CN108839586B - 针对电压差故障的电池控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对电压差故障的电池控制方法及系统，所述方法包括：监测电池电压；判断是否出现电压差故障；若是，则获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略。本发明基于单体电压限功率策略与安时积分法，目的是在电池发生压差过大故障后，通过限定电机需求功率并调节电池SOC的下降速率变化，一方面能让用户意识到车辆处于非正常状态运行，另一方面避免车辆发生动力中断时SOC处于较高区间这类造成驾驶人困扰和恐慌的现象。

Description

针对电压差故障的电池控制方法与系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车的电池技术领域，尤其涉及一种针对电压差故障的电池控制方法与系统。

背景技术

纯电动汽车在运行过程中，若动力电池单体电压发生压差过大时，电池管理系统会上报电池压差过大故障，但目前的做法是在电池压差故障上报时，只是在仪表台显示电池故障标志，或以文字或语音等方式提示驾驶人处理。

如果在电压差故障发生后仍继续使用车辆，通常的SOC算法仍按照故障前的标准安时算法继续执行，则客户直观上感受不到车辆处于异常状态，容易忽视提示或提醒。一方面，倘若此时出现极端驾驶工况(例如急加速等)，为满足驱动电机的极端需求，电池仍会以较大电流放电，则极易造成最低单体电压迅速降低至触发电池欠压故障(该故障会导致车辆动力中断)；另一方面，因为车辆SOC的估算仍然按照正常的安时积分法继续执行，从而当车辆在行驶过程中突发动力中断时，此时SOC仍可能显示在较高区间，这会给驾驶人带来极大的困惑甚至引起恐慌，大大影响车辆的使用体验。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对电压差故障的电池控制方法与系统，在发生电压差故障后，使驾驶人对车辆状况有直观感受，进而能够及时处理故障避免不良的驾驶体验。

本发明采用的技术方案如下：

一种针对电压差故障的电池控制方法，包括：

监测电池电压；

判断是否出现电压差故障；

若是，则获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；

根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略。

可选地，所述根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略包括：

根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；

判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；

若是，则按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0。

可选地，所述根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略包括：

根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值；

根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值。

可选地，所述根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值包括：

按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；

根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

可选地：

所述监测电池电压包括：

在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压；

所述判断是否出现电压差故障包括：

实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差；

判断电压差是否大于预设的压差故障阈值；

若是，则确定电池出现电压差故障。

一种针对电压差故障的电池控制系统，包括：

电池监测模块，用于监测电池电压；

故障诊断模块，用于判断是否出现电压差故障；

电池信息采集模块，用于当故障诊断模块输出为是时，获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

限功率模块，用于与根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；

电池放电控制模块，用于根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略。

可选地，所述限功率模块包括：

查表单元，用于根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；

第一判断单元，用于判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；

电机限功率单元，用于当第一判断单元输出为是时，按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0。

可选地，所述电池放电控制模块包括：

调试目标获取单元，用于根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值；

电量计算单元，用于根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值。

可选地，所述电量计算单元包括：

下降速率计算子单元，用于按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；

电量计算子单元，用于根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

可选地，所述电池监测模块包括：

单体电压监测单元，用于在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压；

所述故障诊断模块包括：

电压差计算单元，用于实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差；

第二判断单元，用于判断电压差是否大于预设的压差故障阈值；

故障判定单元，用于当第二判断单元输出为是时，确定电池出现电压差故障。

本发明基于单体电压限功率策略与安时积分法，目的是在电池发生压差过大故障后，通过限定电机需求功率并调节电池SOC的下降速率变化，一方面能让用户意识到车辆处于非正常状态运行，例如感受到动力受限，并可见SOC下降速度加快等，另一方面避免车辆发生动力中断时SOC处于较高区间这类造成驾驶人困扰和恐慌的现象。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的针对电压差故障的电池控制方法的实施例流程图；

图2为本发明提供的针对电压差故障的电池控制方法的具体实施例的流程图；

图3为本发明提供的针对电压差故障的电池控制系统的实施例的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种针对电压差故障的电池控制方法的实施例，如图1所示，具体可以包括如下步骤：

步骤S1、监测电池电压；

步骤S2、判断是否出现电压差故障；

若是，则执行步骤S3、获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

步骤S4、根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；

步骤S5、根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略。

上述实施例提供了本发明的宗旨构思，即在确定发生电压差故障后“双管齐下”，分别从限功率及调控SOC变化角度，使驾驶人产生直观感受，例如感受到车辆动力受限，可见SOC下降速度加快等，从而从驾驶感受上明确车辆当前正处于非正常状态，而非仅凭现有的提示和提醒等单一且效力不强的告知方式；此外，不再沿用常态的电量放电计算方式，采用放电调节策略，使得即使发生极端情况，例如动力中断等，驾驶人可见的SOC值也能够与真实感受相匹配，不会产生困惑及恐慌等不良感受。

基于上述实施例的构思，本发明提供了一种更为具体的实施例，参考图2所示，需指出的是在图2所示实施例中对于上述各步骤的拓展方案既可以独立施用在其他实施例中，也可以如图2所示集中施用在一个实施例中，并且各步骤的拓展方案仅为一种实施参考，本发明不限定还可以采取其他等效拓展方案。

具体来说，图2实施例可以包括如下步骤：

步骤S10、在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压；

步骤S20、实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差；

步骤S30、判断电压差是否大于预设的压差故障阈值；

若是，则执行步骤S40、确定电池出现电压差故障；

接着执行步骤S50、获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

步骤S60、根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；

该步骤中提及的单体限功率参数表，可通过单体最小温度、续航里程以及电池的动力性能等指标获得，其目的是标定出两个限功率电压值，第一限功率电压值作为触发限功率的决策条件，第二限功率电压值作为限功率目标参考值；另外，电池欠压门限值是指预先设定的当最低单体电压低于某一电压阈值则执行车辆动力中断的安全底线值。

步骤S61、判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；

若是，则执行步骤S62、按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0。

具体来说，在出现前述电压差故障后车辆继续运行，一旦监测到最低单体电压小于第一限功率电压值时，即开始按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并随着最低单体电压的进一步降低，电机需求功率被进一步限制，限制过程为线性变化，根据不同类型的电池以及预先标定的单体限功率参数表，线性限功率的斜率会有所不同。而限功率的目标是当最低单体电压降至第二限功率电压值时，电机需求功率被限制为0，即认为动力电池基本无负载，此时放电电流较小，那么从第二限功率电压值进一步下降至电池欠压门限值的过程会变的相对缓慢，也就保证了不会轻易触发单体欠压故障，车辆则不会轻易发生动力中断。

执行上述限功率策略，一方面车辆不会轻易发生动力中断，另一方面车辆动力性严重降低，可有效提醒客户车辆处于非正常状态。

与前述步骤S60可并行执行的是：

步骤S70、根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值；

这里所称电量调试值为发生压差过大故障的电池的放电量与无故障的电池的放电之间的差异，该值与具体的电压差数值相关，并且一般会由电池厂家测定并提供。

步骤S71、根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值。

在实际操作中，步骤S71可以是将故障时刻电量值直接减去对应当前电压差的电量调试值，进行快速消除操作，但该方式在一定程度上可能会使驾驶人认为SOC发生下降跳变，从而引起困惑；因此，本发明还提供了一种根据电量调试值以及故障时刻电量值以改变电池的电量值的方法：

按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；

根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

对于上述放电电量值变化方法，其计算过程可以参考如下：

计算

其中SOC₀为故障时刻电量值，ΔSOC为所述电量调试值，SOC_n为单位放电量，即在电池发生压差故障后，车辆每放电SOC_n，SOC便在安时积分是基础上减去0.1％，直至SOC₀完全放空或ΔSOC被消除完毕；具体的电量计算方法如下(一种优化后的安时积分法)

上述公式基于安时积分法，此为本领域常识，本发明不作赘述；但需要说明的是：执行上述放电调节策略后，一方面车辆在故障时刻从SOC＝SOC₀，放电至SOC＝0％，放出SOC₀-ΔSOC的电量，即电池即便发生动力中断，SOC也不会处于较高区间，不会引起客户恐慌；另一方面电池SOC下降速度加快，为原来的

倍，SOC下降速率的改变可有效提醒客户车辆处于非正常状态。

以某型号铁锂电池纯电动轿车为例，对上述方法实施例进行详细说明：

首先通过整车测试，以满足整车动力性能需求为基础，标定不同单体温度下的第一限功率电压值和第二限功率电压值(V₁与V₂)；同时确保V₂需高于单体欠压故障门限值V₀；具体实施时，可将不同温度下V₁与V₂做成MAP图存储整车控制器(VCU)中。

在车辆运行过程中一旦确定发生电压差过大故障，获取此时电池最低温度Tmin＝25℃，并读取VCU中存储的该温度下V₁＝2.6V与V₂＝2.35V(T＝25℃时，V₀＝2.3V)。

当车辆处于电压差故障中仍旧继续运行(驾驶人忽视提示或提醒信息)，则执行单体电压限功率策略，具体为：

一旦检测到最低单体电压Vmin低于2.6V时，开始进入单体限功率策略，并随着Vmin的进一步降低，电机需求功率被进一步限制；直至Vmin降至2.35V时，电机需求功率被限制为0。此时动力电池基本无负载，放电电流较小，Vmin进一步下降至2.3V的速度将减慢，不会轻易触发单体欠压故障，则车辆便不会轻易发生动力中断。

与此同时，进行放电SOC调节：

根据电池发生压差故障时刻的电池温度Tmin＝25℃、电池单体最低电压Vmin＝3.012V、电池最高最低单体电压差ΔV＝253mV以及电池SOC₀＝40％，读取VCU中存储的SOC调试值ΔSOC＝20％；

计算SOC₀∶ΔSOC＝40％∶20％＝0.2％∶0.1％，即在电池发生压差故障后，车辆每放电0.2％，SOC便在安时积分是基础上减去0.1％，直至SOC＝0％或ΔSOC＝20％被消除完毕；

所涉及的电池SOC的计算公式被优化为：

执行放电调节策略后，一方面车辆在故障时刻从SOC＝40％放电至SOC＝0％，只能放出40％-20％＝20％的电量，即电池即便发生动力中断，SOC也不会处于较高区间，不会引起客户恐慌；另一方面电池SOC下降速度加快，为原来的1.5倍，可有效提醒客户车辆处于非正常状态。

综上，一方面车辆运行状态与故障前时刻明显不同，有助于提醒客户前往维修车辆；另一方面也避免了车辆动力中断时SOC处于较高区间所引起的恐慌等不良感受。

相应于上述控制方法，本发明还提供了一种针对电压差故障的电池控制系统的实施，如图3所示，该系统的组成可以包括：

用于监测电池电压的电池监测模块；

用于判断是否出现电压差故障的故障诊断模块；

用于当故障诊断模块输出为是时，获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值的电池信息采集模块；

用于与根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略的限功率模块；以及

用于根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略的电池放电控制模块。

针对上述各模块，本发明还进一步给出了具体实施参考：

关于限功率模块可以包括：用于根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值的查表单元，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；第一判断单元，用于判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；用于当第一判断单元输出为是时，按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0的电机限功率单元。

关于电池放电控制模块可以包括：用于根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值的调试目标获取单元；用于根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值的电量计算单元。更为具体地，所述电量计算单元可以包括：用于按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率的下降速率计算子单元；以及用于根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕的电量计算子单元。

关于电池监测模块可以包括：用于在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压的单体电压监测单元；并且所述故障诊断模块可以包括：用于实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差的电压差计算单元；用于判断电压差是否大于预设的压差故障阈值的第二判断单元；以及用于当第二判断单元输出为是时，确定电池出现电压差故障的故障判定单元。

本发明基于单体电压限功率策略与安时积分法，目的是在电池发生压差过大故障后，通过限定电机需求功率并调节电池SOC的下降速率变化，一方面能让用户意识到车辆处于非正常状态运行，例如感受到动力受限，并可见SOC下降速度加快等，另一方面避免车辆发生动力中断时SOC处于较高区间这类造成驾驶人困扰和恐慌的现象。

最后需指出，本发明上述系统实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。可以把实施例中的模块或单元组合成一个模块或单元，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元，本发明对此不做限定。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上所述仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种针对电压差故障的电池控制方法，其特征在于，包括：

监测电池电压；

判断是否出现电压差故障；

若是，则获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；

根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略；具体包括根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值，其中所述电量调试值为发生压差过大故障的电池的放电量与无故障的电池的放电量之间的差异；

根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池可见的电量值，包括：按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

2.根据权利要求1所述的针对电压差故障的电池控制方法，其特征在于，所述根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略包括：

根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；

判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；

若是，则按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0。

3.根据权利要求1～2任一项所述的针对电压差故障的电池控制方法，其特征在于：

所述监测电池电压包括：

在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压；

所述判断是否出现电压差故障包括：

实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差；

判断电压差是否大于预设的压差故障阈值；

若是，则确定电池出现电压差故障。

4.一种针对电压差故障的电池控制系统，其特征在于，包括：

电池监测模块，用于监测电池电压；

故障诊断模块，用于判断是否出现电压差故障；

电池信息采集模块，用于当故障诊断模块输出为是时，获取故障时刻的单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值；

限功率模块，用于与根据单体最小温度及最低单体电压执行限功率策略；

电池放电控制模块，用于根据单体最小温度、最低单体电压、单体电压差以及故障时刻电量值执行放电调节策略；具体包括根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值，其中所述电量调试值为发生压差过大故障的电池的放电量与无故障的电池的放电量 之间的差异；根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池可见的电量值，包括：按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

5.根据权利要求4所述的针对电压差故障的电池控制系统，其特征在于，所述限功率模块包括：

查表单元，用于根据单体最小温度查询预先标定的单体限功率参数表，得到第一限功率电压值和第二限功率电压值，其中第二限功率电压值低于第一限功率电压值且高于预设的电池欠压门限值；

第一判断单元，用于判断最低单体电压是否小于第一限功率电压值；

电机限功率单元，用于当第一判断单元输出为是时，按照预定斜率限制驱动电机的需求功率，并且使最低单体电压降至第二限功率电压值时，驱动电机的需求功率降至为0。

6.根据权利要求4所述的针对电压差故障的电池控制系统，其特征在于，所述电池放电控制模块包括：

调试目标获取单元，用于根据单体最小温度、最低单体电压以及单体电压差，获取预先标定的电量调试值；

电量计算单元，用于根据电量调试值以及故障时刻电量值，改变电池的电量值。

7.根据权利要求6所述的针对电压差故障的电池控制系统，其特征在于，所述电量计算单元包括：

下降速率计算子单元，用于按照故障时刻电量值与电量调试值的比值，获得放电下降速率；

电量计算子单元，用于根据放电下降速率实时计算电池的电量值，直至故障时刻电量值完全放空或者电量调试值消除完毕。

8.根据权利要求4～7任一项所述的针对电压差故障的电池控制系统，其特征在于，所述电池监测模块包括：

单体电压监测单元，用于在车辆运行时，实时监测最高单体电压和最低单体电压；

所述故障诊断模块包括：

电压差计算单元，用于实时计算最高单体电压和最低单体电压的电压差；

第二判断单元，用于判断电压差是否大于预设的压差故障阈值；

故障判定单元，用于当第二判断单元输出为是时，确定电池出现电压差故障。

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