CN104656026A - 一种混合动力汽车电池过充诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车电池过充诊断方法及系统，方法包括以下步骤：采样单元采集电池的电流、电压、内部温度、表面温度和空气温度；SOC计算单元根据电流、电压和内部温度计算荷电状态；热模型计算单元根据荷电状态计算产热量和散热量，得到预测温度和预测温升速率；温度计算单元计算内部温度和预测温度的差值、实际温升速率、实际温升速率和预测温升速率的差值，诊断单元根据内部温度和预测温度的差值以及实际温升速率和预测温升速率的差值来判断电池状态。本方案可以及时、准确判断电池是否过充、不受环境温度变化的影响，适用于所有的混合动力汽车。

Description

一种混合动力汽车电池过充诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车电池领域，尤其是涉及一种混合动力汽车电池过充诊断方法及系统。

背景技术

电池的过充电会严重影响电池的性能，缩短电池的使用寿命，甚至毁坏整个电池。在恒流充放电过程中，可以用电压或温度的变化检测电池的过充电状况。

混合动力汽车电池工作环境恶劣，运行工况复杂多变，电池需要频繁的充放电，电流变化剧烈，由此导致SOC估算不准确，进而可能会导致电池的过充电，如果不能及时检测，则容易出现冒烟、起火，对人身安全造成严重威胁。由于混合动力汽车运行过程中，电压变化剧烈，电池的过充电无法通过电压变化判断，而过充电过程中，温度会快速上升，因此可以通过温升速率的变化进行过充电的判断。目前，电池的过充电判断基本基于此方法进行诊断。

目前的电池过充电诊断方法存在如下缺点：

(1)诊断的滞后性。现有发明根据电池表面温度的温升速率来判断电池的过充电，当电池温升速率出现异常时，电池已出现较长时间的过充，且该方法无法诊断SOC过高故障，因此无法在电池过充电之前诊断出故障信息。

(2)诊断的准确性。在不同的工况下，电池的温升速率不同，温升速率作为电池过充电判断的条件，其具有一定的不确定性。例如，电池温升速率的变化可能由于环境温度的变化引起的，或者由于长时间的大电流充电导致电池表面温度的快速上升引起的。因此，这些因素使电池过充的不准确性增加。

(3)诊断阈值难以制定。在诊断过程中，需要制定具体的判断阈值，即，判断当温升速率达到多少时，诊断为电池过充电。在不同的环境下，电池发生过充时的温升速率不同。诊断系统不可能考虑到所有的环境因素，因此诊断阈值很难确定,无法排除环境的影响。

中华人民共和国国家知识产权局于2013年04月03日公开了公布号为CN103022579A的专利文献，名称是用于防止电池过充电的装置，此方案提供了一种电池模块，其中，电池被配置成层叠的，并且多个电池通过电极端子连接，固定杆设置在电池之间。压板安装在固定杆上。为了提供适当的反作用力，设置在压板的第二端的侧面上的弹性部件被安装成提供弹性力给压板。当电池膨胀至预定压力以上时，使压板作跷跷板式转动，以相应地在电池内的压力超过预定阈值时切断供给电池的电源。此方案收通过电池充电膨胀来判断过充电，受环境温度影响非常大。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的诊断电池过充电有滞后性、准确性低、受环境影响大等的技术问题，提供一种可以及时、准确判断电池是否过充、不受环境温度变化的影响的混合动力汽车电池过充诊断方法及系统。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种混合动力汽车电池过充诊断方法，包括以下步骤：

A、采样单元采集电池的电流、电压、内部温度、表面温度和空气温度；

B、SOC计算单元根据电流、电压和内部温度计算荷电状态；荷电状态(SOC)计算可以通过时安积分法或者开路电压法或这其他一些方法完成；

C、热模型计算单元根据荷电状态计算产热量和散热量，得到预测温度和预测温升速率；

D、温度计算单元计算内部温度和预测温度的差值，如果实际温度大于预测温度且差值大于温差阈值，则进入步骤E，否则判定电池正常，结束诊断过程；

E、温度计算单元计算实际温升速率，并计算实际温升速率和预测温升速率的差值，如果实际温升速率大于预测温升速率且差值大于温升差阈值，则判定电池处于过充状态；如果实际温升速率与温升差阈值之和小于或等于预测温升速率，则判定电池荷电状态过高。

作为优选，所述步骤C具体为：

C1、通过查表法得到电池在当前的内部温度和当前荷电状态下的直流内阻r；

C2、通过以下公式计算产热量：

Q_c＝i²r+ai

式中，Q_c为产热量，i为电流，a为经验系数；

C3、通过以下公式计算散热量：

Q_s＝f(m)(T_w-T_f)A

式中，Q_s为散热量，m为空气流量，f(m)为换热系数，T_w为电池表面温度，T_f为流过电池表面的空气温度，A为换热面积；

预测温度为： $T_t=T_0+{\∫}_0^t\frac{(Q_c-Q_s)}{C}$

式中，T_t为预测温度，T₀为初始温度，t为运行时间，C为热容系数；

预测温升速率为

作为优选，当判定电池荷电状态过高或者处于过充状态时，电池过充诊断系统将故障信息通过CAN总线发送给整车控制器。

一种混合动力汽车电池过充诊断系统，包括以下单元：

采样单元，采集电池的电流、电压、内部温度、表面温度和空气温度；

SOC计算单元，根据电流、电压和内部温度计算荷电状态；

热模型计算单元，根据荷电状态计算产热量和散热量，得到预测温度和预测温升速率；

温度计算单元，计算内部温度和预测温度的差值，计算实际温升速率，计算实际温升速率和预测温升速率的差值；

诊断单元，根据内部温度和预测温度的差值、实际温升速率和预测温升速率的差值来判断电池状态，如果实际温度和温差阈值之和小于或等于预测温度，则判定电池正常，结束诊断过程；如果实际温度大于预测温度且差值大于温差阈值则进一步判断：如果实际温升速率大于预测温升速率且差值大于温升差阈值，则判定电池处于过充状态；如果实际温升速率与温升差阈值之和小于或等于预测温升速率，则判定电池荷电状态过高；当判定电池处于过充状态或电池荷电状态过高时，将诊断结果通过CAN总线发送给整车控制器。

本发明带来的实质性效果是，本方法及系统能够及时准确的诊断电池SOC过高及电池过冲充故障，使整车控制器及时对故障作出响应，有效避免电池过充电状况的发生；热模型根据实际的环境进行电池温度的预测，预测温度与实测温度的偏差完全是由电池内部特性引起的，抛开了环境的影响因素，使故障判断阈值的确定变得唯一而不会随环境的改变而改变；本发明简单、有效、易于实现。

附图说明

图1是本发明的一种系统框架示意图；

图2是本发明的一种诊断过程的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种混合动力汽车电池过充诊断系统，如图1所示，包括电池的采样单元、SOC计算单元、热模型计算单元、温度计算单元、诊断单元等。其中采样单元采集电流、电压、温度等信息。SOC计算单元通过电流、电压等信息计算剩余容量。热模型计算单元得到电池在正常条件下(SOC为20％-80％之间)的温度值。温度计算单元对比实测温度与模型预测温度，得到二者的温度差与温升速率差。诊断单元通过得到的温度差及温升速率差诊断SOC过高及过充电故障。系统将故障信息通过CAN通信发送给整车控制器。本系统还包括采样合值性判断单元，当温度超过正常范围值时，判断电池出现较大故障或者诊断系统本身故障，采样合值性判断单元直接报警，不再进行后续的计算和比较过程，温度在正常范围内则进入后续的计算。

在电池正常状态下，电池热模型通过计算产热量与散热量，得到内部温度的预测值，其预测精度在1℃以内。当电池SOC超过80％时，由于电池内阻增大，相同电流下，电池实际生热量要增大。热模型中，生热量仍按照正常情况下(内阻较小时)进行计算，则热模型得到的生热量小于电池实际的生热量。则热模型预测得到的温度要小于电池实测温度。因此预测温度与实测温度会产生温度差。当电池发生过充电时，电池温度快速上升，其温升速率要大于模型预测的正常条件下的温升速率，因此，根据二者温升速率的差，可判断电池是否已经发生过充电。

图2为电池过充故障诊断流程图。当二者的温差超过预定值T(T>1℃)时，过充电故障诊断单元判断此时二者的温升速率差是否大于预定值α，如果两个条件同时满足，则故障诊断模块发出电池过充故障信息。如果温差大于T，而温升速率差小于α，则过充故障诊断单元发出电池SOC过高故障信息。否则，电池状态正常。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了荷电状态、产热量、散热量等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种混合动力汽车电池过充诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采样单元采集电池的电流、电压、内部温度、表面温度和空气温度；

B、SOC计算单元根据电流、电压和内部温度计算荷电状态；

C、热模型计算单元根据荷电状态计算产热量和散热量，得到预测温度和预测温升速率；

D、温度计算单元计算内部温度和预测温度的差值，如果实际温度大于预测温度且差值大于温差阈值，则进入步骤E，否则判定电池正常，结束诊断过程；

E、温度计算单元计算实际温升速率，并计算实际温升速率和预测温升速率的差值，如果实际温升速率大于预测温升速率且差值大于温升差阈值，则判定电池处于过充状态；如果实际温升速率与温升差阈值之和小于或等于预测温升速率，则判定电池荷电状态过高。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车电池过充诊断方法，其特征在于，所述步骤C具体为：

C1、通过查表法得到电池在当前的内部温度和当前荷电状态下的直流内阻r；

C2、通过以下公式计算产热量：

Q_c＝i²r+ai

式中，Q_c为产热量，i为电流，a为经验系数；

C3、通过以下公式计算散热量：

Q_s＝f(m)(T_w-T_f)A

式中，Q_s为散热量，m为空气流量，f(m)为换热系数，T_w为电池表面温度，T_f为流过电池表面的空气温度，A为换热面积；

预测温度为： $T_t=T_0+{\∫}_0^t\frac{(Q_c-Q_s)}{C}$

式中，T_t为预测温度，T₀为初始温度，t为运行时间，C为热容系数；

预测温升速率为

3.根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车电池过充诊断方法，其特征在于，当判定电池荷电状态过高或者处于过充状态时，电池过充诊断系统将故障信息通过CAN总线发送给整车控制器。

4.一种混合动力汽车电池过充诊断系统，其特征在于，包括以下单元：

采样单元，采集电池的电流、电压、内部温度、表面温度和空气温度；

SOC计算单元，根据电流、电压和内部温度计算荷电状态；

热模型计算单元，根据荷电状态计算产热量和散热量，得到预测温度和预测温升速率；

温度计算单元，计算内部温度和预测温度的差值，计算实际温升速率，计算实际温升速率和预测温升速率的差值；

诊断单元，根据内部温度和预测温度的差值、实际温升速率和预测温升速率的差值来判断电池状态，如果实际温度和温差阈值之和小于或等于预测温度，则判定电池正常，结束诊断过程；如果实际温度大于预测温度且差值大于温差阈值则进一步判断：如果实际温升速率大于预测温升速率且差值大于温升差阈值，则判定电池处于过充状态；如果实际温升速率与温升差阈值之和小于或等于预测温升速率，则判定电池荷电状态过高；当判定电池处于过充状态或电池荷电状态过高时，将诊断结果通过CAN总线发送给整车控制器。