CN102332616B - 一种动力电池管理***的诊断控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池管理***的诊断控制方法，电池管理***BMS对自身进行诊断和控制，包括对自身故障的诊断和处理；电池管理***BMS对动力电池进行诊断和控制，包括电池安全性诊断、电压采样故障诊断、电流传感器或回路损坏诊断、温度采样故障诊断、CAN通讯故障诊断、开机启动顺序处理、接触器故障诊断和电池状态信息诊断处理。

Description

一种动力电池管理***的诊断控制方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池管理***(BMS)，尤其是纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车等动力电池管理***的相关诊断工作，具体涉及一种动力电池管理***的诊断控制方法。
背景技术
动力电池作为新兴产业，具有广阔的应用前景，其应用的广泛与可靠、安全、先进的管理技术是密不可分的，又由于目前电动汽车的普及率不是很高，随着环保呼声越来越高，电动汽车有着广阔的市场前景，而动力电池管理技术作为一项核心技术，不仅在混合动力车、纯电动车上具有广泛应用，而且在其它动力电池行业同样具有非常大的市场潜力，目前管理***的诊断功能还不是很完善，不能保证***的有效性和安全性。
电动汽车的动力来自动力电池，动力电池的管理成为电动汽车上最核心的技术之一。电池管理***主要是对电池各种状态的监控，提高电池使用寿命和效率，满足整车动力性与经济型的要求，使得电池在最佳状态下提供能量、整车获得满意的使用效果。为了保证动力电池管理***的高安全性和有效性，研发诊断功能策略是必不可少的、具有实际意义的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力电池管理***的诊断控制方法，改善和提高电池管理***诊断功能，保证***的安全有效运行。
电池管理***BMS诊断自身可能存在的故障，安全性、电压采样故障诊断、温度采样故障诊断、CAN通讯故障诊断、开机启动顺序处理、接触器故障诊断、电池状态信息诊断处理，通过以上几个方面来实现对电池管理***诊断的阐述，采用V型开发模式实现整个嵌入式的开发。
具体技术方案如下：
一种动力电池管理***的诊断控制方法，电池管理***BMS对自身进行诊断和控制，包括对自身故障的诊断和处理；电池管理***BMS对动力电池进行诊断和控制，包括电池安全性诊断、电压采样故障诊断、电流传感器或回路损坏诊断、温度采样故障诊断、CAN通讯故障诊断、开机启动顺序处理、接触器故障诊断和电池状态信息诊断处理。
进一步地，所述诊断控制由电池管理***BMS具体采用如下手段：电池管理***BMS的内置软件包括上层应用软件和底层软件，该上层应用软件包括控制逻辑及策略，使用Matlab/Simulink开发上层控制模型，自动生成C代码；底层软件包括底层驱动软件和通讯协议以及支持其它相应功能的软件，上层软件和底层驱动软件接口采用全局变量方式，实现双向输入/输出，并且共同协作完成该诊断工作。
进一步地，所述电池安全性诊断中，电池管理***BMS对电池包中每一节电池的电压、温度进行监控，同时监控电池包的电流、电压、内阻、漏电、浸水、碰撞和单体电池间的连接片的可靠性
进一步地，所述电压采样故障诊断中，电池管理***BMS在采样周期内对采样值与阀值进行比较，判定故障；或者，经过大电流，比较各采样通道电压值的变化情况进行诊断。
进一步地，所述电流传感器或回路损坏故障诊断中，采用如下步骤：
(1)判定电流的有效性：针对充、放电条件以及采样阀值等判定出此刻电流是否有效；
(2)在整车起步时根据电压变化，记录此时总压；
(3)寻找起步过程中，电压低谷点；
(4)当步骤(3)中的电流绝对值的最大值不超过定值；
(5)判定电流回路故障。
进一步地，所述温度采样故障诊断诊断中，采用如下步骤：
(1)根据电池特性，设置平均温度的零上平均温度和零下平均温度；
(2)电池管理***BMS判断开机温度是否在正常采样范围之内；
(3)电池管理***BMS判断上一采样值与下一采样值差距；
(4)电池管理***BMS根据具体故障上报维护提示和报警信息，报警信息分为I级和II级报警；
(5)处于I级时电池管理***BMS限制功率；
(6)处于II级时报警断开高压进行保护。
进一步地，所述CAN通讯故障诊断中，采用如下步骤：当出现CAN断线时，或出现CAN丢包现象时，电池管理***BMS确认为CAN通讯故障，要求做断开高压保护并进行处理；
其中CAN断线包括：无计数器CAN报文，在10个报文周期内，未接收到相关报文，或者，有计数器CAN报文，相关报文在500ms内，计数器值保持不变；
其中CAN丢包现象包括：与整车通讯的消息丢包，以及与充电机通讯信息丢包。
进一步地，所述接触器故障诊断具体步骤为：当电池管理***具有正继电器、负继电器、预充继电器，在继电器均未闭合之前，交叉采集电池包两端电压Uab、Ucd，当Uab、Ucd超过定值，那么判定继电器有粘死现象，当预充完成，正继电器驱动指令为闭合状态，且无其他故障，继电器不响应，即放电回路不能闭合，则判定继电器不受控制，此时电池管理***BMS发出继电器故障提示信息。
与目前现有技术相比，本发明通过简洁可行的控制策略，实现对电池管理***本身的诊断和电池状态诊断。较为全面的对***做的相关诊断策略，包括安全性、电压采样故障诊断、温度采样故障诊断、CAN通讯故障诊断、开机启动顺序处理、接触器故障诊断、电池状态信息诊断处理。使得电池在最佳状态下提供能量、整车获得满意的使用效果。保证动力电池管理***的高安全性和有效性。
附图说明
图1为接触器故障诊断策略示意图
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本实施例涉及的动力电池管理***的诊断策略，主要分为两类：一方面是电池管理***本身的相关诊断，另一方面是针对动力电池状态的诊断。
〔1〕安全性
***对电池包的每一节电池的电压、温度都做监控，并同时对电池包的电流、电压、内阻、漏电、浸水、碰撞和单体电池间的连接片的可靠性，都有可靠监控。电动汽车一般都存在电流或电压的潜在危险。在正常操作条件下，使用诸如绝缘线、绝缘电阻等物理隔离措施能够获得安全的高压电隔离。在某些特殊情况下，也会发生电绝缘失效的问题，因此，我们需要提供一些诊断绝缘失效的装置。例如采用高压电自动切断、人工切断、互锁***、特殊工具、接地等保护措施可以达到高压电保护的目的。采用高压电安全标准由以下必要性：
1驾乘人员的生命安全
2高压***部件的安全
3电池本体的安全
4满足高压标准的必要性
为更好的保证高压***的安全性，目前主要考虑以下控制策略：
Figure BDA0000079540280000041
极端情况下的紧急断开策略
Figure BDA0000079540280000042
综合考虑行驶工况和高压电安全断开的策略
Figure BDA0000079540280000043
考虑各能源装置运行情况的断开策略
考虑各能源装置工作极限的断开策略
Figure BDA0000079540280000045
保证***部件工作在极限工作范围内
Figure BDA0000079540280000046
根据故障的严重程度分成警告故障、一般故障和危险故障3个等级，对不同等级的故障码采用不同的失效控制策略
〔2〕采样诊断策略
Figure BDA0000079540280000047
电压采样：根据采样值与阀值比较，经过一定的采样周期，判定故障；或者经过大电流，比较各采样通道电压值的变化情况来判定可能出现故障的通道，此项需要一些经验值和整车实际工况数据作参考。
Figure BDA0000079540280000048
电流传感器或回路损坏判定方法：
首先要判定电流的有效性，针对充、放电条件以及采样阀值等判定出此刻电流是否有效。其次在整车起步时根据电压有较大变化，开始电压较稳，记录此时总压，寻找起步过程中，电压低谷点，如果此过程中电流绝对值最大值不超过一定值，电流回路故障。(需做整车实验获取诊断参数)
〔3〕温度采样故障诊断策略：
根据电池特性，通常充、放电在零上与零下有不同的要求。所以温度可以按照平均温度零上和零下来考虑。开机温度是否在正常采样范围之内，上一采样值与下一采样值差距。温升过高考虑到着火的判断。
BMS处理：
a、根据具体故障上报维护提示和报警信息，报警信息分为I级和II级报警；
b、I级限制功率；
c、II级报警断开高压进行保护；
〔3〕CAN通讯故障诊断策略：
分为CAN断线和丢包现象
Figure BDA0000079540280000051
CAN断线：a、无计数器CAN报文，在10个报文周期内，未接收到相关报文；根据报文重要等级选择合适参数。
b、有计数器CAN报文，相关报文在500ms内，计数器值保持不变；根据报文
重要等级选择合适参数。
Figure BDA0000079540280000052
丢包现象：与整车通讯的消息丢包，以及与充电机通讯信息丢包，根据丢帧内容对控制***的可靠性的影响，，确定丢包比例采取报警及故障分类等处理。
BMS处理：
以上两种现象之一成立，则确认为CAN通讯故障，要求做断开高压保护处理。
〔4〕开机启动顺序处理策略：
开机启动步骤为：初始化-＞***自检-＞等待命令。
Figure BDA0000079540280000053
初始化
初始化顺序为：芯片内部模块初始化-＞***模块初始化-＞RAM数据初始化。
Figure BDA0000079540280000054
***自检
***自检顺序为：EEPROM诊断-＞采样模块诊断-＞通讯诊断。
Figure BDA0000079540280000055
等待命令
***初始化完，***自检通过，等待充放电命令，否则进行相应保护处理。
在***未完全启动之前，要求不响应外界任何命令。
〔5〕接触器故障诊断策略：
分为两类：a、继电器粘死  b、继电器不受控制
按照目前***有正继电器、负继电器、预充继电器为例说明，见图1：
a、如图所示，在继电器未闭合之前，交叉采集电池包两端电压Uab、Ucd
b、如果此时Uab、Ucd超过一定值，那么继电器有粘死现象。
c、预充完成，正继电器驱动指令为闭合状态，并且无其他故障，继电器不响应，即放电回路不能闭合，则继电器不受控制
发出继电器故障提示信息，整车不可READY。
〔6〕电池状态信息诊断处理策略：
电池本身状态信息是非常重要的参考量，通常包括过流，模块欠压、总压欠压、模块过压、总压过压、模块过温、包体过温、模块低温、包体低温、电池包剩余电量(SOC)、电池包健康指数、湿度、一致性信息等。根据不同电池的特性，对电池包做状态诊断处理。
将处理结果按不同级别划分，采取不同处理措施。主要分为三个级别：I级提示信息，II级警告信息，III级断开高压保护电池。
BMS软件包括上层应用软件和底层软件，上层应用软件包括控制逻辑及策略，使用Matlab/Simulink开发上层控制模型，自动生成C代码；底层软件包括底层驱动软件和通讯协议等支持其它功能的软件。上层软件和底层驱动软件接口采用全局变量方式，实现双向输入/输出。通过两者共同协作完成该诊断工作。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种动力电池管理***的诊断控制方法，其特征在于，电池管理***BMS对自身进行诊断和控制，包括对自身故障的诊断和处理；电池管理***BMS对动力电池进行诊断和控制，包括电池安全性诊断、电压采样故障诊断、电流传感器或回路损坏诊断、温度采样故障诊断、CAN通讯故障诊断、开机启动顺序处理、接触器故障诊断和电池状态信息诊断处理，所述接触器故障诊断具体步骤为：当电池管理***具有正继电器、负继电器、预充继电器，在继电器均未闭合之前，交叉采集电池包两端电压Uab、Ucd，当Uab、Ucd超过定值，那么判定继电器有粘死现象，当预充完成，正继电器驱动指令为闭合状态，且无其他故障，继电器不响应，即放电回路不能闭合，则判定继电器不受控制，此时电池管理***BMS发出继电器故障提示信息。
2.如权利要求1所述动力电池管理***的诊断控制方法，其特征在于，所述诊断和控制由电池管理***BMS具体采用如下手段：电池管理***BMS的内置软件包括上层应用软件和底层软件，该上层应用软件包括控制逻辑及策略，使用Matlab/Simulink开发上层控制模型，自动生成C代码；底层软件包括底层驱动软件和通讯协议以及支持其它相应功能的软件，上层软件和底层驱动软件接口采用全局变量方式，实现双向输入/输出，并且共同协作完成该诊断工作。
3.如权利要求1或2所述动力电池管理***的诊断控制方法，其特征在于，所述电池安全性诊断中，电池管理***BMS对电池包中每一节电池的电压、温度进行监控，同时监控电池包的电流、电压、内阻、漏电、浸水、碰撞和单体电池间的连接片的可靠性。
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