[发明专利]用于以同步方式测量二次电池组的电流和电压的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量二次电池的电流和电压的设备和方法，并且更加具体地，涉及一种用于以同步方式测量二次电池组的电流和电压的设备和方法，所述同步方式能够通过使电流测量时间点和电压测量时间点同步而精确地测量电池组的电流和电压，以估计具有串联连接的多个电池单体(battery cell)的电池组的内部电阻。

背景技术

近来，由于关于化石能量耗竭和环境污染的顾虑，对于利用电能而非利用化石能量运行的电动车辆或者混合动力车辆的兴趣正在增加。

电动车辆或者混合动力车辆主要地使用能够反复地充电和放电的二次电池。这里，放电是将化学能转换成电能并且充电是将电能转换成化学能。二次电池组括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池等。

特别地，在操作运行电动车辆或者混合动力车辆所要求的高功率电动机时使用其中多个电池单体串联连接的高容量电池组。

对于电动车辆或者混合动力车辆而言，重要的是显示电池的剩余电能，从而使用者能够估计距离用完还有多久。传统汽油车辆使用燃料操作发动机，并且因此在测量燃料数量时并不具有大的困难。然而，在电动车辆或者混合动力车辆正被充电或者放电时，由于电化学性质的非线性、老化效果、IR下降现象等，在测得性质(电压、内部电阻等)和实际性质之间存在差异。因此，在行驶期间，在精确地测量在电池中剩余的电能方面，电动车辆或者混合动力车辆具有困难。当前地，电池的剩余电能是通过估计电池的荷电状态(SOC)而测量的。

同时，健康状态(SOH)也被用作电池的状态的指示器。因为电池的特性随着时间改变，所以SOH用作老化效果的指标。SOH的定量估计允许使用者预先知道多少电池电能是可用的。被用于SOH估计的典型参数是电池的内部电阻。在电池的使用期间，内部电阻难以精确地测量。因此，内部电阻在电池的使用被停止的状态中得以测量，或者在电池的使用期间被间接地估计。

可以通过计算电池中的每一个电池单体的电压与电池的充电或者放电电流的比率而估计电池的内部电阻。为了实现更加精确的内部电阻估计，需要使电流测量时间点与电压测量时间点同步。这里，电流和电压测量时间点的同步并不在字面上意味着电流测量时间点与电压测量时间点的精确同步，而是在电压测量时间点和电流测量时间点之间实现时间差。因为电池通过电化学反应操作，所以当电流的变化出现时，由于内部电阻，直到在电池的相对端处的电压改变要经过预定时间。

传统上，因为难以在电流和电压测量时间点的同步之后精确地测量电池的电流和电压，所以通过以比电压测量循环更短的电流测量循环连续地测量电池的电流，当需要估计内部电阻时测量电池的电压，并且选择紧接在电压测量时间点之前测量的电流值来计算内部电阻。

然而，传统技术具有以下缺陷，即，电流测量的频繁采样导致在控制总体电流和电压测量的电池管理系统的主处理器上施加过载。过载引起电池管理系统的主处理器的故障或者操作速度降低。而且，如果在电流测量时间点未与电压测量时间点精确地同步的状态中测量电流和电压，则从测得电流和电压估计的内部电阻也是不正确的。

同时，即使电流测量时间点与电压测量时间点同步，所述同步状态也未被连续地维持。这是因为，如果电池管理系统的主处理器由于过热、过载等而遭遇性能变化，则电流和电压测量循环的同步状态出现小的误差，并且该误差积累并且随着时间流逝而变得更大。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于解决传统技术的问题，并且因此，本发明提供一种用于以同步方式测量二次电池组的电流和电压的设备和方法，所述同步方式能够通过使电流测量时间点和电压测量时间点同步而精确地测量电池组的电流和电压，以估计具有串联连接的多个电池单体的电池组的内部电阻。

技术方案

本发明能够提供用于以同步方式测量二次电池组的电流和电压的设备，所述设备包括：电压测量电路，该电压测量电路用于周期地测量并且输出在电池组中包含的多个电池单体中的每一个的充电电压的水平；电流测量电路，该电流测量电路用于周期地测量并且输出流入或者流出电池组的电流的水平；以及控制单元，该控制单元用于使在电池组的电流测量时间点和每一个电池组单元的电压测量时间点之间的时间差与基准延迟时间同步。

优选地，该基准延迟时间是使用试错法预设的时间。

根据本发明的一个方面，电压测量的采样周期被相等地固定。