CN107037372A - 针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置及诊断方法，该故障诊断装置包括上位机、模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、温度信号转接单元、电压信号转接单元、电流信号转接单元、电流传感器和充放电回路；CAN通讯模块与上位机连接，充放电回路分别与上位机、电池组、充电回路控制模块和放电回路控制模块连接，模拟信号输入板卡的输出端连接上位机的第一输入端，上位机的第一输出端与模拟信号输出板卡的输入端连接。本发明可以实现对电池组及电池管理系统的全面、实时的诊断，可以实时体现电池组和电池管理系统的运行状况，检测出其故障状态，及时且高效，可广泛应用于电动汽车的检测领域中。

Description

针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置及诊断方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的电池管理领域，特别是涉及针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置及诊断方法。

背景技术

目前，新能源汽车被列为国家重点项目，其中主要涉及电动汽车行业，而目前电动汽车关键技术的发展包括整车控制技术、动力电池技术、电池管理系统技术等。其中，电池管理系统是动力电池与用户之间的纽带。近几年来，随着电动汽车技术的发展，电池组和电池管理系统的优劣将直接影响到电动汽车的安全及可靠性，因此对电池组和电池管理系统的性能要求越来越高。而电池组和电池管理系统的检测与监控是保障及改善电池管理系统性能的重要途径之一。

现有的电池组和电池管理系统的检测及监控的方法主要有以三种：1、电池管理系统运行时自动存储参数到SD 卡，通过系统控制参数存储，并通过取出SD卡查看期间数据来分析电池管理系统的运行状况；2、电池管理系统故障时，通过电池管理系统发出的通讯报文，根据通讯协议解读通讯码，判断系统故障状态。这两种方式，存在不能实时体现电池组和电池管理系统的运行状况、检测出其故障状态，或者存在操作繁琐的缺点，难以及时、高效地对电动汽车的电池组和电池管理系统进行故障检测。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，本发明的另一目的是提供针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，所述电池组为电动汽车动力电池组，所述电池管理系统为与所述电池组配套的电池管理系统，所述电池组内置有温度传感器，所述电池管理系统包括温度采集模块、电压采集模块、充电回路控制模块、电流检测模块、放电回路控制模块和CAN通讯模块，所述故障诊断装置包括上位机、模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、温度信号转接单元、电压信号转接单元、电流信号转接单元、电流传感器和充放电回路；

所述CAN通讯模块与上位机连接，所述充放电回路分别与上位机、电池组、充电回路控制模块和放电回路控制模块连接，所述模拟信号输入板卡的输出端连接上位机的第一输入端，所述上位机的第一输出端与模拟信号输出板卡的输入端连接；

所述温度信号转接单元的第一输入端连接温度传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第一输出端，第一输出端与温度采集模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第一输入端连接；

所述电池组通过电压信号转接单元与电压采集模块连接，所述电压信号转接单元的输入端连接模拟信号输出板卡的第二输出端，输出端与模拟信号输入板卡的第二输入端连接；

所述电流信号转接单元的第一输入端连接电流传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第三输出端，第一输出端与电流检测模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第三输入端连接。

进一步，所述充放电回路包括数控可编程直流电源、数控直流电子负载模块、充电控制直流接触器和放电控制直流接触器，所述充电回路控制模块通过控制充电控制直流接触器的接触状态控制数控可编程直流电源和电池组的充电回路的通断，所述放电回路控制模块通过控制放电控制直流接触器的接触状态控制数控直流电子负载模块和电池组的放电回路的通断，所述上位机分别与数控可编程直流电源和数控直流电子负载模块连接。

进一步，所述故障诊断装置还包括用于采集充电控制直流接触器和放电控制直流接触器的接触状态的数字信号输入板卡，所述数字信号输入板卡的输出端与上位机的第二输入端连接。

进一步，所述故障诊断装置还包括充电测试开关、放电测试开关以及用于控制充电测试开关和放电测试开关的开关状态的数字信号输出板卡，所述数字信号输出板卡的输入端连接上位机的第二输出端，所述充电测试开关串联在数控可编程直流电源和电池组的充电回路上，所述放电测试开关串联在数控直流电子负载模块和电池组的放电回路上。

进一步，所述温度信号转接单元、电压信号转接单元和电流信号转接单元采用相同的继电器阵列结构，所述继电器阵列结构包括单刀双掷继电器和双刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的静触点和双刀双掷继电器的静触点连接，所述单刀双掷继电器的动触点分别连接电池组与模拟信号输出板卡，所述双刀双掷继电器的动触点分别连接电池管理系统与模拟信号输入板卡，所述继电器阵列结构中的继电器控制端通过数字信号输出板卡连接到上位机。

进一步，所述上位机还连接有人机交互输入模块、人机交互显示模块和/或打印机，所述人机交互输入模块包括键盘、鼠标和/或触控屏。

进一步，所述上位机还连接有无线通信模块。

进一步，所述故障诊断装置还包括用于检测电池组工作电流的电流变送器，所述电流变送器通过模拟信号输入板卡与上位机连接。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法，包括步骤：

实时采集电池组的工作参数，同时，获取电池管理系统采集的电池组的测量数据和操作数据，所述工作参数包括电压信号、电流信号和温度信号；

根据采集的电压信号，对电池组的电池单体的电压进行电压一致性判断，查找获得故障电池单体或性能最差的电池单体；

将获取的电池管理系统采集的电池组的测量数据与电池组的工作参数进行匹配，对电池管理系统的测量精度进行诊断；

响应于查找获得故障电池单体的情况，分析电池管理系统的操作数据并判断电池管理系统是否进行告警，验证电池管理系统的告警功能。

进一步，还包括步骤：

对电池组进行充放电测试，进而结合实时采集的电池组的工作参数，诊断电池组的健康状态，并结合对应的电池管理系统的操作数据诊断电池管理系统的告警功能和响应情况。

本发明的有益效果是：本发明的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，电池组为电动汽车动力电池组，所述电池管理系统为与所述电池组配套的电池管理系统，电池组内置有温度传感器，电池管理系统包括温度采集模块、电压采集模块、充电回路控制模块、电流检测模块、放电回路控制模块和CAN通讯模块，故障诊断装置包括上位机、模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、温度信号转接单元、电压信号转接单元、电流信号转接单元、电流传感器和充放电回路；CAN通讯模块与上位机连接，充放电回路分别与上位机、电池组、充电回路控制模块和放电回路控制模块连接，模拟信号输入板卡的输出端连接上位机的第一输入端，上位机的第一输出端与模拟信号输出板卡的输入端连接；温度信号转接单元的第一输入端连接温度传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第一输出端，第一输出端与温度采集模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第一输入端连接；电池组通过电压信号转接单元与电压采集模块连接，电压信号转接单元的输入端连接模拟信号输出板卡的第二输出端，输出端与模拟信号输入板卡的第二输入端连接；电流信号转接单元的第一输入端连接电流传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第三输出端，第一输出端与电流检测模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第三输入端连接。本装置可以实现对电池组及电池管理系统的全面、实时的诊断，可以实时体现电池组和电池管理系统的运行状况，检测出其故障状态，及时、高效地对电动汽车的电池组和电池管理系统进行故障检测。

本发明的另一有益效果是：本发明的针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法，包括步骤：实时采集电池组的工作参数，同时，获取电池管理系统采集的电池组的测量数据和操作数据，所述工作参数包括电压信号、电流信号和温度信号；根据采集的电压信号，对电池组的电池单体的电压进行电压一致性判断，查找获得故障电池单体或性能最差的电池单体；将获取的电池管理系统采集的电池组的测量数据与电池组的工作参数进行匹配，对电池管理系统的测量精度进行诊断；响应于查找获得故障电池单体的情况，分析电池管理系统的操作数据并判断电池管理系统是否进行告警，验证电池管理系统的告警功能。本方法可以实现对电池组及电池管理系统的全面、实时的诊断，可以实时体现电池组和电池管理系统的运行状况，检测出其故障状态，及时、高效地对电动汽车的电池组和电池管理系统进行故障检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置的结构框图；

图2是本发明的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置采用的继电器阵列结构的第一结构示意图；

图3是本发明的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置采用的继电器阵列结构的第二结构示意图。

具体实施方式

实施例一

参照图1，本发明提供了一种针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，所述电池组为电动汽车动力电池组，所述电池管理系统为与所述电池组配套的电池管理系统，所述电池组内置有温度传感器，所述电池管理系统包括温度采集模块、电压采集模块、充电回路控制模块、电流检测模块、放电回路控制模块和CAN通讯模块，所述故障诊断装置包括上位机、模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、温度信号转接单元、电压信号转接单元、电流信号转接单元、电流传感器和充放电回路；

所述CAN通讯模块与上位机连接，所述充放电回路分别与上位机、电池组、充电回路控制模块和放电回路控制模块连接，所述模拟信号输入板卡的输出端连接上位机的第一输入端，所述上位机的第一输出端与模拟信号输出板卡的输入端连接；

所述温度信号转接单元的第一输入端连接温度传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第一输出端，第一输出端与温度采集模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第一输入端连接；

所述电池组通过电压信号转接单元与电压采集模块连接，所述电压信号转接单元的输入端连接模拟信号输出板卡的第二输出端，输出端与模拟信号输入板卡的第二输入端连接；

所述电流信号转接单元的第一输入端连接电流传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第三输出端，第一输出端与电流检测模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第三输入端连接。

CAN通讯模块通过CAN通讯卡与上位机连接。

温度信号转接单元用于检测电池组的温度，电压信号转接单元用于检测电池组的电压，电流信号转接单元用于检测电池组的电流，三个转接单元检测的信号均发送到上位机和电池管理系统。

电池组由多个动力电池单体或电池模块通过串联的方式连接在一起，电池组内设置有温度传感器，可检测电池组温度。

进一步作为优选的实施方式，所述充放电回路包括数控可编程直流电源、数控直流电子负载模块、充电控制直流接触器KM1和放电控制直流接触器KM2，所述充电回路控制模块通过控制充电控制直流接触器的接触状态控制数控可编程直流电源和电池组的充电回路的通断，所述放电回路控制模块通过控制放电控制直流接触器的接触状态控制数控直流电子负载模块和电池组的放电回路的通断，所述上位机分别与数控可编程直流电源和数控直流电子负载模块连接。进一步作为优选的实施方式，所述故障诊断装置还包括用于采集充电控制直流接触器和放电控制直流接触器的接触状态的数字信号输入板卡，所述数字信号输入板卡的输出端与上位机的第二输入端连接。数控可编程直流电源、数控直流电子负载模块与上位机的通信可以采用USB、RS232、RS485或GPIB通讯等方式。

进一步作为优选的实施方式，所述故障诊断装置还包括充电测试开关KM3、放电测试开关KM4以及用于控制充电测试开关KM3和放电测试开关KM4的开关状态的数字信号输出板卡，所述数字信号输出板卡的输入端连接上位机的第二输出端，所述充电测试开关串联在数控可编程直流电源和电池组的充电回路上，所述放电测试开关串联在数控直流电子负载模块和电池组的放电回路上。优选的，本实施例中，充电测试开关KM3、放电测试开关KM4均采用继电器开关，控制其开关状态也即控制继电器开关的状态。

进一步作为优选的实施方式，参照图2，所述温度信号转接单元、电压信号转接单元和电流信号转接单元采用相同的继电器阵列结构，所述继电器阵列结构包括单刀双掷继电器和双刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的静触点和双刀双掷继电器的静触点连接，所述单刀双掷继电器的动触点分别连接电池组与模拟信号输出板卡，所述双刀双掷继电器的动触点分别连接电池管理系统与模拟信号输入板卡，所述继电器阵列结构中的继电器控制端通过数字信号输出板卡连接到上位机，即单刀双掷继电器和双刀双掷继电器的控制端均通过数字信号输出板卡连接到上位机，由上位机对其进行控制。优选的，图2和图3中，还包括可调电源模块，单刀双掷继电器的动触点分别连接电池组与可调电源模块，所述可调电源模块连接到模拟信号输出板卡，通过连接可调电源模块后，再将可调电源模块连接到模拟信号输出板卡，可以对电池管理系统进行诊断，更加全面。图3展示了电池组具体由多个单体电池组成时，继电器阵列结构对应具有多个继电器时的结构，其每个继电器的具体连接方式与图2类似。

进一步作为优选的实施方式，所述上位机还连接有人机交互输入模块、人机交互显示模块和/或打印机，人机交互输入模块包括键盘、鼠标和/或触控屏。。本装置通过人机交互输入模块输入操作参数来启动上位机的数据采集、CAN通讯等功能，通过人机交互显示模块显示通过CAN通讯方式获取的电池管理系统发送的电池组的测量数据和通过模拟信号输入板卡实时采集的电池组的工作参数，同时上位机通过程序对两种方式获取的电池组的测量数据与工作参数进行对比，判断电池管理系统采集电压、电流和温度信号的采集精度以及采集功能是否正常。

进一步作为优选的实施方式，所述上位机还连接有无线通信模块，无线通讯模块可以是蓝牙、WIFI等，可以实现手持终端或远程服务器的远程操控和监测。

进一步作为优选的实施方式，所述故障诊断装置还包括用于检测电池组工作电流的电流变送器，所述电流变送器通过模拟信号输入板卡与上位机连接。直接设置电流变送器来检测电池组的工作电流，与电流传感器采集的电流以及电池管理系统所采集的电流进行对比，可验证电流传感器的工作状态，以及电池管理系统的电流采集精度以及采集功能。

本实施例中，上位机借助输入模块和计算机软件控制数控可编程直流电源的启动、关闭、充电参数设置、充电流程设置，通过人机交互显示模块显示当前电池组的充电电流、充电电压、充电功率、充入容量、电池内阻等参数。同样的，上位机借助输入模块和计算机软件控制控制数控直流电子负载模块的启动、关闭、放电参数设置、放电流程设置，通过人机交互显示模块显示当前电池组的放电电流、电池组总工作电压、放电功率、已放电容量、电池内阻等参数。

本实施例还设置有测试回路，包括充电测试开关、放电测试开关以及数字信号输出板卡，可以通过充电测试开关控制充电回路的通断，也可通过上位机软件控制数字信号输出板卡控制充电测试开关的通断，进而控制充电回路的通断。其中上位机可以通过计算机程序事先设定若干需接通断开充电回路的条件，当条件达到即可实施对充电回路的控制，可以实现更及时的控制。而且增加充电测试开关可以提高测试系统可靠性和安全性，在数控可编程直流电源故障或充电回路需紧急停止时及时切断充电回路。同样的，放电测试开关的控制原理与功能均与充电测试开关类似。

本装置通过上位机实时采集电池组的工作参数，以及获取电池管理系统采集的电池组的测量数据和操作数据后，进行比对，可以查找获得故障电池单体或性能最差的电池单体，对电池管理系统的测量精度进行诊断，验证电池管理系统的告警功能，还可以对电池组进行充放电测试，验证电池组的健康状态，可以实现对电池组及电池管理系统的全面诊断，而且诊断过程是实时的，可以实时体现电池组和电池管理系统的运行状况，检测出其故障状态，及时、高效地对电动汽车的电池组和电池管理系统进行故障检测。

实施例二

本实施例是基于实施例一的故障诊断装置的针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法，包括步骤：

实时采集电池组的工作参数，同时，获取电池管理系统采集的电池组的测量数据和操作数据，所述工作参数包括电压信号、电流信号和温度信号；操作数据指电池管理系统执行的保护、告警等各种操作数据；

根据采集的电压信号，对电池组的电池单体的电压进行电压一致性判断，查找获得故障电池单体或性能最差的电池单体；

将获取的电池管理系统采集的电池组的测量数据与电池组的工作参数进行匹配，对电池管理系统的测量精度进行诊断；

响应于查找获得故障电池单体的情况，分析电池管理系统的操作数据并判断电池管理系统是否进行告警，验证电池管理系统的告警功能。

进一步作为优选的实施方式，还包括步骤：

对电池组进行充放电测试，进而结合实时采集的电池组的工作参数，诊断电池组的健康状态，并结合对应的电池管理系统的操作数据诊断电池管理系统的告警功能和响应情况。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，所述电池组为电动汽车动力电池组，所述电池管理系统为与所述电池组配套的电池管理系统，所述电池组内置有温度传感器，所述电池管理系统包括温度采集模块、电压采集模块、充电回路控制模块、电流检测模块、放电回路控制模块和CAN通讯模块，其特征在于，所述故障诊断装置包括上位机、模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、温度信号转接单元、电压信号转接单元、电流信号转接单元、电流传感器和充放电回路；

所述CAN通讯模块与上位机连接，所述充放电回路分别与上位机、电池组、充电回路控制模块和放电回路控制模块连接，所述模拟信号输入板卡的输出端连接上位机的第一输入端，所述上位机的第一输出端与模拟信号输出板卡的输入端连接；

所述温度信号转接单元的第一输入端连接温度传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第一输出端，第一输出端与温度采集模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第一输入端连接；

所述电池组通过电压信号转接单元与电压采集模块连接，所述电压信号转接单元的输入端连接模拟信号输出板卡的第二输出端，输出端与模拟信号输入板卡的第二输入端连接；

所述电流信号转接单元的第一输入端连接电流传感器的输出端，第二输入端连接模拟信号输出板卡的第三输出端，第一输出端与电流检测模块的输入端连接，第二输出端与模拟信号输入板卡的第三输入端连接。

2.根据权利要求1所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述充放电回路包括数控可编程直流电源、数控直流电子负载模块、充电控制直流接触器和放电控制直流接触器，所述充电回路控制模块通过控制充电控制直流接触器的接触状态控制数控可编程直流电源和电池组的充电回路的通断，所述放电回路控制模块通过控制放电控制直流接触器的接触状态控制数控直流电子负载模块和电池组的放电回路的通断，所述上位机分别与数控可编程直流电源和数控直流电子负载模块连接。

3.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述故障诊断装置还包括用于采集充电控制直流接触器和放电控制直流接触器的接触状态的数字信号输入板卡，所述数字信号输入板卡的输出端与上位机的第二输入端连接。

4.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述故障诊断装置还包括充电测试开关、放电测试开关以及用于控制充电测试开关和放电测试开关的开关状态的数字信号输出板卡，所述数字信号输出板卡的输入端连接上位机的第二输出端，所述充电测试开关串联在数控可编程直流电源和电池组的充电回路上，所述放电测试开关串联在数控直流电子负载模块和电池组的放电回路上。

5.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述温度信号转接单元、电压信号转接单元和电流信号转接单元采用相同的继电器阵列结构，所述继电器阵列结构包括单刀双掷继电器和双刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的静触点和双刀双掷继电器的静触点连接，所述单刀双掷继电器的动触点分别连接电池组与模拟信号输出板卡，所述双刀双掷继电器的动触点分别连接电池管理系统与模拟信号输入板卡，所述继电器阵列结构中的继电器控制端通过数字信号输出板卡连接到上位机。

6.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述上位机还连接有人机交互输入模块、人机交互显示模块和/或打印机，所述人机交互输入模块包括键盘、鼠标和/或触控屏。

7.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述上位机还连接有无线通信模块。

8.根据权利要求2所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断装置，其特征在于，所述故障诊断装置还包括用于检测电池组工作电流的电流变送器，所述电流变送器通过模拟信号输入板卡与上位机连接。

9.针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法，其特征在于，包括步骤：

实时采集电池组的工作参数，同时，获取电池管理系统采集的电池组的测量数据和操作数据，所述工作参数包括电压信号、电流信号和温度信号；

根据采集的电压信号，对电池组的电池单体的电压进行电压一致性判断，查找获得故障电池单体或性能最差的电池单体；

将获取的电池管理系统采集的电池组的测量数据与电池组的工作参数进行匹配，对电池管理系统的测量精度进行诊断；

响应于查找获得故障电池单体的情况，分析电池管理系统的操作数据并判断电池管理系统是否进行告警，验证电池管理系统的告警功能。

10.根据权利要求9所述的针对电池组及电池管理系统的故障诊断方法，其特征在于，还包括步骤：

对电池组进行充放电测试，进而结合实时采集的电池组的工作参数，诊断电池组的健康状态，并结合对应的电池管理系统的操作数据诊断电池管理系统的告警功能和响应情况。