CN108226790B - 均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统 - Google Patents

均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种被动均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统，该装置包括电压采集模块、诊断电阻、均衡电路、均衡控制模块、诊断电路、电流检测模块、电压控制模块和状态检测模块。诊断电路检测均衡电路中是否有电流通过，电压控制模块在当前检测时刻前的指定时刻和当前检测时刻的电流检测模块采集到的电流值I1和I2的差值不小于设定值时，控制电池的电压；状态检测模块根据I1、I2、以及上述两个时刻电压采集模块采集到的电压值U1和U2，以及检测时刻诊断电路的诊断结果，判断均衡电路状态是否正常。采用本发明实施例的方法，实现了对均衡电路状态的准确检测，有效避免了现有技术对均衡电路状态的误判情况，提高了检测的准确率。

Description

均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池组均衡技术领域，具体涉及一种均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统。
背景技术
电动汽车替代燃油汽车是一个划时代的课题，汽车工业也将随之进入一个全新的时代，目前阻碍电动汽车推广的最大瓶颈是车载电池组的性能问题。锂电池是目前已知的性能参数最适合电动汽车的能源存储媒介，但锂电池成组之后性能下降、使用寿命缩短等问题一直没有得到很好的解决。现如今，为了减少电池组在供能储能时的不一致问题，需要设计专门的均衡电路，对每一节单体电池进行均衡设置。
现有的被动均衡电路的检测电路，一般主要是由均衡电阻、诊断电阻、均衡开关和监测及控制芯片四部分组成，位于电池组Pack包中单体电池的正极采集电路和负极采集电路之间，监测及控制芯片通过电压采集线分别连接于单体电池的两极，正极采集线与正极之间串联诊断电阻。当均衡开关处于断开状态时，诊断电阻作为电压采集前端的滤波电阻，不会影响采集线的采集精度，当均衡开关处于闭合状态时，诊断电阻和均衡电阻有均衡电流流过，在诊断电阻产生相应的电压压降，监测及控制芯片通过比对两种状态下采集到的电压的差值与诊断电阻上的压降是否相等，若相等，则判断均衡电路正常，反之则判断均衡电路失效。
现有技术中，若整车在连续上下坡，行车电流的大小或正负变化时，会导致电池电压上下波动，可能产生与诊断电阻上的压降等值的压降，如果此时均衡电路失效的话，监测及控制芯片仍可能会检测到与诊断电阻上的压降相等的电压差，误判均衡电路正常，而这种误判是致命的，这是因为均衡电路采用的是被动均衡的策略，即采用电阻能耗的方式实现均衡，一旦发生均衡电路的电子元器件失效或者其他导致均衡电路失控的问题，若此时均衡电路持续工作，将会存在电池过放的隐患，可能会使单体电池损坏，进而产生更严重的安全问题和经济损失。
发明内容
本发明实施例提供了一种均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统，可以有效提高检测均衡电路是否失效的准确率。
根据本发明实施例的一方面，提供一种被动均衡电路状态检测装置，该装置包括：
电压采集模块，电压采集模块分别通过正极采集线和负极采集线连接于电池组中的单体电池的两极，用于获取单体电池的电压值，正极采集线上串联有诊断电阻；
均衡电路，包括串联的均衡开关和均衡电阻，均衡电路的一端连接在电压采集模块与诊断电阻之间的正极采集线上，均衡电路的另一端连接于负极采集线上；
均衡控制模块，用于控制均衡开关的导通或断开；
诊断电路，用于根据均衡电路上的电能信号诊断均衡电路中是否有均衡电流通过；
电流检测模块，用于检测电池组中的电流值；
电压控制模块，用于在I1和I2的差值不小于第一设定值时控制单体电池的电压值为U1+IR；
其中，I1和U1分别为当前检测时刻前的指定时刻在均衡开关断开时电流检测模块检测到的电流值和电压采集模块采集到的电压值，I2为当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时电流检测模块检测到的电流值，I为均衡电流，R为诊断电阻的电阻值，第一状态为导通或断开；
状态检测模块，用于根据I1、I2、U1、U2和当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时诊断电路的诊断结果，判断均衡电路的状态是否正常，其中，U2为当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时电压采集模块采集到的电压值。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种被动均衡电路状态检测方法，方法适用于本发明实施例中的被动均衡电路状态检测装置，该方法包括：
在当前检测时刻前的指定时刻，获取均衡开关在断开时电流检测模块采集的第一电流值I1和电压采集模块采集的第一电压值U1；
在当前检测时刻，获取均衡开关在第一状态时电流检测模块采集的第二电流值I2、电压采集模块采集的第二电压值U2和诊断电路的诊断结果，其中，第一状态为导通或断开；
根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断均衡电路是否正常。
根据本发明实施例的再一方面，提供一种电池组，该电池组中包括本发明实施例所述的被动均衡电路状态检测装置。
根据本发明实施例的又一方面，提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括本发明实施例所述的被动均衡电路状态检测装置。
根据本发明实施例提供的均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统，综合考虑了电池组中电流的波动和均衡电流对电压采集模块采集结果的影响，通过电压采集模块、均衡电路、诊断电路、电流检测模块和电压控制模块各部分的检测结果的结合，实现了对均衡电路状态的准确判断，有效避免了现有技术中对均衡电路是否正常的误判情况，提高了均衡电路的检测准确率。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为现有技术中的一种被动均衡电路的检测电路的结构示意图；
图2为本发明一个实施例中的被动均衡电路状态检测装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例中的诊断电路的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例中的诊断电路的结构示意图；
图5为本发明又一个实施例中的诊断电路的结构示意图；
图6为本发明另一个实施例中的被动均衡电路状态检测装置的结构示意图；
图7为本发明一个实施例中的被动均衡电路状态检测方法的流程示意图；
图8为能够实现本发明实施例的被动均衡电路状态检测装置和方法的至少一部分的计算设备的示例性硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
目前，被动均衡电路的诊断通常都是通过判断监测及控制芯片采集到的两次电压的压差与均衡开启时诊断电阻上的压降是否相等来确定均衡电路是否正常。如图1所示，为现有一种被动均衡电路的检测电路的结构示意，在均衡电路关闭即均衡开关断开状态下，芯片通过正极采集线采集到一电压值，均衡开关导通时，再采集到一电压值，导通状态下诊断电阻上还会产生IR1的压降，监测及控制芯片比对两次电压差是否等于IR1，如果相等，则判断均衡电路正常，否者失效。但该种判断方式，在单体电池的电压波动的情况下，很有可能出现误判。
为了解决目前对均衡电路工作状态判断出现误判的问题，本发明实施例提供了一种被动均衡电路状态检测装置、方法、电池组和电池管理系统。
图2示出了本发明一个实施例的被动均衡电路状态检测装置的结构示意图。如图2所示，被动均衡电路状态检测装置主要可以包括电压采集模块210、诊断电阻220、均衡电路230、均衡控制模块240、诊断电路250、电流检测模块260、电压控制模块270和状态检测模块280。
电压采集模块210分别通过正极采集线和负极采集线连接于电池组中的单体电池290的两极，用于采集电压值，正极采集线上串联有诊断电阻 220。
均衡电路230包括串联的均衡开关231和均衡电阻232，均衡电路的一端连接于电压采集模块210与诊断电阻220之间的正极采集线上，均衡电路230的另一端连接于负极采集线上。
均衡控制模块240，用于控制均衡开关231的导通或断开。
诊断电路250，用于根据均衡电路上的电能信号诊断均衡电路230中是否有均衡电流通过。
电流检测模块260，用于检测电池组中的电流值。
电压控制模块270，用于在I1和I2的差值不小于第一设定值控制单体电池290的电压值为U1+IR，其中，I1和U1分别为当前检测时刻前的指定时刻在均衡开关231断开时电流检测模块260检测到的电流值和电压采集模块210采集到的电压值，I2为当前检测时刻在均衡开关231处于第一状态时电流检测模块260检测到的电流值，I为均衡电流，R为诊断电阻220的电阻值，第一状态为导通或断开。
状态检测模块280，用于根据I1、I2、U1、U2和当前检测时刻在均衡开关231处于第一状态时诊断电路的诊断结果，判断均衡电路230的状态是否正常，其中，U2为当前检测时刻在均衡开关231处于第一状态时电压采集模块210采集到的电压值。
本发明实施例的检测装置，在基于均衡开关231导通和断开两种状态下，由于诊断电阻220的分压，电压采集模块210所采集的电压值会有变化的基础上，更深一步的考虑了会造成电压采集模块210采集变化的外在因素，依据不同时刻/状态下多个部件的检测结果即上述I1、I2、U1、U2和诊断电路250的诊断结果，实现了对均衡电路230状态正常或故障的准确判断。
具体的，通过电流检测模块260对整个电池组中电流值进行检测，在需要对均衡电路进行检测，通过比对上述I1和I2可以判断出在检测过程中电池组中的电流是否因外在因素的影响发生了较大波动。例如，由电池组所供电的设备(如电动汽车等)发生了大幅动作(电动汽车在上下坡等) 时，会引起电池组中的电流值发生较大波动，造成单体电池的电压波动，进而会对均衡电路230的检测过程中电压采集模块210的采集结果造成影响。引起电压采集模块210采样结果的变化。在确定出外在因素是否会造成电压采集模块210采集结果的变化后，在此基础上再结合上述U1、U2和诊断结果，更加准确的判断出均衡电路220是否正常。
需要说明的是，本发明实施例的检测装置的各部件的具体实现是可以根据实际需要确定的，并不局限于某一具体形式，各部件之间可以都是单独实现，也可以是两个或两个以上的部件集成实现。例如，上述电压采集模块210、均衡控制模块240、电流检测模块260、电压控制模块270、状态检测模块280都可以采用芯片实现，也可以通过对应功能电路或其他形式实现，如状态检测模块280可以直接采用微控制单元MCU实现。再例如，电压采集模块210和均衡控制模块240可以集成在一采集控制芯片中实现，通过该采集控制芯片既可以实现电压的采集，又可以实现对均衡电路的控制。电压控制模块270和状态检测模块280也可以集成在MCU中， MCU同时实现电压控制和均衡电路状态判断的功能。
本发明实施例中，理想条件下，上述第一设定值可以设置为0，但考虑到实际应用场景，可以根据实际需要进行设置，一般设置为一个很小且的正数，如可以设置为0.1。第一设定值一般最大不超过正常情况下电池组中电流值的大小。在实际应用中，第一设定值可以根据实际应用场景进行相应的调整。
本发明一个实施例中，诊断电路250可以包括电流检测单元251和第一诊断单元252，如图3所示。
电流检测单元251，用于检测均衡电路230中的电流值。
第一诊断单元250，用于根据均衡电路230中的电流值是否大于电流阈值诊断均衡电路230中是否有均衡电流通过。其中，电压阈值理论上只要是小于均衡电流数值的正数(包括零)即可。
本发明另一个实施例中，诊断电路250可以包括电压检测单元253和第二诊断单元254，如图4所示。
电压检测单元253，用于检测均衡电阻232上的电压值。
第二诊断单元254，用于根据均衡电阻232上的电压值是否大于电压阈值诊断均衡电路230中是否有均衡电流通过。
在均衡电路230中有均衡电流通过时，均衡电阻232上会产生相应的压降即约为均衡电流与均衡电阻的乘积的压降。在没有均衡电流通过时，均衡电阻232上的电压值应为零。因此，可以通过检测均衡电阻232上的电压值，根据均衡电阻232上的电压值是否大于电压阈值来诊断均衡电路中是否有均衡电流通过。其中，电压阈值理论上只要是小于均衡电流与均衡电阻的乘积的正数(包括零)即可。其中，电压阈值理论上只要是小于均衡电流与均衡电阻的乘积的正数(包括零)即可。
本发明一具体实施例中，诊断电路250可以包括触发开关11、诊断开关12、直流电源13和诊断采集模块14，如图5所示。
触发开关11的导通或断开由均衡电路230控制，均衡电路230中有均衡电流通过时触发开关11导通，均衡电路230上无均衡电流通过时触发开关11断开。
诊断开关12的一个电子接点端与直流电源13连接，另一个电子接点端接地15，诊断开关12和触发开关11同时导通或断开，即诊断开关12的导通或断开由触发开关11触发，触发开关11导通则诊断开关12同时导通。
诊断采集模块14通过电压采集线连接于上述一个电子接点端，用于获取一个电子接点端的电压值，根据直流电源13的电压值与一个电子接点端的电压值的差值是否小于设定电压值，诊断均衡电路中是否有均衡电流通过。
由于诊断采集模块14是通过电压采集线连接在诊断开关与直流电源连接的电子接点端，而诊断开关12的另一个电子接点端接地，因此，在诊断开关12导通时，诊断采集模块14采集到的电压值应为零即低电平，在诊断开关12断开时，诊断采集模块14采集到的电压值应等于直流电源13的电压值即高电平。而诊断开关12的导通或通断是间接的由均衡电路中是否有均衡电流通过决定的，因此，诊断采集模块14能够根据其采集到的电压值和直流电源的电压值诊断出均衡电路中是否由均衡电流通过。其中，上述设定电压值理论上为小于直流电源电压值正数即可，优选为接近零的数值。
需要说明的是，上述诊断采集模块14的具体实现形式也是可以根据需要选择的，可以直接采用芯片实现或其他形式，还可以与电压采集模块 210和均衡控制模块240集成实现。
本发明实施例中，均衡电阻232的具体形式可以根据实际需要进行选择，可以为一个或并联的两个以上的电阻。
图6示出了本发明一具体实施例中被动均衡电路状态检测装置的结构示意图(电压控制模块270和状态检测模块280未示出)。如图6所示，本具体实施例中，电压采集模块210和均衡控制模块240集成在电压采集及控制芯片。均衡电路230包括均衡开关S和均衡电阻R0。诊断电路250 包括触发开关11、诊断开关12、直流电源13和诊断采集模块14，本实施例中的触发开关11为PMOS管M1、诊断开关为NMOS管M2、直流电源 13为DV，诊断采集模块14为诊断采集芯片。M1的栅极和源极分别连接于R0的两端，M1的漏极与M2的栅极连接，此时，M2的漏极即为上述的一个电子接点端，M2的源极即为上述的另一个电子接点端。本具体实施例中，M2的漏极通过一保护电阻连接在DV上，均衡电阻R0为多个电阻并联的形式。
本发明实施例中，均衡电路230中有均衡电流通过时，均衡电阻即R0上的电压值要同时大于M1的导通电压和M2的导通电压，以实现在均衡电路中有均衡电流通过时，M1和M2同时导通。
均衡电路230中有均衡电流通过时，均衡电阻R0上的电压为IR0，此时，M1会导通，M2也导通，诊断采集芯片的电压采集线的连接点相当于直接接地，采集结果为低电平，而均衡电路230中没有均衡电流通过时，诊断采集芯片的采集结果约为DV的电压值，即为高电平。因此，诊断采集芯片根据其采集到的电压值即可诊断出均衡电路230中是否由均衡电流通过。
本发明实施例中，为了描述方便，将均衡电阻232的电阻值记为R0，△U＝∣U1-U2∣，即两次采集到的电压值的差值的绝对值。
本发明实施例中，状态检测模块280，具体用于：
在第一状态为导通时，判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断均衡电路正常；若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过时，则判断均衡电路失效。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
在均衡开关231导通时，均衡电路正常状态下处于开启状态，均衡电路中有均衡电流I(I＝U1/R+R0)通过。此时，诊断电阻220上正常应该会产生大小为IR的压降，△U与IR的差值应小于第二设定值，理想化条件下△U＝IR。此时，如果I1和I2的差值小于第一设定值，说明当前检测时刻前的指定时刻与当前时刻电池组中的电流基本没有发生变化，即电流平稳或者是电流波动对单体电池造成的电压波动的影响很小，该电压波动对电压采集模块210的采集结果影响较小，如果△U与IR的差值满足小于第二设定值即两者基本相等，则可以判断出均衡电路正常，而如果△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过时，则说明可能是均衡电路和诊断电路同时失效，或者是电压采集模块出现故障，而均衡电路和诊断电路同时失效的概率几乎为0，因此，此时判断电压采集模块可能出现故障，诊断电路的诊断结果为有均衡电流通过，均衡电路和诊断电路正常。。在I1和I2的差值不小于第一设定值时，说明电池组中的电流波动很大，电池组中的电流波动所造成得单体电池电压波动也很大，会对电压采集模块210的采集结果造成较大影响。此时，通过电压控制模块270控制单体电池的电压为U1+IR，如果均衡电路没有出现故障，则均衡电路中有均衡电流通过，诊断电阻R上会产生IR的压降，电压采集模块210采集到的电压值U2为U1+IR-IR，则△U＝0，△U与IR的差值不小于第二设定值，因此，此时若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常。如果均衡电路出现故障即均衡电路中没有均衡电流I通过时，电压采集模块210采集到的电压值U2为U1+IR，△U＝IR，△U与IR的差值小于第二设定值，因此，在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR 的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
本发明实施例中，状态检测模块280，具体用于：
在第一状态为断开时，判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路正常。
在均衡开关处于断开时，均衡电路正常状态下处于断开状态，均衡电路中无有均衡电流I通过，诊断电阻上正常状态不会产生的压降。此时，如果I1和I2的差值小于第一设定值，说明当前检测时刻前的指定时刻与当前时刻电池组中的电流基本没有发生变化，即电流平稳或者是电流波动对单体电池造成的电压波动的影响很小，该电压波动对电压采集模块的采集结果影响较小，正常状态下，U2与U1应基本相等，△U约为0，△U与IR 的差值不小于第二设定值。因此，在I1和I2的差值小于第一设定值时，△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断均衡电路正常，△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
在均衡开关处于断开时，如果I1和I2的差值不小于第一设定值，此时，正常状态下，U2＝U1+IR，△U＝IR，△U与IR的差值小于第二设定值。因此，在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路正常。如果均衡开关处于断开时，在I1和I2的差值不小于第一设定值时，△U与IR的差值不小于第二设定值，则可能是由于电压采集模块210出现故障或者诊断电路250出现故障造成，此时则不作判断，在下一个检测时刻再进行检测。
本发明实施例中，状态检测模块280，还用于根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断诊断电路是否正常。
本发明实施例中，状态检测模块280，具体用于：
在第一状态为导通时，判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与IR 的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
本发明实施例中，状态检测模块280，具体用于：
在第一状态为断开时，判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与IR 的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，△U与IR 的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
在I2和I1的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与IR 的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，，则判断诊断电路失效。
本发明实施例中，上述第二设定值均也可以根据实际应用场景的需要进行设置，并可以根据实际应用场景进行相应的调整。一般的，第二设定值理想条件下可以设置为0，到考虑到实际应用场景，一般设置为一个很小的正数，如小于0.3或者小于0.2的正数。
为了更好的说明本发明实施例中状态检测模块280在不同情况下对均衡电路和诊断电路的判断原理，下面结合以具体实施例进行说明。
具体实施例
本具体实施例中，将图6中所述的本发明实施例的被动均衡电路状态检测装置应用于电动汽车中的电池组中，实现对电池组中的单体电池的均衡电路的状态检测。
本具体实施例中，将当前时刻诊断电路的诊断结果对应为事件A，若诊断结果为均衡电路中有均衡电流通过则记为事件A发生(A＝1)，若判诊断结果为均衡电路中没有均衡电流通过则记为事件A未发生(A＝0)。
将△U与IR的差值对应为事件B，若△U与IR的差值小于第二设定值则记为事件B发生(B＝1)，若△U与IR的差值不小于第二设定值则记为事件B未发生(B＝0)。
将I1和I2的差值对应为事件C，若I1和I2的差值小于第一设定值记为事件C发生(C＝1)，将I1和I2的差值不小于第一设定值记为事件C未发生(C＝0)。
表1示出了本具体实施例中，在均衡开关231导通即第一状态为导通时，上述各事件是否发生时，状态检测模块280对均衡电路230和诊断电路250的判断结果，以及具体情况分析。
表1
Figure BDA0001489964200000121
Figure BDA0001489964200000131
Figure BDA0001489964200000141
本具体实施例中，表1中的整车电流即为电池组中的电流，上一时刻即为当前检测时刻前的指定时刻，整车电流波动与上一时刻比较，电流方向相同及数值相近或整车电流平稳为本具体实施例的C＝1事件，整车电流波动与上一时刻比较，电流反向或是数值翻倍为本具体实施例的C＝0事件。
以表1中的A＝1，B＝1，C＝1情况和A＝1，B＝1，C＝0情况为例进行具体说明。
A＝1，B＝1，C＝1时，C＝1，说明整车电流平稳或对单体电池的电压波动影响很小，由于均衡开关是处于导通状态，因此，均衡电路正常状态下会有均衡电流通过，△U与IR基本相等，即△U与IR的差值应小于第二设定，B＝1，因此与检测结果符合，均衡电路正常，有均衡电流通过，均衡电阻上的压降使触发开关和诊断开关均导通，A事件发生，与检测结果A＝1相符合，诊断电路也正常。
A＝1，B＝1，C＝0时，C＝0，整车电流波动很大，造成单体电池电压波动大，此时，单体电池的电压在电压控制模块的作用下，电压为U1+IR，在正常情况下，均衡电路中会有均衡电路I流过，诊断电阻R上会产生IR 的压降，U2＝U1+IR-IR＝U1，即B正常情况下应该为0，与检测结果不符合，均衡电路失效，即均衡电路故障断路，没有均衡电流通过，触发开关和诊断开关正常应处于断开，但与检测结果不符合，因此，诊断电路也故障误导通。
A＝1，B＝0，C＝0时，整车电流波动很大，单体电池的电压在电压控制模块的作用下，电压为U1+IR，在正常情况下，均衡电路中会有均衡电路I 流过，诊断电阻R上会产生IR的压降，U2＝U1+IR-IR＝U1，即B正常情况下应该为0，与检测结果相符合，均衡电路正常，均衡电路中有均衡电流通过，A应为1，与检测结果相符，诊断电路均正常。
A＝0，B＝0，C＝0时，整车电流波动很大，单体电池的电压在电压控制模块的作用下，电压为U1+IR，在正常情况下，均衡电路中会有均衡电路I 流过，诊断电阻R上会产生IR的压降，U2＝U1+IR-IR＝U1，即B正常情况下应该为0，与检测结果相符合，均衡电路正常，均衡电路中有均衡电流通过，A应为1，与检测结果不相符，因此诊断电路故障。
表2示出了本具体实施例中，在均衡开关231断开即第一状态为断开时，上述各事件是否发生时，状态检测模块280对均衡电路和诊断电路的判断结果，以及具体情况分析。
表2
Figure BDA0001489964200000151
Figure BDA0001489964200000161
本发明实施例提供的被动均衡电路状态检测装置，实现了对均衡电路是否正常的准确判断。此外，还实现对诊断电路状态的判断。通过该检测装置对均衡电路的故障的及时准确的检测，也可有效避免造成严重的安全问题和经济损失。
基于本发明实施例提供的被动均衡电路状态检测装置，本发明实施例中还提供了一种被动均衡电路状态检测方法，如图7所示，该检测方法主要可以包括以下步骤：
步骤S710：在当前检测时刻前的指定时刻，获取均衡开关在断开时电流检测模块采集的第一电流值I1和电压采集模块采集的第一电压值U1。
步骤S720：在当前检测时刻，获取均衡开关在第一状态时电流检测模块采集的第二电流值I2、电压采集模块采集的第二电压值U2和诊断电路的诊断结果。
步骤S730：根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断均衡电路是否正常。
本发明实施例中，在第一状态为导通时，根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断均衡电路是否正常，包括：
判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断均衡电路正常；若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断均衡电路失效，其中，△U＝∣U1-U2∣。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
本发明实施例中，在第一状态为断开时，根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断均衡电路是否正常，包括：
判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路失效。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断均衡电路正常。
本发明实施例的被动均衡电路状态检测方法还可以包括：
根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断诊断电路是否正常。
本发明实施例中，在第一状态为导通时，根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断诊断电路是否正常，包括：
判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
在I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与 IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，若△U与 IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
本发明实施例中，在第一状态为断开时，根据I1、I2、U1、U2和诊断结果判断诊断电路是否正常，包括：
判断I1和I2的差值是否小于第一设定值。
在I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
在I2和I1的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断诊断电路正常；若△U与IR 的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断诊断电路失效。
可以理解的是，上述本发明实施例的被动均衡电路状态检测装置和方法中所描述的差值(例如，I1和I2的差值、△U与IR的差值等)指的均是差值的绝对值。
本发明实施例还提供了一种电池组，电池组中包括本发明实施例的被动均衡电路状态检测装置。
本发明实施例还提供了一种电池管理系统，电池管理系统包括本发明实施例的被动均衡电路状态检测装置。
结合图1至图7描述的被动均衡电路状态检测装置和被动均衡电路状态检测方法的至少一部分可以由计算设备800实现。如图8所示，计算设备800可以包括输入设备801、输入接口802、中央处理器803、存储器 804、输出接口805、以及输出设备806。其中，输入接口802、中央处理器803、存储器804、以及输出接口805通过总线810相互连接，输入设备 801和输出设备806分别通过输入接口802和输出接口805与总线810连接，进而与计算设备800的其他组件连接。具体地，输入设备801接收来自外部的输入信息，并通过输入接口802将输入信息传送到中央处理器803；中央处理器803基于存储器804中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器804中，然后通过输出接口805将输出信息传送到输出设备806；输出设备806将输出信息输出到计算设备800的外部供用户使用。
也就是说，图8所示的计算设备800可以被实现为被动均衡电路状态检测设备，该检测设备可以包括处理器和存储器。该存储器用于储存有可执行程序代码；处理器用于读取存储器中存储的可执行程序代码以执行上述实施例的被动均衡电路状态检测方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行本发明上述任一实施例中提供的被动均衡电路状态检测方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种被动均衡电路状态检测装置，其特征在于，包括：
电压采集模块，所述电压采集模块分别通过正极采集线和负极采集线连接于电池组中的单体电池的两极，用于采集电压值，所述正极采集线上串联有诊断电阻；
均衡电路，包括串联的均衡开关和均衡电阻，所述均衡电路的一端连接于所述电压采集模块与所述诊断电阻之间的所述正极采集线上，所述均衡电路的另一端连接于所述负极采集线上；
均衡控制模块，用于控制所述均衡开关的导通或断开；
诊断电路，用于根据所述均衡电路上的电能信号诊断所述均衡电路中是否有均衡电流通过；
电流检测模块，用于检测所述电池组中的电流值；
电压控制模块，用于在I1和I2的差值不小于第一设定值时控制所述单体电池的电压值为U1+IR；
其中，I1和U1分别为当前检测时刻前的指定时刻在均衡开关断开时电流检测模块检测到的电流值和电压采集模块采集到的电压值，I2为当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时电流检测模块检测到的电流值，I为所述均衡电流，R为所述诊断电阻的电阻值，第一状态为导通或断开；
状态检测模块，用于根据所述I1、I2、U1、U2和当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时所述诊断电路的诊断结果，判断所述均衡电路的状态是否正常，其中，U2为当前检测时刻在均衡开关处于第一状态时电压采集模块采集到的电压值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述诊断电路包括：
电流检测单元，用于检测所述均衡电路中的电流值；
第一诊断单元，用于根据所述均衡电路中的电流值是否大于电流阈值诊断所述均衡电路中是否有均衡电流通过。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述诊断电路包括：
电压检测单元，用于检测所述均衡电阻上的电压值；
第二诊断单元，用于根据所述均衡电阻上的电压值是否大于电压阈值诊断所述均衡电路中是否有均衡电流通过。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述诊断电路包括：
触发开关，所述触发开关的导通或断开由所述均衡电路控制，所述均衡电路中有均衡电流通过时所述触发开关导通，所述均衡电路上无均衡电流通过时所述触发开关断开；
诊断开关，所述诊断开关的一个电子接点端与直流电源连接，另一个电子接点端接地，所述诊断开关和所述触发开关同时导通或断开；
诊断采集模块，所述诊断采集模块通过电压采集线连接于所述一个电子接点端，用于获取所述一个电子接点端的电压值，根据所述直流电源的电压值与所述一个电子接点端的电压值的差值是否小于设定电压值，诊断所述均衡电路中是否有均衡电流通过。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述诊断开关为NMOS管，所述触发开关为PMOS管，PMOS管的栅极和源极分别连接于所述均衡电阻的两端，PMOS管的漏极与NMOS管的栅极连接，NMOS管的漏极为所述一个电子接点端，NMOS管的源极为所述另一个电子接点端。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述均衡电路中有均衡电流通过时，所述均衡电阻上的电压值同时大于所述NMOS管的导通电压和所述PMOS管的导通电压。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述状态检测模块，具体用于：
在第一状态为导通时，判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述均衡电路失效，其中，△U＝∣U1-U2∣；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路失效。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述状态检测模块，具体用于：
在第一状态为断开时，判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路失效；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述状态检测模块，还用于根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述诊断电路是否正常。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述状态检测模块，具体用于：
在第一状态为导通时，判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述状态检测模块，具体用于：
在第一状态为断开时，判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效；
在所述I2和I1的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效。
12.一种被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1至11中任一项所述的被动均衡电路状态检测装置，所述检测方法包括：
在当前检测时刻前的指定时刻，获取所述均衡开关在断开时所述电流检测模块采集的第一电流值I1和所述电压采集模块采集的第一电压值U1；
在当前检测时刻，获取所述均衡开关在第一状态时所述电流检测模块采集的第二电流值I2、所述电压采集模块采集的第二电压值U2和所述诊断电路的诊断结果，其中，第一状态为导通或断开；
根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述均衡电路是否正常。
13.根据权利要求12所述的被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，在所述第一状态为导通时，所述根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述均衡电路是否正常，包括：
判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述均衡电路失效，其中，△U＝∣U1-U2∣；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路失效。
14.根据权利要求12所述的被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，在第一状态为断开时，所述根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述均衡电路是否正常，包括：
判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路失效；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值，则判断所述均衡电路正常。
15.根据权利要求12所述的被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述诊断电路是否正常。
16.根据权利要求15所述的被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，在第一状态为导通时，所述根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述诊断电路是否正常，包括：
判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效；
在所述I1和I2的差值不小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，若△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效。
17.根据权利要求15所述的被动均衡电路状态检测方法，其特征在于，在第一状态为断开时，所述根据I1、I2、U1、U2和所述诊断结果判断所述诊断电路是否正常，包括：
判断所述I1和I2的差值是否小于第一设定值；
在所述I1和I2的差值小于第一设定值时，若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，则判断所述诊断电路正常；若△U与IR的差值小于第二设定值且诊断结果为没有均衡电流通过，或者，△U与IR的差值不小于第二设定值且诊断结果为有均衡电流通过，则判断所述诊断电路失效；
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18.一种电池组，其特征在于，所述电池组中包括权利要求1至11中任一项所述的被动均衡电路状态检测装置。
19.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括权利要求1至11中任一项所述的被动均衡电路状态检测装置。
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