CN106707180B - 一种并联电池组故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联电池组故障检测方法，通过测量电池组的发热量和电能，求取各个电池组的SOE平均值，比较各个电池组与SOE平均值之间的差值，基于该差值判断电池组的故障状况。本发明通过计算电池组的SOE值，基于与整体的平局SOE值之间的比较，发现在若干电池组中，能量释放异常的电池组，实现对异常电池组的故障检测，有利于及时处理故障电池组，延迟电池组群的寿命，保证能量的持续输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联电池组故障检测方法，属于电池模组领域。
背景技术
现有的电动车电池管理系统(BMS)通过实时采集电池组充放电电流、各电池单体电压、温度等状态量，能够对电池组的工作状态进行监控，通过对电池组剩余电量(SOC)和最大输出功率(SOP)进行在线估算，确保动力电池组处于最佳工作状态从而最大限度发挥动力电池性能及延长其使用寿命。然而由于单体电芯电压和容量都无法满足电动车功率输出要求，通常需要通过串联和并联方式形成电池模组来提供动力，对于串联电池组来说，BMS能够同时检测所有电池单体的端电压从而对其工作状态进行实时监控；而对于并联电池组来说，BMS只能采集到所有并联单体的共同电压和流经电池组的总电流，因此当并联电池组中某一单体衰老或出现故障时BMS无法及时察觉，大大缩减其余并联电池的寿命。
现有的针对并联电池组故障的检测方法，主要有分为两种，一种是离线逐一测量所有单体的端电压来判断是否处于正常工作状态，该方法检测结果直观准确，但是费时费力，实用性较差；另一种是通过检测整个电池组的直流内阻并与初始值对比来判断电池衰老程度和是否出现故障，该方法优点是较为简便快捷，但是当并联电池组规模较大时误差较大，难以做出准确判断，误判带来的不利影响严重。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过提供一种并联电池组故障检测方法。
本发明采用的技术方案一方面为一种并联电池组故障检测方法，包括以下步骤：获取一个电池组平均温度T；根据下列公式计算该电池组释放的电能Ew和电池的产热率Eq；
式中I(t)和U(t)分别为t时，电池组的电流和总电压的值，I，Eoc和U分别为电池组的电流，开路电压和端电压,
为熵变温度系数；计算电池组释放的电能Ew与电池的产热率Eq的和值e(t)，标记e(t)为电池实时能量值，累计e(t)得到电池已释放能量值Ee；计算Ee与电池组的总能量值的比值，标记该比值为SOE；计算待检测的所有电池组的SOE的平均值，设置该平均值为判断阈值，基于判断阈值判断电池组的状态。
优选地，根据下列数学模型计算开路电压Eoc；
Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3,式中E、K0、K1、K2和K3为预设的常数。
优选地，基于安时积分法获取SOC。
优选地，所述数学模型由若干经验模型组成，包括：
Eoc＝E-K/SOC；Eoc＝E-K*SOC；Eoc＝E+K*ln(SOC)+K`*ln(1-SOC)；其中E、K、K`为不确定的模型参数；
结合该三个模型并求平均值，输出Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3，所述E、K0、K1、K2和K3为基于开路电压测试的结果以最小二乘法拟合得到的常数。
优选地，基于判断阈值判断电池组的状态的步骤包括：计算单个电池组的SOE与判断阈值的差值，计算该差值与判断阈值的比值，基于该比值的大小输出对应的处理信号。
本发明的有益效果为通过计算电池组的SOE值，基于与整体的平局SOE值之间的比较，发现在若干电池组中，能量释放异常的电池组，实现对异常电池组的故障检测，有利于及时处理故障电池组，延迟电池组群的寿命，保证能量的持续输出。
附图说明
图1所示为基于本发明实施例的一种并联电池组故障检测方法1的示意图；
图2所示为基于本发明实施例的一种并联电池组故障检测方法2的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行说明。
基于发明的实施例，如图1所示一种并联电池组故障检测方法1，包括以下步骤：获取一个电池组平均温度T；根据下列公式计算该电池组释放的电能Ew和电池的产热率Eq；
(1)Ew＝∫I(t)*U(t)dt,(2)
式中I(t)和U(t)分别为t时，表示为电池组的电流和总电压的值，I，Eoc和U分别为电池组的电流，开路电压和端电压,
为熵变温度系数；计算电池组释放的电能Ew与电池的产热率Eq的和值e(t)，标记e(t)为电池实时能量值，累计e(t)得到电池已释放能量值Ee；计算Ee与电池组的总能量值的比值，标记该比值为SOE；计算待检测的所有电池组的SOE的平均值，设置该平均值为判断阈值，基于判断阈值判断电池组的状态。
一个电池组包括若干单体电池，通过温度传感器等可以检测所有的单体电池的温度，求他们作为一个电池组的平均温度T，通过电表测量电池组的电流和电压，根据预先测试的开路电压和熵变温度系数，根据公式(1)(2)求出电池组的电能和热能，累计一段时间内电池组释放的能量，例如累计从零到t1的能量，此时能够简单得到已释放的能量和总能量之间的比值，同时，考虑到不一定每次电池释放能量都是线性的，有可能是从某一个能量段到另一个能量段之间的反复，仍可以计算时间t2～t3之间的能量值变化，同时记录其他的电池组在同一条件下的变化，当电池组存在故障是，其能量值会与其他的电池组的平均能量变化值不同，据此可以判断是否属于异常电池组，熵变温度系数为通过实验得到的一个温度与能量之间的系数。
根据下列数学模型计算开路电压Eoc；
(3)Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3,式中E、K0、K1、K2和K3为预设的常数。
基于安时积分法获取SOC。
所述数学模型由若干经验模型组成，包括：
Eoc＝E-K/SOC；Eoc＝E-K*SOC；Eoc＝E+K*ln(SOC)+K`*ln(1-SOC)；其中E、K、K`为不确定的模型参数；
结合该三个模型并求平均值，输出Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3，所述E、K0、K1、K2和K3为基于开路电压测试的结果以最小二乘法拟合得到的常数。
Shepherd模型：Eoc＝E-K/SOC；Unnewehr universal模型：Eoc＝E-K*SOC；Nernst模型：Eoc＝E+K*ln(SOC)+K`*ln(1-SOC)；为经验实践模型，即通过实践获取模型中的不确定的系数的值，本方案中，将三个模型合并，然后求均值，得到公式(3)，然后通过在开路电压测试的过程中，获取其中的E、K0、K1、K2和K3的值。
基于判断阈值判断电池组的状态的步骤包括：计算单个电池组的SOE与判断阈值的差值，计算该差值与判断阈值的比值，基于该比值的大小输出对应的处理信号。
基于本发明的实施例，如图2所示一种并联电池组故障检测方法2，存在17组电池组的供电系统，第一次使用前用电池充放电测试设备对上述17个电池组(编号为1-17)按照国标要求在常温下分别进行一次满充满放，利用BMS测量和记录放电过程中各电池组单体电压、电流及温度数据，并通过所测得的第i组电池组工作状态数据分别计算其所释放出的电能Ew,i和热能Eq,i，得到其所能够输出的总能量Etot,i。其中，第i组电池组释放的电能Ew,i可以通过式(1)对电池组输出功率进行积分获得，通过公式(2)得到电池组的热能，其中熵变温度系数取值为0.3mV/K，而SOC可以通过离线测量的方式获取对应型号电池单体在不同温度下开路电压与SOC的关系，从而得到电池在不同温度下开路电压与SOC的数学模型(3)，其中的参数为基于开路测试实验结果通过最小二乘法拟合得到。
通过对全新的一组电池进行能量完全充能完毕之后的放能验证(电能和热能的累加)获得电池组总能量，然后将全部电池组放电至保护状态，定义此时所有电池组SOEi均为0；完成SOE初始值校准后，在电池充放电过程中，通过实时采集的电池电压电流和温度数据，基于公式(1)计算电能消耗，充电时为正，放电时为负；同时根据公式(2)计算电池发热量，无论充放电均为负，但是同样电流下放电比充电时值更大；将两部分能量消耗相加，分别计算与电池组总能量Etot，i的比值，对SOEi进行累加，即可实现电池组能量状态在线估算。实时对比电动车动力系统中各个电池组的能量状态，计算整个电池Pack中各电池组SOE的平均值，当出现某某一组电池SOEi低于平均值超过5％时，判定该电池组中存在老化程度较高的单体，BMS向整车控制器(VCU)发出二级故障告警信号，并显示老化电池所在的电池组编号i；当出现某一组电池SOEi低于平均值超过15％时，可判定该并联电池组中存在出现故障的单体，BMS向VCU发出一级故障告警信号，并显示故障电池所在的电池组编号i，提示用户对电池组进行维护。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (1)
1.一种并联电池组故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取一个电池组平均温度T；
根据下列公式计算该电池组释放的电能Ew和电池的产热率Eq；
Ew＝∫I(t)*U(t)dt，
式中I(t)和U(t)分别为t时，电池组的电流和总电压的值，I，Eoc和U分别为电池组的电流，开路电压和端电压，
为熵变温度系数；
计算电池组释放的电能Ew与电池的产热率Eq的和值e(t)，标记e(t)为电池实时能量值，累计e(t)得到电池已释放能量值Ee；
计算Ee与电池组的总能量值的比值，标记该比值为SOE；
计算待检测的所有电池组的SOE的平均值，设置该平均值为判断阈值，基于判断阈值判断电池组的状态；
其中，根据下列数学模型计算开路电压Eoc；
Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3，
式中K0、K1、K2和K3为预设的常数；
基于安时积分法获取SOC，所述SOC为电池组剩余电量；
所述数学模型由若干经验模型组成，包括：
Eoc＝E-K/SOC；Eoc＝E-K*SOC；Eoc＝E+K*ln(SOC)+K*ln(1-SOC)；
其中E、K、K`为不确定的模型参数；
结合该三个所述经验模型并求平均值，输出Eoc＝[3E-K0/SOC-K1*SOC+K2*ln(SOC)+K3*ln(1-SOC)]/3，所述E、K0、K1、K2和K3为基于开路电压测试的结果以最小二乘法拟合得到的常数；
基于判断阈值判断电池组的状态的步骤包括：
计算单个电池组的SOE与判断阈值的差值，计算该差值与判断阈值的比值，基于该比值的大小输出对应的处理信号。
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