一种电池状态监控方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车电池技术领域，尤其涉及一种电池状态监控方法及系统。

背景技术

电池管理系统通过车端终端上传数据至监控平台，监控平台(云端)利用车辆运行数据进行故障预警功能。但车辆休眠时，无法上传数据，电池状态变化失去监测手段，现在大多采用在电池包内增设传感器的方式，通过传感器低功耗状态运行检测电池包内异常特征变化，反向唤醒电池管理系统进行故障诊断，或通过电池管理系统内置的时钟定时唤醒自检，去弥补车辆休眠状态下的电池状态监控。上述方法可以提升电池状态监测覆盖度，但也带来传感器或内置时钟失效的问题，以及失效后导致的故障误报的风险。此外，随着新能源汽车换电技术的发展，针对充换一体的电动汽车，其动力电池状态监控工况更为复杂，在不同车辆、不同场景(如充电桩、换电站充电)中反复切换，动力电池系统存在与车辆分开，在换电站内运行的场景，并且电池在车-站之间的高流转率，不同车辆驾驶员的使用习惯不同，也给电池安全状态监测和电池状态的精准估算提升了难度。

发明内容

为此，本发明提供一种电池状态监控方法及系统，用以克服现有技术中电池安全状态监测精度低、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种电池状态监控方法，包括：

步骤S1，通过数据采集模块实时采集电池运行参数，并将其传输至监控时间估算模块和历史数据存储模块，当车辆休眠或者车辆与动力电池分离时，电池运行参数停止传输；

步骤S2，通过监控时间估算模块根据接收的电池换电模式信号和钥匙门信号对电池运行参数停发进行分析；

步骤S3，通过监控时间估算模块根据电池运行参数停发分析结果判断是否进行计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间；

步骤S4，在计算车辆终端唤醒时间时，根据电池运行参数停止传输时的电池状态计算车辆终端唤醒时间，并将其与预设电池监控唤醒时间t0进行比较，选择时间短的作为最终唤醒时间；

步骤S5，通过模式控制模块根据最终唤醒时间和电池运行参数停发分析结果对电池进行控制；

步骤S6，在历史数据存储模块存储的电池固定运行时段数据中提取特征数据，并通过参数计算模块根据特征数据计算电池状态参数；

步骤S7，通过参数校验模块对计算得到的电池状态参数进行校验；

步骤S8，通过电池安全监测模块根据校验后的电池状态参数对电池进行异常识别，当识别出电池异常时，输出故障信号至故障提示处理模块进行故障提示。

进一步地，所述步骤S2中，在对电池运行参数停发进行分析时，分析过程包括，

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为激活状态，则判定动力电池进入换电站；

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为未激活状态，且钥匙门信号为未激活状态，则判定车辆正常休眠；

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为未激活状态，且钥匙门信号为激活状态，则判定电池异常断电；

当再次接收到电池运行参数时，则判定已恢复正常传输。

进一步地，所述步骤S3中，在判断是否进行计算车辆终端唤醒时间时，判断过程包括，

当电池运行参数停发原因为动力电池进入换电站时，不计算车辆终端唤醒时间，仅记录电池离线时间；

当电池运行参数停发原因为车辆正常休眠时，计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间；

当电池运行参数停发原因为异常断电时，计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间。

进一步地，所述步骤S4中，在计算车辆终端唤醒时间时，计算过程包括，

当动力电池单体电压最小值小于V11时，或动力电池单体电压压差最大值大于V12时，或动力电池单体电压平均值与单体电压最小值的差值大于V13时，或动力电池温度最高值大于T11时，或动力电池温度最高值与温度平均值的差值大于T12时，或动力电池绝缘阻值最小值低于R1时，将车辆终端唤醒时间设置为t1；

其中，V11为一级电压欠压阈值，V12为一级压差过大阈值，V13为一级单体电压自放电阈值，T11为一级电池过温阈值，T12为一级电池温差阈值，R1为一级绝缘过低阈值。

进一步地，车辆终端唤醒时间的计算过程还包括，

当动力电池单体电压最小值小于V21时，或当动力电池单体电压压差最大值大于V22时，或当动力电池单体电压平均值与单体电压最小值的差值大于V23时，或当动力电池温度最高值大于T21时，或当动力电池温度最高值与温度平均值的差值大于T22时，或当动力电池绝缘阻值最小值低于R2时，将车辆终端唤醒时间设置为t2；

其中，V21为二级电压欠压阈值，V22为二级压差过大阈值，V23为二级单体电压自放电阈值，T21为二级电池过温阈值，T22为二级电池温差阈值，R2为二级绝缘过低阈值，且t1>t2，V11>V21,V12R2。

进一步地，所述步骤S5中，在对电池进行不同监控模式控制时，控制过程包括，

当电池运行参数停发原因为动力电池进入换电站时，将电池状态设置为空闲状态；

当电池运行参数停发原因为车辆正常休眠时，记录电池离线时间，若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，且停发原因保持为车辆正常休眠，则控制车辆终端唤醒并停止计时；若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，停发原因跳转为恢复正常，则停止车辆终端唤醒行为；

当电池运行参数停发原因为异常断电时，记录电池离线时间，若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，且停发原因保持为异常断电，控制车辆终端唤醒并停止计时；若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，停发原因跳转为恢复正常，则停止车辆终端唤醒行为。

进一步地，在进行车辆终端唤醒时，若唤醒失败，重新记录电池离线时间，计时达到预设电池监控唤醒时间t0后，再次尝试控制车辆终端唤醒行为，当唤醒失败次数达到唤醒次数上限N时，向用户终端发送提示信息，提示电池状态监控连接异常。

进一步地，所述步骤S7中，校验过程包括：

将电池编码信息与数据库的电池编码信息进行匹配，若匹配失败，则停止车辆终端唤醒行为并反馈车辆终端进入休眠模式。

进一步地，若电池编码信息与数据库的电池编码信息匹配成功，则将该电池的电池状态参数与数据库存储的电池状态参数进行比对，比对结果相同则电池状态参数校验成功，反之校验失败。

另一方面，本发明还提供一种电池状态监控系统，包括：

数据采集模块，其用以实时采集、传输电池运行参数；

历史数据存储模块，其用以存储实时采集的电池运行参数；

监控时间估算模块，其用以对电池运行参数停发进行分析，计算车辆终端唤醒时间，并确定车辆终端的最终唤醒时间；

模式控制模块，其用以根据最终唤醒时间和电池运行参数停发分析结果对电池进行控制；

参数计算模块，其用以根据特征数据和电池离线时间计算电池状态参数；

参数校验模块，其用以对计算得到的电池状态参数进行校验；

电池安全监测模块，其用以根据校验后的电池状态参数对电池进行异常识别；

故障提示处理模块，其用以在识别出电池异常时进行故障提示。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明设置了车辆休眠情况下的云端监控的工作模式，不只在车辆运行工况下分析电池的数据变化，考虑了休眠前的电池状态变化趋势，并增加多重数据校验策略，和监控时间计算方法，兼顾动力电池换电模式，控制唤醒车辆终端进行电池状态管理；且通过建立云端数据监控与车辆终端、换电站数据终端之间的数据传输，完整构建动力电池历史运行轨迹，通过对电池状态参数进行校验，有效提高了电池状态参数计算的可靠性和精度，从而提高了电池安全状态监测的精度和效率。

附图说明

图1为本实施例电池状态监控方法的流程示意图；

图2为本实施例电池状态监控系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实施例电池状态监控方法，所述方法包括：

步骤S1，通过数据采集模块实时采集电池运行参数，并将其传输至监控时间估算模块和历史数据存储模块，当车辆休眠或者车辆与动力电池分离时，电池运行参数停止传输；电池运行参数包括电池的电压、温度、电流和绝缘阻值；

步骤S2，通过监控时间估算模块根据接收的电池换电模式信号和钥匙门信号对电池运行参数停发进行分析；

步骤S3，通过监控时间估算模块根据电池运行参数停发分析结果判断是否进行计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间；电池离线时间是指从停止传输电池运行参数到再次开始传输电池运行参数的时间间隔；

步骤S4，在计算车辆终端唤醒时间时，根据电池运行参数停止传输时的电池状态计算车辆终端唤醒时间，并将其与预设电池监控唤醒时间t0进行比较，选择时间短的作为最终唤醒时间；

步骤S5，通过模式控制模块根据最终唤醒时间和电池运行参数停发分析结果对电池进行控制；

步骤S6，在历史数据存储模块存储的电池固定运行时段数据中提取特征数据，并通过参数计算模块根据特征数据计算电池状态参数；特征数据包括但不限于电池充电数据、电池放电数据、电池静置数据、电池离线时间、车速数据、电池累计里程、电池充电累计容量、电池放电累计容量、电池单次上电循环充电累计容量和电池单次上电循环放电累计容量等，其中，上电循环是指从传输电池数据到停止发送数据的一次电池运行工况；电池状态参数包括电池容量、内阻、电池开路电压与电池荷电状态关系数据等；电池状态参数Q的计算方法如下，设定Q＝(La-Pa)/(100-SOC1)或Q＝(Lb-Pb)/(100-SOC2)，式中，La为单次循环充电容量，Pa为单次循环放电容量，SOC1为上电初始静态SOC值，Lb为多循环累积放电容量，Pb为多循环累积充电容量，SOC2为满充修正SOC值；

步骤S7，通过参数校验模块对计算得到的电池状态参数进行校验；

步骤S8，通过电池安全监测模块根据校验后的电池状态参数对电池进行异常识别，当识别出电池异常时，输出故障信号至故障提示处理模块进行故障提示；电池异常识别过程包括，将电池状态参数Q与各阈值进行比对，并根据比对结果进行异常识别，设定Q1为第一预设电池状态参数，Q2为第二预设电池状态参数，Q1＜Q2，当Q＜Q1时，判定电池异常电池单体SOC过低，当Q＞Q2时，判定电池异常单体SOC过高，当Q1≤Q≤Q2时，判定电池正常。

具体而言，本实施例所述步骤S2中，在对电池运行参数停发进行分析时，分析过程包括，

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为激活状态，则判定动力电池进入换电站；

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为未激活状态，且钥匙门信号为未激活状态，则判定车辆正常休眠；

当电池运行参数停止传输时，若电池换电模式信号为未激活状态，且钥匙门信号为激活状态，则判定电池异常断电；

当再次接收到电池运行参数时，则判定已恢复正常传输。

具体而言，本实施例所述步骤S3中，在判断是否进行计算车辆终端唤醒时间时，判断过程包括，

当电池运行参数停发原因为动力电池进入换电站时，不计算车辆终端唤醒时间，仅记录电池离线时间；

当电池运行参数停发原因为车辆正常休眠时，计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间；

当电池运行参数停发原因为异常断电时，计算车辆终端唤醒时间，并记录电池离线时间。

具体而言，本实施例所述步骤S4中，在计算车辆终端唤醒时间时，计算过程包括，

当动力电池单体电压最小值小于V11时，或动力电池单体电压压差最大值大于V12时，或动力电池单体电压平均值与单体电压最小值的差值大于V13时，或动力电池温度最高值大于T11时，或动力电池温度最高值与温度平均值的差值大于T12时，或动力电池绝缘阻值最小值低于R1时，将车辆终端唤醒时间设置为t1，设定2＜t1＜4，单位为小时；

其中，V11为一级电压欠压阈值，V12为一级压差过大阈值，V13为一级单体电压自放电阈值，T11为一级电池过温阈值，T12为一级电池温差阈值，R1为一级绝缘过低阈值。

具体而言，车辆终端唤醒时间的计算过程还包括，

当动力电池单体电压最小值小于V21时，或当动力电池单体电压压差最大值大于V22时，或当动力电池单体电压平均值与单体电压最小值的差值大于V23时，或当动力电池温度最高值大于T21时，或当动力电池温度最高值与温度平均值的差值大于T22时，或当动力电池绝缘阻值最小值低于R2时，将车辆终端唤醒时间设置为t2，设定2＜t2＜4，单位为小时；

其中，V21为二级电压欠压阈值，V22为二级压差过大阈值，V23为二级单体电压自放电阈值，T21为二级电池过温阈值，T22为二级电池温差阈值，R2为二级绝缘过低阈值，且t1>t2，V11>V21,V12R2。

具体而言，本实施例所述步骤S5中，在对电池进行不同监控模式控制时，控制过程包括，

当电池运行参数停发原因为动力电池进入换电站时，将电池状态设置为空闲状态；

当电池运行参数停发原因为车辆正常休眠时，记录电池离线时间，若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，且停发原因保持为车辆正常休眠，则控制车辆终端唤醒并停止计时；若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，停发原因跳转为恢复正常，则停止车辆终端唤醒行为；

当电池运行参数停发原因为异常断电时，记录电池离线时间，若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，且停发原因保持为异常断电，控制车辆终端唤醒并停止计时；若计时达到预设电池监控唤醒时间t0，停发原因跳转为恢复正常，则停止车辆终端唤醒行为。

具体而言，在进行车辆终端唤醒时，若唤醒失败，重新记录电池离线时间，计时达到预设电池监控唤醒时间t0后，再次尝试控制车辆终端唤醒行为，当唤醒失败次数达到唤醒次数上限N时，向用户终端发送提示信息，提示电池状态监控连接异常。

具体而言，本实施例所述步骤S7中，校验过程包括：

将电池编码信息与数据库的电池编码信息进行匹配，若匹配失败，则停止车辆终端唤醒行为并反馈车辆终端进入休眠模式；

若电池编码信息与数据库的电池编码信息匹配成功，则将该电池的电池状态参数与数据库存储的电池状态参数进行比对，比对结果相同则电池状态参数校验成功，反之校验失败，本实施例中，还对电池离线时间进行校验，计算电池离线时间与数据库中电池离线时间的时间差，若时间差小于等于Δt，则电池离线时间校验成功，继续使用记录的电池离线时间,Δt可根据数据传输延时影响进行设置，若时间差大于Δt，则电池离线时间校验失败，停止使用记录的电池离线时间。

具体而言，本实施例中当电池状态参数校验成功，而电池荷电状态、电池健康状态与数据库的存储值不一致时，控制电池状态输出的过程包括：

当SOC估算值小于SOC存储值时，若两者差值大于ΔSOC1，将下个上电循环SOC的输出值的初始值设置为SOC存储值，并根据平均放电电流的范围调整变化速率，逐渐趋近初始值为SOC估算值的SOC计算值；若SOC估算值与SOC存储值的差值小于等于ΔSOC1，可设置恒定倍率使SOC输出值趋近SOC计算值；

当SOC估算值大于SOC存储值时，若两者差值大于ΔSOC1，将下个上电循环SOC的输出值的初始值设置为SOC存储值，并根据平均充电电流的范围调整变化速率，逐渐趋近初始值为SOC估算值的SOC计算值；若SOC估算值与SOC存储值的差值小于等于ΔSOC1，可设置恒定倍率使SOC输出值趋近SOC计算值；

其中，SOC的输出值指用户可见的电池SOC显示值，SOC计算值指用户不可见的电池内部SOC真实值；本实施例中可设置平均放电电流、平均充电电流的数值范围和SOC趋近变化速率的映射表，如放电电流为I1，变化速率为k1，其中，I 1为电流范围界限值，k1根据具体选择的SOC估算算法确定；

当SOH估算值小于SOH存储值时，若两者差值大于ΔSOH1，下个上电循环SOH的输出值向下变化差值m；若SOH估算值与SOH存储值的差值小于等于ΔSOH1，下个上电循环SOH的输出值向下变化固定值a；其中，m为第m次完成SOC输出值到SOH估算值的变化，m和固定值a可根据电池SOH对电池充放电功率的影响大小确定，如影响较小，可设置m值偏小，a值偏大，以快速趋近估算值；

当SOH估算值大于SOH存储值时，下个上电循环SOH的输出值保持为SOH存储值。

请参阅图2所示，其为本实施例电池状态监控系统，所述系统包括：

数据采集模块，其用以实时采集、传输电池运行参数；

历史数据存储模块，其用以存储实时采集的电池运行参数；

监控时间估算模块，其用以对电池运行参数停发进行分析，计算车辆终端唤醒时间，并确定车辆终端的最终唤醒时间；

模式控制模块，其用以根据最终唤醒时间和电池运行参数停发分析结果对电池进行控制；

参数计算模块，其用以根据特征数据和电池离线时间计算电池状态参数；

参数校验模块，其用以对计算得到的电池状态参数进行校验；

电池安全监测模块，其用以根据校验后的电池状态参数对电池进行异常识别；

故障提示处理模块，其用以在识别出电池异常时进行故障提示。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。