专利名称：一种嵌入式电池管理系统及方法
技术领域：
本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种嵌入式电池管理系统及方法。
背景技术：
随着生活水平的提高，人们生活中越来越多的使用电池。为了提高电池的性能和使用寿命，人们经常使用电池管理系统(BMS，BATTERYMANAGEMENT SYSTEM)。电池管理系统是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池(即充电电池)。电池管理系统主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。常规的电池管理系统是基于荷电状态(SOC)模型来控制和保护电池的，但发明人经过研究发现，在嵌入式电池中，活性粒子在固体物质中的扩散速率非常缓慢，电池整体的荷电状态并不能反应电池的性能，而活性组分界面浓度iCAS (即界面处活性组分的浓度) 在很大程度上影响着电池的性能。因此，对于嵌入式电池而言，常规的电池管理系统并不能有效的提高电池的性能和使用寿命。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种嵌入式电池管理系统及方法，以实现有效提高电池的性能和使用寿命的目的，技术方案如下一种嵌入式电池管理系统，包括电池检测单元、活性组分界面浓度计算单元和电池电流控制单元，所述电池检测单元，用于检测电池的起始电压、运行电流和温度并发送到所述活性组分界面浓度计算单元；所述活性组分界面浓度计算单元，用于将电池的起始电压、运行电流及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中并计算出活性组分界面浓度；所述电池电流控制单元，用于根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内。优选的，所述活性组分界面浓度模型为代数模型、状态变量模型或计算流体动力学模型。优选的，所述活性组分界面浓度包括负极活性粒子界面浓度、正极活性粒子界面浓度和/或电解液活性组分界面浓度。优选的，所述运行电流包括充电电流和/或放电电流。优选的，所述电池电流控制单元包括脉冲波控制模块和大电流控制模块，所述脉冲波控制模块，用于在嵌入式电池温度低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的脉冲波；所述大电流控制模块，用于在嵌入式电池温度不低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的大电流。相对于上面的一种嵌入式电池管理系统，本发明还提供了一种嵌入式电池管理方法。一种嵌入式电池管理方法，包括检测电池的起始电压、运行电流和温度；将电池的起始电压、运行电流及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中并计算出活性组分界面浓度；根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内。优选的，所述活性组分界面浓度模型为代数模型、状态变量模型或计算流体动力学模型。优选的，所述活性组分界面浓度包括负极活性粒子界面浓度、正极活性粒子界面浓度和/或电解液活性组分界面浓度。优选的，所述运行电流包括充电电流和/或放电电流。优选的，所述根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内包括在嵌入式电池温度低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的脉冲波；在嵌入式电池温度不低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的大电流。通过应用以上技术方案，本发明提供的一种嵌入式电池管理系统及方法能够通过将电池的运行电流、起始电压及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中计算出活性组分界面浓度并根据此浓度调节电池的运行状态。由于活性组分界面浓度能够很大的影响嵌入式电池的性能，所以本发明能够有效的提高电池的性能和使用寿命。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种嵌入式电池管理系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种嵌入式电池管理系统控制充电电流形成的波形图；图3为本发明实施例中对应于图2所示的充电电流的活性组分界面浓度波形图；图4为本发明实施例提供的一种嵌入式电池管理系统控制充电电流形成的另一种波形图；图5为本发明实施例中对应于图4所示的充电电流的活性组分界面浓度波形图；图6为本发明实施例中对应于图4所示的充电电流的电池温度的波形图；图7为本发明实施例提供的一种嵌入式电池管理系统控制充电电流形成的另一种波形图8为本发明实施例提供的一种嵌入式电池管理方法的流程图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明提供的一种嵌入式电池管理系统，包括电池检测单元100、活性组分界面浓度计算单元200和电池电流控制单元300，电池检测单元100，用于检测电池400的起始电压、运行电流和温度并发送到所述活性组分界面浓度计算单元200 ；需要说明的是，在实际应用中，电池检测单元100可以检测电池400的实时电压并在提取出起始电压后将起始电压和其他参数一起发送到活性组分界面浓度计算单元200。活性组分界面浓度计算单元200，用于将电池400的起始电压、运行电流及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中并计算出活性组分界面浓度iCAS ；其中，所述活性组分界面浓度模型可以为代数模型、状态变量模型或计算流体动力学模型。为方便理解，现举例说明所述代数模型可以为王等人(1998 ；2002)建立的扩散长度模型。此模型中，某时刻下活性组分界面浓度用Ci (t)表示。按照这个模型，活性组分界面浓度Ci (t)可以通过方程式
[004权利要求
1.一种嵌入式电池管理系统，其特征在于，包括电池检测单元、活性组分界面浓度计算单元和电池电流控制单元，所述电池检测单元，用于检测电池的起始电压、运行电流和温度并发送到所述活性组分界面浓度计算单元；所述活性组分界面浓度计算单元，用于将电池的起始电压、运行电流及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中并计算出活性组分界面浓度；所述电池电流控制单元，用于根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活性组分界面浓度模型为代数模型、状态变量模型或计算流体动力学模型。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活性组分界面浓度包括负极活性粒子界面浓度、正极活性粒子界面浓度和/或电解液活性组分界面浓度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行电流包括充电电流和/或放电电流。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电池电流控制单元包括脉冲波控制模块和大电流控制模块，所述脉冲波控制模块，用于在嵌入式电池温度低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的脉冲波；所述大电流控制模块，用于在嵌入式电池温度不低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的大电流。
6.一种嵌入式电池管理方法，其特征在于，包括检测电池的起始电压、运行电流和温度；将电池的起始电压、运行电流及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中并计算出活性组分界面浓度；根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述活性组分界面浓度模型为代数模型、状态变量模型或计算流体动力学模型。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述活性组分界面浓度包括负极活性粒子界面浓度、正极活性粒子界面浓度和/或电解液活性组分界面浓度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述运行电流包括充电电流和/或放电电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述活性组分界面浓度控制电池的运行电流在预定的范围内包括在嵌入式电池温度低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的脉冲波；在嵌入式电池温度不低于预设的温度阈值时，根据所述活性组分界面浓度控制电池的充电电流为预定的范围内的大电流。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式电池管理系统及方法，能够通过将电池的运行电流、起始电压及温度输入预存的活性组分界面浓度模型中计算出活性组分界面浓度并根据此浓度调节电池的运行状态。由于活性组分界面浓度能够很大的影响嵌入式电池的性能，所以本发明能够有效的提高电池的性能和使用寿命。
文档编号H01M10/42GK102593536SQ201110005490
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者王朝阳 申请人:杭州万好万家动力电池有限公司