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CN116601508A - 电池管理系统、电池组、电动车辆及电池管理方法 - Google Patents

电池管理系统、电池组、电动车辆及电池管理方法 Download PDF

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CN116601508A
CN116601508A CN202280006401.0A CN202280006401A CN116601508A CN 116601508 A CN116601508 A CN 116601508A CN 202280006401 A CN202280006401 A CN 202280006401A CN 116601508 A CN116601508 A CN 116601508A
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CN
China
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battery
soc
battery cell
control circuit
battery cells
Prior art date
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Application number
CN202280006401.0A
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English (en)
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金永珉
金喆泽
成镕哲
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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Publication date
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Abstract

根据本发明的电池管理系统包括：感测电路，其用于获取串联连接的多个电池单元中的每一个的状态参数；以及控制电路，其将充电状态(SOC)估计算法应用于在充电期间获取的状态参数，以针对每个电池单元确定第一SOC变化，第一SOC变化是在第一充电点的第一SOC与在第二充电点的第二SOC之间的差。控制电路将统计算法应用于多个电池单元当中的至少两个电池单元的第一SOC变化，以确定参考因子。控制电路基于每个电池单元的第一SOC变化和参考因子来检测每个电池单元中的内部短路故障。

Description

电池管理系统、电池组、电动车辆及电池管理方法
技术领域
本申请要求于2021年6月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0077048的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。
本公开涉及一种针对电池单元的内部短路故障检测。
背景技术
近来，对诸如笔记本电脑、摄像机、移动电话之类的便携式电子产品的需求量已经迅速增加，并且随着电动车辆、储能用蓄电电池、机器人、卫星等的广泛发展，正在对可反复充电的高性能电池进行大量研究。
目前市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且在这些电池当中，锂电池几乎没有记忆效应，因此它们比镍基电池更受关注，由于它们具有能够在任何方便的时候进行充电、自放电率极低并且能量密度高的优点。
为了满足电动车辆应用的高电压和高容量要求，广泛使用包括串联连接的多个电池单元的电池系统(例如，电池组)。
在这样的电池系统中，一些电池单元中的故障极有可能对整个电池系统的性能和安全性产生负面影响。因此，在电池系统的管理中，重要的是适当地检测单个电池单元中的故障。
在各种类型的电池单元故障中，内部短路故障是直接/间接地影响起火的主要故障。内部短路故障是由电池单元内的副反应和/或杂质渗入电池单元引起的。传统技术使用多个电池单元的最小电压和最大电压之间的差和/或在休止期间观察到的电压降的幅度，来检测每个电池单元中的内部短路故障。
然而，由于最小电压和最大电压是比内部短路故障受其它因素(例如，满充电容量、退化程度、温度、单个电池单元的内阻)影响更大的参数，因此基于最小电压和最大电压之间差检测内部短路故障的精度较低。此外，由于在多个电池单元的串联连接结构中，认为等幅度的充电/放电电流流过所有的电池单元，因此从充电/放电电流本身的积分(integral)中难以提取与单个电池单元的内部短路故障有关的有用信息。
附加地，需要让所有的电池单元不被打扰几小时到几天，以基于休止期间观察到的电压降的幅度来检测内部短路故障。
发明内容
技术问题
本公开是为了解决上述问题设计的，因此本公开旨在提供一种用于使用在每个电池单元的充电和/或放电期间的充电状态(SOC)变化来检测串联连接的每个电池单元中的内部短路故障的电池管理系统、电池组、电动车辆和电池管理方法。
本公开的这些和其它目的和优点可以通过以下描述来理解，并且将从本公开的实施方式显而易见。另外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中阐述的手段及其组合来实现。
技术方案
根据本公开的一个方面的电池管理系统为包括串联连接的多个电池单元的电池组。电池管理系统包括：感测电路，其被配置为获取每个电池单元的状态参数；以及控制电路，其被配置为针对每个电池单元通过将充电状态(SOC)估计算法应用于在电池组的充电期间获取的状态参数，来确定第一SOC变化，第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差。控制电路被配置为通过将统计算法应用于多个电池单元中的至少两个电池单元的第一SOC变化，来确定参考因子。控制电路被配置为基于每个电池单元的第一SOC变化和参考因子来检测每个电池单元中的内部短路故障。
控制电路可以被配置为确定参考因子等于多个电池单元中的至少两个电池单元的第一SOC变化的平均值或中值。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元，在第一SOC变化与参考因子的比率等于或小于阈值时，确定内部短路故障。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元，在第一SOC变化与参考因子的比率比先前的比率小阈值或更多时，确定内部短路故障。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元通过将SOC估计算法应用于在电池组的放电期间获取的状态参数来确定第二SOC变化，第二SOC变化是在第一放电时间的第三SOC和在第二放电时间的第四SOC之间的差。控制电路可以被配置为通过将每个电池单元的第一SOC变化除以第二SOC变化，来确定每个电池单元的故障因子。控制电路可以被配置为通过将统计算法应用于多个电池单元中的至少两个电池单元的故障因子来确定参考因子。控制电路可以被配置为基于每个电池单元的第二SOC变化来进一步检测每个电池单元中的内部短路故障。
控制电路可以被配置为将参考因子确定为等于多个电池单元中的至少两个电池单元的故障因子的平均值或中值。控制电路可以被配置为通过将每个电池单元的故障因子与参考因子进行比较，来检测每个电池单元中的内部短路故障。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元当故障因子与参考因子的比率等于或小于阈值时，确定内部短路故障。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元在故障因子与参考因子的比率比先前的比率小阈值或更多时，确定内部短路故障。
根据本公开另一方面的电池组包括电池管理系统。
根据本公开又一方面的电动车辆包括电池组。
根据本公开再一方面的电池管理方法用于包括串联连接的多个电池单元的电池组。电池管理方法包括以下步骤：针对每个电池单元通过将充电状态(SOC)估计算法应用于在电池组的充电期间获取的多个电池单元中的每一个的状态参数，确定第一SOC变化，第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差；通过将统计算法应于多个电池单元中的至少两个电池单元的第一SOC变化，来确定参考因子；以及基于每个电池单元的第一SOC变化和参考因子，来检测每个电池单元中的内部短路故障。
技术效果
根据本公开的至少一个实施方式，可以使用在每个电池单元的充电和/或放电期间的充电状态(SOC)变化来检测串联连接的每个电池单元中的内部短路故障。
本公开的效果不限于上述效果，本领域技术人员从所附权利要求中将清楚地理解这些和其它效果。
附图说明
附图例示了本公开的示例性实施方式，并且连同如下所述的本公开的详细描述一起，用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此本公开不应被解释为仅限于附图。
图1是示例性地示出根据本公开的电动车辆的部件的图。
图2是用于描述电池单元的示例性等效电路的参考图。
图3至图5是在存在或不存在内部短路故障的情况下比较电池单元的充电状态(SOC)变化时用于参考的示例性曲线图。
图6是示例性地示出根据本公开的第一实施方式的电池管理方法的流程图。
图7是示例性地示出根据本公开的第二实施方式的电池管理方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于一般和字典含义，而是在允许发明人为了最好地说明而适当地定义术语的原则上基于与本公开的技术方案相对应的含义和概念来解释。
因此，本文所描述的实施方式及附图中所示的例示仅为本公开的示例性实施方式，并非旨在完整地描述本公开的技术方案，因此应当理解，在提交申请时，能够对其做出的各种其它等同替换和修改。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数词的术语用于将各种元件中的一个元件与另一元件区分开，并非旨在限制元件。
除非上下文另有明确指示，否则将理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，指定了所述元件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它元件。附加地，本文所使用的术语“控制电路”是指至少一种功能或操作的处理单元，并且可以单独地或组合地以硬件和软件来实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解当元件被称为“连接到”另一元件时，它可以直接连接到另一元件或者可以存在居间元件。
图1是示例性地示出根据本公开的电动车辆的部件的图。
参照图1，电动车辆1包括车辆控制器2、电池组10、逆变器30和电动马达40。电池组10的充/放电端子P+、P-可以通过充电电缆电联接至充电器3。充电器3可以包括在电动车辆1中，或者可以设置在充电站中。
车辆控制器2(例如，电子控制单元(ECU))被配置为响应于被用户改变到开启位置的电动车辆1的点火按钮(未示出)而向电池管理系统100发送启动(key-on)信号。车辆控制器2被配置为响应于由用户将点火按钮改变到关闭(OFF)位置而向电池管理系统100传输熄火(key-off)信号。充电器3可以通过与车辆控制器2的通信，经由电池组10的充/放电端子P+、P-提供恒流或恒压的充电电力。充电器3可以具有放电功能，并且在如下所述的第一充电阶段S1开始之前，可以响应于来自车辆控制器2的请求而使电池11放电，以将电池11的电池电压(例如，开路电压(OCV))降低到预定参考电压以下。
电池组10包括电池11、继电器20和电池管理系统100。
电池11包括多个电池单元BC1～BCN(N为2以上的自然数)。多个电池单元BC1～BCN串联连接。多个电池单元BC1～BCN可以设置有相同的电气和化学规格，其中N为2以上的自然数。在下文中，在对多个电池单元BC1～BCN的共同描述中，对电池单元给予附图标记“BC”。
电池单元BC不限于特定类型，并且可以包括任何类型的可以重复充电的电池单元，例如锂离子单元。
继电器20通过连接电池11和逆变器30的电源路径串联连接到电池11。图1示出了连接在电池11的正极端子和充电/放电端子P+之间的继电器20。继电器20响应于来自电池管理系统100的开关信号而被控制为开/关。继电器20可以是通过线圈的电磁力来打开和关闭的机械接触器或者诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)之类的半导体开关。
逆变器30响应于来自电池管理系统100或车辆控制器2的命令将来自电池组10中所包括的电池11的直流电转换为交流电。电动马达40使用来自逆变器30的交流电操作。电动马达40可以包括例如三相交流马达。电动车辆1中由电池11提供放电电力的部件(包括逆变器30和电动马达40)可以统称为电负载。
电池管理系统100包括感测电路110和控制电路150。电池管理系统100还可以包括通信电路160。
感测电路110被构造为获取电池单元BC的状态参数。电池单元BC的状态参数包括电池单元BC的电压、电流和/或温度。感测电路110包括电压检测器120和电流检测器130。感测电路110还可以包括温度检测器140。
电压检测器120连接到电池11中包括的多个电池单元BC1～BCN中的每一个的正极端子和负极端子，并且被配置为测量电池单元BC两端的电压并且生成指示测量到的电压的电压信号。
电流检测器130通过电池11和逆变器30之间的电流通路串联连接到电池11。电流检测器130被配置为测量流经电池11的充电/放电电流，并生成电流指示测量到的充电/放电电流的电流信号。由于多个电池单元BC1～BCN串联连接，所以公共充电/放电电流流过多个电池单元BC1～BCN。电流检测器130可以包括诸如分流电阻器和霍尔效应装置之类的已知电流检测装置中的至少一种。
温度检测器140被配置为测量电池11的温度或电池温度并且生成指示测量到的电池温度的温度信号。温度检测器140可以设置在壳体13中，以测量接近电池11的实际温度的温度。例如，温度检测器140可以附接到电池11中包括的至少一个电池单元BC的表面，以检测电池单元BC的表面温度作为电池温度。温度检测器140可以包括诸如热电偶、热敏电阻和双金属之类的已知温度检测装置中的至少一种。
通信电路160被配置为支持控制电路150与车辆控制器2之间的有线或无线通信。有线通信例如可以是控制器局域网(CAN)通信，而无线通信可以是例如紫蜂(Zigbee)或蓝牙通信。通信协议不限于特定类型并且可以包括支持控制电路150和车辆控制器2之间的有线/无线通信的任何类型的通信协议。通信电路160可以包括输出装置(例如，显示器，扬声器)，以将从控制电路150和/或车辆控制器2接收到的信息提供成用户(驾驶员)可识别的格式。
控制电路150可操作地联接到继电器20、感测电路110和通信电路160。可操作地联接是指直接/间接地连接以在一个或两个方向上发送和接收信号。
控制电路150可以采集来自电压检测器120的电压信号、来自电流检测器130的电流信号和/或来自温度检测器140的温度信号。也就是说，控制电路150可以使用控制电路150内的模数转换器(ADC)将从传感器120、130、140收集的每个模拟信号转换为数字值并记录该数字值。
控制电路150可以称为“电池控制器”，并且可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器或用于执行其它功能的电气单元中的至少一种以硬件实现。
存储器151可以包括例如闪存类型、硬盘类型、固态盘(SSD)类型、硅盘驱动器(SDD)类型、微型多媒体卡类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或可编程只读存储器(PROM)中的至少一种类型的储存介质。存储器151可以存储由控制电路150进行计算所需的数据和程序。存储器151可以存储指示控制电路150的计算结果的数据。存储器151可以存储充电状态(SOC)估计算法和用于检测电池单元BC中的内部短路故障的统计算法。存储器151可以集成到控制电路150中。
当在电负载30、40和/或充电器3操作期间继电器20导通时，电池11进入充电模式或放电模式。当继电器20在充电模式或放电模式下电池11被切换到休止模式的同时断开。
控制电路150可以响应于启动信号而接通继电器20。控制电路150可以响应于熄火信号而断开继电器20。启动信号是请求从休止状态切换到充电或放电状态的信号。熄火信号是请求从充电或放电切换到休止的信号。另选地，代替控制电路150，车辆控制器2可以负责继电器20的接通/断开控制。
控制电路150可以监测多个电池单元BC1～BCN中的每一个的电压，并在电池组10的充电期间识别多个电池单元BC1～BCN的最大电压。最大电压是多个电池单元BC1～BCN的电压当中的最大电压。
控制电路150可以监测多个电池单元BC1～BCN中的每一个的电压，并识别在电池组10放电期间的最小电压。最小电压是多个电池单元BC1～BCN的电压当中的最小电压。
当多个电池单元BC1～BCN的最大电压在电池组10充电期间达到预定电压上限(例如，4.25V[伏特])时，控制电路150可以停止电池组10的充电。
当多个电池单元BC1～BCN的最小电压在电池组10放电期间达到预定电压下限(例如，3.20V)时，控制电路150可以停止电池组10的放电。
图2是描述电池单元的示例性等效电路的参考图。在本说明书中，正常电池单元是指多个电池单元BC1～BCN中的没有内部短路故障的任意电池单元，故障电池单元是指多个电池单元BC1～BCN中具有内部短路故障的任意电池单元。
参照图2，正常电池单元可以等效为直流电压源VDC、内阻分量R0和RC对R1、C的串联电路。相反，故障电池单元可以等效为连接在对应于正常电池单元的串联电路的两个端子之间的附加电阻分量RISC。附加电阻分量RISC充当泄漏电流IISC的路径。
在对故障电池单元充电期间，一些充电电力没有储存在故障电池单元中，而是被作为泄漏电流IISC消耗掉了。附加地，在故障电池单元放电期间，一些放电电力被作为泄漏电流IISC消耗掉了，而没有提供给电负载。作为参考，在休止状态下，存储在故障电池单元中的能量以与故障电池单元放电相同的方式被作为泄漏电流IISC消耗掉了。电阻RISC的阻值减小表示内部短路故障变差，并且随着内部短路故障变差，泄漏电流IISC的功耗可能增加。
因此，在充电时，故障电池单元的电压变化(即，SOC的增加)小于正常电池的电压变化。相反，在放电时，故障电池单元的电压变化(即，SOC的降低)大于正常电池单元的电压变化。
图3至图5是在存在或不存在内部短路故障的情况下比较电池单元的充电状态(SOC)变化时用于参考的示例性曲线图。图3至图5分别示出了在相同时间段内的充电/放电电流、电池单元BC的电压和电池单元BC的SOC变化。
参照图3，时间t0和时间t4表示休止至充电(rest-to-charge)切换的时间点，时间t1和t5表示充电至休止(charge-to-rest)切换的时间点，时间t2为休止至放电切换的时间点，而时间t3为放电至休止切换的时间点。也就是说，在图3，从时间t0至时间t1的时间段和从时间t4至时间t5的时间段为充电时段，而从时间t2至时间t3的时间段为放电时段，并且其余时间为休止时段。为了便于描述，图3示出了在各充电时段中充电电流被给予正值，在放电时段放电电流被给予负值，并且各时间段的电流是恒定的。
在图4中，曲线41示出了对应于图3所示电流曲线的正常电池单元的电压曲线，而曲线42示出了与图3所示的电流曲线相对应的故障电池单元的电压曲线。曲线41可以被视为多个电池单元BC1～BCN的平均电压的时间序列。控制电路150可以周期性地或非周期性地获取多个电池单元BC1～BCN中的每一个的状态参数，并且将状态参数的时间序列记录在存储器151中。
参照图4，在充电时段中，正常电池单元和故障电池单元二者的电压都会逐渐增加。然而，故障电池单元比正常电池单元具有更低的充电功率容量，因此故障电池单元的电压上升小于正常电池单元的电压上升。
在放电期间，正常电池单元和故障电池单元二者会电压逐渐下降。但是，除了正常电池单元的放电功率外，在故障电池单元中会出现由泄漏电流IISC导致的额外功耗，因此故障电池单元的电压降比正常电池单元的电压降大。
在图5中，曲线51示出了对应于图4所示的电压曲线41的正常电池单元的SOC曲线，而曲线52示出了对应于图4所示的电压曲线42的故障电池单元的SOC曲线。曲线51可以被视为多个电池单元BC1～BCN的平均SOC的时间序列。
控制电路150可以通过将SOC估计算法应用于电池单元BC的状态参数，来监测电池单元BC在电池组10的充电时段、放电时段和/或休止时段中的SOC变化。例如，SOC估计算法可以包括OCV-SOC关系图或卡尔曼(Kalman)滤波器。OCV-SOC关系图和卡尔曼滤波器广泛用于SOC估计，并且省略其详细描述。
参照图5，在充电时段中，故障电池单元的SOC比正常单元的SOC以更小速率增加至更低程度。在放电时段中，故障电池单元的SOC比正常电池单元的SOC以更高速率降低至更大程度。此外，在休止时段中，正常电池单元的SOC基本恒定，而故障电池单元的SOC缓慢下降，虽然充电/放电电流不流动。
每次电池组10充电时，控制电路150可以基于所有多个电池单元BC1～BCN在最近充电时段中的SOC变化来执行检测电池单元BC中的内部短路故障的诊断过程。例如，当在时间t1进行充电至休止切换时，控制电路150可以基于在充电时段t0～t1中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化，来检测电池单元BC中的内部短路故障。在另一示例中，当在时间t5进行充电至休止切换时，控制电路150可以基于在最近充电时段t4～t5中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化来检测电池单元BC中的内部短路故障。
另选地，每次电池组10充电或放电时，控制电路150可以基于所有多个电池单元BC1～BCN在最近充电时段中的SOC变化和所有多个电池单元BC1～BCN在最近放电时段中SOC变化，来执行用于检测电池单元BC中的内部短路故障的诊断过程。例如，当在时间t3进行放电至休止切换时，控制电路150可以基于在最近充电时段t0～t1中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化以及在最近放电时段t2～t3中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化，来检测电池单元BC中的内部短路故障。在另一示例中，当在时间t5进行充电至休止切换时，控制电路150可以基于在最近放电时段t2～t3中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化以及在最近充电时段t4～t5中获取的所有多个电池单元BC1～BCN的SOC变化，来检测电池单元BC中的内部短路故障。
图3至图5示出了充电时段和放电时段之间的休止模式，但这是作为例示而提供的。例如，充电可以在没有休止的情况下切换至放电，或者放电可以在没有休止的情况下切换至充电。
图6是示例性地示出根据本公开的第一实施方式的电池管理方法的流程图。图6的方法是用于基于最近充电时段中监测到的所有电池单元BC1～BCN的SOC趋势来检测电池单元BC中的内部短路故障的方法。为了便于描述，假设最近充电时段的范围是从时间t4至时间t5。
参照图1至图6，在步骤S610中，通过将SOC估计算法应用于在电池组10充电期间获取的多个电池单元BC1～BCN中的每一个的状态参数，控制电路150针对每个电池单元BC确定第一SOC变化，该第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差。第一充电时间和第二充电时间没有特别限制，只要它们是在最近充电时段内的两个不同时间点即可。例如，第一充电时间可以是最近充电时段的开始时间t4，而第二充电时间可以是最近充电时段的结束时间t5。由于图6的方法涉及充电，因此第一SOC变化表示SOC从第一充电时间到第二充电时间增加。例如，参照图5，故障电池单元的第一SOC变化是第一SOC 524和第二SOC 525之间的差。
在步骤S620中，控制电路150通过将统计算法应用于多个电池单元BC1～BCN中的至少两个电池单元的第一SOC变化，来确定参考因子。参考因子可以等于多个电池单元BC1～BCN中的至少两个电池单元的第一SOC变化的平均值或中值。例如，参照图5，在曲线51是第一SOC变化的平均值的情况下，参考因子是SOC 514和SOC 515之间的差。
在步骤S630中，控制电路150针对每个电池单元BC通过将第一SOC变化与参考因子进行比较，来检测内部短路故障。可以使用以下检测要求中的至少一种来检测内部短路故障。
[要求#1：第一SOC变化应该比参考因子小阈值TH1或更多]
[要求#2：第一SOC变化与参考因子的比率应该等于或小于阈值TH2，其中TH2为0～1]
[要求#3：第一SOC变化与参考因子的比率应比其先前比率小阈值TH3或更多]
在要求#3中，先前比率是在比最近充电时段早的充电时段(图4中的t0～t1)中第一SOC变化与参考因子的比率。
阈值TH1、TH2、TH3可以是预设的固定值。另选地，控制电路150可以基于在从第一充电时间到第二充电时间的时间段测量到的充电电流的积分，来确定阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个。也就是说，每次电池组10的充电模式开始时，可以更新阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个。例如，控制电路150可以通过将充电电流的积分(例如，3Ah[安培-小时])除以电池单元BC的设计容量(例如，5Ah)来计算SOC变化的目标值(例如，60％)，并且通过将参考因子与目标值的比率乘以预定缩放常数(正值)，来确定阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个。用于确定阈值TH1、TH2、TH3中的任一个的缩放常数可以不同于用于确定另一个的缩放常数。可以在S610、S620或S630中的至少一个期间确定目标值。可以在S620或S630中的至少一个期间确定阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个。
在多个电池单元BC1～BCN全部正常的情况下，目标值和参考因子几乎相等。相反，随着多个电池单元BC1～BCN当中受内部短路故障影响的电池单元的数量增加，参考因子从目标值显著降低。因此，可以通过根据上述方法确定阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个来提高内部短路故障检测的准确性。
此外，在步骤S620之前确定目标值之后，在步骤S620中，可以仅使用多个电池单元BC1～BCN的所有第一SOC变化当中的小于目标值的第一SOC变化，来确定参考因子。在这种情况下，在确定参考因子时，排除了多个电池单元BC1～BCN的所有第一SOC变化当中大于目标值的第一SOC变化，因此可以从多个电池单元BC1～BCN中首先检测到具有相对严重的内部短路故障的电池单元BC。
图7是示例性地示出根据本公开的第二实施方式的电池管理方法的流程图。图7的方法是用于基于在最近放电时段和最近充电时段中的每一个中监测到的所有电池单元BC1～BCN的SOC趋势，来检测电池单元BC中的内部短路故障的方法。为了便于描述，假设最近充电时段范围为从时间t4至时间t5，并且最近放电时段范围为时间t6至时间t7。
参照图1至图5和图7，在步骤S710中，控制电路150通过将SOC估计算法应用于对电池组10充电期间获取的多个电池单元BC1～BCN中的每一个的状态参数，针对每个电池单元BC确定第一SOC变化，第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差。第一充电时间和第二充电时间没有特别限定，只要它们是在最近充电时段内的两个不同的时间点即可。例如，第一充电时间可以是最近充电时段的开始时间t4，并且第二充电时间可以是最近充电时段的结束时间t5。
在步骤S720中，控制电路150通过将SOC估计算法应用于在电池组10放电期间获取的多个电池单元BC1～BCN中的每一个的状态参数，针对每个电池单元BC确定第二SOC变化，第二SOC变化是在第一放电时间的第三SOC与在第二放电时间的第四SOC之间的差。第一放电时间和第二放电时间没有特别限制，只要它们是最近放电时段内的两个不同时间点即可。例如，第一放电时间可以是最近充电时段的开始时间t6，而第二放电时间可以是最近充电时段的结束时间t7。
参照图5，在故障电池单元中，第一SOC变化是第一SOC 524和第二SOC 525之间的差，而第二SOC变化是第三SOC 526和第四SOC 527之间的差。虽然图7示出了步骤S710早于步骤S720，应理解这是作为示例而提供的。例如，在最近充电时段早于最近放电时段的情况下，步骤S720可以早于步骤S710。在另一示例中，在最近充电时段和最近放电时段结束之后，可以同时执行步骤S710和步骤S720。
在步骤S730中，针对每个电池单元BC，控制电路150通过将第一SOC变化除以第二SOC变化来确定故障因子。即，故障因子＝(第一SOC变化)/(第二SOC变化)。例如，参照图5，故障电池单元的故障因子＝{SOC(525)-SOC(524)}/{SOC(526)-SOC(527)}。故障因子可以称为库仑效率。
在步骤S740中，控制电路150通过将统计算法应用于多个电池单元BC1～BCN中的至少两个电池单元的故障因子，来确定参考因子。参考因子可以等于多个电池单元BC1～BCN中的至少两个电池单元的故障因子的平均值或中值。例如，参照图5，在曲线51为多个电池单元BC1～BCN的平均SOC的情况下，参考因子＝{SOC(515)-SOC(514)}/{SOC(516)-SOC(517)}。
在步骤S750中，控制电路150针对每个电池单元BC通过将故障因子与参考因子进行比较，来检测电池单元BC中的内部短路故障。可以使用以下检测要求中的至少一种来检测内部短路故障。
[要求#1：故障因子应比参考因子小阈值TH11或更多]
[要求#2：相对库仑效率应等于或小于阈值TH12，其中TH12为0～1]
[要求#3：故障因子与参考因子的比率应比其先前比率小阈值TH13或更多]
在要求#2中，相对库仑效率是故障因子与参考因子的比率或者(故障因子/参考因子)。
在要求#3中，先前比率是基于早于最近放电时段(t6～t7)的充电时段(图4中的t4～t5)中的第一SOC和放电时段中(图4中的t2～t3)的第二SOC的故障因子与参考因子的比率。
阈值TH11、TH12、TH13可以是预设值。例如，阈值TH11、TH12、TH13可以分别与上述第一实施方式中的预设阈值TH1、TH2、TH3相同。另选地，控制电路150可以基于在从第一充电时间到第二充电时间的时间段测量到的充电电流的积分和在从第一放电时间到第二次放电时间的时间段测量到的放电电流的积分，来确定阈值TH11、TH12、TH13中的至少一个。也就是说，每次电池组10的充电模式或放电模式开始时，可以更新阈值TH11、TH12、TH13中的至少一个。例如，控制电路150通过将充电电流的积分除以放电电流的积分来计算目标值。随后，控制电路150可以通过将参考因子与目标值的比率乘以预定缩放常数(正值)，来确定阈值TH11、TH12、TH13中的至少一个。用于确定阈值TH11、TH12、TH13中的任意一个的缩放常数可以不同于用于确定另一阈值的缩放常数。可以在S710、S720、S730或S740中的至少一个期间确定目标值。可以在S730或S740中的至少一个期间确定阈值TH1、TH2、TH3中的至少一个。
在多个电池单元BC1～BCN全部正常的情况下，目标值和参考因子几乎相等。相反，随着多个电池单元BC1～BCN当中受内部短路故障影响的电池单元的数量增加，参考因子从目标值显著降低。因此，通过根据上述方法确定阈值TH11、TH12、TH13中的至少一个，可以提高内部短路故障检测的准确性。
此外，在步骤S740之前确定目标值之后，在步骤S740中，可以仅使用多个电池单元BC1～BCN的所有故障因子当中小于目标值的故障因子来确定参考因子。在这种情况下，在确定参考因子时，将多个电池单元BC1～BCN的所有故障因子当中大于目标值的故障因子排除在外，因此可以从多个电池单元BC1～BCN首先检测具有相对严重内部短路故障的电池单元BC。
在每个实施方式中，当在多个电池单元BC1～BCN当中的预定数量以上的电池单元中检测到内部短路故障时，控制电路150可以使用通信电路160向车辆控制器2通知存在故障电池单元。
在每个实施方式中，当在多个电池单元BC1～BCN当中的预定数量以上的电池单元中检测到内部短路故障时，控制电路150可以减小充电/放电电流的允许范围。例如，允许范围的上限(正值)可以减小或者允许范围的下限(负值)可以与故障电池单元的数量成比例地增加。
上文描述的本公开的实施方式不仅仅通过设备和方法来实现，而且可以通过执行与本公开的实施方式的配置相对应的功能的程序或者上面记录有程序的记录介质来实现，并且本领域技术人员通过上述实施方式的公开内容，可以很容易地实现这样的实现。
虽然以上已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此并且对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围对其进行各种修改和变型。
附加地，本领域的技术人员在不脱离本公开的技术方面的情况下可以对以上描述的本公开进行许多替换、修改和变型，因此本公开不限于上述实施方式和附图，并且所有或一些实施方式可以选择性地组合以允许各种修改。
(附图标记列表)
1：电动车辆 2：车辆控制器
10：电池组 11：电池
20：继电器 30：逆变器
40：电动马达
100：电池管理系统
110：感测电路
150：控制电路

Claims (11)

1.一种用于电池组的电池管理系统，该电池组包括串联连接的多个电池单元，该电池管理系统包括：
感测电路，该感测电路被配置为获取每个电池单元的状态参数；以及
控制电路，该控制电路被配置为针对每个电池单元通过将充电状态(SOC)估计算法应用于在所述电池组的充电期间获取的所述状态参数来确定第一SOC变化，所述第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差，
其中，所述控制电路被配置为：
通过将统计算法应用于所述多个电池单元中的至少两个电池单元的第一SOC变化，来确定参考因子；以及
基于每个电池单元的所述第一SOC变化和所述参考因子来检测每个电池单元中的内部短路故障。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：确定所述参考因子等于所述多个电池单元的所述第一SOC变化中的至少两个的平均值或中值。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：针对每个电池单元，在所述第一SOC变化与所述参考因子的比率等于或小于阈值时确定所述内部短路故障。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：针对每个电池单元，在所述第一SOC变化与所述参考因子的比率比先前的比率小阈值或更多时，确定所述内部短路故障。
5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：
针对每个电池单元，通过将所述SOC估计算法应用于在所述电池组的放电期间获取的状态参数来确定第二SOC变化，所述第二SOC变化是在第一放电时间的第三SOC和在第二放电时间的第四SOC之间的差，
通过将每个电池单元的所述第一SOC变化除以所述第二SOC变化，来确定每个电池单元的故障因子，
通过将所述统计算法应用于所述多个电池单元中的至少两个电池单元的故障因子，来确定所述参考因子；以及
基于每个电池单元的所述第二SOC变化来进一步检测每个电池单元中的所述内部短路故障。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：
将所述参考因子确定为等于所述多个电池单元中的至少两个电池单元的故障因子的平均值或中值；以及
通过将每个电池单元的故障因子与所述参考因子进行比较，来检测每个电池单元中的所述内部短路故障。
7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：针对每个电池单元，当所述故障因子与所述参考因子的比率等于或小于阈值时，确定所述内部短路故障。
8.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中，所述控制电路被配置为：针对每个电池单元，当所述故障因子与所述参考因子的比率比先前的比率小阈值或更多时，确定所述内部短路故障。
9.一种电池组，该电池组包括：
根据权利要求1至8中的任一项所述的电池管理系统；以及
所述多个电池单元。
10.一种电动车辆，该电动车辆包括根据权利要求9所述的电池组。
11.一种用于电池组的电池管理方法，该电池组包括串联连接的多个电池单元，所述电池管理方法包括以下步骤：
针对每个电池单元，通过将充电状态(SOC)估计算法应用于在所述电池组的充电期间获取的所述多个电池单元中的每一个的状态参数来确定第一SOC变化，所述第一SOC变化是在第一充电时间的第一SOC与在第二充电时间的第二SOC之间的差；
通过将统计算法应于所述多个电池单元中的至少两个电池单元的第一SOC变化来确定参考因子；以及
基于每个电池单元的所述第一SOC变化和所述参考因子，来检测每个电池单元中的内部短路故障。
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