CN102269798A - 一种检测故障电池的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种检测故障电池的方法，包括：在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；调整采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；根据调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值，并计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；对各个电池单体的数据值和计算得出的平均数据值进行比较，根据比较结果判定故障电池。本申请实施例提供一种利用放电暂态过程快速检测故障电池的方法，及装置，当蓄电池组对工作负载正常放电时，仅在放电暂态过程中队电池组中每节电池的直流电压、纹波电压进行被动检测，即可快速检测出电池组中的故障电池。

Description

一种检测故障电池的方法及装置

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种利用放电暂态过程快速检测故障电池的方法及装置。

背景技术

电池单元(简称Cell)的电压无法满足大多数使用要求，一般是将若干个电池单体串联后封装成较高电压的电池单体(简称Block)，再将若干节电池单体用导线串联成电池组(简称Bank)供用户使用。

由于电池制造偏差、使用条件不同等，电池组内的各个Block的特性偏差会随着使用时间逐渐加大，导致其容量偏差也逐步加大，进而影响Bank的整体容量和寿命。

故障电池检测装置用于发现Bank中容量低于门槛值的Block。

现有故障电池检测方案大致可以分为主动检测和被动检测两种，详见附图图1：

直流放电法：将Block对大功率负载做大电流短时放电，测量放电电压稳定后的瞬时断电压差、电流值和阻抗值。

交流单频阻抗法：通过Block正负极施加特定频率的交流信号，检测Block上特定频率的电压、电流值，即可计算电池阻抗值；Block阻抗值随使用时间的逐渐增加，当超过门槛值时，则可认为是故障电池。

交流多频阻抗法：通过Block正负极施加特定频率组合的交流信号，检测Block上特定频率组合的电压、电流值，综合各个频率的响应计算阻抗值。

放电暂态过程的平台电压法：浮充的Block对负载恒流放电时，Block上的直流电压先快速下降，然后趋于平稳，再略微抬升，然后进入缓慢下降通道。从浮充开始到进入缓慢下降这段称为放电暂态过程。完成放电暂态过程的放电深度约为5％。电压平稳高、低处均称为平台电压。对比同一放电电流时，各个Block的平台电压，当某个Block的平台电压与平均值的偏差超过门槛值，则可认为是故障电池。

上述的多种方法中：直流放电法存在成本高昂，放电电阻和导线粗大，安装维护困难，大电流放电安全性差，损伤电池健康等缺陷；交流阻抗法存在成本高、易受干扰、无法快速检测故障电池等缺陷；现代开关电源工作时有高频谐波电压、电流，无法达到恒流放电的条件，放电暂态过程的平台电压法很难用于开关电源。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种利用放电暂态过程快速检测故障电池的方法，及装置，当蓄电池组对工作负载正常放电时，仅在放电暂态过程中对电池组中每节电池的直流电压、纹波电压进行被动检测，即可快速检测出电池组中的故障电池。

技术方案如下：

一种检测故障电池的方法，包括：

在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

调整采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

根据调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值，并计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

上述的方法，优选的，所述电池单体的电压包括：直流电压、纹波电压和浮充电压。

上述的方法，优选的，对所述电池单体的直流电压采样过程为：连接电池单体的正负极，将连接电压经过精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波过程后，进行模数转换，将转换后得到的数据进行换算得到电池单体的直流电压。

上述的方法，优选的，对所述电池单体的纹波电压采样过程为：连接电池单体的正负极，将连接电压经过带通滤波、整流放大和低通滤波过程后，进行模数转换，将转换后得到的数据进行换算得到电池单体的纹波电压。

上述的方法，优选的，在对所述电池单体的电压进行采样的过程时还包括对所述电池单体电压变化快慢的检测；

若所述电池单体的电压变化快则减小对该电池单体采样的时间间隔；

若所述电池单体的电压变化慢则增大对该电池单体采样的时间间隔。

上述的方法，优选的，所述数值的比较过程在时间-电压坐标系中进行。

一种检测故障电池的装置，包括：采样模块、调整模块、曲线建立模块和计算比较模块；

所述采样模块用于在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

所述调整模块用于调整所述采样模块采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

所述曲线建立模块用于根据所述调整模块调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，并得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值；

所述计算比较模块用于对曲线建立模块得出的所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值进行计算；并将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

上述的装置，优选的，所述采样模块包括：电压连接单元、第一模数转化单元、第二模数转化单元和数据换算单元；

所述电压连接单元用于连接电池单体的正负极，对获取的连接电压进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理或进行带通滤波、整流放大、和低通滤波处理；

所述第一模数转化单元用于对经过所述电压连接单元进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理的连接电压进行数模转化，并将转化得到的电压数据发送给所述数据换算单元，经过所述数据换算单元换算后得到直流电压；

所述第二模数转化单元用于对经过所述电压连接单元进行带通滤波、整流放大和低通滤波处理的连接电压进行模数转化，并将转化得到的分压数据发送给所述数据换算单元，经过所述数据换算单元换算后得到波纹电压。

上述的装置，优选的，所述计算比较单元包括计算单元和比较单元；

所述计算单元用于计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

所述比较单元用于对各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；并对比较的结果进行判定，若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

上述的装置，优选的，所述采样模块还用于对电池单体电压变化快慢的进行检测；

当电池单体的电压变化快时则所述采样模块减小对该电池单体采样的时间间隔；

当电池单体的电压变化慢时则所述采样模块增大对该电池单体采样的时间间隔。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本发明提供的利用放电暂态过程快速检测故障电池的方法及装置，通过对电池组中单个电池单体的电压进行采样，然后将采样结果绘制成曲线，通过曲线对各个电池单体的曲线形状特征值与所有电池单体特征曲线特征值的平均值进行比较，同时对各个电池单体的电压值与所有电池单体的电压值的平均值进行比较，若比较结果中，有电池单体的任何一项的比较结果的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。可见本发明实施例提供的检测故障电池的方法及装置，在检测方式上采用被动检测，仅在放电暂态过程时通过检测直流电压和纹波电压，便可以判定故障电池，实现简单方便，耗用成本低，抗干扰能力强，对整个电池组没有任何损害。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本申请实施例提供的现有技术中故障电池检测的实现种类示意图；

图2为本申请实施例实现检测故障电池的方法流程图；

图3为本申请实施例实现检测故障电池过程中对直流电压的采样流程图；

图4为本申请实施例实现检测故障电池过程中队纹波电压的采样流程图；

图5为本申请实施例实现检测故障电池装置的结构示意图；

图6为本申请实施例实现检测故障电池装置的一详尽结构示意图；

图7为本申请实施例实现检测故障电池装置的又一详尽结构示意图；

图8为本申请实施例提供的检测故障电池装置的检测电池连接图；

图9为本申请实施例提供的检测故障电池装置的检测电池的又一连接图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种检测故障电池的方法及装置，提供了一种方法和装置，当蓄电池组对工作负载进行放电时，仅在放电暂态过程中对电池组中每节电池的直流电压、纹波电压进行被动检测，即可快速检测出电池组中的故障电池。

以上是本申请的核心思想，为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例实现检测故障电池的方法的流程图如图2所示，包括：

步骤S101：在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

步骤S102：调整采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

步骤S103：根据调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值，并计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

步骤S104：将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

这里需要说明的是，对各个电池单体的电压进行采样，这里的电压包括直流电压和纹波电压。

每个电池单体的正负极分别引线到电池检测装置的电压输入端的正极、负极引脚；本申请实施例实现检测故障电池过程中对直流电压的采样流程图如图3所示，包括：

步骤S201：连接电池单体的正负极，对连接电压经过精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理；

步骤S202：将经过处理的电压数据进行模数转化；

步骤S203；对经过模数转化后得到的电压数据进行换算得到直流电压。

本申请实施例实现检测故障电池过程中队纹波电压的采样流程图如图4所示，包括：

步骤S301：连接电池单体的正负极，对连接电压经过带通滤波、整流放大和低通滤波处理；

步骤S302：将经过处理的电压数据进行模数转化；

步骤S303：对经过模数转化后得到的电压数据进行换算得到直流电压。

由于电池相当于一个巨大电容，充电机高频纹波、外界干扰等在电池单体上的感应纹波电压很小，基本上不影响电压采样值；电池单体上纹波电流使得暂态过程电压曲线由恒流放电的光滑曲线变成一段段小曲线组合而成。所以适当的选择滤波算法，可以将此高频干扰移除，得到平均放电电流下的暂态过程电压曲线，以上是得到电压曲线的一个简要介绍，本申请实施例提供的检测方法的获得电压曲线的主要原理即为上述内容。

电池检测装置会随时测量自身检测的电池单体的电压，并检测电池组是否发生放电；电压检测装置的电压采样点的设置必须保证电压曲线的重建精度，电压变化快的部分要减小采样时间间隔，电压变化慢的部分可以增加采样时间间隔。电池检测装置连接的电池单体的最大数目必须保证对单个电池单体的采样点时间间隔为0.1～100秒。

电池检测模块对同一串联链的各个电池单体的电压数据进行处理，在时间-电压坐标系中重建各个电池单体的暂态过程电压曲线，计算各个电池单体的表征暂态过程电压曲线形状的特征值。综合考虑每个电池单体的浮充电压、曲线形状特征值和纹波电压，当其与同一串联链内所有电池单体的平均值的偏差超过预设值时，则认为是故障电池。

本申请实施例实现检测故障电池装置的结构示意图如图5所示，包括：采样模块501、调整模块502、曲线建立模块503和计算比较模块504；

采样模块501用于在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

调整模块502用于调整采样模块501采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

曲线建立模块503用于根据调整模块501调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，并得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值；

计算比较模块504用于对曲线建立模块503得出的所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值进行计算；并将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

本申请实施例实现检测故障电池装置的一详尽结构示意图如图6所示，采样模块501包括：电压连接单元505、第一模数转化单元506、第二模数转化单元507和数据换算单元508；

电压连接单元505用于连接电池单体的正负极，对获取的连接电压进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理或进行带通滤波、整流放大、和低通滤波处理；

第一模数转化单元506用于对经过电压连接单元505进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理的连接电压进行数模转化，并将转化得到的电压数据发送给所述数据换算单元，经过数据换算单元508换算后得到直流电压；

第二模数转化单元507用于对经过电压连接单元505进行带通滤波、整流放大和低通滤波处理的连接电压进行模数转化，并将转化得到的分压数据发送给所述数据换算单元，经过数据换算单元508换算后得到波纹电压。

本申请实施例实现检测故障电池装置的又一详尽结构示意图如图7所示：计算比较单元504包括计算单元509和比较单元510；

计算单元509用于计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

比较单元用510于对各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；并对比较的结果进行判定，若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

本申请实施例提供的检测故障电池装置的检测电池连接图如图8所示；

本申请实施例提供的检测故障电池装置的检测电池的又一连接图如图9所示，在对电池组进行检测时，电池检测装置可以通过图8所示的连接关系，和各个电池单体进行连接，通过记录各个电池单体的采样时间，断开或闭合特定的开关，可以分别对各个电池单体进行检测，但此种连接方式仅仅适用于接入的电池单体的数量较少时。

比较常用的连接方式如图9所示，对电池组中的每个电池单体均分配一个电池检测装置，可以同时对所有的电池单体进行检测，快捷方便。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测故障电池的方法，其特征在于，包括：

在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

调整采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

根据调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值，并计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池单体的电压包括：直流电压、纹波电压和浮充电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述电池单体的直流电压采样过程为：连接电池单体的正负极，将连接电压经过精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波过程后，进行模数转换，将转换后得到的数据进行换算得到电池单体的直流电压。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述电池单体的纹波电压采样过程为：连接电池单体的正负极，将连接电压经过带通滤波、整流放大和低通滤波过程后，进行模数转换，将转换后得到的数据进行换算得到电池单体的纹波电压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述电池单体的电压进行采样的过程时还包括对所述电池单体电压变化快慢的检测；

若所述电池单体的电压变化快则减小对该电池单体采样的时间间隔；

若所述电池单体的电压变化慢则增大对该电池单体采样的时间间隔。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值的比较过程在时间-电压坐标系中进行。

7.一种检测故障电池的装置，其特征在于，包括：采样模块、调整模块、曲线建立模块和计算比较模块；

所述采样模块用于在电池组放电暂态过程中对各个电池单体的电压进行变周期、带时间戳的采样；

所述调整模块用于调整所述采样模块采样得到的各个电池单体的电压的采样值的起点和单位；

所述曲线建立模块用于根据所述调整模块调整后的采样值建立各个电池单体的电压曲线，并得出各个电池单体表征电压曲线形状的特征值；

所述计算比较模块用于对曲线建立模块得出的所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值进行计算；并将各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采样模块包括：电压连接单元、第一模数转化单元、第二模数转化单元和数据换算单元；

所述电压连接单元用于连接电池单体的正负极，对获取的连接电压进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理或进行带通滤波、整流放大、和低通滤波处理；

所述第一模数转化单元用于对经过所述电压连接单元进行精密电阻阵列分压、缓冲放大和低通滤波处理的连接电压进行数模转化，并将转化得到的电压数据发送给所述数据换算单元，经过所述数据换算单元换算后得到直流电压；

所述第二模数转化单元用于对经过所述电压连接单元进行带通滤波、整流放大和低通滤波处理的连接电压进行模数转化，并将转化得到的分压数据发送给所述数据换算单元，经过所述数据换算单元换算后得到波纹电压。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算比较单元包括计算单元和比较单元；

所述计算单元用于计算所有电池单体曲线特征值的平均值和所有电池电压的平均值；

所述比较单元用于对各个电池单体的曲线特征值与所有电池单体曲线特征值的平均值、各个电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值相比较；并对比较的结果进行判定，若存在电池单体的曲线特征值与所有电池单体平均值的偏差或存在电池单体的电压值与所有电池单体电压的平均值的偏差超过预设值，则判定该电池单体为故障电池。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采样模块还用于对电池单体电压变化快慢的进行检测；

当电池单体的电压变化快时则所述采样模块减小对该电池单体采样的时间间隔；

当电池单体的电压变化慢时则所述采样模块增大对该电池单体采样的时间间隔。

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