[發明專利]一種基于多層級溫度監測與內阻測算的船用鋰電池健康管理系統

在審

• 申請號: 202010035551.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111123134A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 時斌;張學林;陳松濤;張巍
• 申請（專利權）人: 東南大學;鎮江賽爾尼柯自動化有限公司
• 主分類號: G01R31/389
• 分類號: G01R31/389;G01R31/392;G01R31/396;G01R31/3842;G01R31/3828;G01K13/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種基于多層級溫度監測與內阻測算的船用鋰電池健康管理系統，其特征在于：包括設置在每一個電池包內的從系統模塊，各個從模塊與主系統模塊進行通信；所述的從系統模板由模擬前端、均衡電路、通信電路、保護驅動電路、處理單元以及電源單元組成；所述的模擬前端用于對單體電壓、電流、溫度進行采集；所述的處理單元用于估算電池荷電狀態、控制單體均衡、測算電池內阻；所述的均衡電路用于控制電池單體的放電均衡；所述的保護驅動電路與處理單元連接，用于電池的充放電保護；所述的電源單元用于給系統供電。通過主控系統和從控系統之間的兩級分布式架構，實現整個BMS系統鋰電池的動態均衡控制。

技術領域

本發明涉及多層級溫度監測與內阻測算的船用鋰電池健康管理系統，屬于電池技術領域。

背景技術

船運行業作為經濟全球化的主要載體，為世界范圍內經濟貿易做出了巨大貢獻。然而目前主要依靠船用柴油機提供動力的船舶航行，加劇了資源枯竭及生態惡化。綠色船舶已經成為未來船舶發展的方向。作為以磷酸鐵鋰電池為唯一動力源的純電動船，鋰電池組技術狀態的好壞對于船舶的正常運行有極其重要的影響。若船員能實時掌握鋰電池組的實際工況，并以此為依據實現對鋰電池組的科學使用及合理維護，可有效保證鋰電池組工作的可靠性和安全性。然而目前船用鋰電池模組檢測裝置的可靠性低，在涉及到大規模模擬量傳輸時，速率較低，實時性較差。此外，對于溫度的采集也不能滿足船級社相關規定，未能達成全單體電芯溫度測量的目的；現有的充放電保護措施對溫升的變化率考慮不足；通過內阻測算結合溫升檢測、荷電狀態（SOC）估算對鋰電池健康狀態（SOH）估算的研究也不夠充分。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于多層級溫度監測與內阻測算的船用鋰電池健康管理系統。

為達到上述目的，本發明采用的方法是：一種基于多層級溫度監測與內阻測算的船用鋰電池健康管理系統，其特征在于：包括設置在每一個電池包內的從系統模塊，各個從模塊與主系統模塊進行通信；所述的從系統模板由模擬前端、均衡電路、通信電路、保護驅動電路、處理單元以及電源單元組成；所述的模擬前端用于對單體電壓、電流、溫度進行采集；所述的處理單元用于估算電池荷電狀態、控制單體均衡、測算電池內阻；所述的均衡電路用于控制電池單體的放電均衡；所述的保護驅動電路與處理單元連接，用于電池的充放電保護；所述的電源單元用于給系統供電。

作為本發明的一種改進，所述的均衡電路采用被動均衡，通過開關閉合斷開達到對電池單體的放電均衡。

作為本發明的一種改進，所述的數據處理單元，基于模擬前端中獲得電芯端電壓及電流值，利用突變電流法測算電芯內阻，并結合采集的電芯溫度實現電池健康狀態的評估。

作為本發明的一種改進，各個從模塊通過CANFD與主系統模塊進行通信。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

利用單體電芯溫度檢測與內阻測算完成對電池健康狀態的評估；利用上述中獲得的電芯溫度和測算的內阻完成對電池荷電狀態（SOC）估算；達到了全單體電芯溫度的測量；利用單體電芯SOC估算及溫升變化率、內阻變化率檢測進行電池健康狀態評估；設計電芯及模組溫度上升速率閾值的充放電安全防護方法；采用CANFD通信傳輸，解決了巨量模擬量傳輸是實時傳輸問題，并且提高了傳輸的可靠性。

附圖說明

圖1為主從兩級系統結構；

圖2為從系統的內部單元；

圖3為從系統的軟件框架；

圖4為溫升率控制軟件框架；

圖5為CAN與CANFD數據幀結構對比；

圖6為CANFD總線傳輸模型。

具體實施方式