CN109613435B - 一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统 - Google Patents

一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及其系统，其方法包括如下步骤：获取电池的工作状态及电压，并在所述电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常。本发明的检测方法，结合电池的充放电特性，通过检测电池的电压是否满足对应工作状态下的预设故障条件，从而准确判断出电池为非自身故障引起的电压采集异常，减少单体欠压、单体压差过大等故障报警，为电池管理策略提供依据，便于采取相应的措施解决故障，进而避免电池故障带来的次生危害。

Description

一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统
技术领域
本发明涉及电池故障检测技术领域，尤其涉及一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统。
背景技术
当前随着雾霾天气、温室效应、能源危机等环境问题的日益加剧，人们的可持续发展意识逐渐提高，电动汽车等可持续能源产品也日益普及。电动汽车的能量存储装置是电池系统，主要包括电池单体或电池模块的集成、电池管理系统、高/低压电路以及冷却装置等模块。近年来，国内外发生了多起电动汽车自燃等安全事故，电动汽车自燃等安全事故多由电池系统的故障引起。电动汽车的电池系统在运行过程中可能出现突发的电池故障，此电池故障可能是由单体电池或电池模块自身故障引起，也有可能是电子元件焊接(比如焊接焦距、能量的变化、漏焊、虚焊等)、接线端子的电化学腐蚀、采集线路异常等造成汽车仪表显示电池故障。若用户无法确定是单体电池或电池模块自身故障引起还是非自身故障原因引起，则无法采取相应的措施解决故障，进而无法避免电池故障带来电动汽车自燃等安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，包括如下步骤：获取电池的工作状态及电压，并在所述电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
优选地，所述电池的工作状态包括上电自检模式、放电模式和充电模式。
优选地，当所述电池的工作状态为上电自检模式时，所述方法包括：
实时采集任一单体电池的单体电压，判断所述单体电压是否满足所述预设故障条件，并在所述单体电压满足所述预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常；
其中，所述预设故障条件为：所述单体电压大于第一预设电压阈值。
优选地，当所述电池的工作状态为放电模式，所述方法具体包括：
实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常。
优选地，所述预设故障条件为：V_cell_diff>a*V_mean_dif，a为常数，且a的取值范围为(2-8)；
或者；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>b，b为第二预设电压阈值。
优选地，所述方法还包括：
计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>c，c为第三预设电压阈值。
优选地，当所述电池的工作状态为充电模式，所述方法包括：
实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常。
优选地，所述预设故障条件为：V_cell_diff>d*V_mean_dif，d为常数，且d的取值范围为(2-8)；
或者；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>e，e为第四预设电压阈值。
优选地，所述方法还包括：
计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>f，f为第五预设电压阈值。
本发明的实施例中方法的效果包括：结合电池的充放电特性，通过检测电池的电压是否满足对应工作状态下的预设故障条件，从而准确判断出电池为非自身故障引起的电压采集异常，减少单体欠压、单体压差过大等故障报警，为电池管理策略提供依据，便于采取相应的措施解决故障，进而避免电池故障带来的次生危害。
本发明还提供了一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测系统，包括：
获取模块，用于获取电池的工作状态；
采集模块，用于采集电池的单体电压；
判断模块，用于在所述单体电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件是判定为非自身故障引起电压采集异常。
本发明的实施例中系统的效果包括：结合电池的充放电特性，通过检测电池的电压是否满足对应工作状态下的预设故障条件，从而准确判断出电池为非自身故障引起的电压采集异常，减少单体欠压、单体压差过大等故障报警，为电池管理策略提供依据，便于采取相应的措施解决故障，进而避免电池故障带来的次生危害。
附图说明
图1为本发明一实施例的检测方法流程示意图；
图2为本发明另一实施例的检测方法流程示意图；
图3为本发明又一实施例的检测方法流程示意图；
图4为本发明再一实施例的检测方法流程示意图；
图5为本发明中一实施例中电池中元件出现虚焊故障时的充放电曲线示意图；
图6为本发明中一实施例中采集线或采集电路异常时的充放电曲线示意图；
图7a为本发明中一实施例中正常电池的充放电曲线示意图；
图7b为本发明中一实施例中电化学腐蚀后的充放电曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，包括：
S11：获取电池的工作状态及电压；
S12：在所述电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常。
本发明的电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，结合电池的充放电特性，通过检测电池的电压是否满足对应工作状态下的预设故障条件，从而准确判断出电池为非自身故障引起的电压采集异常，减少单体欠压、单体压差过大等故障报警，为电池管理策略提供依据，便于采取相应的措施解决故障，进而避免电池故障带来的次生危害。
本发明提供的实施例中，所述电池的工作状态包括上电自检模式、放电模式和充电模式。
这里，所述上电自检模式通常为：在对电池进行上电充电或者启动电池进行放电时。这两种情况下，需要首选对电池的电压进行自检，确保电池自身无故障，同时也没有由于电池自身的故障引起的采集电压异常，保证电池高效安全地工作。
如图2所示，本发明提供的实施例中，当所述电池的工作状态为上电自检模式时，所述方法包括：
S21：实时采集任一单体电池的单体电压；
S22：判断所述单体电压是否满足所述预设故障条件，并在所述单体电压满足所述预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常；
其中，所述预设故障条件为：所述单体电压大于第一预设电压阈值。
通过判断所述单体电压与第一预设电压阈值进行比较，可以判断电池处于上电自检模式时，其电压是否正常，从而保证电池能正常进入工作状态，保证电池工作的安全和稳定。这里，所述第一预设电压阈值需要针对不同电池的型号、规格以及应用场所等情况来共同确定。
如图3所示，本发明提供的实施例中，当所述电池的工作状态为放电模式，所述方法具体包括：
S31：实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
S32：读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
S33：计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
S34：判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常。
通过判断所述当前时刻与上一时刻单体电压的电压差值V_cell_diff以及当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff是否满足预设故障条件，从而准确地判断在放电过程中，电池是否出现非自身故障引起的电压采集异常。
优选地，所述预设故障条件为：V_cell_diff>a*V_mean_dif，a为常数，且a的取值范围为(2-8)。
这里，当当前时刻与上一时刻单体电压的电压差值V_cell_diff大于a倍的当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff，表明此时放电过程中存在明显的单体电压波动较大，说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
优选地，所述预设故障条件为：V_cell_diff>b，b为第二预设电压阈值。
这里，当当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff大于第二预设阈值时，表明此时放电过程中，所有单体电池的平均电压波动较大，说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
如图4所示，优选地，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：
S33b：计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
S34：判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>c，c为第三预设电压阈值。
这里，当当前时刻所述单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean超过设定的第三预设电压阈值时，表明此时放电过程中，单体电压的波动幅度明显超过了电池中所有单体电池的平均电压的波动幅度，也能说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
本发明提供的实施例中，当所述电池的工作状态为充电模式，所述方法包括：实时采集电池的单体电压并存储；
S41：实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
S42：读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
S43：计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
S44：判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常。
通过判断当前时刻与上一时刻单体电压的电压差值V_cell_diff以及当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff是否满足预设故障条件，从而准确地判断在充电过程中，电池是否出现非自身故障引起的电压采集异常。
优选地，所述预设故障条件为：V_cell_diff>d*V_mean_dif，d为常数，且d的取值范围为(2-8)。
这里，当当前时刻与上一时刻单体电压的电压差值V_cell_diff大于d倍的当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff，表明此时充电过程中存在明显的单体电压波动较大，说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
优选地，预设故障条件为：V_cell_diff>e，e为第四预设电压阈值。
这里，当当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_mean_diff大于第四预设阈值时，表明此时充电过程中，电池中所有单体电池的平均电压波动较大，说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
优选地，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：
S43:计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
S44:判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>f，f为第五预设电压阈值。
当当前时刻所述单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的差值V_cell_mean超过设定的第五预设电压阈值时，表明此时充电过程中，单体电压的波动幅度明显超过了平均电压差值的波动幅度，也能说明电池存在明显的异常。结合电池的规格、型号、放电特性，可以准确判断出此时电池出现了非自身故障引起的电压采集异常。
下面，将结合实例在说明本发明的电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法。
图5为电池的元件存在虚焊的情况，图中曲线1、曲线2、曲线4、曲线5和曲线6由于采集的数据源比较接近，导致曲线重叠严重，曲线3对应的单体电池与其余的曲线对应的单体电池的采集电压有明显的不同。下面以充电接近完成的数据分析为例，针对出现电压采集异常的电池(曲线3对应的单体电池)，当前时刻的单体电压为4.225V，当前时刻的电池中所有单体电池的平均电压为4.066V，当前时刻的单体电压与电池的平均电压的电压差值V_cell_mean大于第五预设电压阈值180mv，并且放电接近完成时，电池当前时刻的电压为3.624V，低于电池电压的平均值3.709V，且二者的电压差值为85mv，明显大于第三预设电压阈值50mv，存在明显的充电过程电压曲线偏高，放电过程电压曲线偏低的现象，表明电池出现了非自身故障引起的电压采集异常，需要对电池进行故障排查。
图6为一采集线或者采集电路存在异常的情况。采集的电池电压数据，故障之前均正常，突然某时刻，某块单体电池(对应于曲线9)的单体电压突变为0V或负值，则可以判断采集线或采集电路异常，需要对采集线路进行排查。
图7为电化学腐蚀造成的电压采集异常的情况。
图7a)为电压采集的正常图，可以看到充放电过程中，所有单体电池对应的电压曲线的趋势一致，差异不大；
图7b)为电压采集异常图，为电化学腐蚀所致。采集到当前时刻的整个电池中所有单体电池的平均电压为3.34V(对应于曲线11、曲线13和曲线14)，单体电池1的单体电压为4.44V(对应于曲线10)，该单体电池1的单体电压与整个电池的平均电压之差为1100mv；单体电池2的单体电压为2.23V(对应于曲线12)，该单体电池2与整个电池的平均电压之差为1110mv，则需要对接触端子进行电化学腐蚀排查。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：获取电池的工作状态及电压，所述电池的工作状态包括上电自检模式、放电模式和充电模式，并在所述电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常；
当所述电池的工作状态为上电自检模式时，所述方法包括：
实时采集任一单体电池的单体电压，判断所述单体电压是否满足所述预设故障条件，并在所述单体电压满足所述预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常；
其中，所述预设故障条件为：所述单体电压大于第一预设电压阈值；
当所述电池的工作状态为放电模式，所述方法具体包括：
实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>c，c为第三预设电压阈值。
2.根据权利要求1所述的电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，其特征在于：当所述电池的工作状态为放电模式，所述方法还包括：
读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>a*V_mean_dif，a为常数，且a的取值范围为2-8；
或者；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>b，b为第二预设电压阈值。
3.根据权利要求1所述的电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，其特征在于：当所述电池的工作状态为充电模式，所述方法包括：
实时采集任一单体电池的单体电压并存储；
读取当前时刻与上一时刻任一单体电池的单体电压，并计算二者的电压差值V_cell_diff；
计算当前时刻与上一时刻电池中所有单体电池的平均电压，并计算二者的电压差值V_mean_diff；
判断所述电压差值V_cell_diff与所述电压差值V_mean_diff是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>d*V_mean_dif，d为常数，且d的取值范围为2-8；
或者；
所述预设故障条件为：V_cell_diff>e，e为第四预设电压阈值。
4.根据权利要求3所述的电池非自身故障引起电压采集异常的检测方法，其特征在于：当所述电池的工作状态为充电模式，所述方法还包括：
计算当前时刻所述任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；
判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；
所述预设故障条件为：V_cell_mean>f，f为第五预设电压阈值。
5.一种电池非自身故障引起电压采集异常的检测系统，其特征在于：包括：
获取模块，用于获取电池的工作状态，所述电池的工作状态包括上电自检模式、放电模式和充电模式；
采集模块，用于采集电池的单体电压；
判断模块，用于在所述单体电压满足对应所述工作状态下的预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常，当所述电池的工作状态为上电自检模式时，判断所述单体电压是否满足所述预设故障条件，并在所述单体电压满足所述预设故障条件时判定为非自身故障引起电压采集异常；
其中，所述预设故障条件为：所述单体电压大于第一预设电压阈值；
所述判断模块，具体用于计算当前时刻任一单体电池的单体电压与电池中所有单体电池的平均电压之间的电压差值V_cell_mean；当所述电池的工作状态为放电模式时，判断所述电压差值V_cell_mean是否满足所述预设故障条件，如果是，则判定为非自身故障引起电压采集异常；所述预设故障条件为：V_cell_mean>c，c为第三预设电压阈值。
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