CN109738742A - 动力电池的电芯与壳体短路检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路及方法。该动力电池的电芯与壳体短路检测电路，包括上桥臂电压采集模块，下桥臂电压采集模块；比较器，与控制器连接，以在所述控制器的控制下，对n个不同时刻检测的所述检测电压Ua间，或采样N次的所述检测电压Ub间进行比较；判断模块，与所述控制器连接，以依据电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断等量关系的满足状况。本发明的动力电池的电芯与壳体短路检测电路，可基于绝缘检测电路快速确定动力电池电芯与壳体是否发生短路，其无需额外设计检测电路或执行特定工况，有效的提高了检测便捷性及检测效果。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池电路检测技术领域，尤其涉及一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路；同时，本发明还涉及一种动力电池的电芯与壳体短路检测方法。
背景技术
动力电池在生产过程中，可能会有金属杂质掉落，造成电芯与壳体或模组与壳体发生短路，缩短电池使用寿命，危及人身安全。
目前动力电池短路检测的主要手段有热检测、电压异常检测，容量异常检测等。热检测通过在电池侧壁贴附热电偶检测温度变化的方式判定短路是否发生。由于短路发生时热量由内而外传导，温度显示存在一定的滞后，从而不能第一时间将短路情况反馈出来。电压异常检测和容量异常检测需要在特定工况下进行。因此，其检测不便。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路，以提高检测便捷性及检测效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路，基于连接于由多个电芯组成的电池包上的桥式电路，对所述电芯和所述壳体间的短路发生进行检测，所述桥式电路包括串接于上桥臂上的电阻R1和电阻r1，以及串接于下桥臂上的、与电阻R1相等的电阻R2，与电阻r1相等的电阻r2；于所述电阻R1和电阻r1间设有开关KA，于所述电阻R2和电阻r2间设有开关KB；该检测电路包括：
上桥臂电压采集模块，连接于所述开关KA和所述电阻r1间，以对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；
下桥臂电压采集模块，连接于所述开关KB和所述电阻r2间，以对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较器，与控制器连接，以在所述控制器的控制下，对n个不同时刻检测的所述检测电压Ua间，或采样N次的所述检测电压Ub间进行比较；
判断模块，与所述控制器连接，以依据电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断等量关系的满足状况。
进一步的，该检测电路还包括：
计算模块，所述计算模块与所述控制器连接，以在短路发生时，依据检测电压Ua和检测电压Ub，计算短路电芯的编号。
进一步的，于上桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rp和等效电容Cp；于下桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rn和等效电容Cn。
进一步的，所述n不小于2。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的动力电池的电芯与壳体短路检测电路，可基于绝缘检测电路快速确定动力电池电芯与壳体是否发生短路，其无需额外设计检测电路或执行特定工况，有效的提高了检测便捷性及检测效果。
本发明同时提供了一种动力电池的电芯与壳体短路检测方法，该方法包括如下步骤：
电压采集步骤，上桥臂电压采集模块对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；下桥臂电压采集模块对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较步骤，对n个不同时刻的上桥臂电压采集模块检测的检测电压Ua间的数值进行比较，以及对n个不同时刻的下桥臂电压采集模块检测的检测电压Ub间的数值进行比较；若n个不同时刻的检测电压Ua或检测电压Ub均相等，且n个不同时刻的检测电压Ub也均相等，则进行判断步骤；
判断步骤，依据预置的电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断检测到的检测电压Ua和检测电压Ub与电池电压E是否满足等量关系，若满足，则短路发生。
进一步的，在判断步骤后，还设有计算步骤：
计算步骤，依据检测到的检测电压Ua和检测电压Ub，依据预设的短路电芯序号关系式，计算发生短路的电芯的编号。
进一步的，预设的所述短路电芯序号关系式为
其中，nshort为短路电芯序号，N为电池串联电芯数量。
进一步的，所述n不小于2。
进一步的，所述判断步骤中的等量关系为
本发明的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，与如上的动力电池的电芯与壳体短路检测系统具有相同的效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例电路连接关系示意图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；所描述的实施例也仅为部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例
由图1所示，本实施例涉及一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路，基于连接于由多个电芯组成的电池包上的桥式电路，对所述电芯和所述壳体间的短路发生进行检测，所述桥式电路包括串接于上桥臂上的电阻R1和电阻r1，于上桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rp和等效电容Cp；于下桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rn和等效电容Cn。以及串接于下桥臂上的、与电阻R1相等的电阻R2，与电阻r1相等的电阻r2；于所述电阻R1和电阻r1间设有开关KA，于所述电阻R2和电阻r2间设有开关KB。
具体来讲，其中E表示电池包电压，Rp表示待检测高压母线正极对车辆底盘等效绝缘电阻，Rn表示待检测高压母线负极对车辆底盘等效绝缘电阻。Cp表示高压母线正极对车辆底盘等效电容，Cn表示高压母线负极对车辆底盘等效电容。R1、r1、R2、r2阻值已知，上桥臂高压母线正极、电阻R1、检测开关KA、电阻r1、车辆底盘依次连接，构成上桥臂测量分压电路；下桥臂高压母线负极、电阻R2、检测开关KB、电阻r2、车辆底盘依次连接，构成下桥臂测量分压电路。检测过程中需要KA、KB两个开关交替导通，并分别对上桥臂电阻r1及下桥臂电阻r2进行电压采样。Ua表示开关KA闭合、KB断开时，上桥臂电阻r1的电压；Ub表示开关KA断开、KB闭合时，下桥臂电阻r2的电压。
上桥臂电压采集模块连接于所述开关KA和所述电阻r1间，以对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；
下桥臂电压采集模块，连接于所述开关KB和所述电阻r2间，以对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较器，与控制器连接，以在所述控制器的控制下，对n个不同时刻检测的所述检测电压Ua间，或采样N次的所述检测电压Ub间进行比较,其中n不小于2。判断模块与所述控制器连接，以依据电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断等量关系的满足状况。计算模块与所述控制器连接，以在短路发生时，依据检测电压Ua和检测电压Ub，计算短路电芯的编号。
基于如上电路结构可知，假设动力电池在图中a与b位置发生短路，即某个电芯与壳体短路。母线正极与短路点之间电芯的电动势之和为E1，母线负极与短路点之间电芯的电动势之和为E2。则发生某个电芯对壳体短路情况后，有：
母线正极对车辆底盘电压Up恒等于E1；母线负极对车辆底盘电压Un恒等于E2。相应的，当闭合开关KA或KB时，电容Cp、Cn无充放电现象，Ua、Ub在不同时刻的采样值相等，同时，Ua、Ub满足关系式：
因此，本发明的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其主要包括如下步骤：
电压采集步骤，上桥臂电压采集模块对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；下桥臂电压采集模块对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较步骤，对n个不同时刻的上桥臂电压采集模块检测的检测电压Ua间的数值进行比较，以及对n个不同时刻的下桥臂电压采集模块检测的检测电压Ub间的数值进行比较；若n个不同时刻的检测电压Ua均相等，且n个不同时刻的检测电压Ub也均相等，则进行判断步骤；KA闭合，KB断开。
具体来讲，在三个不同时刻t0、t1、t2，采集上桥臂电阻r电压值，t0、t1、t2时刻对应的电压测量值分别为Ua0、Ua1、Ua2。
KA断开，KB闭合，在三个不同时刻t0、t1、t2，采集上桥臂电阻r电压值，t0、t1、t2时刻对应的电压测量值分别为Ub0、Ub1、Ub2。
基于上述检测过程，电芯与壳体是否短路的比较时，是对Ua0与Ua1与Ua2之间是否相等或Ub0与Ub1与Ub2之间是否相等进行比较，若Ua0＝Ua1＝Ua2或Ub0＝Ub1＝Ub2，则进行判断步骤。
判断步骤，依据预置的电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断检测到的检测电压Ua和检测电压Ub与电池电压E是否满足等量关系，若满足，则短路发生。本步骤中，等量关系为其中，由于若Ua0＝Ua1＝Ua2或Ub0＝Ub1＝Ub2,因此，等量关系中的Ua可以取Ua0或Ua1或Ua2中任一数值，Ub可以取Ub0或Ub1或Ub2中任一数值。
此外，依据本发明的设计思想，还可以计算出发生短路的电芯编号。基于如上步骤，于在判断步骤后，还设有计算步骤：
计算步骤，依据检测到的检测电压Ua和检测电压Ub，依据预设的短路电芯序号关系式，计算发生短路的电芯的编号。具体来讲，其计算所依据的短路电芯序号关系式为
其中，nshort为短路电芯序号，N为电池串联电芯数量。
由上述电芯与壳体短路检测过程及判断方法可知，本技术方案动力电池电芯与壳体短路检测方法，基于绝缘检测电路，并可复用绝缘电阻检测过程和电压采样结果，进而根据绝缘检测电压采样结果，快速判断动力电池电芯与壳体是否发生短路并估计短路位置。其简便快捷，使用方便。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其的限制；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 (9)
1.一种动力电池的电芯与壳体短路检测电路，基于连接于由多个电芯组成的电池包上的桥式电路，对所述电芯和所述壳体间的短路发生进行检测，所述桥式电路包括串接于上桥臂上的电阻R1和电阻r1，以及串接于下桥臂上的、与电阻R1相等的电阻R2，与电阻r1相等的电阻r2；于所述电阻R1和电阻r1间设有开关KA，于所述电阻R2和电阻r2间设有开关KB；其特征在于该检测电路包括：
上桥臂电压采集模块，连接于所述开关KA和所述电阻r1间，以对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；
下桥臂电压采集模块，连接于所述开关KB和所述电阻r2间，以对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较器，与控制器连接，以在所述控制器的控制下，对n个不同时刻检测的所述检测电压Ua间，或采样N次的所述检测电压Ub间进行比较；
判断模块，与所述控制器连接，以依据电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断等量关系的满足状况。
2.根据权利要求1所述的动力电池的电芯与壳体短路检测电路，其特征在于还包括：
计算模块，所述计算模块与所述控制器连接，以在短路发生时，依据检测电压Ua和检测电压Ub，计算短路电芯的编号。
3.根据权利要求1所述的动力电池的电芯与壳体短路检测电路，其特征在于：于上桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rp和等效电容Cp；于下桥臂上并联设有等效绝缘电阻Rn和等效电容Cn。
4.根据权利要求1所述的动力电池的电芯与壳体短路检测电路，其特征在于：所述n不小于2。
5.一种动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
电压采集步骤，上桥臂电压采集模块对电阻r1处的电压进行检测，以获得检测电压Ua；下桥臂电压采集模块对电阻r2处的电压进行检测，以获得检测电压Ub；
比较步骤，对n个不同时刻的上桥臂电压采集模块检测的检测电压Ua间的数值进行比较，以及对n个不同时刻的下桥臂电压采集模块检测的检测电压Ub间的数值进行比较；若n个不同时刻的检测电压Ua或检测电压Ub均相等，且n个不同时刻的检测电压Ub也均相等，则进行判断步骤；
判断步骤，依据预置的电池电压E和检测电压Ua、检测电压Ub之间的等量关系，判断检测到的检测电压Ua和检测电压Ub与电池电压E是否满足等量关系，若满足，则短路发生。
6.根据权利要求5所述的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其特征在于在判断步骤后，还设有计算步骤：
计算步骤，依据检测到的检测电压Ua和检测电压Ub，依据预设的短路电芯序号关系式，计算发生短路的电芯的编号。
7.根据权利要求6所述的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其特征在于：预设的所述短路电芯序号关系式为
其中，nshort为短路电芯序号，N为电池串联电芯数量。
8.根据权利要求5所述的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其特征在于：所述n不小于2。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的动力电池的电芯与壳体短路检测方法，其特征在于：所述判断步骤中的等量关系为
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