并联单体电池性能监测系统以及监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电池性能监测系统以及监测方法，具体涉及一种用于并联单体电 池性能监测系统。
【背景技术】
[0002] 电池作为电动汽车主要动力源，其性能的优劣将直接影响电动汽车的推广。对电 池的充放电及循环寿命特性进行研究，测试电池在不同条件下的性能对电动汽车安全性研 究有着重要的理论意义和实际应用价值。
[0003] 电池管理系统作为比较常用的监测电池性能参数的设备，一般可实现单节电池电 压、温度、电池组电流、电池组电压的测量，然而电池组一般由多个单体电池并联构成单节 电池满足电池组容量要求，再将多个单节电池串联满足电池组电压要求。实际应用中，为了 保证电池组内各单体电池性能的一致性，电池组集成时会对单体电池进行筛选，选出具有 相似容量及内阻的单体电池，但此种做法仍然很难保证电池组中各单体电池初始性能参数 完全一致，各单体电池的工作条件也不完全一致。即使电池组内各单体电池具有相同的充 放电电流，如果单体电池初始容量存在差异，仍会导致各单体电池充放电速率及深度出现 差异。此外，电池组内单节电池内阻的差异将导致电池组中温度场分布不均，进而影响其工 作条件。然而，现有的电池检测系统一般将单节电池视为整体，监测单节电池性能作为内部 并联单体电池性能的描述，缺少实际意义上的单体电池性能监测系统。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种并联单体电池性能监测系统，该系统可实现电 池组中任意单体电池性能参数的测量。采用的技术方案如下：
[0005] 并联单体电池性能监测系统，包括：包括主控模块、电压采集模块、电流采集模块、 电流传感器；
[0006] 所述主控模块通过CAN总线分别与所述电压采集模块和所述电流采集模块相连 接；所述电压采集模块的电压信号接头分别连接各单体电池的正端和负端，所述电压采集 模块的温度信号接头连接温度传感器；所述电流采集模块的电流信号接头连接所述电流传 感器；
[0007] 所述主控模块用于接收、存储和上传所述电流采集模块和所述电压采集模块传来 的单体电池性能参数；所述主控模块检测电池组绝缘电阻、并且利用各串接的单节电池电 压之和与电池组总电压的关系判断线路是否发生故障。
[0008] 作为优选，所述温度传感器电路采用数字式温度传感器DS18B20,所述传感器 DS18B20贴在单体电池两极柱及壳体处。
[0009] 作为优选，所述电流传感器采用霍尔传感器，所述电流传感器的量程分别为0~ 50A和0~300A，所述两个量程的电流传感器同时设置在电池组中的各单体电池支路上。
[0010] 作为优选，所述电压采集模块包括并联单体电池电压采集电路、温度采集电路、单 体电池过充/放保护电路；所述温度采集电路为所述温度传感器。
[0011] 作为优选，所述电流采集模块包括并联单体电池电流采集电路、电池组总电流采 集电路、电池组总电压采集电路、电池组过流保护电路。
[0012] 作为优选，所述并联单体电池电压采集电路包括电阻RU R2、R3、R4、R5,电容CU C2、C3、C4、C5,运算放大器UlA;
[0013] 所述Rl的一端连接单体电池的负极、所述Rl的另一端连接UlA的反相输入端，所 述R2的一端连接单体电池的正极、所述R2的另一端连接UlA的同相输入端，所述R3的两 端分别连接UlA的反相输入端和输出端，所述R4的一端连接UlA的同相输入端、所述R4的 另一端接地，所述R5的一端连接UlA的输出端、所述R5的另一端作为并联单体电池电压采 集电路的输出BAT，所述Cl的两端分别连接单体电池的正极和负极，所述C2的一端连接单 体电池的负极、所述C2的另一端接地，所述C3的一端连接单体电池的正极、所述C3的另一 端接地，所述C4的一端连接UlA的一个端口、所述C4的另一端接地，所述C5的一端连接R5 的另一端、所述C5的另一端接地。
[0014] 作为优选，所述单体电池过充/放保护电路包括：可变电阻VR1、VR2,电阻R6、R7， 电容C6,运算放大器U2A、U2B;
[0015] 所述VRl的一端接电源5V、所述VRl的另一端接地、所述VRl的分压端接U2A的同 相输入端，所述VR2的一端接电源5V、所述VR2的另一端接地、所述VR2的分压端接U2B的 反相输入端，U2A的输出端Fl和U2B的输出端F2分别经电阻R6、R7上拉至5V，运算放大 器U2A的反向输入端和U2B的同相输入端之间连接并联单体电池电压采集电路处理后的单 体电池电压输出BAT，U2A的一个端口接电源5V，U2A的另一个端口接地，C6的一端接电源 5V，C6的另一端接地；
[0016] 所述U2A的输出端Fl和U2B的输出端F2分别作为与门U2的两个输入，所述与门 U2的输出FAULT作为所述单体电池过充/放保护电路的输出。
[0017] 作为优选，所述并联单体电池电流采集电路包括：运算放大器U4A、U5A，电阻R8、 R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15,电容C7、C8、C9、CIO、Cll、C12,二极管Dl;
[0018] 所述R8的一端接霍尔传感器的输出、所述R8的另一端接U4A的同相输入端，所述 R9的两端分别接U4A的反相输入端和输出端，所述RlO的两端分别接U4A的输出端和U5A 的同相输入端，所述Rll的一端接U5A的反相输入端、所述Rll的另一端接地，所述R12的 一端接U5A的同相输入端、所述R12的另一端接参考电压Ref，R13的两端分别接U5A的反 相输入端和输出端，R14的一端接U5A的输出端、R14的另一端接所述主控模块的A/D米样 接口，R15的一端接霍尔传感器的输出、R15的另一端接地，C7的一端接U4A的同相输入端、 C7的另一端接地，C8的一端接U4A的一个端口、C8的另一端接地，C9的一端接U4A的另一 个端口、C9的另一端接地，ClO的一端接U5A的一个端口、ClO的另一端接地，Cll的一端接 U5A的另一个端口、Cll的另一端接地，Cl2的一端接所述主控模块的A/D采样接口、Cl2的 另一端接地，所述Dl的负极接R14的另一端、所述Dl的正极接地。
[0019] 作为优选，所述主控模块采用MC9S12XEP100芯片。
[0020] 基于上述系统，本发明还提出了并联单体电池性能监测方法，包括如下步骤：
[0021] 步骤1，并联单体电池性能监测系统工作时，主控模块发送开始采集命令给电压采 集模块及电流采集模块；
[0022] 步骤2,电流采集模块开始采集并联的各单体电池电流、电池组总电流及电池组总 电压；电压采集模块开始采集并联单体电池电压及温度；
电池电压以及并联单体电池电流，计算单体电池内阻；
[0024] 步骤4,利用安时积分法结合开路电压法估算电池SOC;
[0025] 步骤5,基于充电电压曲线估算电池SOH;
[0026] 步骤6,基于动态矩阵控制算法估算电池可用输出功率；
[0027] 步骤7,主控模块利用各串接的单节电池电压之和与电池组总电压的关系判断线 路是否发生故障。
[0028] 和现有技术相比，本发明的有益效果：
[0029] (1)本发明提出了一种并联单体电池监测系统，该系统可实现电池组中任意单体 电池性能参数的测量，为研究并联单体电