CN102680846B - 电池单元之间联接可靠性判断、保护方法与保护装置 - Google Patents
电池单元之间联接可靠性判断、保护方法与保护装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电池单元之间联接可靠性判断、保护方法与保护装置，对串联的至少两个电池单元，测量每个电池单元的端电压；比较所有的相邻两个电池单元的端电压，如果有任一对相邻电池单元的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常。这种判断方法所依赖的判断手段简单易行，不需要很多电气量，而且判据可靠性高，所需要的判断时间较短。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池组，特别是电池单元之间联接可靠性判断、保护方法，以及防动力电池组、串联电池箱联接故障的保护装置。
背景技术
动力电池组，特别是电动汽车的动力电池组由若干个动力电池箱串联构成，每个动力电池箱中装配若干个串联的单体电池，各动力电池箱之间的极柱联接点在电动车运行过程中，电池箱的联结点容易出现联结电阻增大问题，引起具备过热，导致联结点烧毁。引起联结点电阻异常增大的情况有：电动车电机启动前极柱联结点接触不良；电动车运行过程中，联结点出现松动；联结点极柱及接触部分元器件氧化。
电动汽车动力电池箱是关键核心设备，一旦发生故障，直接关系到汽车的安全运行。但现有技术，判断故障的手段较为复杂、可靠性低，而且判断时间较长。因此，必须针对电动汽车动力电池箱回路的特点和要求，提出相应的保护设计方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池单元之间联接可靠性的判断与保护方法，简便、可靠地判断电池单元之间联接故障的发生，以便进一步的保护，从而解决了现有故障判断手段复杂、可靠性低、判断时间长的问题。本发明在上述方法的基础上，还提出了一种防电动汽车动力电池箱联接故障的保护装置和防动力电池组联接故障的保护装置。
为实现上述目的，本发明的判断方法方案是：一种电池单元之间联接可靠性的判断方法，步骤如下：对串联的至少两个电池单元，测量每个电池单元的端电压；比较所有的相邻电池单元的端电压，如果有任一对相邻电池单元的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常。
所述电池单元为单体电池或电池箱。
本发明的保护方法方案：一种电池单元之间联接故障的保护方法，对串联的至少两个电池单元，测量每个电池单元的端电压；比较所有的相邻电池单元的端电压；如果有任一对相邻电池单元的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常；联接出现故障时，进行保护，切断串联电池单元的供电输出。
所述电池单元为单体电池或电池箱。
下面从电池组入手分析本发明的保护方法。
电池组中电池n的等效电路如图2：其中En，Reqn为电池n的内电势，内电阻；R2n-1，R2n为电池n的两个极柱接触电阻；U′n为电池n的端电压，Un为逻辑单元测量到的电池端电压；当电池极柱接触良好时，接触电阻R2n-1，R2n可以忽略，有U′n≈Un。
当电池极柱接触不良时，R2n增大为Rf，如图3：接触电阻R2n-1可以忽略，有Un≈U′n+Uf。Uf为弧光压降。理论上，如果现场条件允许，能够实际测量出U′n和Un，则可以计算出弧光压降Uf，从而识别出极柱的接触不良情况。实际中，受条件限制，很难测量到U′n。所以，本发明采用测量相邻电池电压的方式等效求解U′n，从而得到弧光电压Uf。具体的实现方法为，如图4：假设1#电池接触电阻为R2的极柱接触不良，导致弧光电阻为Rf，弧光电压为Uf；正常情况下，两个电池的特性非常接近，即电池端电压近似相等，有U′1≈U′2。2#电池极柱接触良好，有U′2≈U2，因此弧光电压Uf≈U1-U′1≈U1-U2。
当弧光电压Uf大于定值Uset且持续时间大于定值tset时，则说明动力电池组中发生故障。
上述推导指出：测量两电池的端电压，并求出端电压差，如果端电压差很小，则说明两相邻电池表现出的特性相同（都正常或都出现接触不良），如果端电压差较大，就能断定两相邻电池表现出特性相异，其中至少有一个电池出现接触不良的问题，即动力电池组中发生故障。这种判断方法所依赖的判断手段简单易行，不需要很多电气量，而且判据可靠性高，所需要的判断时间较短。
上述推导的对象是性能相同的单体电池和单体电池极柱之间的接触问题，推而广之，也可以是由相同个数单体电池串联而成的电池单元（电池单元中的单体电池之间的接触电阻忽略）和相邻电池单元之间的接触问题；还可以推广到电动汽车领域中电池箱和电池箱之间的联接点接触问题——电动汽车电源由若干个动力电池箱串联构成，每个动力电池箱中装配若干个串联的单体电池（电池箱中的单体电池之间的接触电阻可以忽略），各动力电池箱之间的极柱联接点在电动汽车启动前和在运行过程中，联结点容易出现松动、联结点极柱及接触部分元器件氧化等问题，导致联结点结电阻增大，使联结点烧毁，影响电源供电。
依据本发明的方法，本发明还提供了一种防动力电池组联接故障的保护装置，所述保护装置包括用于测量每个单体电池端电压的逻辑单元，测量相邻单体电池的两个逻辑单元通讯连接；每个逻辑单元驱动控制一个对应的开关接点，所有的开关接点串联在动力回路电源开关的控制回路中，所述动力回路电源开关用于通断动力电池组的供电输出；每个逻辑单元比较对应单体电池与相邻单体电池之间的端电压差，如果端电压差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断动力电池组中联接出现故障，反之，则判断联接正常；判断联接出现故障，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点断开，判断联接正常，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点闭合。
所述相邻电池箱之间通过光纤通讯连接。
本发明还提供了一种防电动汽车动力电池箱联接故障的保护装置，所述保护装置包括用于测量每个电池箱端电压的逻辑单元，测量相邻电池箱的两个逻辑单元通讯连接；每个逻辑单元驱动控制一个对应的开关接点，所有的开关接点串联在动力回路电源开关的控制回路中，所述动力回路电源开关用于通断串联电池箱的供电输出；每个逻辑单元比较对应电池箱与相邻电池箱之间的端电压差，如果端电压差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池箱之间联接出现故障，反之，则判断联接正常；判断联接出现故障，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点断开，判断联接正常，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点闭合。
所述相邻电池箱之间通过光纤通讯连接。
保护装置中，每个逻辑单元仅需要进行比较判据，控制本身对应的开关接点即可，控制简练。由于采用了冗余设计，保护动作的可靠性高。本发明的保护装置能有效防止硬件损坏导致的问题，解决了恶劣环境下的硬件故障影响保护可靠运行的问题。
附图说明
图1是本发明的保护装置的电路原理图；
图2是电池组中电池n的等效电路图；
图3是电池n一极柱接触不良时的等效电路图；
图4是1#电池和2#电池的等效电路图；
图5是电池箱保护装置实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
判断方法实施例
如图1所示，电动汽车的动力电池箱，从电池箱1、电池箱2到电池箱n，各电池箱内安装同样数量、型号的单体电池。测量每个电池箱的端电压；比较所有的相邻两个电池箱的端电压，如果有任一对相邻电池箱的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常。判断理论依据在发明内容部分进行了详尽的分析，设定电压即为所述的定值Uset，设定时间为所述的定值tset。
通常，电池箱内的单体电池之间联接都很可靠，接触电阻忽略不计，所以上述实施例所关心的是电池箱之间的联接问题。作为其他实施方式，上述方法也可以应用到动力电池组中的各个单体电池之间，以考察各个单体电池之间的联接可靠性，判断整个动力电池组的联接可靠情况。
保护方法实施例
在上述判断方法的基础上，根据判断结果，联接出现故障时，进行保护，切断串联电池箱（动力电池组）的供电输出。
电池箱保护装置实施例
如图1所示，保护装置包括用于测量每个电池箱端电压的逻辑单元，测量相邻电池箱的两个逻辑单元通过光纤通讯连接；每个逻辑单元驱动控制一个对应的开关接点，所有的开关接点串联在动力回路电源开关的控制回路中，所述动力回路电源开关用于通断串联电池箱的供电输出；每个逻辑单元比较对应电池箱与相邻电池箱之间的端电压差，如果端电压差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池箱之间联接出现故障，反之，则判断联接正常；判断联接出现故障，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点断开，判断联接正常，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点闭合。
如图5所示的保护装置，为由两个电池箱串联构成的电动汽车动力电池组提供保护。电池箱1、电池箱2分别对应逻辑单元1、逻辑单元2。逻辑单元1测量电池箱1的端电压，接收逻辑单元2所采集的电池箱2的端电压，进行比较，根据比较结果驱动控制对应的开关接点动作；同时，逻辑单元2测量电池箱2的端电压，接收逻辑单元1所采集的电池箱1的端电压，进行比较，根据比较结果驱动控制对应的开关接点动作；如图5，当任一个开关接点断开，则动力回路电源开关被断开，动力电池组不能输出。
作为其他实施方式，逻辑单元之间也可以采用电缆等通讯方式，但是效果不如光纤通讯可靠性高。
单体电池保护装置实施例
将电池箱保护装置实施例中的电池箱替换为单体电池即可，所以不再赘述。
Claims (4)
1.一种电池单元之间联接可靠性的判断方法，其特征在于，步骤如下：对串联的至少两个电池单元，测量每个电池单元的端电压；比较所有的相邻电池单元的端电压，如果有任一对相邻电池单元的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常；所述电池单元为单体电池或电池箱；所述相邻电池单元之间通过极柱连接；En、Reqn为电池n的内电势、内电阻；R2n-1、R2n为电池n的两个极柱接触电阻；Un′为电池n的端电压，Un为逻辑单元测量到的电池端电压；当电池极柱接触良好时，接触电阻R2n-1、R2n忽略，有Un′≈Un；当电池极柱接触不良时，R2n增大为Rf，接触电阻R2n-1忽略，有Un≈Un′+Uf，Uf为弧光压降。
2.一种电池单元之间联接故障的保护方法，其特征在于，对串联的至少两个电池单元，测量每个电池单元的端电压；比较所有的相邻电池单元的端电压；如果有任一对相邻电池单元的端电压之差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池单元之间的联接出现故障，反之，则判断联接正常；联接出现故障时，进行保护，切断串联电池单元的供电输出；所述电池单元为单体电池或电池箱；所述相邻电池单元之间通过极柱连接；En、Reqn为电池n的内电势、内电阻；R2n-1、R2n为电池n的两个极柱接触电阻；Un′为电池n的端电压，Un为逻辑单元测量到的电池端电压；当电池极柱接触良好时，接触电阻R2n-1、R2n忽略，有Un′≈Un；当电池极柱接触不良时，R2n增大为Rf，接触电阻R2n-1忽略，有Un≈Un′+Uf，Uf为弧光压降。
3.一种防动力电池组联接故障的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括用于测量每个单体电池端电压的逻辑单元，测量相邻单体电池的两个逻辑单元通讯连接；每个逻辑单元驱动控制一个对应的开关接点，所有的开关接点串联在动力回路电源开关的控制回路中，所述动力回路电源开关用于通断动力电池组的供电输出；每个逻辑单元比较对应单体电池与相邻单体电池之间的端电压差，如果端电压差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断动力电池组中联接出现故障，反之，则判断联接正常；判断联接出现故障，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点断开，判断联接正常，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点闭合；所述相邻电池箱之间通过光纤通讯连接；所述相邻电池单元之间通过极柱连接；En、Reqn为电池n的内电势、内电阻；R2n-1、R2n为电池n的两个极柱接触电阻；Un′为电池n的端电压，Un为逻辑单元测量到的电池端电压；当电池极柱接触良好时，接触电阻R2n-1、R2n忽略，有Un′≈Un；当电池极柱接触不良时，R2n增大为Rf，接触电阻R2n-1忽略，有Un≈Un′+Uf，Uf为弧光压降。
4.一种防电动汽车动力电池箱联接故障的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括用于测量每个电池箱端电压的逻辑单元，测量相邻电池箱的两个逻辑单元通讯连接；每个逻辑单元驱动控制一个对应的开关接点，所有的开关接点串联在动力回路电源开关的控制回路中，所述动力回路电源开关用于通断串联电池箱的供电输出；每个逻辑单元比较对应电池箱与相邻电池箱之间的端电压差，如果端电压差超过设定电压、且持续时间大于设定时间，则判断串联的电池箱之间联接出现故障，反之，则判断联接正常；判断联接出现故障，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点断开，判断联接正常，逻辑单元则驱动控制对应的开关接点闭合；所述相邻电池箱之间通过光纤通讯连接；所述相邻电池单元之间通过极柱连接；En、Reqn为电池n的内电势、内电阻；R2n-1、R2n为电池n的两个极柱接触电阻；Un′为电池n的端电压，Un为逻辑单元测量到的电池端电压；当电池极柱接触良好时，接触电阻R2n-1、R2n忽略，有Un′≈Un；当电池极柱接触不良时，R2n增大为Rf，接触电阻R2n-1忽略，有Un≈Un′+Uf，Uf为弧光压降。
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