字信号进行比对，将差异位于n1与n2之间的所述数字信号存储并更新所述动态更新的同类项数字信号。例如，当前采样周期是以所述基准采样频率f0进行的，可以将电压数字信号与上次采样并存储的电压数字信号进行比较，如果两者的差异值位于3mv-50mv之间，则将当前采样周期的电压数字信号存储并更新所述动态更新的同类项数字信号。这其中，如果差异值太小，说明变化不大，没有存储和更新的必要；如果差异值过大，则说明存在外部干扰突变，也不能体现电池正常工作状态下各监控项的正常变化。可以理解的是，所述动态更新的各项数字信号可以作为设定或实时调整各监控项对应的保护阈值的参考。
52.以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、无需经过创造性劳动即可得到的等效技术特征的替换，应当视为本发明揭露的范围。

技术特征：

1.一种电池包状态监控方法，其特征在于，包括：s1、感测电池包的下述模拟信号中的至少两项模拟信号：所述电池包中电池单元的电压模拟信号、所述电池包充/放电的电流模拟信号、所述电池包的温度模拟信号；s2、将至少两项所述模拟信号直接输入微控制器的下述采样通道中的至少两组对应的采样通道：电压信号采样通道、电流信号采样通道、温度信号采样通道；s3、微控制器以一基准采样频率f0对输入的至少两项模拟信号采样并分别转换为对应的至少两项数字信号；s4、微控制器分析至少两项所述数字信号并生成采样策略控制信号，微控制器根据所述采样策略控制信号控制至少两组所述采样通道的采样频率。2.根据权利要求1所述的电池包状态监控方法，其特征在于，至少两项所述模拟信号包括所述电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号；至少两组所述采样通道包括所述电压信号采样通道、电流信号采样通道、温度信号采样通道。3.根据权利要求2所述的电池包状态监控方法，其特征在于，步骤s4中，所述微控制器分析的所有项的所述数字信号均未触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制对应的所述采样通道的采样频率维持为所述基准采样频率f0。4.根据权利要求2所述的电池包状态监控方法，其特征在于，步骤s4中，所述微控制器分析并确定至少两项所述数字信号中的某一项触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制所述某一项对应的采样通道的采样频率相比所述基准采样频率f0提升至一第一采样频率f1，并控制其他项对应的采样通道的采样频率相比所述基准采样频率降低至一第二采样频率f2。5.根据权利要求4所述的电池包状态监控方法，其特征在于，步骤s4中，所述微控制器分析并确定至少两项的所述数字信号中的至少两项触发对应的保护阈值时，所述采样策略控制信号控制所有项对应的所述采样通道的采样频率相比一基准采样频率均提升至一第三采样频率f3；第二采样频率f2＜基准采样频率f0＜第三采样频率f3＜第一采样频率f1。6.根据权利要求4至5任意一项所述的电池包状态监控方法，其特征在于，还包括：s5、监测所述触发对应的保护阈值的触发持续时间t
c
，当所述触发持续时间t
c
达到对所述电池包执行保护的预设时间t
y
，则微控制器生成电池保护控制信号并对所述电池包执行保护操作；当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述电池包执行解除保护的操作。7.根据权利要求6所述的电池包状态监控方法，其特征在于，当微控制器收到解除保护指令时生成电池解除保护控制信号并对所述电池包执行解除保护的操作后，所述采样策略控制信号控制所有项对应的所述采样通道的采样频率回到所述基准采样频率f0，并返回步骤s3。8.根据权利要求6所述的电池包状态监控方法，其特征在于，所述电池包状态监控方法还包括：对于以所述基准采样频率f0进行采样的某项数字信号，将当前采样周期的所述某项数字信号与一动态更新的同类项数字信号进行比对，将差异位于n1与n2之间的所述数字信号存储并更新所述动态更新的同类项数字信号。9.一种电池包状态监控系统，其特征在于，包括：传感单元，感测所述电池包中各电池单元的电压模拟信号、感测所述电池包充/放电的
电流模拟信号、感测所述电池包的温度模拟信号；及微控制器，包括：多个信号采样通道，分别采集各电池单元的所述电压模拟信号、所述电流模拟信号、及所述温度模拟信号；电压信号采样通道、电流信号采样通道及温度信号采样通道；adc模块，将所述电压模拟信号、电流模拟信号及温度模拟信号分别转换为电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号；分析处理模块，分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度数字信号并生成采样策略控制信号；采样控制模块，根据所述采样策略控制信号控制所述电压信号采样通道、电流信号采样通道及温度信号采样通道的采样频率。10.根据权利要求9所述的电池包状态监控系统，其特征在于，所述传感单元包括：与所述电池单元对应个数的电压传感单元、至少一个电流传感单元、及对所述电池包不同位置进行温度感测的至少两个温度传感单元；所述信号采样通道包括：与所述电压传感单元对应个数的电压信号采样通道、至少一个电流信号采样通道、及与所述温度传感单元对应个数的温度信号采样通道。11.根据权利要求10所述的电池包状态监控系统，其特征在于，所述分析处理模块还通过分析所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号并生成电池保护控制信号；所述电池包状态监控系统还包括电池保护控制模块，根据所述电池保护控制信号对所述电池包执行保护操作或执行解除保护操作。12.根据权利要求10所述的电池包状态监控系统，其特征在于，还包括数据管理模块，对所述电压数字信号、电流数字信号及温度感测数字信号的数据进行过滤并存储采纳的数据。

技术总结

本发明公开的电池包状态监控方法及系统，将感测的电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号中的至少两项直接输入微控制器的对应采样通道，由微控制器进行模数转换后再进行分析判断，并生成采样策略控制信号，进而控制对应采样通道的采样频率，无需设置成本高昂的AFE，可以便捷且低成本地实现对电池包状态数据的监测及处理，非常适用于小型动力电池包。此外，本发明对触发对应的保护阈值的情形，给出具体的采样频率调整手段，实现对重点项的重点监测，并对采样功耗进行平衡。再者，本发明方案还可以监控阈值触发持续时间达到预设时间的情形，并采取电池保护措施。最后，本发明对监测数据进行过滤，存储可供参考的有效数据。存储可供参考的有效数据。存储可供参考的有效数据。