CN105452885A - 用于确定电池组的隔离电阻的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种电池组的绝缘电阻测量系统包括电压源、电压表和微处理器。电压源位于电池组外侧。电压源向第一电端子和第二电端子施加输出电压。电压表测量第一电端子和外罩之间的第一电压电平，并且测量当电阻被电连接在第一电端子和外罩之间时的第一电端子和外罩之间的第二电压电平。电压表测量第二电端子和外罩之间的第三电压电平，并且测量当电阻被电连接在第二电端子和外罩之间时的第二电端子和外罩之间的第四电压电平。微处理器基于第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平确定第一绝缘电阻。

Description

用于确定电池组的隔离电阻的系统和方法

背景技术

随着移动装置技术不断发展并且对其要求不断增加，对于作为能源的二次电池的要求正在快速地增加。相应地，对于能够满足各种需要的电池的各种研究已经在进行之中。

根据电池外壳的形状，这种二次电池被分类成其电极组件被包含在柱形或者矩形金属罐中的柱形电池或者矩形电池，和其电极组件被包含在由铝层压板制成的袋型外壳中的袋型电池。

近来，对于其厚度薄的矩形电池和袋型电池的要求正在增加；特别地，对于具有易变形形式、低制造成本和轻的重量的袋型电池的兴趣是高的。

袋型电池是其中具有负极/分离器/正极结构的电极组件被包含在由包括树脂层和金属层的层压板制成的袋型外壳中的电池。

电池外壳扮演通过在隔离状态中密封电极组件而确保可靠的操作的角色；因此，电池外壳的层压板需要被保持在电隔离状态中。

然而，在电池组装或者电池使用的过程期间，层压板的金属层和电极引线可能意外地被置于电连接状态中。如果二次电池在如上所述的电连接状态中充电或者放电，则因为在层压板的金属层和电极引线之间的电压差是高的，所以铝的腐蚀将会发生。

即，如果金属层由于各种原因而与电极端子接触，则隔离电阻将降低，并且在这个情况下，金属层的腐蚀加重，并且引起诸如短路的问题，由此电池的生命周期能够快速地缩短并且还能够高度地损害电池的安全性。

相应地，需要用于测量隔离电阻的技术以检查电池外壳的金属层是否被保持在与电极引线电隔离的状态中。

为了解决这种问题，某些现有技术例如韩国专利申请公报No.2001-106481公开了一种用于电池的检查方法，其特征在于，通过暴露构成电池外壳的层压板中的金属箔的外表面而形成暴露部分，并且比较暴露部分的电压与在电极引线之间的电压，和在负极引线和正极引线之间的电压。

然而，根据现有技术，电池必须被完全地充电以测量隔离电阻；相应地，存在用于测量隔离电阻的时间和成本巨大并且隔离电阻的测量值根据充电程度而变化的一些问题。

技术问题

本发明人在这里已经认识到对于用于确定电池组的隔离电阻的一种改进的系统和一种改进的方法的需要。

发明内容

提供了根据一个示例性实施例的、一种用于确定电池组的隔离电阻的系统。该电池组具有外罩和置放在外罩中的至少第一和第二电池模块。该电池组进一步包括第一和第二电端子。

该系统包括配置为电耦接到电池组的第一和第二电端子的电压源。电压源进一步配置为当第一和第二电池模块未被相互串联电耦接时在第一时间在第一和第二电端子之间施加第一输出电压电平。

该系统进一步包括配置为当第一输出电压电平正被输出时测量在第一电端子和外罩之间的第一电压电平的电压表。

电压表进一步配置为当第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在第一电端子和外罩之间时测量在第一电端子和外罩之间的第二电压电平。电阻器具有预定电阻水平。电压表进一步配置为当第一输出电压电平正被输出时测量在第二电端子和外罩之间的第三电压电平。电压表进一步配置为当第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在第二电端子和外罩之间时测量在第二电端子和外罩之间的第四电压电平。该系统进一步包括被编程为与电压表操作中通信的微处理器。微处理器进一步被编程为基于第一电压电平、第二电压电平、第三电压电平和预定电阻水平确定在第一时间与电池组相关联的第一隔离电阻值。微处理器进一步被编程为基于第一电压电平、第三电压电平、第四电压电平和预定电阻水平确定在第一时间与电池组相关联的第二隔离电阻值。微处理器进一步被编程为确定第一隔离电阻值和第二隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在存储装置中存储第一和第二隔离电阻值的最小值。

提供了根据另一个示例性实施例的、一种用于确定电池组的隔离电阻的方法。该电池组具有外罩和置放在外罩中的至少第一和第二电池模块。该电池组进一步包括第一和第二电端子。该方法包括当第一和第二电池模块未被相互串联电耦接时利用电压源在第一时间在第一和第二电端子之间施加第一输出电压电平。该方法进一步包括利用电压表当第一输出电压电平正被输出时测量在第一电端子和外罩之间的第一电压电平。该方法进一步包括当第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在第一电端子和外罩之间时利用电压表测量在第一电端子和外罩之间的第二电压电平。电阻器具有预定电阻水平。该方法进一步包括利用电压表当第一输出电压电平正被输出时测量在第二电端子和外罩之间的第三电压电平。该方法进一步包括当第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在第二电端子和外罩之间时利用电压表测量在第二电端子和外罩之间的第四电压电平。该方法进一步包括基于第一电压电平、第二电压电平、第三电压电平和预定电阻水平利用微处理器确定在第一时间与电池组相关联的第一隔离电阻值。该方法进一步包括基于第一电压电平、第三电压电平、第四电压电平和预定电阻水平利用微处理器确定在第一时间与电池组相关联的第二隔离电阻值。该方法进一步包括利用微处理器确定第一隔离电阻值和第二隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在存储装置中存储第一和第二隔离电阻值的最小值。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例用于确定电池组的隔离电阻的系统的概图；

图2-3是根据另一个示例性实施例用于确定电池组的隔离电阻的方法的流程图；并且

图4是能够利用图1的系统确定的电池组的示例性隔离电阻曲线的曲线图。

具体实施方式

参考图1，提供了根据一个示例性实施例的、用于确定电池组20的隔离电阻的系统10。系统10包括电压源40、电压表50、微处理器60、电开关70、72、74、76、78、80、82、电阻器90，和存储器装置93。系统10的一个优点在于，在确定电池组20的相关联隔离电阻时，系统10利用反复地向电池组20供应预定电压的电压源40。系统10的另一个优点在于，为了确定电池组20的隔离电阻，电池组20并不需要被完全地充电。

电池组20被提供用于为电动车辆或者混合电动车辆产生电力。电池组20包括外罩95、电池模块100、110、电开关82、第一电端子120，和第二电端子130。外罩95封装相互串联电耦接的电池模块100、110。第一电端子120电耦接到电池模块110的负端子。第二电端子130电耦接到电池模块100的正端子。电池模块100的负端子电耦接到开关82的第一侧。电池模块110的正端子电耦接到电开关82的第二侧。电开关82是电致动开关并且具有常关操作位置。电开关82响应于来自微处理器60的控制信号转换到打开操作位置从而电池模块100、110不被相互串联地电耦接以允许系统10如将在下面更加详细讨论地对于电池组20执行电隔离测试。

在可替代实施例中，能够移除开关82从而当执行以下描述的电隔离测试时电池模块110的负端子不被电连接到电池模块110的正端子。换言之，当执行以下描述的电隔离测试时将会在电池模块100的负端子和电池模块110的正端子之间存在开路。

车辆底盘30被配置为在其上保持电池组20。电池模块100、110选择性地电耦接到外罩95以确定电池组20的电隔离电阻。外罩95可以进一步电耦接到车辆底盘30。

电压源40被配置为电耦接到电池组20的第一和第二电端子120、130。电压源40被配置为在第一和第二电端子120、130之间施加指示待由电池组20输出的示例性电压电平的输出电压电平。在一个示例性实施例中，电压源40输出在100-600Vdc的范围中的电压。当电压源40输出600Vdc时，电压源40具有10毫安的电流上限。

电压表50被配置为测量在第一电端子120和外罩95之间的第一电压电平(V1)。当电压表50测量第一电压电平(V1)时，电开关70、80每一个具有闭合操作位置，并且其余的开关具有打开操作位置。电压表50进一步被配置为向微处理器60发送与第一电压电平(V1)相关的数据。在一个示例性实施例中，电压表50的内阻是至少10兆欧。

电压表50进一步被配置为当电阻器90被电耦接在第一电端子120和外罩95之间时测量在第一电端子120和外罩95之间的第二电压电平(V2)。当电压表50测量第二电压电平(V2)时，电开关70、80、76每一个具有闭合操作位置，并且其余开关具有打开操作位置。在一个示例性实施例中，电阻器90例如具有诸如200千欧的预定电阻水平(R0)。电压表50进一步被配置为向微处理器60发送与第二电压电平(V2)相关的数据。

电压表50进一步被配置为测量在第二电端子130和外罩95之间的第三电压电平(V3)。当电压表50测量第三电压电平(V3)时，电开关72、80每一个具有闭合操作位置，并且其余开关具有打开操作位置。电压表50进一步被配置为向微处理器60发送与第三电压电平(V3)相关的数据。

电压表50进一步被配置为当电阻器90被电耦接在第二电端子130和外罩95之间时测量在第二电端子130和外罩95之间的第四电压电平(V4)。当电压表50测量第四电压电平(V4)时，电开关72、74、80每一个具有闭合操作位置，并且其余开关具有打开操作位置。电压表50进一步被配置为向微处理器60发送与第四电压电平(V4)相关的数据。

开关70、72、74、76、78、80是电致动开关。特别地，开关70-80具有闭合操作位置或者打开操作位置。微处理器60产生致使开关具有闭合操作位置的、由开关70-80接收的控制信号。例如，微处理器60产生由开关70接收以致使开关70具有闭合操作位置的控制信号。当微处理器60停止产生由开关70-80接收的控制信号时，这些开关转换到打开操作位置。例如，当微处理器60停止产生由开关70接收的控制信号时，开关70转换到打开操作位置。

现在将提供系统10的电气配置的简要说明。开关70被电耦接在电池组20的第一电端子120和电压表50的第一电端子150之间。开关72被电耦接在电池组20的第二电端子130和电压表50的第一电端子150之间。开关74被电耦接在电池组20的电端子130和节点92之间。电阻器90被电耦接在节点92和外罩95之间。开关76被电耦接在节点92和电池组20的第一电端子120之间。开关78被电耦接在电池组20的第一电端子120和电压表50的第二电端子151之间。此外，开关80被电耦接在电压表50的第二电端子151和外罩95之间。

微处理器60被配置为与电压表50在操作中通信。微处理器60被配置为基于以下公式确定与电池组相关联的第一隔离电阻值(R1)：R1＝R0(1+V3/V1)[(V1–V2)/V2)。在可替代实施例中，替代前面的方程地，能够利用在文献SAE1766，或者FMVSS305，或者ECE324Rule100之一中定义的另一个隔离方程以计算R1。

微处理器60被配置为基于以下方程确定与电池组20相关的第二隔离电阻值(R2)：R1＝R0(1+V1/V3)[(V3–V4)/V4)。在可替代实施例中，替代前面的方程地，能够利用在文献SAE1766，或者FMVSS305，或者ECE324Rule100之一中定义的另一个隔离方程以计算R1。

参考图1-3，现在将解释根据另一个示例性实施例的、用于确定电池组20的隔离电阻的方法的流程图。

在步骤250，微处理器60初始化以下变量：Time_Index＝0；并且Voltage_Level＝100。在步骤250之后，该方法前进到步骤252。

在步骤252，微处理器60更新以下变量：Time_Index＝Time_Index+1；并且Voltage_Level＝Voltage_Level+1。在步骤252之后，该方法前进到步骤254。

在步骤254，微处理器关于Voltage_Level是否高于或者等于阈值电压电平作出确定。如果步骤254的值等于“是”，则该方法前进到步骤256。否则，该方法退出。

在步骤256，当电池模块100、110未被相互串联电耦接时，电压源40在第一和第二电端子120、130之间施加具有幅值为Voltage_Level的输出电压电平。在一个示例性实施例中，电池组未达到完全充电的50％。在步骤256之后，该方法前进到步骤258。

在步骤258，电压表50测量当输出电压电平正被输出时的第一电端子120和外罩95之间的第一电压电平(V1)，并且向微处理器60传输对应于第一电压电平(V1)的数据。在步骤258之后，该方法前进到步骤260。

在步骤260，电压表50测量当输出电压电平正被输出并且电阻器90被电耦接在第一电端子120和外罩95之间时的第一电端子120和外罩95之间的第二电压电平(V2)，并且向微处理器60传输与第二电压电平(V2)相关的数据。电阻器90具有预定电阻水平。在步骤260之后，该方法前进到步骤262。

在步骤262，电压表50测量当输出电压电平正被输出时的第二电端子130和外罩95之间的第三电压电平(V3)，并且向微处理器60传输与第三电压电平(V3)相关的数据。在步骤262之后，该方法前进到步骤264。

在步骤264，电压表50测量当输出电压电平正被输出并且电阻器90被电耦接在第二电端子和外罩95之间时的第二电端子130和外罩95之间的第四电压电平(V4)，并且向微处理器60传输与第四电压电平(V4)相关的数据。在步骤264之后，该方法前进到步骤266。

在步骤266，微处理器60基于第一电压电平(V1)、第二电压电平(V2)、第三电压电平(V3)和预定电阻水平确定与电池组20相关联的第一隔离电阻值(R1)。在步骤266之后，该方法前进到步骤268。

在步骤268，微处理器60基于第一电压电平(V1)、第三电压电平(V3)、第四电压电平(V4)和预定电阻水平确定与电池组20相关的第二隔离电阻值(R2)。在步骤268之后，该方法前进到步骤270。

在步骤270，微处理器60关于第一隔离电阻值(R1)是否小于或者等于第二隔离电阻值(R2)作出判定。如果步骤270的值等于“是”，则该方法前进到步骤272。否则，该方法前进到步骤274。

在步骤272，微处理器60利用以下公式在存储装置93中的数组中存储第一隔离电阻值(R1)：Isolation_Resistance_Array(Time_Index)＝第一隔离电阻值(R1)。在步骤272之后，该方法返回步骤252。

再次参考步骤270，如果步骤270的值等于“否”，则执行步骤274。在步骤274，微处理器60利用以下公式在存储装置93中的数组中存储第二隔离电阻值(R2)：Isolation_Resistance_Array(Time_Index)＝第二隔离电阻值(R2)。在步骤274之后，该方法返回步骤252。

上述方法能够至少部分地以具有用于实践该方法的计算机可执行指令的一种或者多种计算机可读介质的形式体现。计算机可读介质能够包括以下介质中的一种或者多种：硬驱、闪存、CD-ROM，和本领域技术人员已知的其它计算机可读介质；其中，当计算机可执行指令被加载到一个或者多个微处理器或者计算机中并且由其执行时，该一个或者多个微处理器或者计算机成为用于实践本发明的设备并且被编程为执行以上方法。

参考图4，示意了能够利用系统10确定的、与电池组20相关联的示例性隔离电阻曲线300的曲线图。该曲线图具有对应于由电压源40施加到电池组20的电压电平的X轴线。该曲线图进一步包括对应于电池组20的隔离电阻的Y轴线。，如所示那样，随着施加到电池组20的电压电平改变，电池组20的隔离电阻改变。

用于确定电池组20的隔离电阻的系统和方法提供优于其它系统和方法的实质性优点。特别地，系统10和该方法提供在确定电池组20的隔离电阻时利用向电池组20供应预定电压的电压源的技术效果，从而为了确定隔离电阻，电池组20并不需要被完全地充电。

虽然已经结合仅仅有限的实施例详细描述了要求得到保护的发明，但是应该易于理解，本发明不限于这种公开的实施例。实际上，要求得到保护的发明能够被修改以结合至此未予描述但是与本发明的精神和范围相称的、任何数目的变型、更改、替代或者等价布置。另外地，虽然已经描述了要求得到保护的发明的各种实施例，但是应该理解本发明的方面可以包括所描述实施例中的仅仅某些实施例。相应地，要求得到保护的发明不被视为受到前面的说明所限制。

Claims (5)

1.一种用于确定电池组的隔离电阻的系统，所述电池组具有外罩和置放在所述外罩中的至少第一电池模块和第二电池模块，所述电池组还具有第一电端子和第二电端子，所述系统包括：

电压源，该电压源被配置为电耦接到所述电池组的所述第一电端子和第二电端子，所述电压源还被配置为当所述第一电池模块和第二电池模块未被相互串联电耦接时在第一时间在所述第一电端子和第二电端子之间施加第一输出电压电平；

电压表，该电压表被配置为当所述第一输出电压电平正被输出时测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第一电压电平；

所述电压表还被配置为当所述第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在所述第一电端子和所述外罩之间时测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第二电压电平；所述电阻器具有预定电阻水平；

所述电压表还被配置为当所述第一输出电压电平正被输出时测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第三电压电平；

所述电压表进一步配置为当所述第一输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第二电端子和所述外罩之间时测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第四电压电平；

微处理器，该微处理器被编程为与所述电压表在操作中通信，所述微处理器还被编程为基于所述第一电压电平、所述第二电压电平、所述第三电压电平和所述预定电阻水平确定在所述第一时间与所述电池组相关联的第一隔离电阻值；

所述微处理器还被编程为基于所述第一电压电平、所述第三电压电平、所述第四电压电平和所述预定电阻水平确定在所述第一时间与所述电池组相关联的第二隔离电阻值；并且

所述微处理器还被编程为确定所述第一隔离电阻值和所述第二隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在存储器装置中存储所述第一隔离电阻值和第二隔离电阻值的最小值。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述电压源进一步被配置为当所述第一电池模块和第二电池模块未被相互串联电耦接时在第二时间在所述第一电端子和第二电端子之间施加第二输出电压电平，所述第二时间在所述第一时间之后，所述第二输出电压电平高于所述第一输出电压电平；

所述电压表进一步被配置为当所述第二输出电压电平正被输出时测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第五电压电平；

所述电压表进一步被配置为当所述第二输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第一电端子和所述外罩之间时测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第六电压电平；

所述电压表进一步被配置为当所述第二输出电压电平正被输出时测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第七电压电平；

所述电压表进一步被配置为当所述第二输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第二电端子和所述外罩之间时测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第八电压电平；

所述微处理器进一步被编程为基于所述第五电压电平、所述第六电压电平、所述第七电压电平和所述预定电阻水平确定在所述第二时间与所述电池组相关联的第三隔离电阻值；

所述微处理器进一步被编程为基于所述第五电压电平、所述第七电压电平、所述第八电压电平和所述预定电阻水平确定在所述第二时间与所述电池组相关联的第四隔离电阻值；并且

所述微处理器进一步被编程为确定所述第三隔离电阻值和所述第四隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在所述存储装置中存储所述第三隔离电阻值和第四隔离电阻值的最小值。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池组未达到完全充电的50％。

4.一种用于确定电池组的隔离电阻的方法，所述电池组具有外罩和置放在所述外罩中的至少第一电池模块和第二电池模块，所述电池组进一步具有第一电端子和第二电端子，所述方法包括：

当所述第一电池模块和第二电池模块未被相互串联电耦接时，利用电压源在第一时间在所述第一电端子和第二电端子之间施加第一输出电压电平；

当所述第一输出电压电平正被输出时，利用电压表测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第一电压电平；

当所述第一输出电压电平正被输出并且电阻器被电耦接在所述第一电端子和所述外罩之间时，利用所述电压表测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第二电压电平；所述电阻器具有预定电阻水平；

当所述第一输出电压电平正被输出时，利用所述电压表测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第三电压电平；

当所述第一输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第二电端子和所述外罩之间时，利用所述电压表测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第四电压电平；

基于所述第一电压电平、所述第二电压电平、所述第三电压电平和所述预定电阻水平利用微处理器确定在所述第一时间与所述电池组相关联的第一隔离电阻值；

基于所述第一电压电平、所述第三电压电平、所述第四电压电平和所述预定电阻水平利用所述微处理器确定在所述第一时间与所述电池组相关联的第二隔离电阻值；并且

利用所述微处理器确定所述第一隔离电阻值和所述第二隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在存储装置中存储所述第一隔离电阻值和第二隔离电阻值的最小值。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

当所述第一电池模块和第二电池模块未被相互串联电耦接时，利用所述电压源在第二时间在所述第一电端子和第二电端子之间施加第二输出电压电平，所述第二时间在所述第一时间之后，所述第二输出电压电平高于所述第一输出电压电平；

当所述第二输出电压电平正被输出时，利用电压表测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第五电压电平；

当所述第二输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第一电端子和所述外罩之间时，利用所述电压表测量在所述第一电端子和所述外罩之间的第六电压电平；

当所述第二输出电压电平正被输出时，利用所述电压表测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第七电压电平；

当所述第二输出电压电平正被输出并且所述电阻器被电耦接在所述第二电端子和所述外罩之间时，利用所述电压表测量在所述第二电端子和所述外罩之间的第八电压电平；

基于所述第五电压电平、所述第六电压电平、所述第七电压电平和所述预定电阻水平，利用微处理器确定在所述第二时间与所述电池组相关联的第三隔离电阻值；

基于所述第五电压电平、所述第七电压电平、所述第八电压电平和所述预定电阻水平，利用所述微处理器确定在所述第二时间与所述电池组相关联的第四隔离电阻值；并且

利用所述微处理器确定所述第三隔离电阻值和所述第四隔离电阻值中的哪一个相对于彼此具有最小值，并且在所述存储装置中存储所述第三隔离电阻值和第四隔离电阻值的最小值。