CN106443490B - 一种电池短路的故障诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池短路的故障诊断系统，用于检测电池模块内的电池单体的短路，包括至少一个子控端、主控端，其中，电池模块包含多个电池单体。子控端包括电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部、第二判断部、子控端开启部以及信息发送部。主控端包括主控端接收部、主控端开启部、主控端处理部以及警示部。本发明的故障诊断系统在主控端休眠、子控端低功耗的状态下，电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部和第二判断部仍然处于工作状态，所以能够对所有电池单体进行实时检测，在电动汽车关机状态下仍然能够进行短路警示。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池短路的故障诊断系统。
背景技术
面对环境和资源的双重压力，电动汽车越来越流行，电动汽车的动力电池组作为电动汽车的动力源，是由成百上千的电池单体串并联构成，电池短路轻则减少电池容量，影响电池组的一致性，重则引发电池发热爆炸，在车载电池组中形成热失控，最终造成严重的汽车安全事故。
电池的正极和负极在电阻阻值很小的情况下相互连接的非正常通路，称为电池短路，根据短路的方式分为外短路和内短路。外短路时可以简单理解为一根导线直接将电池的正负极相连，电动汽车的电池在使用过程中可能存在外短路，包括电压测量线或者电池均衡出现故障时漏电导致的微短路和由于进水、维修不当及周围零部件脱落等意外引起的较大的外部短路。内短路时由于隔膜功能失去防止电子通过的能力，导致电子在电池内部自成回路的现象。锂电池在生产过程中因制造工艺不当，混入了尘埃和毛刺等物质，会为以后隔膜损坏埋下隐患，最终形成内短路，而在锂电池使用过程中因一些特殊原因如机械振动、高温、低温、过充、过放等恶劣环境的诱发，也有可能损坏隔膜功能，从而造成电池内短路。
多数电池短路的发生是一个缓慢的诱发过程，其初期现象不明显，而一些突发的短路，如碰撞等外部触发的内短路，或者直接较强的外短路，需要电池管理系统能够及时作出判断。这种电池短路不一定发生在行车过程中，当电动汽车处在开机的情况下，同样可能发生突发的短路问题，若此时电池管理系统处于关机的状态，那么这种短路故障将无法检测到，此时电池组就会存在较大的安全风险，因此，需要电池管理系统对电池进行实时检测。
现有技术中，根据充电静置后电池的电压降来判断电池是否出现了内短路：对单体电池进行充电以使单体电池的荷电状态达到第一预设值，静置第一预设时间后，通过监测每个单体电池的压降筛除出发生内短路的电芯；将筛除后的每个单体电池的荷电状态调整为第二预设值；将所述第二预设值的单体电池组装成电池模块，并对所述电池模块进行充电以使所述电池模块的荷电状态达到第三预设值；在预设温度下将所述电池模块静置第二预设时间，并通过判断所述电池模块的压降判断是否出现内短路。该方法干涉用户充电，实际中难以实现，为离线诊断，而且该技术未实现关机情况下突发短路检测。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种电池短路的故障诊断系统，用于检测电池模块内的电池单体的短路，其特征在于，包括：至少一个子控端，子控端与电池模块一一对应；以及主控端，通过通信网络与子控端连接，其中，电池模块包含多个电池单体，子控端包括：电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部、第二判断部、子控端开启部以及信息发送部，主控端包括：主控端接收部、主控端开启部、主控端处理部以及警示部，电压获取部用于获取电池单体的电压信息；电压计算部基于电压信息根据预定方法进行计算，得到差异电压差分值；第一判断部用于判断差异电压差分值是否小于预定阈值；当差异电压差分值不小于预定阈值时，子控端检测部进行检测，生成检测信息和唤醒信息；第二判断部判断子控端的运行状态是否处于低功耗模式；当子控端的运行状态处于低功耗模式时，子控端开启部根据唤醒信息启动子控端；信息发送部将检测信息和唤醒信息发送给主控端；主控端接收部接收信息发送部发来的检测信息和唤醒信息；主控端开启部根据唤醒信息启动主控端；主控端处理部根据检测信息生成警示处理信息；警示部根据警示处理信息进行警示。
本发明提供的一种电池短路的故障诊断系统，还具有以下技术特征：其中，当第一判断部判断差异电压差分值小于预定阈值时，电压获取部重新获取电池单体的电压信息。
本发明提供的一种电池短路的故障诊断系统，还具有以下技术特征：其中，当第二判断部判断子控端的运行状态不处于低功耗模式时，信息发送部将检测信息和唤醒信息发送给主控端。
本发明提供的一种电池短路的故障诊断系统，还具有以下技术特征：其中，预定方法包括如下步骤：
步骤1，分别计算每个电池模块的所有电池单体的电压的平均电压：
其中，k为当前时间，n为电池单体的数量，Ui(k)为第i个电池单体在当前时间的电压，Um(k)为每个电池模块的所有电池单体的电压的平均电压；
步骤2，计算每个电池单体的差异电压：
Ud,i(k)＝Ui(k)-Um(k)，
其中，Ud,i(k)为第i个电池单体在当前时间的差异电压；
步骤3，计算每个电池单体在当前时间与上一时刻的差异电压差分值dUd,i(k)：
dUd,i(k)＝Ud,i(k)-Ud,i(k-1)，
其中，dUd,i(k)为第i个电池单体在当前时间与上一时刻的差异电压差分值，k-1为当前时间k的上一时刻。
本发明提供的一种电池短路的故障诊断系统，还具有以下技术特征：其中，预定阈值为-xR，R为电池的平均内阻，x的值为5～15的常数。
发明作用与效果
根据本发明的一种电池短路的故障诊断系统，由于在主控端休眠、子控端低功耗的状态下，电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部和第二判断部仍然处于工作状态，所以能够对所有电池单体进行实时检测，在电动汽车关机状态下仍然能够进行短路警示。另一方面，由于每个子控端使单独进行测量、计算、判断和发送信息的，所以当每个子控端检测到发生短路时，都向主控端发送检测信息，从而主控端能够定位电池包中出现内短路的电池单体。本发明的故障诊断系统所需的输入条件较少且为电池管理系统的已有数据，不需要增加硬件，而且易于植入现有的电池管理系统中。另外，本发明的故障诊断系统在运行过程中占用电池管理系统的硬件资源较少。
附图说明
图1是本发明的电池短路的故障诊断系统的框图；
图2是本发明的子控端的框图；
图3是本发明的主控端的框图；
图4是本发明的电池短路的故障诊断流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一种电池短路的故障诊断方法的实施例进行详细地说明。
图1是本发明的电池管理系统的框图。
如图1所示，电池短路的故障诊断系统1用于检测电池模块内的电池单体的短路，包括多个子控端11和主控端13。
图2是本发明的子控端11的框图。
如图2所示，每个子控端通过通信线路2与电池包3内对应的电池模块连接，测量电池模块内的电池单体的电压，每个子控端11还通过通信线路12与主控端连接。每个子控端11均包括电压获取部14、暂存部22、预值存储部21、电压计算部15、第一判断部16、子控端检测部17、第二判断部18、子控端开启部19、信息发送部20以及控制以上各部的子控端控制部23。
电压获取部14用于获取所有电池单体的电压信息，并将电压信息存储在暂存部22中。
预值存储部21用于存储预定阈值和预定方法，预定方法包括如下步骤：
步骤1，分别计算每个电池模块的所有电池单体的电压的平均电压：
其中，k为当前时间，n为电池单体的数量，Ui(k)为第i个电池单体在当前时间的电压，Um(k)为每个电池模块的所有电池单体的电压的平均电压；
步骤2，计算每个电池单体的差异电压：
Ud,i(k)＝Ui(k)-Um(k)，
其中，Ud,i(k)为第i个电池单体在当前时间的差异电压；
步骤3，计算每个电池单体在当前时间与上一时刻的差异电压差分值dUd,i(k)：
dUd,i(k)＝Ud,i(k)-Ud,i(k-1)，
其中，dUd,i(k)为第i个电池单体在当前时间与上一时刻的差异电压差分值，k-1为当前时间k的上一时刻。
电压计算部15从暂存部22获取所有电池单体的电压，并基于该电压计算所有电池单体的电压的平均电压，并将平均电压存储在暂存部22中，然后从暂存部22中获取平均电压，并基于该平均电压计算所有电池单体的差异电压，并将差异电压存储在暂存部22中，最后从暂存部22中获取差异电压，并基于该差异电压计算所有电池单体的差异电压差分值，并将差异电压差分值存储在暂存部22中。
第一判断部16获取预值存储部21的预定阈值和暂存部22的差异电压差分值，并判断差异电压差分值是否小于预定阈值。
当差异电压差分值不小于预定阈值时，子控端检测部17检测电池单体是否发生短路，得到检测结果，并根据检测结果生成检测信息和唤醒信息，并将检测信息和唤醒信息存储在暂存部22中。
第二判断部18用于判断子控端11的运行状态是否处于低功耗模式。
当子控端11的运行状态处于低功耗模式时，子控端开启部19从暂存部22获取唤醒信息，并根据唤醒信息启动子控端11。
当子控端11被启动时或者子控端11的运行状态不处于低功耗模式时，信息发送部20从暂存部22获取唤醒信息和唤醒信息，并将其发送给主控端13。
子控端控制部23包含控制电压获取部14、暂存部22、预值存储部21、电压计算部15、第一判断部16、子控端检测部17、第二判断部18、子控端开启部19以及信息发送部20运行的计算机程序。
图3是本发明的主控端13的框图。
如图3所示，主控端13通过通信网络12与子控端11连接，包括主控端接收部24、主控端开启部25、主控端处理部26、警示部27以及控制以上各部的主控端控制部28。
主控端接收部24用于接收子控端11的信息发送部20发来的检测信息和唤醒信息。
主控端开启部25获取主控端接收部24的唤醒信息，并根据唤醒信息启动主控端13。
主控端处理部26获取主控端接收部24的检测信息，并根据检测信息生成警示处理信息。
警示部27获取主控端处理部26的警示处理信息，并将警示处理信息上传至汽车仪表盘显示。
主控端控制部28包含控制主控端接收部24、主控端开启部25、主控端处理部26以及警示部27运行的计算机程序。
图4是本发明的电池短路的故障诊断流程图。
如图4所示，本发明的电池短路的故障诊断流程如下所示：
步骤S1：每个子控端的电压获取部获取所有电池单体在当前时间的电压Ui(k)，然后进入步骤S2。
步骤S2：电压计算部根据公式计算所有电池单体在当前时间的电压的平均电压Um(k)，然后进入步骤S3。
步骤S3：电压计算部根据公式Ud,i(k)＝Ui(k)-Um(k)，计算每个电池单体在当前时间的差异电压Ud,i(k)，然后进入步骤S4。
步骤S4：电压计算部根据公式dUd,i(k)＝Ud,i(k)-Ud,i(k-1)，计算每个电池单体在当前时间与上一时刻的差异电压差分值dUd,i(k)，然后进入步骤S5。
步骤S5：第一判断部判断差异电压差分值dUd,i(k)是否小于预定阈值，当差异电压差分值小于预定阈值时，进入步骤S1；当差异电压差分值不小于预定阈值时，进入步骤S6。
步骤S6：子控端检测部进行检测，并生成检测信息和唤醒信息，然后进入步骤S7。
步骤S7：第二判断部判断子控端的运行状态是否为低功耗模式，当子控端的运行状态是低功耗模式时，进入步骤S8；当子控端的运行状态不是低功耗模式时，进入步骤S9。
步骤S8：子控端开启部根据唤醒信息启动子控端，然后进入步骤S9。
步骤S9：信息发送部将检测信息和唤醒信息发送给主控端，然后进入步骤S10。
步骤S10：主控端接收部接收检测信息和唤醒信息，然后进入步骤S11。
步骤S11：主控端开启部根据唤醒信息启动主控端，然后进入步骤S12。
步骤S12：主控端处理部根据检测信息生成警示处理信息，然后进入步骤S13。
步骤S13：警示部根据警示处理信息进行警示，然后进入结束状态。
实施例作用与效果
本实施例提供的一种电池短路的故障诊断系统，由于在主控端休眠、子控端低功耗的状态下，电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部和第二判断部仍然处于工作状态，所以能够对所有电池单体进行实时检测，在电动汽车关机状态下仍然能够进行短路警示。另一方面，由于每个子控端使单独进行测量、计算、判断和发送信息的，所以当每个子控端检测到发生短路时，都向主控端发送检测信息，从而主控端能够定位电池包中出现内短路的电池单体。本实施例的故障诊断系统所需的输入条件较少且为电池管理系统的已有数据，不需要增加硬件，而且易于植入现有的电池管理系统中。另外，本发明的故障诊断系统在运行过程中占用电池管理系统的硬件资源较少。
Claims (4)
1.一种电池短路的故障诊断系统，用于检测电池模块内的电池单体的短路，其特征在于，包括：
至少一个子控端，所述子控端与所述电池模块一一对应；以及
主控端，通过通信网络与所述子控端连接，
其中，所述电池模块包含多个所述电池单体，
所述子控端包括：电压获取部、电压计算部、第一判断部、子控端检测部、第二判断部、子控端开启部以及信息发送部，
所述主控端包括：主控端接收部、主控端开启部、主控端处理部以及警示部，
所述电压获取部用于获取所述电池单体的电压信息；
所述电压计算部基于所述电压信息根据预定方法进行计算，得到差异电压差分值；
所述第一判断部用于判断所述差异电压差分值是否小于预定阈值；
当所述差异电压差分值不小于所述预定阈值时，所述子控端检测部进行检测，生成检测信息和唤醒信息；
所述第二判断部判断所述子控端的运行状态是否处于低功耗模式；
当所述子控端的运行状态处于所述低功耗模式时，所述子控端开启部根据所述唤醒信息启动所述子控端；
所述信息发送部将所述检测信息和所述唤醒信息发送给所述主控端；
所述主控端接收部接收所述信息发送部发来的所述检测信息和所述唤醒信息；
所述主控端开启部根据所述唤醒信息启动所述主控端；
所述主控端处理部根据所述检测信息生成警示处理信息；
所述警示部根据所述警示处理信息进行警示；
计算所述差异电压差分值的预定方法包括如下步骤：
步骤1，分别计算每个所述电池模块的所有所述电池单体的电压的平均电压：
式中，k为当前时间，n为所述电池单体的数量，Ui(k)为第i个所述电池单体在所述当前时间的电压，Um(k)为每个所述电池模块的所有所述电池单体的电压的平均电压；
步骤2，计算每个所述电池单体的差异电压：
Ud,i(k)＝Ui(k)-Um(k)，
式中，Ud,i(k)为第i个所述电池单体在所述当前时间的差异电压；
步骤3，计算第i个所述电池单体在所述当前时间与上一时刻的差异电压差分值dUd,i(k)：
dUd,i(k)＝Ud,i(k)-Ud,i(k-1)，
式中，dUd,i(k)为第i个所述电池单体在所述当前时间与所述上一时刻的所述差异电压差分值，k-1为所述当前时间k的上一时刻。
2.根据权利要求1所述的一种电池短路的故障诊断系统，其特征在于：
其中，当所述第一判断部判断所述差异电压差分值小于所述预定阈值时，所述电压获取部重新获取所述电池单体的电压信息。
3.根据权利要求1所述的一种电池短路的故障诊断系统，其特征在于：
其中，当所述第二判断部判断所述子控端的运行状态不处于所述低功耗模式时，所述信息发送部将所述检测信息和所述唤醒信息发送给所述主控端。
4.根据权利要求1所述的一种电池短路的故障诊断系统，其特征在于：
其中，所述预定阈值为-xR，R为所述电池的平均内阻，x的值为5～15的常数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |