电池管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及到电池管理，特别涉及到一种电池管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、目前，两轮、三轮等轻型电动车普遍采用锂电池组供电，bms（battery managementsystem）电路板作为电池组的核心管控部件，主要负责电池参数采集、充放电保护及电池均衡等基础功能。bms与电池模组之间的连接结构，直接关系到整车装配成本、采样稳定性及用电安全。

2、现有bms与电池模组的装配方式多为焊接、压接或线束接插件连接。其中，线束接插件的装配结构零部件数量多、装配工序繁琐，整体成本偏高，且高低压线路混布容易产生干扰，对系统绝缘及安全防护要求较高。为改善线束结构复杂的问题，业内逐渐采用螺钉锁紧固定的装配方式，将bms板直接固定在电池极柱或汇流排上，同时利用螺钉实现电压采样，以此省去外接采样线束，简化装配结构。

3、比如现有技术中，直接在电池极柱加工螺纹孔，通过螺钉将bms板锁紧固定在电池极柱处，依靠螺钉导通实现电压采样。该结构虽然省去了线束，但实际应用中存在以下问题：一是螺纹孔直接开设在电池极柱，市面常规量产电池的极柱无预设螺纹结构，电池集成装配时只能定制专用电池，通用性差；二是电池极柱多为铝质软材质，车辆长期颠簸震动或多次拆装后，极柱螺纹极易滑丝失效，极柱损坏后无法单独维修，只能整体更换电池模组，维护成本极高；三是该结构未针对车辆震动工况设计螺钉松动监测机制，无法识别螺钉虚接、松动故障，存在安全隐患。

4、除此之外，业内少量方案能够实现螺钉松动检测，但仅具备基础的检测、异常报警功能，检测结果仅做故障提示，未结合bms的电压采样校准、电池均衡、充放电功率管控等核心功能做联动调控。

5、综上，当前现有技术中，暂无能够兼顾通用电池适配、简化bms装配结构，同时可实时监测螺钉连接状态、根据松动异常程度执行分级闭环管控的完善技术方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为提供一种电池管理系统及其控制方法，旨在解决现有技术无法兼容市售通用电池、简化bms集成结构，又不能主动应对螺钉松动问题、将连接状态检测与bms控制策略动态关联的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明第一方面提出一种电池管理系统，应用于轻型电动车，包括：

3、电池模组，由多个单体电池组成，所述单体电池的极柱上固定连接有汇流排；

4、bms电路板，集成有电压采样模块；

5、所述汇流排上开设有螺纹孔，所述bms电路板上对应开设有通孔，所述bms电路板设置于所述汇流排上方，螺钉穿过所述通孔拧入所述螺纹孔，将所述bms电路板直接固定于所述汇流排上，所述螺钉同时作为电压采样触点与所述汇流排电接触，所述电压采样模块通过所述螺钉和所述汇流排采集所述单体电池的电压信号。

6、本发明第二方面提出一种电池管理系统的控制方法，应用于上述的电池管理系统，包括：

7、获取各所述螺钉与所述汇流排的连接点的电特性参数；

8、将所述电特性参数与对应的初始基准值进行比较，判断各所述连接点的连接状态，并根据判断结果确定异常程度；

9、根据所述异常程度执行分级控制策略，其中，当异常程度为第一等级时，执行电压采样值动态补偿；当异常程度为第二等级时，执行差异化均衡策略和/或充放电功率限制；当异常程度为第三等级时，切断充放电并输出维护指令。

10、进一步地，所述分级控制策略中：

11、所述第一等级的电压采样值动态补偿为：vtrue=vmeasured-isense×rcurrent，其中vtrue为补偿后的真实电压值，vmeasured为当前测量电压值，isense为当前流过所述连接点的电流值，rcurrent为当前测得的接触电阻值；

12、所述第二等级的差异化均衡策略包括：降低异常程度为第二等级的连接点所对应的电池单体的被动均衡放电电流，和/或将均衡模式切换为充电均衡；

13、所述第三等级还输出包含所述螺钉位置信息的维护指令。

14、进一步地，所述将所述电特性参数与对应的初始基准值进行比较、判断各所述连接点的连接状态并根据判断结果确定异常程度，包括：

15、在所述螺钉按预设扭矩锁紧后，建立并存储各所述连接点的初始基准值；

16、在维护后重新测量并更新所述初始基准值；

17、计算各所述连接点的健康指数hi，所述健康指数hi根据当前接触电阻变化量δr、交流阻抗变化量δz、连接点温度变化量δt及电压纹波变化量中的至少一种参量确定；

18、当所述健康指数hi处于不同预设区间时，分别对应执行所述第一等级、第二等级或第三等级的控制策略。

19、进一步地，所述获取电特性参数包括以下方式：

20、当电池组无充放电电流且持续超过预设时间时，主动向所述连接点注入直流检测电流，测量当前接触电阻；

21、当充电器插入但尚未开始充电时，向所述连接点注入交流检测信号，测量交流阻抗；

22、在充放电运行过程中，被动获取所述连接点的电压纹波信号，通过纹波相位差辅助判断连接状态。

23、进一步地，所述将均衡模式切换为充电均衡包括：

24、在充电过程中，由bms主动控制充电器，对异常程度为第二等级的连接点所对应的电池单体以小于正常充电电流的预设电流进行补充充电，使均衡电流避开接触电阻异常的连接点路径，以降低该连接点的发热风险。

25、进一步地，所述获取电特性参数的步骤还包括自适应检测频率调整：

26、记录各所述连接点的接触电阻历史变化率；

27、对于历史变化率超过第一变化率阈值的连接点，将检测频率从第一频率提高至第二频率；

28、对于历史变化率低于第二变化率阈值的连接点，将检测频率从第一频率降低至第三频率，所述第三频率低于所述第一频率。

29、进一步地，控制方法还包括：

30、所述获取电特性参数的步骤在充电结束后的第一预设时间内自动触发执行，且执行完毕后将检测结果与充电前检测结果进行比对；

31、若充电后接触电阻相对于充电前接触电阻的增量超过预设增量阈值，则判定该连接点在充电过程中发生了热致松动，在下次充电前强制执行接触电阻检测并限制充电电流。

32、进一步地，控制方法还包括交叉校验步骤：

33、当某一连接点的接触电阻异常升高时，获取与该连接点相邻的至少两个其他连接点的接触电阻值；

34、若所述相邻连接点的接触电阻值均处于正常范围内，则判定该连接点为独立松动故障，执行针对该连接点的分级控制策略；

35、若所述相邻连接点中存在至少一个连接点的接触电阻值也异常升高，则判定存在区域性连接故障，执行比当前异常等级更高级别的整体控制措施。

36、进一步地，控制方法还包括剩余寿命预测步骤：

37、获取各所述连接点在多个历史时间点的接触电阻值序列，对所述接触电阻值序列进行线性回归，计算回归斜率；

38、当所述回归斜率为正且超过第一斜率阈值时，根据所述回归斜率计算预测到达异常阈值所需的剩余时间；

39、当所述剩余时间小于预设时间阈值时，输出包含所述剩余时间的预防性维护提示。

40、有益效果：

41、本技术中，螺纹孔设置在汇流排上而非电池极柱上，使得集成商可以直接采购市售成品电池进行组装，无需向电池厂家定制带螺纹孔的极柱，降低了采购门槛和生产成本。同时，汇流排上的螺纹孔在长期使用中若发生滑丝损坏，只需更换汇流排即可，无需报废整个电池单体，大幅降低了维护成本和维修难度。螺钉从bms电路板上方穿过通孔后拧入汇流排的螺纹孔，将bms电路板直接固定于汇流排上，螺钉同时作为电压采样触点与汇流排电接触，电压信号经“极柱-汇流排-螺钉-bms电路板”的路径直接到达采样芯片，中间无额外的转接部件，信号传输损耗小、抗干扰能力强，提高了电压采样的准确性。此外，螺钉同时承担机械固定和电压采样的双重功能，省去了传统的电压采样线束和采样连接器，减少了零部件数量，简化了组装工艺。

42、本技术的控制方法中，通过实时监测连接点电特性参数并执行分级控制策略，实现了从“被动接受松动后果”到“主动识别松动风险并干预”的转变，大幅提高了系统的安全性。分级控制策略根据异常程度的不同执行差异化的控制措施——第一等级时执行电压采样值动态补偿以消除测量误差，第二等级时执行差异化均衡策略和/或充放电功率限制以避免接触不良处发热，第三等级时切断充放电并输出精确定位维护指令——既不会在轻微异常时过度干预影响用户体验，也不会在严重异常时反应不足导致安全事故。第二等级的差异化均衡策略中，通过降低异常连接点对应的电池单体的被动均衡放电电流和/或切换至充电均衡模式，使均衡电流避开接触电阻异常的连接点路径，从根源上避免了在接触不良处产生额外焦耳热，保护了连接点和电池，延长了系统的整体使用寿命。第三等级输出的维护指令包含具体的螺钉位置信息和扭矩要求，使维修人员能够快速定位故障点，无需逐一排查所有螺钉，大幅提高了维护效率。