CN103884988B - 一种电池组故障检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种电池组故障检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池组故障检测装置及其检测方法，检测装置包括：由N个二极管构成的二极管组，每个电池通过检测导线反向并联一个所述二极管，且相邻的电池之间共用一检测导线；由N+1个开关构成的开关组；开关控制电路，用于控制开关组中每个开关的通断，所述N+1个开关分别连接于一所述二极管与开关控制电路之间；模数转换电路，用于将采集的电压进行模数转换；电压采集电路，连接于开关控制电路与模数转换电路之间以采集电池的电压并将采集的电压传输至模数转换电路；检测控制电路，用于控制所述开关控制电路及根据模数转换电路输出的电压分析判断电池组的故障。本发明提供的电池组故障检测装置及方法能快速检测出电池组中故障位置及故障类型。

Description

一种电池组故障检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及方法，尤其涉及一种电池组的故障检测装置及其检测方法。
背景技术
电池广泛的应用于各种电子产品中，例如，笔记本、手机、电动车。但单节的电池往往输出的能量不够，要想使电池达到高输出，需要多个单体电池串联和/或并联以提高电池能量或电池输出效率。
很多产品中是采用多个电池串联形成电池组以作为电源。多个电池串联时，由于单节电池出现故障时会影响整体电源的供电，所以电池组供电时必须保证整个电池组均连接可靠、完好无损。否则，其可能严重影响电池组的充放电使用，更有可能引发电池组的安全问题。尤其是锂电池形成的电池组，其通常需要配套使用电池管理系统，电池管理系统在锂电池供电前，通常先要检测电池组是否完好。现有技术通常是通过检测装置对电池包中的每一节电池分别进行电压的测量，然后比较电压值以判断该节电池是否出现故障。但是，检测装置检测电压时均须通过电线（即检测导线）连接电池及检测装置，由于检测装置与电池之间通常具有较长的距离，所以较长的检测导线容易出现故障（检测装置内部的电线较短，其出现的故障几率较小，故几乎可以忽略），当检测装置通过检测导线连接后，其检测到单节电池两端出现开路等故障时，其无法识别该故障是该节电池出现的故障还是连接该节电池的检测导线出现故障。即现有技术中检测装置及其依靠检测单节电池的电压的方法无法分辨发生的异常到底是属于检测导线断线还是电池异常。
可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中难以快速检测出电池组的故障及识别故障类型的缺陷，提供一种可以快速检测出电池组中故障并检测出故障类型的检测装置及检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电池组故障检测装置，其包括：N个二极管，每个电池通过检测导线反向并联一个所述二极管，且相邻的电池之间共用一检测导线；由N+1个开关构成的开关组；开关控制电路，用于控制开关组中每个开关的通断，所述N+1个开关分别连接于一所述二极管与开关控制电路之间；模数转换电路，用于将采集的电压进行模数转换；电压采集电路，连接于开关控制电路与模数转换电路之间以采集电池的电压并将采集的电压传输至模数转换电路；检测控制电路，用于控制所述开关控制电路及根据模数转换电路输出的电压信号分析判断电池组的故障。
在上述电池组故障检测装置中，还包括连接于电压采集电路与模数转换电路之间的滤波电路。
在上述电池组故障检测装置中，还包括与检测控制电路电连接的用于故障报警的报警电路。
在上述电池组故障检测装置中，还包括用于吸收浪涌的第N+1个二极管，其阴极连接第一个电池的负极，其阳极接地。
为了更好的解决上述技术问题，本发明还提供了一种电池组故障检测方法，其依次包括以下步骤：
S10 、按预定顺序依次仅闭合第N节电池两端的两个开关，并采集该第N节电池两端的电压及对该电压进行模数转换；
S20、判断该第N节电池两端的电压是否达到预定值A，若是，则执行步骤S30，若否，则执行步骤S50；
S30、仅闭合第N节及第N-1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N-1节电池串联后两端的电压V’n及对该电压进行模数转换，而且，仅闭合第N节及第N+1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N+1节电池串联后两端的电压V’n+1及对该电压进行模数转换；
S40、计算并比较判断V’n及V’n+1的平均值是否达到预定值B，若是，则判断为该第N节电池出现故障，若否，则判断为该第N节电池两端的采样线出现故障；
S50、判断是否所有的单节电池上的电压均采集完，若是，则完成故障检测，若否，则返回步骤S10。
在上述电池组故障检测方法中，在步骤S10中还包括在模数转换之前对采集的电压信号进行滤波。
在上述电池组故障检测方法中，在步骤S40中还包括将两种故障判断结果分别进行报警。
在上述电池组故障检测方法中，所述预定值A为并联在该第N节电池两端的二极管的正向导通压降。
在上述电池组故障检测方法中，所述预定值B为单节电池的额定电压与该第N节电池两端的二极管的正向导通压降之和。
在上述电池组故障检测方法中，所述预定值B为单节电池的额定电压的95%—105%。
本发明提供的电池组故障检测装置主要通过在每节电池上反向并联一二极管，且通过受控于检测控制电路的开关控制电路改变开关组中不同的开关的闭合情况，以选择单节电池检测或者双节电池检测，进而使电压采集电路接通某个或某两个电池并采集电池上的电压，进而检测控制电路将经过模数转换的采集的电压进行比较分析，即可迅速判断出电池组中哪些电池单体所在的支路出现故障，且可迅速判断出该故障类型是电池故障还是电池上的检测导线的故障。其整个故障检测过程自动快速的完成，且判断准确可靠，可便于管理及有选择性的控制电池组的使用。
附图说明
图1是本发明提供的电池组故障检测装置的一实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的电池组故障检测装置的又一实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的电池组故障检测方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1至图3所示，本发明提供的电池组故障检测装置主要用于对由若干个型号相同的电池串联形成的电池组进行故障检测，且可以快速判断出是电池单体的故障还是电池上的检测导线的故障。本发明提供的故障检测装置主要包括：由N个二极管构成的二极管组2、由N+1个开关构成的开关组3、开关控制电路4、模数转换电路6、电压采集电路5及检测控制电路7。其中，二极管组2中每个二极管通过检测导线反向并联于一个电池上，且相邻的电池之间共用一根检测导线。故二极管组2中二极管的数量与电池组1中电池的数量相同，开关组3中开关的数量比电池的数量多一个。每个二极管的一端通过开关组3中一个开关与开关控制电路4相连。开关控制电路4用于控制开关组3中每个开关的通断，且开关控制电路4依次电连接电压采集电路5、模数转换电路6、及检测控制电路7。二极管组2中二极管可以在检测导线断开时避免检测导线悬空，以使电压采集电路5通过二极管与相邻电池的一端连接，且当检测导线上有较高电压的尖峰脉冲时，二极管反向导通以将尖峰电压泄掉。开关控制电路4受控于检测控制电路7的指令以发出信号使某个或某些开关闭合或断开。当开关控制电路4控制部分开关闭合后，则电池通过开关及开关控制电路4接通电压采集电路5，故电压采集电路5可以采集电池两端的电压，进而将采集的电压进行模数转换后传输给检测控制电路7。检测控制电路7控制上述开关控制电路4的同时进行故障检测判断，即检测控制电路7将检测的电压与预定值进行比较以分析判断电池组1的故障。
再次参见图2所示优选实施例，其中，N+2个电池串联形成电池组1，N+2个二极管构成二极管组2，由开关K0到Kn+2形成的N+3个开关构成开关组3。每个电池通过检测导线反向并联一个二极管，且相邻的电池之间共用一根检测导线，每个二极管的一端通过一个开关连接至开关控制电路4。故收到检测控制电路7的指令后，开关控制电路4控制使部分开关闭合。例如，其使开关Kn-1与开关Kn闭合，则第N节电池通过开关及开关控制电路4直接连接至电压采集电路5，故电压采集电路5可采集第N节电池上的电压。再经模数转换后传输至检测控制电路7进行比较判断。为了提高采集的电压的准确度，优选在电压采集电路5与模数转换电路6之间电连接一滤波电路8，以将电压采集电路5采集的电压中杂波除去后再进行模数转换。检测控制电路7根据电压与预定值比较后可以判断出电池组1中哪个电池或哪些电池有问题，且可辨别出是该电池的故障还是连接在电池两端的检测导线的故障，为了便于用户快速知道故障检测结果，检测控制电路7的输出端电连接有报警电路9，报警电路9可以将不同的故障结果分别显示出来。优选地，在第一节电池与地之间增加一个二极管，且该二极管的阴极连接第一个电池的负极，其阳极接地，从而可以更好的吸收电池附近的浪涌。控制开关闭合的开关控制电路4、模数转换电路6、滤波电路8及报警电路9的结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
本发明还提供了一种电池组1故障检测方法，再次参见图1至图3所示。本发明提供的检测方法主要包括以下步骤：
S10 、先按预定顺序依次检测每个电池两端的电压，即按预定顺序依次仅闭合第N节电池两端的两个开关，并采集该第N节电池两端的电压及对该电压进行模数转换。例如，开关控制电路4驱动使开关Kn-1及Kn闭合，则可单独检测第N节电池两端的电压。若干个开关在检测控制电路7及开关控制电路4的控制下，仅两个开关闭合，故可依次采集每个单体电池两端的电压。
S20、判断该第N节电池两端的电压是否达到预定值A，若是，则执行步骤S30，若否，则执行步骤S50。即检测控制电路7将模数转换后的第N节电池的电压Vn与其内的预定值A进行比较并判断Vn是否等于预定值A，若是则表明该节电池所在的支路出现故障，故执行步骤S30进行双节电池检测，以进一步判断是该支路上的电池出现故障还是检测导线出现故障，若否，则执行步骤S50。
S30、仅闭合第N节及第N-1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N-1节电池串联后两端的电压V’n及对该电压进行模数转换，而且，仅闭合第N节及第N+1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N+1节电池串联后两端的电压V’n+1及对该电压进行模数转换。本步骤中 ，将第N节及第N-1节电池进行第一组双节电池检测，且将第N节及第N-1节电池进行第二组双节电池检测，故在检测到第N节电池故障时，检测控制电路7发出指令使仅闭合第N节及第N-1节电池串联形成的两端的开关Kn-及Kn-2， 以检测该两节电池上的电压，且仅闭合开关Kn-1及Kn+1以检测电压V’n+1。其中，检测电压V’n及V’n+1的顺序不固定。
S40、计算并比较判断V’n与V’n+1的平均值是否达到预定值B，若是，则判断为该第N节电池出现故障，若否，则判断为该第N节电池两端的采样线出现故障；
S50、判断是否所有的单节电池上的电压均采集完，若是，则完成故障检测，若否，则返回步骤S10。其中，判断是否所有电压均采集完的方式为本领域技术人员所熟知，例如通过判断是否所有相邻的开关均单独一起闭合过。
在图1所示实施例中，若单节电池检测时发现第N节电池所在支路出现故障，不论是该电池故障还是电池两端的检测导线出现故障，由于此时一个二极管通过两端的开关及开关控制电路4直接连接电压采集电路5，故在该实施例中预定值A为并联在该第N节电池两端的二极管的正向导通压降，普通二极管的正向导通压降通常为0.7V，由于检测装置通常会受到环境的电磁干扰等影响，故预定值A优选为二极管的正向导通压降的90%—110%，例如，当单节电池两端的电压Vn接近零时，也可判断为该节电池所在支路出现故障。由于电池组1中电池通常型号相同，故二极管组2中每个二极管通常型号相同。
当 V’n与V’n+1的平均值达到预定值B时，表明该第N节电池出现故障。所述预定值B可以为单节电池的额定电压与该第N节电池两端的二极管的正向导通压降之和。理由如下，再次参见图1所示，假若相同型号的单节电池的电压为U，每个二极管的正向导通压降为V，当第N节电池出现故障时，则V’n=U+V，V’n+1= U+V，故V’n与V’n+1的平均值为U+V。当第N节电池的正极上的检测导线ab（即第N+1节电池的负极的检测导线）出现故障时，则V’n=U+V，V’n+1=2U，故V’n与V’n+1的平均值为1.5U+0.5V。而V值通常较小，且检测装置通常会受到环境的电磁干扰等影响，所以，预定值B也可以为单节电池的额定电压的95%—105%。同时，由此可见，每个电池两端反向并联的二极管可以在检测导线断开时避免检测导线悬空，以使电压采集电路5通过二极管与相邻电池的一端连接，且当检测导线上有较高电压的尖峰脉冲时，二极管反向导通可以将尖峰电压泄掉。优选地，在步骤S10中还包括在模数转换之前对采集的电压信号进行滤波，以减少外界干扰信号对检测的电压值的影响。同时，由于检测控制模块判断出的故障类型可能为电池故障也可能是该电池两端的检测导线的故障 ，所以优选地，在步骤S40中还包括将两种故障判断结果分别进行报警，以便用户及时形象的了解故障情况。
综上所述，本发明提供的电池组故障检测装置及检测方法可以结合单节电池电压检测结合双节电池电压检测，以快速的判断出电池组中哪些电池单体所在的支路出现故障，且可迅速判断出该故障类型是电池故障还是电池上的检测导线的故障。其整个故障检测过程自动快速的完成，且判断准确可靠，可便于管理及有选择性的控制电池组的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池组故障检测装置，用于对由若干个电池串联构成的电池组进行检测，其特征在于，包括：
由N个二极管构成的二极管组，每个电池通过检测导线反向并联一个所述二极管，且相邻的电池之间共用一检测导线；
由N+1个开关构成的开关组；
开关控制电路，用于控制开关组中每个开关的通断，所述N+1个开关分别连接于一所述二极管与开关控制电路之间；
模数转换电路，用于将采集的电压进行模数转换；
电压采集电路，连接于开关控制电路与模数转换电路之间以采集电池的电压并将采集的电压传输至模数转换电路；
检测控制电路，用于控制所述开关控制电路，并将模数转换电路输出的电压与预定值进行比较及判断电池组的故障，
当检测第N节电池时，仅闭合第N节电池两端的两个开关，如果该第N节电池两端的电压小于并联在该第N节电池两端的二极管的正向导通压降，则进行第N+1节电池的检测；
否则，分别仅闭合第N节及第N-1节电池串联形成的两端的开关以及仅闭合第N节及第N+1节电池串联形成的两端的开关，并判断第N节及第N-1节电池串联后两端的电压和第N节及第N+1节电池串联后两端的电压的平均值是否达到阈值，该阈值为单节电池的额定电压与该第N节电池两端的二极管的正向导通压降之和，若是，则判断该第N节电池出现故障，若否，则判断该第N节电池两端的采样线出现故障。
2.如权利要求1所述的电池组故障检测装置，其特征在于，还包括连接于电压采集电路与模数转换电路之间的滤波电路。
3.如权利要求1或2所述的电池组故障检测装置，其特征在于，还包括与检测控制电路电连接的用于故障报警的报警电路。
4.如权利要求3所述的电池组故障检测装置，其特征在于，还包括用于吸收浪涌的第N+1个二极管，其阴极连接第一个电池的负极，其阳极接地。
5.一种电池组故障检测方法，用于对由若干个电池串联构成的电池组进行检测，其特征在于，每个电池反向并联一二极管，依次包括以下步骤：
S10 、按预定顺序依次检测每个电池两端的电压，即每次仅闭合第N节电池两端的两个开关，并采集该第N节电池两端的电压及对该电压进行模数转换；
S20、判断该第N节电池两端的电压是否达到预定值A，若是，则执行步骤S30，若否，则执行步骤S50；
S30、仅闭合第N节及第N-1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N-1节电池串联后两端的电压V’n及对该电压进行模数转换，而且，仅闭合第N节及第N+1节电池串联形成的两端的开关，并采集第N节及第N+1节电池串联后两端的电压V’n+1及对该电压进行模数转换；
S40、计算并比较判断V’n及V’n+1的平均值是否达到预定值B，若是，则判断为该第N节电池出现故障，若否，则判断为该第N节电池两端的采样线出现故障；
S50、判断是否所有的单节电池上的电压均采集完，若是，则完成故障检测，若否，则返回步骤S10。
6.如权利要求5所述的电池组故障检测方法，其特征在于，在步骤S10中还包括在模数转换之前对采集的电压信号进行滤波。
7.如权利要求5或6所述的电池组故障检测方法，其特征在于，在步骤S40中还包括将两种故障判断结果分别进行报警。
8.如权利要求5所述的电池组故障检测方法，其特征在于，所述预定值A为并联在该第N节电池两端的二极管的正向导通压降。
9.如权利要求5所述的电池组故障检测方法，其特征在于，所述预定值B为单节电池的额定电压与该第N节电池两端的二极管的正向导通压降之和。
10.如权利要求5所述的电池组故障检测方法，其特征在于，所述预定值B为单节电池的额定电压的95%—105%。
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