CN104849667B - 用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法。其中用于诊断电池电芯缺陷的装置包括：具有多个电池电芯的电池；感测部，被配置为感测电池以生成感测信息；计算部，被配置为使用所生成的感测信息计算多个电池电芯中每一个的电芯电压和真正使用的电力；监测部，被配置成使用所计算的真正使用的电力以电力监测集的形式存储关于电池是否被过度使用的信息；以及确定部，被配置成当所计算的电芯电压达到预设下限电压值时，使用电力监测集和电芯电压偏差来确定多个电池电芯中的每一个是否出现故障。

Description

用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年2月18日提交的韩国专利申请No.10-2014-0018740的优先权权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明构思涉及一种电池诊断技术，尤其涉及用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法，其使用高电压电池电芯的实际使用电力、电压行为、电压偏差等来检测由电池电芯缺陷导致的故障。
背景技术
正在开发各种类型的环保汽车，并且电动汽车作为环保汽车倍受关注。
由于电动汽车使用电池组的充电/放电能量来驱动，因此电动车辆在优异的燃料效率和减少的污染物的性能方面与发动机车辆相比深受消费者的青睐。因此，电池作为电动车辆的核心部件是感兴趣的研究主题。
因此，电池的安全性随着使用电池的产品增加而显得尤为重要。而且，由于电动车辆具有这样的结构，即一个电池组包括多个电池电芯作为二次电芯并且一个高容量电池包括多个电池组，因此电动车辆的电池与通常的便携式电子产品的电池相比需要进行更加安全的维护。
尤其是，构成电池的电池电芯衰老或连接电池电芯的母线的断开(release，释放)产生了电阻。一旦此电阻增加，电池中就会产生热量由此损坏电池的内部电路或电池自身。此外，这可能会使电池***导致火灾。
因此，需要一项诊断电池故障的技术。在该技术中，电池故障通常只使用电池电芯之间的电压偏差来诊断。尤其是，鉴于防止误测的不利情况，检测条件应尽可能设置较宽。结果，可以检测感测电路的异常，而不可以检测电池电芯缺陷，因此缺陷诊断是不可能的。
而且，由于电压偏差通常在1V的范围内产生，因此当由于电池电芯缺陷而发生现场声明时，与其相关的诊断故障码(DTC)不可以***作。
另外，即使当电池电芯正常时，电池电芯之间的电压偏差也会在高电压电池被过度使用时增加。因此，当电芯电压通过电压偏差达到给定的下限电压时，电池在其放电期间的可用电力是有限的，从而对汽车的性能造成影响。
发明内容
本发明构思的一方面涉及一种用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法，其检测电芯缺陷而不检测感测电路的异常。
本发明构思的另一方面涉及一种用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法，其能够在车辆的可操作性差到驾驶员能感受到的程度时执行缺陷检测以便存储诊断故障码(DTC)。
本发明构思的另一方面涉及一种用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法，其中异常电压偏差可以区别于待检测的正常电压偏差。
为了实现上述目的，本发明构思提供了一种用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法，其检测电芯缺陷而不检测感测电路的异常。
本发明构思的一个方面涉及一种用于诊断电池电芯缺陷的装置，包括：具有多个电池电芯的电池；感测部，被配置为感测电池以生成感测信息；计算部，被配置为使用所生成的感测信息计算多个电池电芯的每个电芯电压和实际使用电力；监测部，被配置为使用所计算的实际使用电力来以电力监测集的形式存储关于电池是否被过度使用的信息；以及确定部，被配置为当所计算的电芯电压达到预设下限电压值时，使用电力监测集和电芯电压偏差来确定多个电池电芯中的每一个是否出现故障。
电力监测集可以是指示比较针对第一时间段的所计算的实际使用电力是否大于可用电力极限值的结果的数据。
该数据可以是数字数据，并且当所计算的实际使用电力大于当前可用电力极限值时，该数据可以为“1”，而当所计算的实际使用电力小于当前可用电力极限值时，该数据可以为“0”。
可用电力极限值可以根据预设查找表与电池的感测信息的匹配情况来确定。
感测信息可以是电池的温度和荷电状态(SOC)中的至少一个。
第一时间段可以是可用电力极限值达到特定值之前的时间段。
多个电池电芯中的每一个的故障确定可以根据是否满足第一条件、第二条件和第三条件来执行，其中在第一条件下可用电力极限值达到特定值，在第二条件下电芯电压偏差大于或等于预设参考值，在第三条件下第一条件和第二条件被维持第二时间段。
所计算的电芯电压可以是电芯最小电压。
装置还可以包括存储部，存储部被配置为根据故障状态以诊断故障码(DTC)的形式存储缺陷检测。
装置还可以包括输出端，存储部被配置为以图形、文字、声音和警示灯照明的组合形式输出缺陷检测。
本发明构思的另一个方面包含一种用于诊断电池电芯缺陷的方法，包括：感测电池以生成感测信息。使用所生成的感测信息来计算多个电池电芯中的每一个的电芯电压和实际使用电力。通过使用所计算的实际使用电力以电力监测集的形式存储关于电池是否被过度使用的信息来执行监测操作。确定所计算的电芯电压是否达到预设下限电压值。当确定所计算的电芯电压达到下限电压值作为确定结果时，使用电力监测集和电芯电压偏差来确定多个电池电芯的故障。
故障确定可以包括识别可用电力极限值是否达到特定值，同时识别电芯电压偏差是否大于或等于预设参考值。当被识别为可用电力极限值达到特定值的第一条件并且被识别为电芯电压偏差大于或等于预设参考值的第二条件时，确定第一条件和第二条件是否被维持了第二时间段。当第一条件和第二条件被维持了第二时间段时，确定检测到缺陷。
确定故障还可以包括根据故障状态以诊断故障码(DTC)的形式存储缺陷检测。
该方法还可以包括以图形、文字、声音和警示灯照明的组合形式输出缺陷检测。
附图说明
本发明构思的上述和其他目的、特征和优点将从以下结合附图的详细描述中变得更加明显，在附图中相同编号在不同视图中可以指代相同或类似的部件。附图不必按比例绘出，而是重点示出本发明构思的实施方式的原理。
图1是示出了根据本发明构思的实施方式的用于诊断电池电芯缺陷的装置的配置的框图。
图2是示出了图1中所示的电池管理***(BMS)的详细配置的框图。
图3和图4是示出了根据本发明构思的实施方式的只有当电池在电力极限值内使用时才通过监测电芯电压偏差来诊断缺陷的过程的流程图。
图5是示出了典型的电芯电压偏差的产生原理的概念图。
图6是示出了图5的分析结果的比较表。
具体实施方式
下面将参照附图更详细描述本发明构思的示例性实施方式。然而，本发明构思可以以不同的形式实施并且不应被解释为局限于本文中阐述的实施方式。相反，这些实施方式的提供使得公开内容是全面且完整的，并向本领域的技术人员完整传达了本发明构思的范围。因此，应该理解，本发明构思的范围和精神能够扩展到除了本发明构思的附图之外的所有变型、等价物或替代。
在整个公开中，在本发明构思的各个图和实施方式中相同的编号指的是相同的部件。
此外，包括表达比如第一和/或第二的术语在本发明构思的说明书中使用，可以用来描述本发明构思的各个元件。然而，本发明构思的元件不应受到在本发明构思的说明书中使用的术语的限制。换句话说，这些术语只用来将本发明构思的一个元件与另一个元件区分开来。
例如，在不偏离本发明构思的范围和精神的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列举项目的任何组合和所有组合。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，均具有和本领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
应进一步理解，术语，比如常用词典中所使用的术语，应被解释为具有与相关技术及本发明的上下文中的含义一致的含义，并且不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非在本文中明确地如此定义。
在下文中，下面将参照附图更详细描述根据本发明构思的实施方式的用于诊断电池电芯缺陷的装置和方法。
图1是示出了根据本发明构思的实施方式的用于诊断电池电芯缺陷的装置100的配置的框图。参照图1，用于诊断电池电芯缺陷的装置100可以包括电池110、电池管理***(BMS)120、控制器130和输出端140。BMS120可以被配置成通过以下方式执行电池110的电池电芯缺陷诊断，当电池110的电芯电压达到给定的下限电压时，分析在电池110的电芯电压达到给定的下限电压之前的特定时间内电池110的实际使用电力的行为，并只当电池在车辆中允许的电力极限值内使用时才监测电芯电压偏差。控制器130可以被配置成控制BMS120。如果检测电池电芯缺陷，则输出端140可以被配置成以图形、文字、声音和/或警示灯照明的组合形式输出缺陷检测的结果。
电池110可以包括串联和/或并联配置的电池电芯(未示出)。电池电芯可以是用于电动车辆的电池，例如镍金属电池或锂离子电池。
这里，电动车辆的实例可以包括电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)、插电式混合电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆等。
输出端140可以包括显示***、声音***和/或警示灯以便以图形、文字、声音和/或警告灯照明的组合形式输出缺陷检测的结果。这些组件可以包括在车辆集群内部或外部。
控制器130可以被配置成控制诸如电池110、BMS120和/或输出端140的组件，和/或传输和接收数据信号以对数据信号进行控制。
图2是示出了图1中所示的BMS120的详细配置的框图。参照图2，BMS120可以包括感测部210、计算部220、监测部230、确定部240和存储部250。感测部210可以被配置成感测电池110(参见图1)以生成感测信息。计算部220可以被配置成使用所生成的感测信息来计算实际使用电力和多个电池电芯的每一个电芯电压。监测部230可以被配置成使用所计算的实际使用电力来以电力监测集的形式存储关于电池是否被过度使用的信息。确定部240可以被配置成当所计算的电芯电压达到预设下限电压值时，使用电力监测集和电芯电压偏差来确定多个电池电芯中的每一个是否出现故障。存储部250可以被配置成根据故障状态以诊断故障码(DTC)的形式存储缺陷检测。
感测部210可以包括感测电池110(参见图1)的电流的电流传感器；感测电池110的电压的电压传感器；感测电池110的电力的电力传感器；感测电池110的温度的温度传感器等。尤其是，电流传感器和电压传感器可以被配置成单独感测电池110中包括的电池电芯。因此，电流传感器和电压传感器中的每一个都可以针对每个电池电芯进行安装以对其进行感测，或每个传感器也可以针对所有电池电芯进行安装以对其进行感测。
因此，感测部210可以生成感测信息，感测信息可以包括电压、电流、电力、温度、荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)等。
存储部250可以被包括在BMS120中作为分开的存储部。存储部250可以是非易失性存储器比如硬盘驱动器、闪存、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、静态RAM(SRAM)、铁电RAM(FRAM)、相变RAM(PRAM)或磁性RAM(MRAM)，和/或诸如动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)或双倍数据速率-SDRAM(DDR-SDRAM)的易失性存储器的组合。
因此，存储部250可以被配置成存储程序码和/或数据、电力监测集、预设查找表等以实现通过以下方式执行电池110的电池电芯缺陷诊断的算法，当电池110的电芯电压达到给定的下限电压时，在电池110的电芯电压达到给定的下限电压之前的一定时间内分析真正使用的电池110电力的行为，并只当电池在车辆中允许的电力极限值内使用时才监测电芯电压偏差。
这里，电力监测集可以是作为比较特定时间内的所计算的实际使用电力是否大于可用电力极限值的结果的数字数据。尤其是，电力监测集可以是被存储用于确定高电压电池在一定时间内在汽车中是否被过度使用的数据集。
例如，当所计算的实际使用电力大于当前可用电力极限值时，电力监测集可以为“1”，而当所计算的实际使用电力小于当前可用电力极限值时，电力监测集可以为“0”。另外，可用电力极限值可以根据预设查找表与电池的感测信息的匹配情况来确定。
因此，当电池110(参见图1)在一秒的特定时间内在可用电力极限值Powerlimit内全部使用时，存储的数据形式可以是“0000000000”。在这种情况下，数据形式的每个数字都可以表示与存储参考的时间(为100ms)对应的比较结果。
例如，当电池的电力在一秒的一定时间内在300ms的时刻以超过可用电力极限值使用时存储的数据形式是“0000000100”。即，当数据的数字从最右侧开始按时间顺序存储时，数据“1”是在300ms时的比较结果。
图3和图4是示出了根据本发明构思的实施方式的只有当电池在电力极限值内使用时才通过监测电芯电压偏差来诊断缺陷的过程的流程图。在解释图3和图4之前，参数和/或常数定义如下：
Powerlimit：可用电力极限值；
Powerreal：实际使用电力；
Vdev：电芯电压偏差；
Vdev_limit：检测电芯电压偏差异常的参考值(阈值)；
Vmin：电芯最小电压；以及
Vmin_limit：下限电压值。
参照图3和图4，当车辆点火时，诊断过程可以感测电池110(参见图1)以生成感测信息并使用所生成的感测信息来计算实际使用电力Powerreal的值、当前状态下的可用电力极限值Powerlimit以及多个电池电芯的电芯电压Vmin(步骤S310，S320和S330)。
该过程可以使用所计算的实际使用电力Powerreal和可用电力极限值Powerlimit来以电力监测集的形式存储关于电池110是否被过度使用的信息(步骤S350和S360)。换句话说，电力监测集可以是比较特定时间内的所计算的实际使用电力是否大于可用电力极限值的结果。例如，可以存储可用电力极限值Powerlimit达到0kW之前的第一特定时间(例如，大约一秒)内的比较结果。
在这种情况下，当所计算的实际使用电力大于当前可用电力极限值时，所存储的电力监测集的形式可以为“1”，而当所计算的实际使用电力小于当前可用电力极限值时，所存储的电力监测集的形式可以为“0”。
与此同时，该过程以计算实际使用电力Powerreal的值以及可用电力极限值Powerlimit并同时确定所计算的电芯电压的电芯最小电压Vmin是否达到预设下限电压值Vmin_limit(步骤S340)。
如果电芯电压Vmin达到下限电压值作为确定结果，则该过程可以识别可用电力极限值Powerlimit是否达到0kW(步骤S410)。换句话说，由于感测信息根据车辆的操作和环境温度而改变，因此与查找表相匹配的可用电力极限值也可以改变。因此，可以实时识别可用电力极限值Powerlimit是否达到0kW。
如果可用电力极限值Powerlimit达到0kW作为识别结果，则确定电力监测集为“0”(步骤S420)。
如果在步骤S420中电力监测集为“0”作为确定结果，则可以确定电池110正常。因此，该过程然后可以使用电芯电压偏差来确定多个电池电芯是否出现故障。
为此，该过程可以识别可用电力极限值Powerlimit是否达到特定值(例如，0kW)并同时识别电芯电压偏差Vdev是否大于或等于预设参考值Vdev_limit(步骤S430)。
如果可用电力极限值Powerlimit达到特定值(例如，0kW)并且同时如果电芯电压偏差Vdev大于或等于预设参考值Vdev_limit作为识别结果，则可以确定这两个条件被维持第二特定时间(例如，大约5秒)(步骤S450)。
当在步骤S450中维持特定时间时，可以确定检测到缺陷(步骤S460)。在这种情况下，该过程可以根据故障状态以诊断故障码(DTC)的形式存储缺陷检测并以图形、文字和声音的组合形式输出缺陷检测。当然，缺陷检测也可以以警示灯照明的形式输出。
图5是示出了典型的电芯电压偏差的产生原理的概念图。图6是示出了图5的分析结果的比较表。换句话说，当电池110即使在正常电芯的情况下被过度使用时，电芯电压偏差也可能由于车辆的环境条件而产生。因此，当应用根据图1至图4的本发明构思的实施方式时，即使在过高的电芯电压偏差的情况下也可以确定电池电芯的正常/异常。
根据本发明构思的示例性实施方式，以这样的方式执行故障诊断以便当电池的电芯电压达到给定的下限电压时，在此时间之前的特定时间内分析所使用的电池电力的行为，并只当电池在电池管理***(BMS)中允许的电力极限值内使用时才监测电芯电压偏差。因此，电压偏差的检测条件可以被更好地实现以提高电芯缺陷的检测性能。
另外，通过增加达到下限值的条件来限制电池的用途，可以将故障诊断检测时间限制为实际影响汽车性能的时间。
另外，通过监测所使用的电池电力，也许可以防止误测。
尽管本发明构思已经针对特定实施方式进行了描述，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于诊断电池电芯缺陷的装置，包括：
具有多个电池电芯的电池；
感测部，被配置为感测所述电池以生成感测信息；
计算部，被配置为使用所生成的所述感测信息计算所述多个电池电芯中的每一个的电芯电压和实际使用电力；
监测部，被配置为使用所计算出的实际使用电力以电力监测集的形式存储关于所述电池是否被过度使用的信息；以及
确定部，被配置为当所计算出的电芯电压达到预设下限电压值时，使用所述电力监测集和电芯电压偏差确定所述多个电池电芯中的各个电池电芯是否出现故障。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电力监测集是指示比较第一时间段的所计算出的实际使用电力是否大于可用电力极限值的结果的数据。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，
所述数据是数字数据，并且
当所计算出的实际使用电力大于当前可用电力极限值时，所述数据为“1”，而当所计算出的实际使用电力小于所述当前可用电力极限值时，所述数据为“0”。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述可用电力极限值根据预设查找表与所述电池的所述感测信息的匹配情况来确定。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述感测信息是所述电池的温度和荷电状态SOC中的至少一个。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一时间段是所述可用电力极限值达到特定值之前的时间段。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述多个电池电芯中的每一个的故障确定根据是否满足第一条件、第二条件和第三条件来执行，其中，在所述第一条件下所述可用电力极限值达到所述特定值，在所述第二条件下所述电芯电压偏差大于或等于预设参考值，在所述第三条件下所述第一条件和所述第二条件维持了第二时间段。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所计算出的电芯电压是电芯最小电压。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括存储部，所述存储部被配置为根据故障状态以诊断故障码DTC的形式存储缺陷检测。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括输出端，所述输出端被配置为以图形、文字、声音和警示灯照明的组合形式输出所述缺陷检测。
11.一种用于诊断电池电芯缺陷的方法，包括：
感测具有多个电池电芯的电池以生成感测信息；
使用所生成的感测信息计算所述多个电池电芯中的每一个的电芯电压和实际使用电力；
通过使用所计算出的实际使用电力以电力监测集的形式存储关于所述电池是否被过度使用的信息来执行监测操作；
确定所计算出的电芯电压是否达到预设下限电压值；以及
当确定所计算出的电芯电压达到下限电压值时，使用所述电力监测集和电芯电压偏差来确定所述多个电池电芯的故障。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电力监测集是指示比较第一时间段的所计算出的实际使用电力是否大于可用电力极限值的结果的数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述数据是数字数据，并且
当所计算出的实际使用电力大于当前可用电力极限值时，所述数据为“1”，而当所计算出的实际使用电力小于所述当前可用电力极限值时，所述数据为“0”。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可用电力极限值根据预设查找表与所述电池的所述感测信息的匹配情况来确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述感测信息是所述电池的温度和荷电状态SOC中的至少一个。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一时间段是所述可用电力极限值达到特定值之前的时间段。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定故障包括：
识别所述可用电力极限值是否达到所述特定值，同时识别所述电芯电压偏差是否大于或等于预设参考值；
当被识别为所述可用电力极限值达到所述特定值的第一条件并且被识别为所述电芯电压偏差大于或等于所述预设参考值的第二条件时，确定所述第一条件和所述第二条件是否被维持了第二时间段；以及
当确定所述第一条件和所述第二条件被维持了所述第二时间段时，确定检测到缺陷。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所计算出的电芯电压是电芯最小电压。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，确定故障还包括根据故障状态以诊断故障码DTC的形式存储缺陷检测。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以图形、文字、声音和警示灯照明的组合形式输出所述缺陷的检测。
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