电池的电压保护方法及装置与流程

本申请涉及新能源车辆技术领域，具体而言，涉及一种电池的电压保护方法及装置。

背景技术：

近年来，越来越多人选择以锂电池系统作为动力的纯电动车、混合动力车。

由于锂电池的特性，其所能提供的电压并不稳定，即，在对锂电池充电时，锂电池的电压会逐渐上升；在放电时，锂电池的电压会逐渐下降。过高和过低的电压都会损害电池，甚至引发安全事故。因此，为了对电池进行保护，现有技术中，在电池保护系统中设置了低压截止电压和高压截止电压。当检测到电池的电压高于高压截止电压，或低于低压截止电压，均启动保护措施。

当电池处于放电状态时，由于电池对外表现的电压并不能代表真实的荷电状态，如果按照预先设定的低压截止电压对电池进行保护，会导致一部分电量无法释放出来，影响续驶里程。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种电池的电压保护方法及装置，用以提高电池电量的利用率。

第一方面，本申请实施例提供一种电池的电压保护方法，包括：获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值、当前温度值；根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

在申请实施例通过利用测试电压值、测试电流值和当前温度值对电池进行修正，获得各节电池对应的准确的实际电压值，并根据当前温度值查找对应的截止电压，能够根据不同的温度动态调整截止电压值，从而能够尽可能地使电池的电量得到释放，提高了电池电量的利用率。

进一步地，所述根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值，包括：获取温度阻值对照表，根据所述当前温度值从所述温度阻值对照表中获取对应的阻值；根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述阻值获得各电池对应的实际电压值。

本申请实施例中，由于电池的阻值受温度影响，因此根据当前温度值通过查表可以获得对应的阻值，进而能够获得电池准确的实际电压值，通过截止电压值在保证对电池安全的前提下，提高了电池电量的利用率。

进一步地，所述根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述阻值获得各电池对应的实际电压值，包括：根据所述测试电流值和所述阻值获得修正电压值；根据所述测试电压值和所述修正电压值获得所述实际电压值。

本申请实施例通过测试电流值和阻值对电池的电压进行修正，获得实际电压值，利用动态的截止电压值和实际电压值进行比较判断是否需要对电池进行电压保护，从而能够对电池准确的进行电压保护。

进一步地，所述根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护，包括：若至少一节电池的实际电压值小于或等于截止电压值，则向控制模块发送断电指令，以实现对电池的电压保护。

本申请实施例中，当任意一节电池达到电压保护的条件，就启动断电保护，避免使电池的电压低于截止电压值。

进一步地，所述利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值，包括：获取温度截止电压对照表，从所述温度截止电压对照表中获取与所述当前温度值最近接的温度对应的截止电压值。

本申请实施例中，由于温度不同，电池对应的截止电压不同，因此通过利用温度动态的确定截止电压值，从而在保证电池在安全的电压范围内工作的同时，提高了电池的使用率。

进一步地，所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值为同步采集获得。

第二方面，本申请实施例提供一种电池的电压保护装置，包括：参数获取模块，用于获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值、当前温度值；电压校正模块，用于根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；截止电压确定模块，用于利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；电压保护模块，用于根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，其中，所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，包括：所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面的方法。

第五方面，本申请实施例提供一种电动车辆，包括电源模块、电压保护装置、电流采集模块、控制模块和整车系统；其中，所述电压保护装置分别与电源模块、电流采集模块、控制模块和整车系统通信连接；所述电源模块包括至少一节电池、每节电池分别连接有对应的电压采集模块和温度采集模块，且所述至少一节电池串联连接；所述电流采集模块用于采集测试电流值；所述电压保护装置用于执行第一方面所述的电压保护方法；所述控制模块用于接收所述电压保护装置发送的断电指令，并进行断电操作；所述整车系统用于接收所述电压保护装置发送的车辆行驶指令。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电池的电压保护方法流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电压保护原理图；

图3为本申请实施例提供的电池的电压保护装置结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电子设备实体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电动车辆结构示意图。

具体实施方式

通常，锂电池主要包括电芯和保护板，电芯的安全使用电压范围为2.5v-4.2v，单个电芯并不能驱动车辆行驶，需要将若干个电芯串联起来，形成一个约300v的直流高压来驱动电机工作，以使电动车能够正常行驶。

以锂电池放电为例，锂电池放电到某一个电压后，不宜再继续放电，否则会造成锂电池部分电量不可逆损失，严重的会彻底损坏电池。由于锂电池并不能在低电压时自动终止放电或在高电压时主动停止充电，因此，需要设计保护系统来控制锂电池的电路。该保护系统通过检测电路与回路中的继电器相配合实现对锂电池的保护。其保护原理为，预先为该锂电池设定高截止电压和低截止电压，当检测到锂电池的电压高于高截止电压或低于低截止电压，继电器控制电路断开。例如：某电芯的正常使用电压为2.8v-4.2v，那么保护系统在放电过程中检测到电芯电压达到2.8v时，切断电路，阻止电芯继续放电，从而避免使用电芯电压低于2.8v。

由于电池内部存在电阻，通常将该电阻称为电池内阻，动力电池的内阻有电芯内阻和连接装置电阻两部分组成，本申请实施例中所述的内阻指单串电芯内阻，阻值是指单串电芯内阻的阻值。由于电池中有内阻的存在，电芯相当于一个理想电源与一个电阻的并联，该电阻在数值上等于当前状态下的电芯的内阻。电芯在放电过程中，自身会分得一部分电压，使得电芯对外表现出来的电压小于电芯不带负载时的电压值。可以理解的是，电芯对外表现出来的电压＝不带负载的电压-内阻*放电电流。所以，电芯处于放电过程中时，电芯对外表现的电压并不能代表电芯的荷电状态，如果此时仍然按照预先设定的截止电压进行控制，将会使得相当一部分电量无法释放出来，影响续驶里程。

表1为某厂家某型号100ah电池不带负载时荷电状态(stateofcharge，soc)与对应的电压关系，应当说明的是，不同厂家，不同型号的电池其荷电状态、温度与截止电压的对应关系可能不同，本申请实施例中的表1只是一个示例：

表1

根据该厂家给出的电芯内阻数据，在以100a电流放电，-20℃时内阻为2.66mω，25℃时内阻为0.41mω，假设设定电芯放电时的截止电压均为soc为0时对应的电压，且该电压为放电电流≤5a(放电倍率≤0.05c时，可近似当成不带负载)时的电压。

根据表1可以获知，在25℃时，电芯不带负载时的截止电压为2.92v，在-20℃电芯不带负载时的截止电压为3.37v。

在25℃时，电芯带负载时的实际电压通过公式(1)计算获得：

2.92v+100a*0.41mω＝2.96v(1)

在-20℃时，电芯带负载时的实际电压通过公式(2)计算获得：

3.37v+100a*2.66mω＝3.64v(2)

由上可知，如果按照电芯带负载时表现出来的实际电压进行截止，对于-20℃的情况，通过查表1可知，3.64v对应的soc约为40％。也就是说，如果按照恒定的截止电压进行电压保护，那么在-20℃的条件下将会导致约40％的电量无法放出。

为了解决上述问题，在保证电池安全的基础上，提高电池的利用率，本申请实施例提供一种动态调整截止电压的电压保护方法。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图1为本申请实施例提供的一种电池的电压保护方法流程示意图，如图1所示，该方法应用于电池管理系统，包括：

步骤101：获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值和当前温度值；

步骤102：根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；

步骤103：利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；

步骤104：根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

在步骤101中，测试电压值可以通过电压传感器测量获得，测试电流值可以通过电流传感器测量获得，当前温度值可以通过温度传感器获得。应当说明的是，电池模组中包括至少一串单体电池串联，由于需要获得每节电池对应的测试电压值、测试电流值和当前温度值，因此，电压传感器和温度传感器需要分别对每节电池进行监测；由于电池为串联，所以电流传感器只检测一个位置即可。

在步骤102中，由于电池的温度、内阻的影响，通过电压传感器采集到的测试电压值可能与实际电压值不一致，为了能够获得准确的实际电压值，可以根据每节电池的测试电压值、测试电流值和当前温度值对测试电压值进行修正，获得对应电池的实际电压值。

在步骤103中，由于不同温度对应的截止电压值不同，因此，可以获取温度截止电压对照表，根据当前温度值从温度截止电压对照表中，获取当前温度值对应的截止电压值。可以理解的是，温度截止电压对照表为预先写入的，其形式可以与表1类似，具体的温度-截止电压值可以根据实际情况设定，例如：可以设定soc为0，温度分别为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃时对应的截止电压值。

在步骤104中，由于每节电池对应的当前温度值不同，因此，每节电池对应的截止电压不同。再有，不同的电池对应的实际电压值也不同，为了能够保证每节电池都工作在安全的电压范围内，需要根据每节电池的截止电压值判断其对应的实际电压值是否工作在安全的电压范围内，从而实现对电池的电压保护。

本申请实施例通过利用测试电压值、测试电流值和当前温度值对电池进行修正，获得各节电池对应的准确的实际电压值，并根据当前温度值查找对应的截止电压，能够根据不同的温度动态调整截止电压值，从而能够尽可能地使电池的电量得到释放，提高了电池电量的利用率。

在上述实施例的基础上，所述根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值，包括：

获取温度阻值对照表，根据所述当前温度值从所述温度阻值对照表中获取对应的阻值；

根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述阻值获得各电池对应的实际电压值。

在具体的实施过程中，由于每节电池在生产时，其阻抗不尽相同，另外，每节电池的阻值还会受温度、老化程度等因素的影响，由于当前温度值变化较大，且对阻值的影响较大，本申请实施例在系统设计时，可以将电池模组中的每节电池对应的温度阻值对照表写入电池管理系统(bms)中。在确定每节电池对应的阻值时，可以从该电池对应的温度阻值对照表中获取到当前温度值对应的阻值。根据测试电流值和每节电池对应的阻值计划获得对应电池的修正电压值；根据测试电压值和修正电压值可以计算获得实际电压值。

具体计算方法可以根据如下公式(1)计算获得每节电池分别对应的实际电压值：

vi＝vcelli+rcelli*i(1)

其中，vi为第i节电池的实际电压值；vcelli为第i节电池的测试电压值；rcelli为第i节电池的阻值；i为测试电流值；i为正整数。

可以理解的是，温度阻值对照表中，除了包括影响电池阻值的温度因素外，还可以包括其他因素，例如，使用时长、soc状态等，具体温度阻值对照表中影响阻值的因素可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不作具体限定。

本申请实施例中，由于电池的阻值受温度影响，因此根据当前温度值通过查表可以获得对应的阻值，进而能够获得电池准确的实际电压值，通过截止电压值在保证对电池安全的前提下，提高了电池电量的利用率。

在上述实施例的基础上，图2为本申请实施例提供的一种电压保护原理图，如图2所示，测试信号包括每节电池的测试电压值vcelli和当前温度值tcelli。然后对每节电池的测试电压值vcelli进行修正，获得实际电压值vi，具体的修正方法参见上述实施例，此处不再赘述。在获得实际电压值vi之后，通过查询温度截止电压对照表获得各节电池对应的截止电压值，然后将截止电压值与对应的实际电压值进行比较，若至少一节电池的实际电压值小于或等于截止电压值，则向控制模块发送断电指令，以实现对电池的电压保护。可以理解的是，控制模块可以是继电器。

在上述实施例的基础上，为了能够及时检测到电池的实际电压值低于截止电压值，各节电池的测试电压值、测试电流值和当前温度值为同步采集获得。并且，bms分为bms主板和bms从板，为了便于bms主板分析，当电压传感器采集到测试电压值、温度传感器采集到当前温度值、电池传感器采集到测试电流值后，bms从板对测试电压值、测试电流值和当前温度值进行时间轴编组后，形成时间-测试电压值-当前温度值-测试电流值数组，并且按照电池的编号从低到高的顺序将编组后获得的数组依次发送给bms主板。应当说明的是，时间轴编组是指该组的测试电压值、当前温度值、测试电流值采集时间在一个特定的时间段内，例如可以时间间隔≤10ms，当前也可以根据实际情况设定具体的时间间隔，本申请实施例对此不作具体限定。电池的编号可以预先设定，由于电池模组中是多节电池串联构成，可以从电池模组的正极开始编号，即，与电池模组的正极最近的一节电池作为1号，由近到远编号依次递增。当然，也可以从电池模组的负极开始编号，还可以乱序编号，本申请实施例对电池进行编号的目的是唯一标识电池，当有电池的实际电压值低于截止电压值时，能够获知具体是哪节电池，因此，本申请实施例对电池的编号方式不作具体限定。

图3为本申请实施例提供的电池的电压保护装置结构示意图，该装置可以是电子设备上的模块、程序段或代码。应理解，该装置与上述图1方法实施例对应，能够执行图1方法实施例涉及的各个步骤，该装置具体的功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。该装置包括：参数获取模块301、电压校正模块302、截止电压确定模块303和电压保护模块304，其中：

参数获取模块301用于获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值、当前温度值；电压校正模块302用于根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；截止电压确定模块303用于利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；电压保护模块304用于根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

在上述实施例的基础上，电压校正模块302具体用于：

获取温度阻值对照表，根据所述当前温度值从所述温度阻值对照表中获取对应的阻值；

根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述阻值获得各电池对应的实际电压值。

在上述实施例的基础上，电压校正模块302具体用于：

根据所述测试电流值和所述阻值获得修正电压值；

根据所述测试电压值和所述修正电压值获得所述实际电压值。

在上述实施例的基础上，电压保护模块304具体用于：

若至少一节电池的实际电压值小于或等于截止电压值，则向控制模块发送断电指令，以实现对电池的电压保护。

在上述实施例的基础上，截止电压确定模块303具体用于：

获取温度截止电压对照表，从所述温度截止电压对照表中获取与所述当前温度值最近接的温度对应的截止电压值。

在上述实施例的基础上，所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值为同步采集获得。

图4为本申请实施例提供的电子设备实体结构示意图，如图4所示，所述电子设备，包括：处理器(processor)401、存储器(memory)402和总线403；其中，

所述处理器401和存储器402通过所述总线403完成相互间的通信；

所述处理器401用于调用所述存储器402中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值和当前温度值；根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

处理器401可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器401可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中公开的各种方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器402可以包括但不限于随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值和当前温度值；根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获得各电池分别对应的测试电压值、测试电流值和当前温度值；根据所述测试电压值、所述测试电流值和所述当前温度值获得各电池对应的实际电压值；利用各电池分别对应的当前温度值确定截止电压值；根据各电池对应的截止电压值和实际电压值进行电压保护。

图5为本申请实施例提供的一种电动车辆结构示意图，如图5所示，电源模块501、电压保护装置502、电流采集模块503、控制模块504和整车系统505；其中，所述电压保护装置502分别与电源模块501、电流采集模块503、控制模块504和整车系统505通信连接；

所述电源模块501包括至少一节电池，每节电池分别连接有对应的电压采集模块和温度采集模块，且所述至少一节电池串联连接。图5示出的是每节电池均配置有对应的温度采集模块和电压采集模块。可以理解的是，若一个电压采集模块可以同时采集多节电池的测试电压值，则使用一个电压采集模块即可，若一个电压采集模块只能采集一节电池的测试电压值，那么每节电池均配置有对应的电压采集模块。若一个温度采集模块可以同时采集多节电池的当前温度值，则使用一个温度采集模块即可，若一个温度采集模块只能采集一节电池的当前温度值，那么每节电池均配置有对应的温度采集模块。另外，图5中示出了电源模块包括4节电池，在实际应用中，电池的节数可以根据实际情况进行设定，本申请实施例对此不作具体限定。

所述电流采集模块503用于采集测试电流值；

所述电压保护装置502用于上述各实施例提供的电压保护方法，电压保护装置具体可以是bms系统，bms系统又可以分为bms从板和bms主板，其中，bms从板主要用于接收测量电压值、当前温度值和测量电流值；bms主板主要用于对测量电压值、当前温度值和测量电流值进行计算、控制实施，具体为修正电压，判断每节电池的实际电压值是否低于对应的截止电压值，在有电池的实际电压值低于截止电压值时，发出断电指令。

所述控制模块504用于接收所述电压保护装置发送的断电指令，并进行断电操作；

所述整车系统505用于接收所述电压保护装置发送的车辆行驶指令。

在申请实施例通过利用测试电压值、测试电流值和当前温度值对电池进行修正，获得各节电池对应的准确的实际电压值，并根据当前温度值查找对应的截止电压，能够根据不同的温度动态调整截止电压值，从而能够尽可能地使电池的电量得到释放，提高了电池电量的利用率。

由于动力电池在使用过程中，会由于老化程度不一致，从而造成可用电量显著减小(表现为老化较快的电芯在放电时电压下降较快，容易达到设定的截止电压)；采用动态截止电压算法的电池系统，由于在截止电压设置时考虑到了电芯老化的影响(该影响主要体现在电芯内阻上)，在使用时可用电量的减少更贴近于电芯的实际情况，对整车的影响更小。

经过在线仿真和台架试验，本申请实施例提供的电压保护方法对于电池截止电压的设置有了较大的提升。经过对比计算，在-7℃时，电池截止电压比固定值精度提升50％；在1倍电流放电时，放电容量增加20％，车辆续驶里程增加100公里。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。