CN104410111B - 电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法 - Google Patents

电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，包括如下步骤：一、周期性检测电池组中每个单体电池的电压值，判断是否存在某个单体电池的电压值异常，若存在某个单体电池的电压值异常，则进入步骤二，否则退出本流程；二、开启阻抗补偿电路，对采集到所述异常电压值的电压采集回路施加恒流电流；三、所述异常电压值对应的电压采集回路再次采集电压值，判断该再次采集得到的电压值是否仍然异常，若仍然异常，则进入步骤四，否则退出本流程；四：强制切断电池组的供电或降低电池组的供电功率。本发明能够及时发现所采集的单体电池电压的异常，且无需手动清理灰尘来排除异常，同时增强了电池产品对恶劣环境的适应性、稳定性和可靠性。

Description

电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法
技术领域
本发明涉及电池管理***领域，具体涉及一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法。
背景技术
目前绝大多数BMS（电池管理***）电压采集的方式是通过BMS的BMU（从板）上的电压采集芯片以电压采集线为媒介采集单体电池电压，并将采集到的单体电压值上报给BMS的BCU（主板），通过BCU来直接控制电池包，同时与整车交互。
然而，电池包在郊区的公交大巴或矿车上的使用环境恶劣，电池包内部的BMS电压采集线的线束插头上容易累积灰尘，导致接触电阻增加，从而进一步导致BMS在电压采集时电压采集线上有压降，也导致了BMS采集的单体电池电压比电池实际单体电池电压偏低，BMS采集到偏低的虚假单体电池电压，会做出提前保护电池的动作，如行车过程中电池管理***为了保护电池强制断电，导致整车趴车或强制低速等，最终将影响电池包的使用，且在这种情况下，需要拆电池包，单独检查电池的状态，来判断故障出现的原因，同时需要清理电池包内部的灰尘来排除故障，以便让电池包回复工作状态。
图1给出了电压采集线上累积灰尘导致电池包故障的技术分析原理图，如图1所示，R1-R5表示从电池极柱到BMS采集回路之间的电阻（即为电压采集线上的电阻），C1-C4表示单体电池， 如果R1或者R5所表示的电压采集线上累积有灰尘，则R1或者R5的电阻值增大，假设R2和R4的电阻值正常，由于R1与R5的分压，那么BMS采集到C1或者C4的电压会比实际电池电压值低， 也即造成采集单节电压值偏低；如果R2所表示的电压采集线上累积有灰尘，则R2的电阻值增大，假设R1和R3的电阻值正常，由于R2的分压，那么BMS采集到C1或者C2的电压会比实际电池电压低， 也即造成采集相邻两节单节电压偏低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，可以通过在电压采集线上进行电压补偿，避免上述故障发生，不影响电池包的正常使用。
本发明的技术方案包括如下步骤：
步骤一、周期性检测电池组中每个单体电池的电压值，判断是否存在某个单体电池的电压值异常，若存在某个单体电池的电压值异常，则进入步骤二，否则退出本流程；
步骤二、开启阻抗补偿电路，对采集到所述异常电压值的电压采集回路施加恒流电流；
步骤三、所述异常电压值对应的电压采集回路再次采集电压值，判断该再次采集得到的电压值是否仍然异常，若仍然异常，则进入步骤四，否则退出本流程；
步骤四：强制切断电池组的供电或降低电池组的供电功率。
优选地，所述判断是否存在某个单体电池的电压值异常，若存在某个单体电池的电压值异常，则进入步骤二的具体方法为：判断所述每个单体电池的电压值中，是否存在电压值低于阈值Th1或者判断所述电池组中最高单体电压值与最低单体电压值之间的差值是否高于阈值Th2，若存在某个单体电池的电压值低于阈值Th1或者所述电池组中最高单体电压值与最低单体电压值之间的差值高于阈值Th2，则所述低于阈值Th1的电压值或所述最低单体电压值为异常电压值，则进入步骤二。
优选地，所述判断该再次采集得到的电压值是否仍然异常，若仍然异常，则进入步骤四的具体方法为：判断该再次采集得到的电压值是否低于阈值Th1或者该再次采集得到的电压值与某个单体电压值的差值是否高于阈值Th2，若所述再次采集得到的电压值低于阈值Th1或者该再次采集得到的电压值与某个单体电压值的差值高于阈值Th2，则进入步骤四。
优选地，所述对采集到所述异常电压值的电压采集回路施加恒流电流的持续时间为5-15秒。
优选地，所述阈值Th1为2.0v-2.5v，所述阈值Th2为100mv-400mv。
本发明具有如下优点和有益效果：
1、通过优化软件控制策略，采用开启阻抗补偿电路对采集回路施加电流后，接触电阻随电流增加而降低，促使采集电压恢复正常， 避免BMS错误判断，增强BMS的采集容错功能，使整车运行更加稳定。
2、错开时间执行阻抗补偿与单体电压采集， 不会造开启阻抗补偿导致的电压采集误差。
3、通过电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，在不对电池包拆包清理灰尘来排除的故障的情况下，保证电池包的正常使用，同时增强产品对恶劣环境的适应性、稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中电池包故障原理分析图。
图2为本发明阻抗补偿算法的电路原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明实施例的具体实施方式作详细说明。
本发明使用灰尘的接触电阻随电流增加而降低这一特性，通过对电压采集线上累积的灰尘进行通电的方式来降低灰尘的接触阻值而进行阻抗补偿，从而使采集到的单体电池的电压为正常值。本发明的具体实施方案为：
如图2所示，电池组的各单体电池Cell1、Cell2、…Celln分别通过开关T1、T2、…Tn连接至直流电流源DC，直流电流源的输出电流值的取值范围为30-300mA，且每个开关均与控制器连接。控制器每隔一定周期t0定时检测所采集到的各单体电池的电压值U1、U2、…Un，其中t0取值为50-900mS，假设本实施例中选用的电池组为锂电池组，则根据锂电池的特性考虑，设定该锂电池能够被正常使用的的低压阈值Th1为2.5v，本领域技术人员也可以根据所使用的电池组的类型不同而设定不同的低压阈值，所述低压阈值的取值范围一般为2.0v—2.5v，控制器根据所设定的阈值对各单体电池电压进行判断，检测是否存在某一单体电池的电压值低于2.5v。假设检测到从Cell2采集到的电压值U2低于2.5v，则说明从Cell2所采集到的电压存在异常，此时需对Cell2的电压采集回路进行阻抗补偿，控制器发出指令信号促使开关T1和T2闭合，以通过直流电流源DC对单体电池Cell2的电压采集回路施加电流。类似地，若电压值Ui异常，其中1≤i≤n，则控制器控制开关T(i-1)和Ti闭合或断开。为了避免电压采集误差，通常对电压采集回路施加电流的持续时间不宜过长，通常为5-15s，本实施例中设定直流电流源对电压采集回路施加电流的时间为10s，10s后开关T1和T2自动断开，阻抗补偿过程结束，电压采集回路的电阻恢复正常，电压短时间内保持稳定，此时采集到的电压值为准确数据，不会造成电压采集误差，因此控制器再次采集Cell2的单体电压值进行检测，判断阻抗补偿后所采集到的U2值是否仍低于阈值2.5v，若仍低于2.5v，则判断电池Cell2的实际电压偏低，需要通过强制断电或者限制输出功率来保护电池，若不低于2.5v，则判断电池Cell2的实际电压正常。
除上述方式外，本发明也可通过另一方式判断所采集的单体电压值是否异常，该方式为：控制器比较所采集到的每个单体电池电压，若最高单体电压值与最低单体电压值之间的差值大于或等于另一阈值Th2，则说明该最低单体电压值存在异常，本实施例中根据锂电池的特性将阈值Th2设定为200mv，阈值Th2的一般取值范围为100mv-400mv ，控制器控制该最低单体电压值所对应的单体电池的采集回路上的开关闭合，以对该采集回路上的电阻进行阻抗补偿。
值得注意的是，本发明中的单体电压采集和开启阻抗补偿是错开时间执行的，不会造开启阻抗补偿导致的电压采集误差。当开启阻抗补偿功能时，电压采集回路中会有电流流过，施加电流后，接触电阻随电流增加而降低，此时的电阻值还在变化中不稳定，该电阻值在电压采集回路中所分担的电压也会不稳定，最终导致电压采集不准，所以在阻抗补偿时不进行电压采集和检测。在阻抗补偿功能完成之后的短暂时间内，此时阻抗补偿功能结束，采集回路的电阻已经恢复正常，电压短时间内保持稳定，此时采集到的电压值为准确数据，不会造成电压采集误差。
本发明通过对电压值出现异常的单体电压采集回路施加电流的方式来进行电压采集线的阻抗补偿，并重新采集阻抗补偿后的电压值，根据阻抗补偿后所采集到的电压值判断实际是否需要对电池进行强制断电保护，避免BMS采集到偏低的虚假的单体电池电压后强制断电，而影响电池包的正常使用。本发明能够及时可靠地发现所采集的单体电池电压的异常，且无需手动清理灰尘来排除异常，同时增强了电池产品对恶劣环境的适应性、稳定性和可靠性。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、周期性检测电池组中每个单体电池的电压值，判断是否存在某个单体电池的电压值异常，若存在某个单体电池的电压值异常，则进入步骤二，否则退出本流程；
步骤二、开启阻抗补偿电路，对采集到所述异常电压值的电压采集回路施加恒流电流，施加恒流电流达到持续时间后，阻抗补偿过程结束，进入步骤三；
步骤三、所述异常电压值对应的电压采集回路再次采集电压值，判断该再次采集得到的电压值是否仍然异常，若仍然异常，则进入步骤四，否则退出本流程；
步骤四、强制切断电池组的供电或降低电池组的供电功率。
2.根据权利要求1所述的一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，其特征在于，所述判断是否存在某个单体电池的电压值异常，若存在某个单体电池的电压值异常，则进入步骤二的具体方法为：判断所述每个单体电池的电压值中，是否存在电压值低于阈值Th1或者判断所述电池组中最高单体电压值与最低单体电压值之间的差值是否高于阈值Th2，若存在某个单体电池的电压值低于阈值Th1或者所述电池组中最高单体电压值与最低单体电压值之间的差值高于阈值Th2，则所述低于阈值Th1的电压值或所述最低单体电压值为异常电压值，进入步骤二。
3.根据权利要求1所述的一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，其特征在于，所述判断该再次采集得到的电压值是否仍然异常，若仍然异常，则进入步骤四的具体方法为：判断该再次采集得到的电压值是否低于阈值Th1或者该再次采集得到的电压值与某个单体电压值的差值是否高于阈值Th2，若所述再次采集得到的电压值低于阈值Th1或者该再次采集得到的电压值与某个单体电压值的差值高于阈值Th2，则进入步骤四。
4.根据权利要求2或3所述的一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，其特征在于，所述对采集到所述异常电压值的电压采集回路施加恒流电流的持续时间为5-15秒。
5.根据权利要求2或3所述的一种电池管理***上电压采集线阻抗补偿算法，其特征在于，所述阈值Th1为2.0v-2.5v，所述阈值Th2为100mv-400mv。
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