[發明專利]鋰離子電池管理系統及電芯單體內阻在線測量診斷方法

在審

• 申請號: 201710345991.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107187328A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 盧叢翔;周智敏
• 申請（專利權）人: 寧波普瑞均勝汽車電子有限公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;G01R31/36
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

技術領域

本發明涉及電池參數的測量，具體涉及鋰離子電池管理系統及電芯單體內阻在線測量及故障診斷方法。

背景技術

目前在新能源汽車上已經開始大規模使用鋰離子動力電池，由于鋰離子電池單體電芯的容量和能量限制，必須采用成組技術，將多節電池串聯使用，以實現鋰離子動力電池組乃至新能源汽車整車的性能指標；而現有技術對于成組后的電芯單體內阻缺乏有效的測量手段，這樣就增加了電池單體的健康狀態與故障診斷的難度。

鋰離子電池的性能與其健康狀態密切相關，其中電池內阻是電池健康狀態的關鍵指標，通過測量鋰離子電池內阻可以評估、預測電池性能，判斷電池的老化狀況，預測電池的使用壽命，為控制策略例如充放電策略和續駛里程計算的調整提供依據，提升其可靠性；而電池內阻是指電流流過電池所受的阻力，電池內阻分為歐姆內阻和極化內阻，歐姆內阻包括電極材料、電解液、隔膜的內阻以及各部分零件的接觸內阻；而極化內阻則是指正極與負極在進行電化學反應時極化所引起的內阻，是電化學極化和濃差極化所引起的內阻之和；電池電芯內阻的急劇變化是電芯故障的重要反映，例如隔膜穿刺或者內部短路引起內阻急劇減小，或者電解液泄漏、極板腐蝕、集流體接觸不佳引起內阻急劇增大，都可以通過測量內阻診斷出故障電芯，進行相應的應急處理和電芯更換，避免引起進一步的安全隱患；由于電池內阻的重要作用，業內針對鋰離子電池的內阻測量開展了大量研究。

但是由于鋰離子電池是成組狀態，在現有技術和條件下，實現單體內阻的測量十分復雜；而在新能源汽車的應用環境下，在線測量單體內阻更是非常困難。

現在已有的內阻測量方法分為直流法和交流法；直流法是對電池接入固定設備而且電池需要處于靜態，通過外部負載進行大電流的充放電，同時測量電池的電壓降，通過電池壓降與放電電流的比值；得出電池的內阻；但是此種方式因為需要接入固定的測量設備，往往需要將電池包拆卸以供測量，十分麻煩，若是對于單體電芯進行測量，則需要徹底的拆解，在日常使用中，不具有實際操作性；交流法則適應面較廣，但是測量的結果與所用信號的波型和頻率以及電流強度有關，測量結果誤差較大；其是通過對蓄電池施加一個交流低頻的小電流信號，測量反饋的交流電壓信號，通過交流電壓的幅度和相位，并根據輸入的交流電流信號，獲得電池的阻抗；但是在交流法中，無法在在線環境下產生穩定的交流電流小信號，也無法高精度地采集交流電壓信號，干擾嚴重；并且交流法還需要增加額外設備和器件，會加劇系統的復雜性和成本的增加，還無法排除噪音的影響，測量結果誤差也很大；而且上述方法主要是針對電芯成組后的電池包進行整體測量，若將上述方法應用到單體內阻測量上，會進一步加大難度，可行性很低。

發明內容

本發明的目的是為提供一種實現新能源汽車車用鋰離子電池電芯單體內阻在線測量以及基于內阻的電芯故障和老化診斷的鋰離子電池管理系統及電池電芯單體內阻在線測量及故障診斷方法。

本發明通過以下技術方案實現：鋰離子電池管理系統，用于監測管理由若干鋰離子電池電芯單體組成的鋰離子電池組，包括主控單元、電芯傳感監控單元和電流傳感器；所述電芯傳感監控單元連接至鋰離子電池組中的每個鋰離子電池電芯單體并監控測量其端電壓；所述電流傳感器串聯在鋰離子電池組與電路主回路之間用于測量電路主回路中的母線電流；所述主控單元分別與電流傳感器和電芯傳感監控單元連接，并且還連接至整車通信網絡，控制鋰離子電池組的工作模式，數據的處理與儲存，以及電池電芯單體內阻的計算、處理與發送、電芯故障的診斷和警告。

優選地，所述電路主回路與鋰離子電池組之間串聯有繼電器，所述主控單元連接至繼電器并控制繼電器的斷開和閉合，根據主控單元接收的整車信號以及鋰離子電池組狀態來判斷是否開啟斷開繼電器。

優選地，所述電芯傳感監控單元內置前端芯片用以采集電池電芯單體的電壓，保證采集的準確度和及時性。

優選地，所述主控單元與整車通信網絡是通過CAN總線的通訊方式連接，方便數據傳輸。

鋰離子電池管理系統的電芯單體內阻在線測量診斷方法，步驟如下：

步驟a）主控單元接收到啟動信號并喚醒鋰離子電池管理系統；

步驟b）主控單元控制繼電器閉合；

步驟c）以繼電器閉合為起點，電芯傳感監控單元測量規定時間區間中的電池電芯兩端的電壓變化，其還內置前端芯片用于采集電池電芯單體的電壓變化情況，數據輸出至主控單元；

步驟d）以繼電器閉合為起點，電流傳感器測量規定時間區間中的母線電流的變化，并輸出至主控單元；