CN107031408A - 电动汽车电池测试 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动汽车的多串电池的自适应并且可调节隔离故障测试。能够符合系统要求、技术规范和管理制度的情况下，以具有专用时间窗口的可调节或者预定循环对相应电池串执行隔离故障测试。

Description

电动汽车电池测试

技术领域

所描述的技术一般地涉及汽车，更具体地说，涉及电池。

背景技术

因为使适当功率电平、效率和可靠性平衡是困难的，所以管理诸如电动汽车的汽车中的功率源是挑战。对电动汽车提供功率的电池组例如可能发生内部或者外部故障，这可能导致不能支持临界负载或者不能根据车辆系统的要求提供足够大的电流。

发明内容

所描述的技术的方法和设备分别具有几个方案，没有一个单独方案仅具有其理想属性。

在一个实施中，一种电动汽车包括：电动机，该电动机耦合到电动汽车的一个或者多个车轮；逆变器，该逆变器耦合到电动机；以及至少一个第一电力母线，该至少一个第一电力母线耦合到逆变器。第一电池串具有通过第一开关耦合到第一电力母线的输出。与第一电池串不同的第二电池串具有通过与第一开关不同的第二开关耦合到第一电力母线的输出。电池管理电路至少耦合到第一开关和第二开关。配置电池管理电路，以选择性地并且独立地控制第一开关和第二开关的断开或者闭合状态。还配置电池管理系统，以在不同时间窗口对第一电池串和第二电池串执行隔离故障测试。

在另一个实施中，一种对电动汽车中的多个电池串进行隔离故障测试的方法包括：使第一电池串与电动汽车的电力母线断开；对第一电池串执行隔离故障测试；以及再将第一电池串连接到电力母线。在第一电池串保持连接到电力母线时，使第二电池串与电动汽车的电力母线断开；以及对第二电池串执行隔离故障测试。

附图说明

为了说明本发明的特定实施例在此提供这些附图和关联描述，而不旨在限制。

图1是根据一个实施例的示例性电动汽车驱动系统的方框图。

图2是根据一个实施例的示例性电压源和电池管理系统的方框图。

图3是根据一个实施例的示例性电压源和电池管理系统的另一个方框图。

图4是根据一个实施例的示例性电池测试处理的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面描述新颖系统、装置和方法的各种方案。然而，本公开的方案可以以许多不同形式实现，并且不应当认为其局限于本公开中完全陈述的任何特定结构或者功能。相反，提供这些方案，本公开彻底并且完整，并且将本公开的范围完全传达给本技术领域内的技术人员。基于在此的教导，本技术领域内的技术人员应该明白，本公开的范围旨在涵盖在此公开的新颖系统、装置和方法的任何方案，而无论其是独立实施的回事与任何其他方案组合实施的。例如，利用在此陈述的任何数量的方案，可以实施装置，也可以实现方法。此外，该范围旨在包括利用其他结构、功能或者在此阐述的各种方案之外的或者非在此阐述的各种方案的结构和功能实现的装置或者方法。应当明白，在此公开的任何方案可以由权利要求的一个或者多个要素实现。

尽管在此描述了特定方案，但是这些方案的许多变型或者替换落入本公开的范围内。尽管陈述了优选方案的一些好处和优点，但是本公开的范围不旨在局限于特定好处、用途或者目的。相反，本公开的方案旨在广泛应用于汽车系统和/或者不同的有线技术和无线技术、系统配置、网络、包含光网络、硬盘、和传输协议，在附图中和在下面对优选方案的描述中作为例子示出其中的一些。详细描述和图仅是对本公开的说明而非限制，本公开的范围由所附权利要求及其等同限定。

公开了电动汽车的多串电池的自适应和可调隔离故障测试。对于符合系统要求、技术规范和监管制度的相应电池串，能够在具有专用时间窗口的可调或者预定回路中执行隔离故障测试。

图1示出如在此所述包含电池管理系统160的示例性电动汽车驱动系统100的方框图。电动汽车驱动系统100包含：电池或者电压源110、耦合到电池110的逆变器120、电流控制器130、电动机140和负载150以及电池管理系统160。电池110能够是单相直流(DC)电源。在一些实施例中，电池130能够是用于对包含驱动系统100的电动汽车的动力供电的可再充电电动汽车电池或者动力电池。尽管电池110在图1中示为单个元件，但是图1所示的电池110仅是说明性的，并且下面将结合图2讨论电池110的进一步详情。

逆变器120包含功率输入，该功率输入连接到电池110的导体，以接收例如直流电、单相电流、或者多相电流。此外，逆变器120包含耦合到电流控制器130的输出的输入，下面将做进一步描述。逆变器120还包含代表三相的3个输出，其电流能够相距120度，每相设置于与电动机140耦合的导体上。应当注意，在其他实施例中，逆变器120可以产生多于三相或者少于三相。

电动机140由电流控制器130控制的电压源逆变器120馈电。电动机140的输入耦合到围绕定子分布的相应绕组。电动机140能够耦合到机械输出，例如，耦合于电动机140与机械负载150之间的机构。机械负责150可以是电动汽车的一个或者多个车轮。

能够利用控制器130产生逆变器120的栅极信号。因此，通过调节电压或者从逆变器120流过电动机140的定子的电流，执行对车速的控制。能够用于电动汽车驱动系统100中的控制方案有许多，包含电流控制、电压控制和直接转矩控制。选择逆变器120的特性和选择控制器130的控制技术能够确定驱动系统100的效率。

电池管理系统160那个从电池110接收数据并且产生控制信号以管理电池110，包含如在此公开的，执行隔离测试。此外，下面将结合图2－4讨论电池管理系统160的详情。

尽管未示出，但是电动汽车驱动系统100能够包含一个或者多个位置传感器，用于确定电动机140的转子的位置，并且将该信息送到控制器130。例如，电动机140能够包含能够发送电动机140的转子总成相对于电动机140的定子总成的位置的信号输出。位置传感器能够是例如霍尔效应传感器、电位计、线性可变差动变压器、光学编码器或者位置解算器。在其他实施例中，电动机140展现的显著性还能够允许无传感器控制应用。尽管未示出，但是电动汽车驱动系统100能够包含一个或者多个传感器，用于确定定子绕组的相电流并且将该信息送到控制器130。电流传感器能够是例如霍尔效应电流传感器、连接到放大器的检测电阻器或者电流钳。

应当明白，尽管电动机140被示为能够接收电功率以产生机械动力的电动机器，但是还能够使用其，使得其接收机械动力，并且此后将机械动力转换为电力。在这种配置中，能够采用逆变器120，以利用适当控制激励绕组并且此后在电动机140接收机械动力时，从电动机140提取电力。

图2是示例性电压源和电池管理系统的方框图。如图2所示，电池管理系统160能够在电压源110中的各节点接收单个电压测量值，并且产生单个控制信号，以使电压源110中的开关打开或者闭合。电压源110能够包含：多个电池串106a、206b、……、206n……，在此分别称为或者总称为(各)电池串206；以及多个电流传感器208a、208b、……、208n、……，在此分别称为或者总称为(各)电流传感器208。通过分别称为或者总称为开关210和212的多个开关210a、210b、……、210n、……和212a、212b、……、212n、……，电池串206能够分别连接到或者与正的或者高的电力母线202和负的或者低的电力母线204断开。利用来自电池管理系统160的控制信号，能够控制开关210和212。

电池管理系统160尤其还能接收电池串206的各种节点与诸如机壳地的隔离(或者认定隔离的)地之间的电压。在此分别称为或者总称为(各)正串节点216的正串节点216a、216b、……、216n、……能够是电池串206的相应正端。在此分别称为或者总称为(各)负串节点218的负串节点218a、218b、……、218n、……能够是电池串206的相应负端。至少部分地基于正串节点216与机壳地之间的电压或者负串节点218与机壳地之间的电压，电池管理系统160能够确定并且定位电池串206的或者连接到电池串206的电路的内部故障或者外部故障。为了如在此所述执行隔离测试，电池管理系统160能够产生一个或者多个在此分别称为或者总称为(各)连接控制信号214的连接控制信号214a、214b、……、214n、……，用于控制相应开关210和212。电池管理系统160还能够产生多个隔离测试控制信号316、320。下面将结合图3详细讨论电池管理系统160和隔离测试控制信号316、320。

电池串206能够包含多个模块，每个模块又能够包含多个电池元。例如，在一个实施例中，一个模块中能够有约100个电池元，并且在一个电池串中能够有约13个模块。在每个电池串206中，构成模块和电池元能够如图2中象征性地示出的串联连接。在一些实施例中，电压源110能够包含6个能够连接到或者与电力母线202、204断开的电池串206。电池串206能够由各种不同类型的、由诸如铅酸、镍铬、锂离子或者其他适当测量的各种测量制成的可再充电电池元实现。在一些实施例中，如果充电约80％或者更多，则每个电池串能够输出约375V－400V。

电流传感器208能够与高电力母线和低电力母线202、204之间的相应电池串206串联连接。如图2所示，电流传感器208能够连接到相应电池串206的正端，以测量从电池串206流出的电流。在其他实施例中，电流传感器208能够连接到电池串206，另外测量因为电池串206放电产生的电流。

开关210和212能够是接触器，配置该接触器，以响应相应连接控制信号214，使电池串206连接到电力母线202、204或者使电池串206与电力母线202、204断开。开关210能够由任何适当接触器实现，该适当接触器能够根据需要结合例如电动汽车驱动系统100(图1)中的电池串206、电力母线202、204和负载150(图1)处理电流电平和电压电平。尽管在图2所示的示例中，开关210(例如，210n)和开关212(例如，212n)由相同的相应控制信号214(例如，214n)控制，但是在其他实施例中，开关210(例如，210n)能够由相应正母线连接控制信号控制，而开关212(例如，212n)能够由相应负母线连接控制信号控制。

图3是根据一个实施例的示例性电压源和电池管理系统的另一个方框图。在图3中，示出了图2所示的多个电池串206的一个示例性电池串206n，并且因此，示出了相应电流传感器208n、开关210n、212n、连接控制信号214n、正串节点216n和负串节点218n。如图3所示，正串节点216n能够耦合到测试负载310n，而测试负载开关314n耦合到机壳地，并且类似地，负串节点218n能够耦合到另一个测试负载312n，并且另一个测试负载开关318n能够耦合到机壳地。尽管未具体示出，但是请注意，图2所示的电池串206a、206b、……、206n、……能够带有其相应测试负载310a、310b、……310n、……、测试负载开关314a、314b、……、314n、……、测试负载312a、312b、……、312n、……以及位于相应位置的测试负载开关318a、318b、……318n、……和负串节点216和218。测试负载310和312能够由带公知阻抗的公知负载实现，并且正串节点216的测试负载310和负串节点218的测试负载312能够根据特定电压源110和整个驱动系统100基本上相同或者不同。在一些实施例中，负载310和312能够是例如其总电阻能够是约几兆欧姆的一系列电阻器。测试负载开关314和318能够由电池管理系统160输出的隔离测试控制信号316(例如，316n)和320(例如，320n)控制。在一些实施例中，开关314、318能够由继电器实现。尽管在图3中负载开关314和318被示为单个开关，但是能够注意到，负载开关314和318能够由各种功能上类似的一个或者多个电路元件实现。

电池管理系统160能够包含模数转换器(ADC)302和处理器304。在一些实施例中，ADC 302能够位于处理器304内，并且在其他实施例中，ADC 302能够与处理器304分立。电池管理系统160还能够包含单个无源和/或者有源电路元件、放大器、缓冲器、驱动器、调节器或者其他适当部件。电池管理系统160还能够具有不同地电位，用于不同操作。例如，电池管理系统160可以对特定滤波器、模拟电路部件、数字电路部件和/或者隔离测试具有不同地。在一些实施例中，在此公开的隔离测试能够利用机壳地执行，以确定电池串206或者连接到电池串206的电流是否具有内部故障或者外部故障。在一些实施例中，电池管理系统160还能够包含一个或者多个部件，用于与电动汽车中的其他电路系统通信并且发送和接收数据。例如，系统100中包含电池管理系统160中的部件的各种部件和电路能够利用协议或者诸如CAN总线的接口互相通信。此外，在一些实施例中，对输入数据的处理至少部分地能够由不在电动汽车中的电池管理系统160中的其他部件执行，因为电池管理系统160与其他部件通信。

电池管理系统160能够控制连接控制信号214和测试控制信号316、320，并且能够位于正串节点216和负串节点218的电压，以确定内部电池故障或者外部电路故障。如下结合图4所做进一步讨论，处理器304能够控制各电池串206的开关210、212、314和318的打开和闭合的时间和间隔。

图4是根据实施例的示例性电池测试处理的流程图。所示的处理400至少部分地能够由并且/或者结合例如电池管理系统160(图2－3)、处理器304(图3)、ADC 302(图3)、电流传感器208(图2－3)、处理器304(图3)、ADC 302(图3)、电流传感器208(图2－3)、电压传感器和其他类似传感器执行。请注意，步骤402、404、406、408、410、412、414、……中的全部或者部分可以同时、连续、周期性地、间歇地、重复地或者迭代地执行，并且图4中所示的处理仅是在此根据一个实施例公开的一个示例。

在步骤402，能够在第一电池串上执行隔离测试。在一些实施例中，能够执行第一电池串的隔离测试，以确定故障的类型(在内部还是在外部)和故障的地点。例如，对于每个电池串的外部隔离故障测试，在电池串206连接到和与电力母线202、204断开的情况下，利用公知的测试负载310能够测试正串节点216。类似地，在电池串206连接到和与电力母线202、204断开的情况下，利用公知的测试负载312能够测试负串节点218。电池管理系统160或者处理器304能够包含一个或者多个存储单元(未示出)，以存储在各种连接条件下位于正串节点216和负串节点218的电压测量值，并且能够将存储的电压测量值互相比较或者与一个或者多个预期电压读数比较，以确定是否存在内部或者外部隔离故障和如果存在故障，故障发生在何处。

例如，处理器304能够发送隔离测试控制信号316(图3)，以闭合开关314(图3)，从而将测试负载310的正串节点216连接到机壳地。电池管理系统160能够接收正串节点216与机壳地之间的电压测量值。通过一个或者多个电路和ADC 302，能够处理正串节点216处的电压，并且处理器304能够基于测试负载310确定收到的电压是否接近预期电压。处理器304还能够控制连接控制信号214，以当例如在正串节点216检测到电位故障时，使电池串206与电力母线202、204断开。在测试负串节点218时，处理器204能够发出类似的开关信号214和320。请注意，如上所述，如果存在，则步骤402可以在进行各种连接、执行相应测量和处理以及存储测量值从而确定并且对隔离故障分类的步骤中包含子例程。

在步骤404，确定在第一电池串的隔离测试中是否检测到故障。如上在步骤402中所述，通过将电池管理系统160收到的测量值(例如，闭合的或者断开的开关210、212)互相进行比较并且/或者与基于变量的预期测量值(例如，测试负载310、312)进行比较，能够确定内部故障或者外部故障。此外，在一些实施例中，基于故障电压的电压电平，能够定位故障。如果检测到故障，则处理400进入步骤406。如果未检测到故障，则处理进入步骤408。

在步骤406，指出存在与第一电池串关联的故障的错误。如果检测到故障，则处理器304可以加存在与第一电池串关联的故障的标志。如果确定，则处理器304还能够指出故障的类型(例如，内部或者外部)和/或者故障的地点。在一些实施例中，处理器304可以采集、存储并且/或者传递与故障确定相关的数据，用于之后进一步处理或者由电池管理系统160内的或者外的其他处理单元处理。此外，在一些实施例中，处理器304能够将其他电路系统或者子系统的故障状况传送到驱动系统100或者电动汽车，使得能够响应检测到一个或者多个故障，执行附加补救动作。

如在此所述，请注意，能够对电压源110的每个电池串206执行与上面描述的步骤402、404、和406类似的步骤。在一些实施例中，以轮转循环方式对每个电池串的测试定时。例如，能够对每个电池串指定预定专用时间窗口，用于测试和故障确定，并且在测试时间窗口之间，能够存在有意延迟窗口，以在串测试周期之后，调整系统，这可以包括使电池串206和负载310、312连接和断开。有利的是，在电动汽车中可以对电池串206的隔离测试执行定时管理，因为利用采用例如处理器304的数字控制方案能够实施定时管理，这样可以响应改变车辆操作条件并且符合各种管理制度或者行业标准调节窗口长度、电池串206的隔离测试的顺序、以及系统要求或者技术规范需要的其他相关时间参数或者顺序参数。此外，如在此公开的管理电池串隔离测试的时间能够立即识别与故障关联的电池串，因为能够配置处理器304，利用每个串的指定窗口或者专用窗口管理隔离测试时间。类似地，利用在系统中建立的其他先验知识并且管理环境因素能够用于进一步周期性地、动态地、重复地或者随时地改进、调节隔离测试的时间和顺序。例如，如果在特定电池串上检测到电位故障，则在此公开的对隔离测试的时间和顺序的动态调节能够调节电池串的测试时间和顺序，使得能够对被识别为电位故障的特定电池串执行(连续地或者间断地)进一步测试。

在步骤408，能够对第二电池串执行隔离测试。第二电池串的隔离测试能够基本上与上面结合步骤402讨论的对第一电池串执行的隔离测试相同。

在步骤410，对第二电池串执行故障检测。对第二电池串的故障检测基本上与上面结合步骤404讨论的对第一电池串执行的故障检测相同。

在步骤412，对第二电池执行错误指出。对第二电池串的错误指出基本上与上面结合步骤406讨论的对第一电池串的错误指出相同。

在步骤414，能够对第三电池串执行隔离测试。如上结合步骤402和408所讨论的，对第三电池串的隔离测试能够基本上与对第一和第二电池串执行的隔离测试相同。对所有电池串206重复了类似测试、故障检测和错误指出步骤后，处理400可以环回步骤402，以测试第一电池串。

能够符合政府安全标准或者法规，诸如，联邦机动车辆安全标准(FMVSS)305或者行业标准，诸如汽车工程师学会(SAE)设定的汽车标准，实施在此公开的特征。

上面的描述和权利要求可以指“连接”或者“耦合”在一起的元件或者特征。如在此使用的，除非另外明确地指出，“连接”指一个元件/特征直接地或者间接地连接到另一个元件/特征，并且不一定是机械地连接。同样，除非另外明确地指出，“耦合”指一个元件/特征直接地或者间接地耦合到另一个元件/特征，并且不一定是机械地耦合。因此，尽管附图所示的各种原理图示出元件和部件的示例性排列，但是在实际实施例中可以出现附加中间元件、设备、特征或者部件(假定不负面影响所示电路的功能)。

如在此使用的术语“确定”包括大量动作。例如，“确定”可以包含运算、计算、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或者另一个数据结构中查找)、查明等等。此外，“确定”可以包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，在存储器中存取数据)等等。此外，“确定”可以包含解算、选择、筛选、建立等等。此外，如在此使用的“通道宽度”在特定方案中可以包括或者还可以指带宽。

利用能够执行操作的任何适当手段，诸如各种硬件和/或者软件部件、电路和/或者(各)模块，可以执行上面描述的方法的各种操作。通常，利用能够执行操作的相应功能手段，可以执行图中所示的任何操作。

利用用于执行在此描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件(PLD)、离散门或者晶体管逻辑、离散硬件部件或者上述的任何组合，可以实施或者执行结合本公开描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是在替换中，处理器可以是任意商用处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和一个微处理器、多个微处理器、与DSP核结合的一个或者多个微处理器的组合，或者任何其他这种配置。

在此公开的方法包括用于实现所述方法的一个或者多个步骤或者动作。方法步骤和/或者动作能够互相更换，而不脱离权利要求的范围。换句话说，除非指出了步骤或者动作的特定顺序，否则可以修改特定步骤和/或者动作的顺序和/或者用途，而不脱离权利要求的范围。

应用

应当明白，实施并不局限于上面说明的确切配置和部件。可以对上面描述的方法和装置的排列、操作和细节进行各种修改、变更和变型，而不脱离实施的范围。

尽管根据特定实施例描述了本发明，但是对于本技术领域内的技术人员显而易见的其他实施例，包含未提供在此阐述的所有特征和优点的实施例也在本发明的范围内。此外，能够组合上面描述的各种实施例，以提供其他实施例。此外，一个实施例的上下文中描述的特定特征也能够并入其他实施例中。

Claims (12)

1.一种电动汽车，包括：

电动机，所述电动机耦合到所述电动汽车的一个或者多个车轮；

逆变器，所述逆变器耦合到所述电动机；

至少第一电力母线，所述至少第一电力母线耦合到所述逆变器；以及

第一电池串，所述第一电池串具有通过第一开关耦合到第一电力母线的输出，

至少第二电池串，所述至少第二电池串与所述第一电池串不同，所述至少第二电池串具有通过与所述第一开关不同的第二开关耦合到所述第一电力母线的输出；

电池管理电路，所述电池管理电路至少耦合到所述第一开关和所述第二开关，所述电池管理电路被配置用于选择性地并且独立地控制所述第一开关和所述第二开关的所述断开或者闭合状态，所述电池管理系统还被配置用于在不同时间窗口对所述第一电池串和所述第二电池串执行隔离故障测试。

2.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述电池管理电路被配置用于在所述逆变器从所述第一电力母线吸收电流时执行隔离故障测试。

3.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述电池管理电路还被配置用于确定所述第一电池串的隔离状况和所述第二电池串的隔离状况。

4.根据权利要求2所述的电动汽车，其中所述电池管理电路还被配置用于确定包括所述第一电池串和所述第二电池串的电池组的隔离状况，所述电池组的所述隔离状况是至少部分地基于所述第一电池串的所述隔离状况和所述第二电池串的所述隔离状况确定的。

5.根据权利要求1所述的电动汽车，还包括至少一个测试电流通路，所述至少一个测试电流通路耦合到每个电池串并且可开关地连接到所述电动汽车的机壳，每个测试电流通路包括测试负载。

6.根据权利要求5所述的电动汽车，还包括电流检测电路系统，所述电流检测电路系统耦合到所述电池管理电路，并且所述电流检测电路系统被配置用于测量流过测试电流通路的电流，其中所述电流检测电路系统被配置用于将测量到的电流信息送到所述电池管理电路。

7.根据权利要求6所述的电动汽车，其中所述隔离故障测试包括将所述测量到的电流信息与和正常情况关联的预定信息和与故障情况关联的预定信息中的至少一个进行比较。

8.一种测试电动汽车中的多个电池串的方法，包括：

使第一电池串与所述电动汽车的电力母线断开；

对所述第一电池串执行隔离故障测试；

将所述第一电池串再连接到所述电力母线；

在所述第一电池串保持连接到所述电力母线时，使第二电池串与所述电动汽车的所述电力母线断开；

对第二电池串执行隔离故障测试。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述电动汽车运行时，执行所述隔离故障测试。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括确定所述第一电池串的隔离状况和所述第二电池串的隔离状况。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括确定包括所述第一电池串和所述第二电池串的电池组的隔离状况，所述电池组的所述隔离状况是至少部分地基于所述第一电池串的所述隔离状况和所述第二电池串的所述隔离状况确定的。

12.根据权利要求8所述的方法，其中在断开所述第一电池串时，至少一个附加电池串连接到所述电力母线。