CN117015715A - 电池诊断装置、电池组、电动车辆和电池诊断方法 - Google Patents

电池诊断装置、电池组、电动车辆和电池诊断方法 Download PDF

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Abstract

电池诊断装置包括：电池监视器，其用于检测包括在电池模块中的多个电池单元中的每一个的电压；以及控制电路，其用于确定表示从休眠事件的开始时间点到其松弛时间点的每个电池单元的电压行为与多个电池单元的平均电压行为之间的差值的第一电压偏差的最新值。针对每个电池单元，控制电路通过对第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定第二电压偏差的最新值，确定表示第一电压偏差的最新值与第二电压偏差的最新值之间的差值的第三电压偏差的最新值，确定表示第三电压偏差的最新值与第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值，通过使用具有预定大小的第四电压偏差的时间序列离散度来确定阈值偏差的最新值，并且将第三电压偏差的最新值与阈值偏差的最新值进行比较以确定对应的电池单元中是否存在微短路。

Description

电池诊断装置、电池组、电动车辆和电池诊断方法
技术领域
本申请要求于2021年10月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0136165的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本公开涉及根据电池单元在空闲状态下的电压行为在每个电池单元中进行微短路诊断。
背景技术
最近，人们对笔记本电脑、摄像机和移动电话等便携式电子产品的需求迅速增加，随着电动车辆、储能电池、机器人和卫星的发展，人们对可重复充电的高性能电池进行了许多研究。
目前，市售电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，其中，锂电池几乎没有记忆效应，因此，与镍基电池相比，锂电池因为其充电方便、自放电率很低、能量密度高的优点而越来越受到关注。
为了满足电动车辆等应用的高电压和高容量的要求，包括电池串联结构的电池***(例如，电池组)很普遍。
在电池***中，某个电池单元的故障很可能会对电池***的整体性能和安全产生不利影响。因此，在电池***的管理中，准确检测单个电池单元的故障是非常重要的。
在电池单元的各种故障类型中，微短路(也被称为内部短路)是直接/间接影响火灾的典型的类型缺陷。微短路是由电池单元中的副反应(例如，金属锂沉积)和/或杂质渗入电池单元中造成的。
微短路检测通常采用将参考值与充电和放电期间持续监视的电池单元的内阻进行比较。然而，内阻估计基本上不仅需要电压，而且还需要每个电池单元的检测电流值，而内阻在很大程度上取决于各种内部和外部条件，因此导致精确度低。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，因此，本公开旨在提供一种装置和方法，用于通过监视具有重复空闲事件的电池单元在空闲期间的电压行为趋势来检测与电压行为具有强相关性的微短路。
本公开的这些及其他目的和优点可通过以下描述来理解，并且将从本公开的实施方式中明显看出。此外，很容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中阐述的手段及其组合来实现。
技术方案
根据本公开的一方面的电池诊断装置，包括：电池监视器，该电池监视器被配置为检测包括在电池模块中的多个电池单元中的每一个的电压；以及控制电路，该控制电路被配置为确定在从所述电池模块从充电转变到空闲的空闲事件的开始时间起的松弛时段内表示每个电池单元的电压行为和所述多个电池单元的平均电压行为之间的差值的第一电压偏差的最新值。当所述空闲事件发生的总次数等于或大于参考次数时，所述控制电路被配置为，针对每个电池单元，通过对所述第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定与所述第一电压偏差的最新值对应的第二电压偏差的最新值。所述控制电路被配置为，针对每个电池单元，确定表示所述第一电压偏差的最新值与所述第二电压偏差的最新值之间的差值的第三电压偏差的最新值。所述控制电路被配置为，针对每个电池单元，确定表示所述第三电压偏差的最新值与所述第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值。所述控制电路被配置为，针对每个电池单元，利用具有预定大小的所述第四电压偏差的时间序列的离散度，确定阈值偏差的最新值。所述控制电路被配置为，针对每个电池单元，通过将所述第三电压偏差的最新值与所述阈值偏差的最新值进行比较来确定对应的电池单元是否具有微短路。
每个电池单元的电压行为可以表示在从所述空闲事件的开始时间起的松弛时段内按顺序检测预定次数的对应的电池单元的电压的平均值。
平滑算法可以是移动平均滤波器。参考次数可以等于或大于移动平均滤波器的大小。
离散度可以是标准偏差。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元：通过将所述离散度乘以预定的边际常数来确定所述阈值偏差的最新值。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元：当所述第三电压偏差的最新值等于或小于所述阈值偏差的最新值时，将与对应的电池单元关联的异常因子增加第一值，并且当与对应的电池单元关联的异常因子达到阈值时，确定对应的电池单元具有所述微短路。
控制电路可以被配置为针对每个电池单元：当所述第三电压偏差的最新值大于所述阈值偏差的最新值时，将与对应的电池单元关联的异常因子减少第二值。
根据本公开的另一方面的电池组包括电池诊断装置。
根据本公开的又一方面的电动车辆包括电池组。
根据本公开的再一方面的电池诊断方法，该电池诊断方法包括以下步骤：确定在从包括所述多个电池单元的电池模块从充电转变到空闲的空闲事件的开始时间起的松弛时段内，表示每个电池单元的电压行为和所述多个电池单元的平均电压行为之间的差值的第一电压偏差的最新值。当所述空闲事件发生的总次数等于或大于参考次数时，该电池诊断方法进一步包括以下步骤，针对每个电池单元：通过对所述第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定与所述第一电压偏差的最新值对应的第二电压偏差的最新值；确定表示第三电压偏差的最新值与所述第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值；利用具有预定大小的所述第四电压偏差的时间序列的离散度，确定阈值偏差的最新值；以及通过将所述第三电压偏差的最新值与所述阈值偏差的最新值进行比较来确定对应的电池单元是否具有微短路。
每个电池单元的电压行为可以表示在从所述空闲事件的开始时间起的松弛时段内按顺序检测预定次数的对应的电池单元的电压的平均值。
平滑算法可以是移动平均滤波器。参考次数可以等于或大于移动平均滤波器的大小。
离散度可以是标准偏差。
阈值偏差的最新值可以等于离散度与预定的边际常数的乘积。
有利效果
根据本公开的实施方式中的至少一个实施方式，可以通过监视具有重复空闲事件的多个电池单元在空闲期间的电压行为的趋势来检测与电压行为具有强相关性的微短路。因此，可以采取适当的保护措施来防止由微短路引起的危险问题(诸如电池单元中的***或火灾)。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员根据所附权利要求将清楚地理解这些和其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并且与如下所述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此本公开不应被解释为限于附图。
图1是示例性地示出根据本公开的电动车辆的图。
图2是在描述电池单元的示例性等效电路时参考的图。
图3是在描述空闲期间电池单元的电压随时间变化时参考的图。
图4是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的电压行为随时间变化的曲线图。
图5是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第一电压偏差随时间变化的曲线图。
图6是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第二电压偏差随时间变化的曲线图。
图7是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第三电压偏差随时间变化的曲线图。
图8是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第四电压偏差随时间变化的曲线图。
图9是示例性地示出在重复空闲事件的情况下用于电池单元的微短路确定的阈值偏差随时间的变化的曲线图。
图10和图11是在示例性地描述根据本公开的实施方式的电池诊断方法时参考的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是应该在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于与本公开的技术方案相对应的含义和概念进行解释。
因此，本文所描述的实施方式和附图中所示的示例仅仅是本公开的最优选实施方式，并非旨在完整地描述本公开的技术方面，因此应当理解，在提交申请时可能已经对其进行了各种其它等同和修改。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语用于在各种元件当中将一个元件与其它元件区分开，但并非旨在通过术语来限制元件。
除非上下文另有明确指出，否则将理解术语“包括”在本说明书中使用时，指定了所提及元件的存在，但不排除一种或更多种其他元件的存在或添加。附加地，这里所使用的术语“单元”是指具有至少一种功能或操作的处理单元，并且这可以通过硬件和软件单独或组合来实现。
此外，在整个说明书中，将进一步理解当元件被称为“连接至”另一个元件时，它可以直接连接至另一个元件或者可以存在居间元件。
图1是示例性地示出根据本公开的电动车辆的图。
参照图1，电动车辆1包括车辆控制器2、电池组10和电负载30。电池组10的充电/放电端子(P+、P-)可以通过充电电缆电联接到充电器40。充电器40可以包括在电动车辆1中，或者可以设置在电动车辆1之外的充电站中。
车辆控制器2(例如，电子控制单元(ECU))被配置为响应于电动车辆1的点火按钮(未示出)被用户切换到开启位置而将钥匙开启信号发送到电池诊断装置100。车辆控制器2被配置为响应用户将点火按钮被用户切换到关闭位置而向电池诊断装置100发送钥匙关闭信号。充电器40可以经由与车辆控制器2的通信通过电池组10的充电/放电端子(P+、P-)提供充电电源。
电池组10包括电池模块11、继电器20和电池诊断装置100。
电池模块11包括多个电池单元B1～BN(N为2以上的自然数)的串联结构。也就是说，在电池模块11中，多个电池单元B1～BN可以是串联的。多个电池单元B1～BN可以以相同的电气和化学规格制造。例如，多个电池单元B1～BN不限于特定的类型，可以包括任何类型的可重复充电的电池单元(诸如锂离子单元)。以下，在对多个电池单元B1～BN的共同描述中，贴上符号‘Bj’(j是N或更小的自然数)来表示电池单元。
继电器20通过连接电池模块11和电负载30的电源路径与电池模块11串联电连接。图1示出了连接在电池模块11的正极端子和充电/放电端子中的一个(P+)之间的继电器20。继电器20的开/关控制是响应于来自电池诊断装置100和/或车辆控制器2的开关信号进行的。继电器20可以是通过线圈的磁力开启/关闭的机械接触器或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体开关。
电负载30包括逆变器31和电机32。逆变器31被设置为响应于来自电池诊断装置100或车辆控制器2的命令，将来自电池组10中包括的电池模块11的直流(DC)电转换为交流(AC)电。电机32使用来自逆变器31的交流电运行。电机32可以包括如3相交流马达。
通过开启继电器20对电池模块11进行充电和放电的状态可称为‘循环状态(或负载状态)’。
当继电器20从开启到关闭时，电池模块11从循环状态变为‘空闲状态(或空载状态、日历状态)’，电池单元Bj空闲时的电压可称为‘松弛电压(或空闲电压、空载电压)’。在电池单元Bj从充电或放电切换到空闲状态经过足够长的时间后的松弛电压可以收敛到开路电压(OCV)。具体来说，当电池模块11从充电或放电切换到空闲时，随着电池单元Bj中发生的极化被自发缓解，电池单元Bj的松弛电压向OCV变化。
电池诊断装置100包括电池监视器110和控制电路120。电池诊断装置100可以进一步包括通信电路130。下面，假设电池诊断装置100包括电池监视器110、控制电路120和通信电路130。
电池监视器110包括电压检测器112。电池监视器110可以进一步包括电流检测器114。
电压检测器112与包括在电池模块11中的多个电池单元B1～BN中的每一个的正负极端子相连，并且被配置为检测电池单元Bj两端的电压(也被称为"单元电压")，并产生表示检测到的单元电压的电压信号。
电流检测器114通过电池模块11和逆变器31之间的电流路径串联到电池模块11。电流检测器114可以包括已知电流检测装置中的至少一种(诸如分流电阻和霍尔效应装置)。当多个电池单元B1～BN如图1所示串联时，多个电池单元B1～BN中流过相同的充电/放电电流。
图1示出用作电流检测器114的分流电阻。在这种情况下，电流检测器114可以根据欧姆定律基于分流电阻器两端的电压，向控制电路120输出表示充电/放电电流的方向和大小的电流信号。
控制电路120可以与继电器20、电池监视器110和通信电路130可操作地联接。可操作地联接是指直接/间接地连接，以在一个或两个方向上发送和接收信号。
控制电路120可以被称为"电池控制器"，并且可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器或用于执行其他功能的电气单元中的至少一种以硬件实现。
控制电路120可以从电池监视器110收集电压信号和/或电流信号。例如，控制电路120可以使用其中提供的模数转换器(ADC)将从电池监视器110收集的模拟信号转换为数字值并记录下来。另选地，电池监视器110本身可以将模拟信号到数字值的转换结果发送到控制电路120。
存储器121可以包括例如闪存类型、硬盘类型、固态盘(SSD)类型、硅盘驱动器(SDD)类型、多媒体卡微型类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)或可编程只读存储器(PROM)的存储介质中的至少一种类型。存储器121可以存储控制电路120的计算操作所需的数据和程序。存储器121可以存储表示由控制电路120进行的计算操作结果的数据。存储器121可以存储用于检测电池单元Bj中的微短路的给定功能、逻辑和算法。存储器121可以被集成到控制电路120中。
控制电路120可以响应于来自车辆控制器2的钥匙开启信号而开启继电器20。控制电路120可以响应于来自车辆控制器2的钥匙关闭信号而关闭继电器20。钥匙开启信号是要求从空闲切换到循环的信号。钥匙关闭信号是要求从循环切换到空闲的信号。另外，车辆控制器2可以代替控制电路120来负责继电器20的开启/关闭控制。
通信电路130被配置为支持控制电路120和车辆控制器2之间的有线或无线通信。有线通信可以是例如控制器区域网络(CAN)通信，而无线通信可以是例如Zigbee或蓝牙通信。通信协议不限于特定类型并且可以包括支持控制电路120和车辆控制器2之间的有线/无线通信的任何通信协议。通信电路130可以包括输出装置(例如，显示器、扬声器)，以将从控制电路120和/或车辆控制器2接收的信息提供为用户(驾驶员)可识别的格式。
图2是在描述电池单元的示例性等效电路时参考的图。在本说明书中，正常的电池单元是指没有微短路的电池单元，而异常的电池单元是指具有微短路的电池单元。
参照图2所示的等效电路200，正常电池单元可以等效为DC电源VDC、内部电阻器R0和电阻器电容器(RC)对R1，C的串联电路。相比之下，异常电池单元可以等效为对应于正常电池单元串联电路的串联电路，进一步包括连接在两个端子+、-之间的附加电阻器RISC。附加电阻器RISC用作泄漏电流IISC的路径。作为参考，DC电源VDC的电压是电池单元Bj的OCV，电池单元Bj的单元电压是DC电源VDC、内部电阻器R0和RC对R1，C的串联电路的总电压。当充电/放电电流为零(0A)，RC对R1，C的电压为零(0V)时，松弛电压等于OCV。
在异常电池单元的充电过程中，一些充电功率没有储存在异常电池单元中，而是作为泄漏电流IISC被用掉。此外，在异常电池单元的放电过程期间，一些放电功率没有供应给电负载30，而是作为泄漏电流IISC被用掉。电阻器RISC的电阻值下降表示微短路变得更严重，而随着微短路变得更严重，作为泄漏电流IISC的功率消耗可能会增加。因此，在充电时，异常电池单元的电压上升可能比正常电池单元的电压上升更小。相反，在放电时，异常电池单元的电压下降可能比正常电池单元的电压下降更大。
此外，即使在电池单元处于充电/放电电流为0的空闲状态时，储存在异常电池单元中的能量可以作为泄漏电流IISC被用掉。因此，在空闲期间，异常电池单元的电压比正常电池单元的电压更低，并且异常电池单元的电压下降得比正常电池单元快。
下面，将参照图3至图5详细描述由控制电路120执行的、用于检测多个电池单元B1～BN中具有微短路的电池单元的操作。
图3是在描述空闲期间电池单元的电压随时间变化时参考的图，图4是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的电压行为随时间变化的曲线图，图5是示例性地示出在重复空闲事件(resting event)的情况下电池单元的第一电压偏差随时间变化的曲线图。在图4和图5中，横轴表示事件数x，其表示空闲事件发生的顺序。图4的纵轴表示电池单元Bj每次空闲事件的电压行为(松弛时段的平均电压)，并且图5的纵轴表示电池单元Bj每次空闲事件的第一电压偏差。
首先，图3示出多个电池单元B1～BN中任何一个的电池单元Bj在空闲期间的电压行为。时间tA是特定空闲事件的开始时间。该空闲事件是电池模块11从充电到空闲的转变。电池单元Bj的单元电压在开始时间tA之前一直在上升，在开始时间tA当充电电流变为0时瞬间下降，然后向OCV收敛。时间tB是自开始时间tA起经过预定的松弛时间Δt后的时间。
电池单元Bj的电压行为表示在从时间tA到时间tB的松弛时段Δt内按顺序检测预定次数的电池单元Bj的平均电压。松弛时段Δt可以是检测电池单元Bj的电压的时间间隔的预定倍数。例如，松弛时段Δt可以是60秒，电池单元Bj的电压可以在0.1秒的时间间隔内按顺序检测总共600次。因此，可以确定在从时间tA到时间tB的空闲时间期间多个电池单元B1～BN中的每一个的电压行为。下面的等式1是用于计算多个电池单元B1～BN中的电池单元Bj的电压行为的函数的示例。
<等式1>
在等式1中，S是松弛时段Δt检测电压的总次数(例如600次)，Vj[i][x]是按空闲事件的事件数x在空闲期间在第i个检测时机的电池单元Bj的电压，并且Vj_AV[x]是按空闲事件的事件数x松弛时段Δt检测S次的电池单元Bj的电压的平均值。
控制电路120在每次空闲事件发生时(即每次事件数x增加1时)监视空闲期间电池单元Bj的电压行为。因此，如图4所示，在存储器121中记录了表示具有重复空闲事件的多个电池单元B1～BN的多个电压行为V1_AV[x]～VN_AV[x]中随时间变化的时间序列。
控制电路120确定每次空闲事件发生时电池单元Bj的第一电压偏差的最新值。电池单元Bj的第一电压偏差表示电池单元Bj的电压行为与多个电池单元B1～BN的平均电压行为之间的差值。下面的等式2是用于计算电池单元Bj的第一电压偏差的函数的示例。
<等式2>
在等式2中，VM[x]是多个电池单元B1～BN对应于空闲事件数x的平均电压行为，Vj_D1[x]是电池单元Bj对应于空闲事件数x的第一电压偏差。也就是说，每次事件数x增加1时，可以计算与多个电池单元B1～BN关联的V1_D1[x]至VN_D1[x]。因此，如图5所示，在存储器121中记录了表示随着空闲事件的重复，多个电池单元B1～BN的多个第一电压偏差V1_D1[x]～VN_D1[x]中随时间变化的时间序列。同时，在图5中，在多条第一电压偏差曲线中，由粗实线标记的具体曲线随着事件数x的增加，第一电压偏差的下降速度比其他曲线快。
下面，将参照图6至图9描述由控制电路120额外执行以检测微短路的过程。与图6至9有关的过程可以在满足条件时执行：空闲事件发生的总次数(即最近发生的空闲事件的事件数x)等于或大于参考次数。此外，为了描述的方便，图6至图9所示的曲线图与图5所示的多条第一电压偏差曲线中由粗实线标记的单一曲线(与异常电池单元相关)有关。
图6是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第二电压偏差随时间变化的曲线图，图7是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第三电压偏差随时间变化的曲线图，图8是示例性地示出在重复空闲事件的情况下电池单元的第四电压偏差随时间变化的曲线图，并且图9是示例性地示出在重复空闲事件的情况下用于电池单元的微短路确定的阈值偏差随时间的变化的曲线图。为便于描述，图6至图9仅示出与异常电池单元的第一电压偏差关联的第二电压偏差随时间变化的单一曲线。
参照图6，控制电路120可以通过对电池单元Bj的第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定对应于第一电压偏差的最新值的电池单元Bj的第二电压偏差的最新值。移动平均滤波器是平滑算法的示例。下面的等式3是用于计算电池单元Bj的第二电压偏差的移动平均滤波器的示例。
<等式3>
在等式3中，W(2或更大的自然数)是移动平均滤波器的大小，Vj_D2[x]是电池单元Bj对应于空闲事件的事件数x的第二电压偏差，Vj_D2[x-1]是电池单元Bj对应于空闲事件的事件数x-1的第二电压偏差。电池单元Bj的第二电压偏差的最新值可以表示使用与过去(W-1)空闲事件关联的第一电压偏差Vj_D1[x-W+1]～Vj_D1[x-1]计算的与当前空闲事件对应的第一电压偏差的最新值Vj_D1[x]的校正结果。每次事件数x增加1，与多个电池单元B1～BN关联的V1_D2[x]至VN_D2[x]就可以被新计算。因此，表示具有重复空闲事件的多个电池单元B1～BN的多个第二电压偏差V1_D2[x]至VN_D2[x]的随时间变化的时间序列(即，事件数与第二电压偏差之间的关系数据)被记录在存储器121中。平滑算法可以用等式3之外的任何其他算法(例如双指数平滑滤波器)来代替。
参照图7，控制电路120确定表示第一电压偏差的最新值和第二电压偏差的最新值之间的差值的第三电压偏差的最新值。下面的等式4示出第一电压偏差、第二电压偏差和第三电压偏差之间的关系。
<等式4>
Vj_D3[x]＝Vj_D1[x]-Vj_D2[x]
在等式4中，Vj_D3[x]是电池单元Bj对应于空闲事件的事件数x的第三电压偏差。电池单元Bj的第三电压偏差表示电池单元Bj中微短路的加深趋势。每次事件数x增加1时，可以计算与多个电池单元B1～BN关联的V1_D3[x]至VN_D3[x]。因此，表示具有重复空闲事件的多个电池单元B1～BN的多个第三电压偏差V1_D3[x]至VN_D3[x]的随时间变化的时间序列(即，事件数与第三电压偏差之间的关系数据)被记录在存储器121中。
参照图8，控制电路120确定表示第三电压偏差的最新值与第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值。电池单元Bj的第四电压偏差表示电池单元Bj中微短路的加深趋势的波动。下面的等式5示出第三电压偏差和第四电压偏差之间的关系。
<等式5>
Vj_D4[x]＝Vj_D3[x]-Vj_D3[x-1]
在等式5中，Vj_D4[x]是电池单元Bj对应于空闲事件的事件数x的第四电压偏差。当x是现在的事件数时，Vj_D3[x]是第三电压偏差的最新值，Vj_D3[x-1]是第三电压偏差的先前值。每次事件数x增加1时，可以计算与多个电池单元B1～BN关联的V1_D4[x]至VN_D4[x]。因此，表示具有重复空闲事件的多个电池单元B1～BN的多个第四电压偏差V1_D4[x]至VN_D4[x]的随时间变化的时间序列(即，事件数与第四电压偏差之间的关系数据)被记录在存储器121中。
参照图9，控制电路120利用具有预定大小(2或更大的自然数)的第四电压偏差的时间序列的离散度来确定电池单元Bj的阈值偏差的最新值。下面的等式6是用于计算作为电池单元Bj的第四电压偏差的时间序列的离散的标准偏差的函数的示例。
<等式6>
在等式6中，σj[x]是电池单元Bj的第四电压偏差的时间序列(大小为y)的标准偏差，Vj_D4_AV是第四电压偏差的时间序列(大小为y)的平均值。σj[x]对应于空闲事件的事件数x。
控制电路120可以确定用于检测电池单元Bj中微短路的阈值偏差的最新值Vj_Th[x]等于通过将离散度σj[x]乘以预定的边际常数得到的值。例如，Vj_Th[x]＝σj[x]×Q.Q是边际常数。因此，每次事件数x增加1时，可以计算与多个电池单元B1～BN关联的V1_Th[x]到VN_Th[x]。因此，表示具有重复空闲事件的多个电池单元B1～BN的多个阈值偏差V1_Th[x]至VN_Th[x]的随时间变化的时间序列(即，事件数与阈值偏差之间的关系数据)被记录在存储器121中。图9的曲线示出当y和Q分别为100和-15时与异常电池单元(见图5的粗线)关联的阈值偏差的时间序列。
每次事件数x增加1，控制电路120可以通过将电池单元Bj关联的第三电压偏差的最新值Vj_D3[x]与阈值偏差的最新值Vj_Th[x]进行比较来确定对应的电池单元Bj是否具有微短路。
每次事件数x增加1，当Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]时，控制电路120可以增加表示电池单元Bj中可能发生微短路的异常因子，否则，控制电路120可以减少异常因子。例如，异常因子可以从以前的值增加第一值(例如，10)，或以以前的值的第一比率(例如，10％)增加。异常因子可以从以前的值减少第二值(例如，1)或以以前值的第二比率(例如，2％)减少。控制电路120可以响应于与电池单元Bj关联的异常因子等于或大于阈值(例如，100)，确定电池单元Bj中存在微短路。响应于在事件数x增加到预定值(例如，10)时持续满足Vj_D3[x]>Vj_Th[x]的条件，控制电路120可以将与电池单元Bj关联的异常因子重置为初始值(例如，0)。初始值是异常因子的下限值。
本领域的技术人员很容易理解，当Q为正数(例如，15)，而不是负数(例如，-15)时，异常因子增加条件将相反，即Vj_D3[x]≥Vj_Th[x]。
图10和图11是在示例性地描述根据本公开的实施方式的电池诊断方法时参考的流程图。图10和11的方法可以在每次电池模块11从充电转变到空闲的空闲事件发生时开始。作为参考，比前一个事件数大1的值可以分配给新产生的空闲事件的事件数x。
参照图1至图11，在步骤S1010中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，确定表示电池单元Bj的电压行为Vj_AV[x]和多个电池单元B1～BN的平均电压行为VM[x]在从空闲事件的开始时间起的松弛时段Δt内的差值的第一电压偏差的最新值Vj_D1[x](见等式1和等式2)。Vj_D1[x]可被记录在存储器121中。
在步骤S1020中，控制电路120确定已发生的空闲事件的总次数是否等于或大于参考次数。当步骤S1020的值为“是”时，执行步骤S1030。总次数可以表示到目前为止分配给已发生的空闲事件的事件数中的最大值。
在步骤S1030中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，通过对第一电压偏差的最新值Vj_AV[x]应用平滑算法来确定对应于第一电压偏差的最新值Vj_D1[x]的第二电压偏差的最新值Vj_D2[x](见等式3)。第二电压偏差的最新值Vj_D2[x]可以是第一电压偏差的最新值Vj_D1[x]和第二电压偏差的先前值Vj_D2[x-1]的加权平均值。Vj_D2[x]可被记录在存储器121中。
在步骤S1040中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，确定表示第一电压偏差的最新值Vj_D1[x]和第二电压偏差的最新值Vj_D2[x]之间的差值的第三电压偏差的最新值Vj_D3[x](见等式4)。Vj_D3[x]可以被记录在存储器121中。
在步骤S1050中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，确定表示第三电压偏差的最新值Vj_D3[x]与第三电压偏差的先前值Vj_D3[x-1]之间的差值的第四电压偏差的最新值Vj_D4[x](见等式5)。Vj_D4[x]可被记录在存储器121中。
在步骤S1060中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，利用具有预定大小y的第四电压偏差的时间序列Vj_D4[x-y+1]～Vj_D4[x]的离散度(例如标准偏差σj[x])来确定阈值偏差的最新值Vj_Th[x](见等式6)。
在步骤S1070中，控制电路120针对多个电池单元B1～BN中的每一个，通过比较第三电压偏差的最新值Vj_D3[x]和阈值偏差的最新值Vj_Th[x]来确定是否满足Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]的条件。Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]表示电池单元Bj中可能发生微短路。当步骤S1070的值为“是”时，执行S1082。当步骤S1070的值为“否”时，可以执行S1084。
在步骤S1082中，控制电路120将与多个电池单元B1～BN中满足Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]的条件的电池单元Bj关联的异常因子增加第一值。
在步骤S1084中，控制电路120将与多个电池单元B1～BN中不满足Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]的条件的电池单元Bj关联的异常因子减少第二值。
在步骤S1086中，控制电路120确定与满足Vj_D3[x]≤Vj_Th[x]的条件的电池单元Bj关联的异常因子是否等于或大于阈值。步骤S1084的值为“是”，表示在电池单元Bj中检测到微短路。当步骤S1084的值为“是”时，可以执行S1090。
在步骤S1090中，控制电路120执行至少一个保护操作。该保护操作可以包括产生诊断消息，通知与阈值或更多的异常因子关联的电池单元Bj的识别号和/或位置。该诊断信息可以通过通信电路130被发送到车辆控制器2和/或车辆用户。保护操作可以包括继电器20的关闭控制。
以上描述的本公开的实施方式并不仅仅通过装置和方法来实现，而且可以通过执行与本公开的实施方式的配置相对应的功能的程序或者其上记录有程序的记录介质来实现，并且这样的实现可以由本领域技术人员根据上述实施方式的公开而容易地实现。
尽管上文已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种修改和变化。
附加地，由于本领域技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下，对上文描述的本公开进行许多替代、修改和变型，因此本公开不受上述实施方式和附图的限制，而是可以选择性地组合实施方式中的一些或全部，以允许进行各种修改。
(附图标记的描述)
1：电动车辆 2：车辆控制器
10：电池组 11：电池模块
B：电池单元
100：电池诊断装置 110：电池监视器
120：控制电路 130：通信电路

Claims (14)

1.一种电池诊断装置，该电池诊断装置包括：
电池监视器，该电池监视器被配置为检测包括在电池模块中的多个电池单元中的每一个的电压；以及
控制电路，该控制电路被配置为确定在从所述电池模块从充电转变到空闲的空闲事件的开始时间起的松弛时段内表示每个电池单元的电压行为和所述多个电池单元的平均电压行为之间的差值的第一电压偏差的最新值，
其中，当所述空闲事件发生的总次数等于或大于参考次数时，
所述控制电路被配置为，针对每个电池单元：
通过对所述第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定与所述第一电压偏差的最新值对应的第二电压偏差的最新值；
确定表示所述第一电压偏差的最新值与所述第二电压偏差的最新值之间的差值的第三电压偏差的最新值；
确定表示所述第三电压偏差的最新值与所述第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值；
利用具有预定大小的所述第四电压偏差的时间序列的离散度，确定阈值偏差的最新值；以及
通过将所述第三电压偏差的最新值与所述阈值偏差的最新值进行比较来确定对应的电池单元是否具有微短路。
2.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述每个电池单元的电压行为表示所述对应的电池单元的在从所述空闲事件的开始时间起的松弛时段内按顺序检测预定次数的电压的平均值。
3.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述平滑算法是移动平均滤波器，并且
其中，所述参考次数等于或大于所述移动平均滤波器的大小。
4.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述离散度是标准偏差。
5.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述控制电路被配置为，针对每个电池单元：通过将所述离散度乘以预定的边际常数来确定所述阈值偏差的最新值。
6.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述控制电路被配置为，针对每个电池单元：
当所述第三电压偏差的最新值等于或小于所述阈值偏差的最新值时，将与所述对应的电池单元关联的异常因子增加第一值，并且
当与所述对应的电池单元关联的异常因子达到阈值时，确定所述对应的电池单元具有所述微短路。
7.根据权利要求6所述的电池诊断装置，其中，所述控制电路被配置为，针对每个电池单元：当所述第三电压偏差的最新值大于所述阈值偏差的最新值时，将与所述对应的电池单元关联的异常因子减少第二值。
8.一种包括根据权利要求1至7中的任一项所述的电池诊断装置的电池组。
9.一种包括根据权利要求8所述的电池组的电动车辆。
10.一种电池诊断方法，该电池诊断方法包括以下步骤：
确定在从包括多个电池单元的电池模块从充电转变到空闲的空闲事件的开始时间起的松弛时段内，表示每个电池单元的电压行为和所述多个电池单元的平均电压行为之间的差值的第一电压偏差的最新值，
其中，当所述空闲事件发生的总次数等于或大于参考次数时，
该电池诊断方法进一步包括以下步骤，针对每个电池单元：
通过对所述第一电压偏差的最新值应用平滑算法来确定与所述第一电压偏差的最新值对应的第二电压偏差的最新值；
确定表示第三电压偏差的最新值与所述第三电压偏差的先前值之间的差值的第四电压偏差的最新值；
利用具有预定大小的所述第四电压偏差的时间序列的离散度，确定阈值偏差的最新值；以及
通过将所述第三电压偏差的最新值与所述阈值偏差的最新值进行比较来确定对应的电池单元是否具有微短路。
11.根据权利要求10所述的电池诊断方法，其中，所述每个电池单元的电压行为表示所述对应的电池单元的在从所述空闲事件的开始时间起的松弛时段内按顺序检测预定次数的电压的平均值。
12.根据权利要求10所述的电池诊断方法，其中，所述平滑算法是移动平均滤波器，并且
其中，所述参考次数等于或大于所述移动平均滤波器的大小。
13.根据权利要求10所述的电池诊断方法，其中，所述离散度是标准偏差。
14.根据权利要求10所述的电池诊断方法，其中，所述阈值偏差的最新值等于所述离散度与预定的边际常数的乘积。
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