CN108020777A - 电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置，所述故障检测方法包括在电池上电后采集各电芯的第一电压；将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间；采集各电芯的第二电压；针对各个电芯，根据第一电压与第二电压的差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障。本发明提供的故障检测装置包括：电压采样模块，阈值电压产生模块，故障诊断模块，差电压产生模块，以及比较模块。所述电压采样模块属于电池均衡电路，所述阈值电压产生模块，故障诊断模块，差电压产生模块，以及比较模块为电池管理***中控制模块的一部分。该发明不增加外部电路，不仅降低了成本并且提高了均衡电路的可靠性。

Description

电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置

技术领域

本发明涉及动力电池的技术领域，具体涉及一种电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置。

背景技术

目前电池制造水平和工艺，使得电芯在生产过程中存在不一致性。并且各个电芯在组成电池的过程中，会由于自放电程度以及部位温度等原因导致单体不一致性。由于电池能量和端电压的限制，实际应用中电动汽车动力电池往往由多个电芯串并联组成，由于电芯的不一致性将导致电池***整体性能、寿命等指标降低，为解决此问题，电池管理***中往往设计均衡电路对电池进行均衡管理来保证电芯的一致性，最大限度地提高电池循环寿命。

电池管理***对电池的各个电芯进行均衡管理时，一般通过控制开关器件来导通均衡电阻，从而对各个电芯单独充放电，达到电芯之间电压的一致性。但是由于电动汽车动力电池中电芯的串并联数量较多，电芯的不均衡问题频繁出现，因此频繁的开闭开关器件，使得开关器件存在随机失效的风险，从而电池管理***均衡电路的可靠性也大大降低。开关器件的失效会导致电池存在过放的风险，整个动力电池也有可能永久损坏。

现有技术中，均衡电路的故障检测采用单独设计的检测电路，例如通过设计电压采集电路采集均衡电阻两侧电压判断均衡电路是否有故障，或者通过在均衡电路中接入采样电阻，通过采样电阻的电压判断均衡电路是否有故障，或者通过采用带有故障诊断功能的均衡芯片判断均衡电路是否有故障。上述通过单独设计的外部硬件电路完成对均衡电路的故障检测，不仅增加了电路的复杂性和成本，且故障检测电路存在失效导致的不稳定性。另外均衡电路的故障检测电路通用性较差，对每种电芯的均衡电路都需要不同的故障检测电路进行故障检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置来检测电池均衡电路的开关器件是否损坏，从而提高了动力电池中均衡电路的可靠性。

根据本发明的一方面，提供一种电池均衡电路的故障检测方法，所述电池包括多个电芯，各个电芯连接有均衡电路，所述故障检测方法包括在电池上电后采集各电芯的第一电压；将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间；采集各电芯的第二电压；针对各个电芯，根据第一电压与第二电压的差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障。

优选地，所述根据第一电压与第二电压的差电压是否超出阈值范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障包括判断该电芯的第一电压与第二电压的差电压是否超出由上限阈值和下限阈值限定的阈值范围之外，如果是，则判定该电芯的均衡电路发生故障。

优选地，所述上限阈值和下限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的。

优选地，当第一电压与第二电压的差电压大于上限阈值时，判定均衡电路发生短路故障。

优选地，当第一电压与第二电压的差电压小于下限阈值时，判定均衡电路发生断路故障。

根据本发明的另一方面，提供一种故障检测装置，所述电池包括多个电芯，各个电芯连接有均衡电路，所述故障检测装置包括电压采样模块，用于采集各个电芯的电压；阈值电压产生模块，用于提供阈值电压范围；故障诊断模块，用于在电池上电时将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间，控制电压采样模块采集均衡电路开启前各电芯的第一电压以及均衡控制电路开启预设时间后各电芯的第二电压，并针对各个电芯，根据所述第一电压与所述第二电压的差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障；差电压产生模块，用于产生所述第一电压与所述第二电压的差值；以及比较模块，用于判断所述第一电压与所述第二电压的差电压是否超出预设的范围。

优选地，所述阈值产生模块包括上限阈值产生单元，输出上限阈值至所述比较模块；以及下限阈值产生单元，输出下限阈值至所述比较模块。

优选地，所述上限阈值和下限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的。

优选地，所述比较模块包括第一比较单元，用于比较所述差电压与所述上限阈值；以及第二比较单元，用于比较所述差电压与所述下限阈值。

优选地，所述故障诊断模块的故障判定结果通过仪表显示。

本发明提供的电路均衡电路的故障检测方法及故障检测装置，在不增加外部硬件电路的基础上，通过软件检测均衡电路是否失效。该方法通过查表法确定电池各电芯均衡前后的差电压是否超出预设的范围，当电池均衡前后的差电压在预设的范围内时，均衡电路一切正常，当电池均衡前后的差电压大于预设范围的上限阈值或者小于下限阈值时，均衡电路均存在故障，此时通过仪表显示均衡电路存在故障。该发明不增加外部电路，不仅降低了成本并且提高了均衡电路的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出本发明电池管理***的部分电路示意图；

图2示出本发明电池均衡电路的故障检测方法的流程示意图；

图3示出本发明电池均衡电路的故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图1示出本发明电池管理***的部分电路示意图。

如图1所示，本发明的电池管理***包括n个均衡电路200、n个电压采样电路30组成的电压采样模块300、控制模块400以及显示模块500，均衡电路200包括依次串联的控制开关和电阻。电池100包括电芯C1至电芯Cn。各个电芯连接均衡电路200形成回路，并且在各个电芯两端连接电压采样电路30，电压采样模块300连接控制模块400，将采集的电压输出至控制模块400，控制模块400连接均衡电路200中的控制开关，用于控制控制开关的状态，进而达到均衡管理电池100，控制模块400连接显示模块500，控制模块400分析处理数据之后将结果输出至显示模块500进行显示。

例如电芯C1与控制开关S1以及电阻R1形成回路，控制开关S1连接控制模块400，通过控制模块400控制控制开关S1的状态，进而对电芯C1放电，电芯C1两端连接电压采样电路30，采集电芯C1两端的电压并传输至控制模块400，控制模块400通过分析电池100的一致性，进而控制控制开关的状态，控制模块400连接显示模块500，将电池的状态实时发送至显示模块500，进行显示。

上述电路示出电池管理***中用于电池均衡的部分电路，并不是电池管理***的全部电路。电池100由多个电芯串并联连接，本发明中的实施例例如以多个电芯串联连接。均衡电路200中的控制开关可以是各种晶体管和机械触电开关中的任一种。电压采样电路30用于采集电芯两端的电压，本发明中的电压采样电路30还可以对采集的电压进行滤波处理，例如在电压采样电路30中增加RC滤波网络。控制模块400为电池管理***中的控制器，例如为单片机或者可编程逻辑门阵列中的任一种，在本发明中用于存储单体电池均衡前后的电压，对单体电池均衡前后的电压作差，通过电池管理***反馈的电池状态参数查表得到上限阈值和下限阈值，进而判断均衡前后的差电压是否在阈值范围内。显示模块500例如为电池管理***的仪表盘，实时显示电池的状态以及电池管理***中部分功能电路和部分子***的状态，以便第一时间将电池***的状态反馈给用户，避免发生不必要的交通事故。

图2示出本发明电池均衡电路的故障检测方法的流程示意图。

如图2所示，本发明均衡电路的故障检测方法有如下步骤：

步骤S01：采集各电芯的第一电压，电池管理***低压上电后，通过电压采样模块300采集电池100中各个电芯在均衡管理前的第一电压Vn并对其进行滤波，滤波后的第一电压Vn存储至差电压产生模块410。

步骤S02：各电芯均衡电路开启预设的时间，电池管理***低压上电后，控制模块强制闭合均衡电路200的控制开关，使得均衡电路200对电池100中的各个电芯进行放电并持续1.8秒。

步骤S03：采集各电芯的第二电压，控制模块控制均衡电路200对电池100中的各个电芯进行放电并持续1.8秒后，电压采样模块300采集电池100中各个电芯在均衡管理后的第二电压Vtn，并对其进行滤波，滤波后的第二电压Vtn存储至差电压产生模块410。

步骤S04：获得各个电芯第一电压以及第二电压的差电压，将差电压产生模块410中的各个电芯的第一电压Vn以及第二电压Vtn作差，获得均衡管理前后的差电压。

步骤S05：判断差电压是否小于下限阈值，下限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的，获得电池100的差电压Vdn后，通过查表判断差电压Vdn是否小于下限阈值Min。

若差电压小于下限阈值，执行步骤S06：显示故障，当查表确定差电压Vdn小于下限阈值Min，则说明均衡电路200中存在第二种故障，即断路故障，电池管理***的控制模块通过CAN总线将故障信息发送至仪表，此时仪表中显示均衡电路200存在故障。

若差电压不小于下限阈值，执行步骤S07：判断差电压是否大于上限阈值，上限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的，获得电池100的差电压Vdn后，通过查表判断差电压Vdn是否大于上限阈值Max。

若差电压大于上限阈值，执行步骤S06：显示故障，当查表确定差电压Vdn大于上限阈值Max，则说明均衡电路200中存在第一种故障，即短路故障，电池管理***的控制模块通过CAN总线将故障信息发送至仪表，此时仪表中显示均衡电路200存在故障。

若差电压不大于上限阈值，程序结束，均衡电路200无故障，仪表显示均衡电路200正常。

图3示出本发明电池均衡电路的故障检测装置的结构示意图。

如图3所示，故障检测装置包括电压采样模块300以及第一控制模块401，电压采样模块300属于电池均衡***的一部分，第一控制模块401包括阈值电压产生模块420，故障诊断模块440，差电压产生模块410，以及比较模块430，第一控制模块401为电池管理***中控制模块400的一部分。

电压采样模块300采集滤波并输出各个电芯均衡管理前的第一电压Vn以及在均衡管理后的第二电压Vtn。差电压产生模块410对第一电压Vn以及第二电压Vtn作差并获得差电压Vdn输出至比较模块430。阈值电压产生模块420根据电池的温度和剩余电量产生阈值电压，阈值电压产生模块420包括上限阈值产生单元422以及下限阈值产生单元421，分别根据电池的温度和剩余电量产生上限阈值Max和下限阈值Min并输出至所述比较模块430。比较模块430包括第一比较单元431，用于比较差电压Vdn与下限阈值Min；以及第二比较单元432，用于比较差电压Vdn与上限阈值Max。故障诊断模块440用于在电池上电时将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间，控制电压采样模块300采集均衡电路开启前各电芯的第一电压Vn以及均衡控制电路开启预设时间后各电芯的第二电压Vtn，并接收比较模块输出的结果，根据差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障。故障诊断模块440的故障判定结果可以通过CAN总线输出至仪表并显示。

本发明的对电池均衡电路故障的检测原理在图1以及图2中已经详细描述，再次不再赘述。

上述电池均衡电路的故障检测方法可以通过simulink/stateflow仿真验证，也可以通过simulink/stateflow仿真调整方案，先确保方***性，再进行实物验证，提高了程序的鲁棒性及可靠性。

本发明中电池管理***本身的均衡电路、控制模块、电压采样模块与电池连接构成电池组在电池管理***中的均衡***。电压采样模块属于电池均衡***，阈值电压产生模块，故障诊断模块，差电压产生模块，以及比较模块为电池管理***中控制模块的一部分。本发明提供的电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置，通过查表确定差电压是否在阈值范围内，当差电压在阈值范围内时，均衡电路一切正常，当差电压大于上限阈值或者小于下限阈值时，均衡电路均存在故障，此时通过仪表显示均衡电路存在故障。该发明不增加外部电路，在原有电池管理***以及均衡电路的基础上用软件的方法对均衡电路的故障进行检测。本发明提供的电池均衡电路的故障检测方法及故障检测装置不仅降低了成本并且提高了电池均衡电路的可靠性。

应当说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电池均衡电路的故障检测方法，所述电池包括多个电芯，各个电芯连接有均衡电路，其中，所述故障检测方法包括：

在电池上电后采集各电芯的第一电压；

将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间；

采集各电芯的第二电压；

针对各个电芯，根据第一电压与第二电压的差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障。

2.根据权利要求1所述的电池均衡电路的故障检测方法，其中，所述根据第一电压与第二电压的差电压是否超出阈值范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障包括：

判断该电芯的第一电压与第二电压的差电压是否超出由上限阈值和下限阈值限定的阈值范围之外，如果是，则判定该电芯的均衡电路发生故障。

3.根据权利要求2所述的电池均衡电路的故障检测方法，其中，所述上限阈值和下限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的。

4.根据权利要求3所述的电池均衡电路的故障检测方法，其中，当第一电压与第二电压的差电压大于上限阈值时，判定均衡电路发生短路故障。

5.根据权利要求3所述的电池均衡电路的故障检测方法，其中，当第一电压与第二电压的差电压小于下限阈值时，判定均衡电路发生断路故障。

6.一种电池均衡电路的故障检测装置，所述电池包括多个电芯，各个电芯连接有均衡电路，其中，所述故障检测装置包括：

电压采样模块，用于采集各个电芯的电压；

阈值电压产生模块，用于提供阈值电压范围；

故障诊断模块，用于在电池上电时将各电芯的均衡电路强制开启预设的时间，控制电压采样模块采集均衡电路开启前各电芯的第一电压以及均衡控制电路开启预设时间后各电芯的第二电压，并针对各个电芯，根据所述第一电压与所述第二电压的差电压是否超出预设的范围来判定该电芯的均衡电路是否发生故障；

差电压产生模块，用于产生所述第一电压与所述第二电压的差值；以及

比较模块，用于判断所述第一电压与所述第二电压的差电压是否超出预设的范围。

7.根据权利要求6所述的电池均衡电路的故障检测装置，其中，所述阈值产生模块包括：

上限阈值产生单元，输出上限阈值至所述比较模块；以及

下限阈值产生单元，输出下限阈值至所述比较模块。

8.根据权利要求7所述的电池均衡电路的故障检测装置，其中，所述上限阈值和下限阈值是根据电池的温度和剩余电量通过查表得到的。

9.根据权利要求7所述的电池均衡电路的故障检测装置，其中，所述比较模块包括：

第一比较单元，用于比较所述差电压与所述上限阈值；以及

第二比较单元，用于比较所述差电压与所述下限阈值。

10.根据权利要求6所述的电池均衡电路的故障检测装置，其中，所述故障诊断模块的故障判定结果通过仪表显示。