CN109782193A

CN109782193A - 一种多支路电池组电路断路的判别方法

Info

Publication number: CN109782193A
Application number: CN201811526651.9A
Authority: CN
Inventors: 刘飞; 文锋; 余祖俊; 文灿飞
Original assignee: Huizhou Epower Electronics Co Ltd
Current assignee: Huizhou Epower Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: CN109782193B

Abstract

本发明公开了一种多支路电池组电路断路的判别方法，属于电路异常检测方法技术领域，解决了多支路并联的电池组中支路断路判定的技术问题。技术要点为通过先确定电池组所处的工况，包括动态工况和静态工况，再按照各支路的电压比较以及电压异常持续时间长短来进行电池组支路异常的判定。用于一个或多个电池串联成多个支路，各支路再并联形成的电池组。

Description

一种多支路电池组电路断路的判别方法

技术领域

本发明涉及电池组电路检测技术领域，具体涉及一种多支路电池组电路断路的判别方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广，电动力汽车的需求越来越大，但是电动力汽车使用的电池容量大，考虑安全问题，在许多大巴车或商用车上需要设计高容量的电池系统时候，电池成组不采用先并后串的方式组合，而是采用先串成组后到外面再进行并联的方案。这种串联后再并联的方案，在车辆运行过程中并联处的接插件、维修开关、焊接等部分会出现断路或连接内阻增大的问题，如果继续使用放电，会造成各个支路之间压差增大，从而影响车辆的正常使用。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对背景技术中电池组电路可能存在的问题，提供一种多支路电池组电路断路的判别方法，可以实时检测电池组电路，方便在电池组电路异常时及时做出处理。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多支路电池组电路断路的判别方法，用于一个或多个电池串联成多个支路，各支路再并联形成的电池组：

电池组上电后，连续记录电池组电路在时间周期T1内的电流I，相邻时间周期T1内平均电流I的变化大于阈值△I时，判定电池组处于动态工况，此时按动态工况电路故障判定；否则判定电池组处于静态工况，按静态工况电路故障判定；

动态工况电路故障判定方法：每间隔时间T2记录电池组各支路电压变化并分别与设定阈值△V1比较，连续记录，每完成N1次记录时按如下方法进行一次电路故障判定：

若各支路电压变化均超过设定阈值△V1，且超过的次数均大于N2次，则判定各支路均无断路故障；

若各支路中有支路电压变化超过阈值△V1的次数不超过N2次，则判定该支路断路故障，其中0＜N2＜N1；

静态工况电路故障判定方法：每间隔时间T3判定各支路间的电压差，当有支路间的电压差超过设定阈值△V2并持续时间超过T4时，判定有支路发生断路故障。

进一步地，所述静态工况电路故障判定方法中，按如下方法进行具体支路电路故障判定：放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

进一步地，所述静态工况电路故障判定方法中充放电状态的判定方法为：通过电池组电路的电流方向来判定，或通过充电插枪的连接信号判定。

进一步地，所述静态工况电路故障判定方法中，放电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V2，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压最大的一条支路断路故障；

充电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压最小的一条支路断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压小的多条路支路断路故障。

进一步地，所述电流I为对应时间周期T1内的平均电流。

进一步地，在进行动静态工况电路故障判定之前，还进行一次全工况状态下的电路故障判定，判定方法为：判定电池组各支路间的电压差并与设定阈值△V3比较，当有支路间的电压差超过设定阈值△V3并持续时间超过T5时，则判定有支路发生断路故障。

进一步地，所述具体支路发生断路故障确定方法为：放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

进一步地，放电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V3，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压最大的一条支路断路故障；

充电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压最小的一条支路断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压小的多条路支路断路故障，其中△V3 ≥△V2 ≥△V1。

进一步地，根据权利要求7或8所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述充放电状态的方法是通过充电插枪的连接信号判定。

进一步地，所述充放电状态的方法是通过充电插枪的连接信号判定。

本发明实现的有益效果主要有以下几点：

通过本发明的多支路电池组电路断路故障判定方法，可以实时进行电池组中支路断路故障的判定，避免了某些支路异常影响电池组的正常使用以及电池组的使用寿命；

本发明的判定方法相对于目前常用检测支路断路的方法，不需要在各支路上都增加电流传感器，节省成本和安装空间，不需要通过判定是否有充放电电流来判定支路是否断开，避免了增加电流传感器导致的额外的成本增加，也避免了电流传感器安装固定产生的问题；

另外，本发明的方法对整车静态、动态工况下支路断路都能识别，实现电池组整个工作过程中的实时的断路异常识别，实现全工作过程监控电池组。

附图说明

图1为本发明实施例一中电池组的电路结构示意图；

图2为本发明实施例二中电池组电路的结构示意图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

一种多支路电池组电路断路的判别方法，用于一个或多个电池串联成多个支路，各支路再并联形成的电池组。

首先进行一次全工况判定，电池组上低电压工作后便开始进行全工况判定，具体如下：

判定电池组各支路间的电压差并与设定阈值△V3比较，当有支路间的电压差超过设定阈值△V3并持续时间T5时，则判定有支路发生断路故障。具体判定哪条支路发生断路故障时，还需要判定电池组的充放电状态，充放电状态通过充电插枪的连接信号判定，有充电插枪连接信号时为充电状态，无充电插枪连接信号时为放电状态，当然也可以通过电路中的电流方向来判定。两支路的电池组判定方法为：放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

对于三支路以上的多支路的电池组，放电状态下的判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V3，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压最大的一条支路断路故障；若是出现同时满足前两种情况的情形，可按第二种判定方式判定为电压最大的一条支路断路故障，然后按上述方法继续进行剩余支路的判定。充电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压最小的一条支路断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压小的多条路支路断路故障；若是出现同时满足前两种情况的情形，可按第一种判定方式判定为电压最小的一条支路断路故障，然后按上述方法继续进行剩余支路的判定。

全工况判定显示各支路均无断路故障后，通过下面步骤进一步判定。

连续记录电池组电路在时间周期T1内的平均电流I，相邻时间周期T1内平均电流I的变化大于阈值△I时，判定电池组处于动态工况，此时按动态工况电路故障判定；否则判定电池组处于静态工况，按静态工况电路故障判定。

动态工况电路故障判定方法：每间隔时间T2记录电池组各支路电压变化并分别与设定阈值△V1比较，连续记录，每完成N1次记录时按如下方法进行一次电路故障判定：若各支路电压变化超过设定阈值△V1的次数均大于N2次，则判定各支路均无断路故障；若各支路中有支路电压变化超过阈值△V1的次数不超过N2次，则判定该支路断路故障，其中0≤N2＜N1。

静态工况电路故障判定方法：每间隔时间T3判定各支路间的电压差，当有支路间的电压差超过设定阈值△V2并持续时间T4时，通过电池电路的电流方向或通过充电插枪的连接信号来判定电池组是充电状态还是放电状态，然后按如下方法进行电路故障判定：

对于双支路电池组，放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

所述静态工况电路故障判定方法中，对于放电状态下的三支路以上的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V2，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压最大的一条支路断路故障；若是出现同时满足前两种情况的情形，可按第二种判定方式判定为电压最大的一条支路断路故障，然后按上述方法继续进行剩余支路的判定。充电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压最小的一条支路断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压小的多条路支路断路故障；若是出现同时满足前两种情况的情形，可按第一种判定方式判定为电压最小的一条支路断路故障，然后按上述方法继续进行剩余支路的判定。

上述的电池组支路断路故障判定中，全工况下的断路故障判定不用先判定电路中连续周期内的平均电流变化的大小，而且判定时没有间隔一定时间来比较电池组各支路间的电压大小并与设定阈值△V3比较，因而判定条件较宽松（通常△V3≥△V2 ≥△V1），作为后面动态工况和静态工况电路故障方法判定前的初步判断。当然，也可以直接进入动态工况和静态工况电路故障判定方法来判定，不用前面的全工况判定步骤也可以完成电池组电路断路故障的判定。另外，全工况判定一般用于电池上电开始阶段，后续持续供电过程中一般通过动态工况和静态工况电路故障判定方法进行断路支路判定。

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例一

本实施例提供一种如图1中的双支路并联形成的电池组断路故障判定方法。其中SUMV1表示第一支路所有单体电压之和，SUMV 2表示第二支路所有单体电压之和。△V1表示动态工况下各支路自身电压变化压差阈值，△V2表示静态工况下各支路间电压压差阈值，△V3表示全工况下的各支路间电压压差阈值。△V1、△V2和△V3为设定值，是具体情况而定。△V2可根据不同倍率充放电电流值、不同类型电芯（如三元电池、磷酸铁锂电池）进行工况标定测试取不同的值。往往对于充放电过程中SOC与电压对应关系比较线性的电池（如三元电池）可以只取一个值。对应存在平台期SOC与电压对应关系不明显的电池（磷酸铁锂电池）可以取不同的值，特别是磷酸铁锂电池的△V2值可以根据最高、最低单体电压是否处于平台期而选取值，最高、最低单体电池都处于电池平台期内，取值△V21，最高、最低只有一个处于平台期，取值△V22，最高、最低都不在平台期内，取值△V23，一般△V23>△V22>△V21，这样根据电池电压特性取值△V2能保证有效且不误报。

电池组电路上电后，首先进行全工况断路故障判定方法来判定，判断| SUMV1-SUMV2|绝对值，当| SUMV1- SUMV2|≥△V3时，并持续时间T5(10S)，则判定发生支路断路故障。以是否存在充电插枪连接信号作为充、放电状态的判定方法，有充电插枪连接信号为电路充电状态，没有充电插枪连接信号为电路放电状态。如果电池组电路处于放电状态下，当SUMV1- SUMV2≥△V3时判定是第一支路发生断路故障，当SUMV2- SUMV1≥△V3时判定是第二支路发生断路故障。如果处于充电状态下，当SUMV1- SUMV2≥△V3时判定是第二支路发生断路故障，当SUMV2- SUMV1≥△V3时判定是第一支路发生断路故障。

如果| SUMV1- SUMV2|＜△V3，判定第一支路和第二支路均无断路故障，此时通过下面的静态工况和动态工况时的断路故障判定方法来进一步判定是否有支路发生断路故障。

取T=5S、T1=1000ms、△I=10A，上电5S后，以1000ms为周期持续记录每个周期内的平均电流值I，依次为I1、I2、I3……In，并判断相邻两个T1时间内平均电流值I的差值是否大于电流阈值10A，如果大于10A，判断整车处于动态工况，按动态工况电路故障方法判定；否则判定电池组处于静态工况，按静态工况电路故障方法判定。电流阈值△I为设定值，根据电池组的参数来设定。往往电池组所在车辆在充电时是静态工况，电流恒定；车辆在放电时大部分处于动态工况，在定速巡航阶段也可能处于静态工况。

动态工况电路断路故障判定方法如下：

取T2=1000ms、N1=5次、N2=2次，每1000ms判断一次| SUMV1n- SUMV1（n-1）|绝对值和|SUMV2n- SUMV2（n-1）|绝对值，每判断一次Count加1；当支路电压自身变化≥△V1时：|SUMV1n- SUMV1（n-1）|≥△V1，第一支路变化次数Count1加1；| SUMV2n- SUMV2（n-1）|≥△V1，第二支路变化次数Count2加1。当Count≥5次，进行支路断路故障判定，方法如下：当Count1和Count2均≥2次，判定为无支路断路故障；当Count1、Count2其中一个≥2次，另外一支路的为0次时，判定该电压无波动的支路发生断路故障；其它情况，退出判定，判定完成。当Count＜5次，继续累加至N1次再进行电路故障判定；每判定一次， Count、Count1、Count2清零从新计数进行下一次判定，依次循环。根据动态工况和静态工况判定方法，如果当前工况不属于动态工况，则不再按照动态工况电路断路故障方法判定。

静态工况电路故障判定方法如下：

通过电池组电路的电流方向或通过充电插枪的连接信号判定电池组处于充电状态还是处于放电状态，最好是通过电池组电路的电流方向来判定，这种方式判定更加准确。

取T3=1000mS、T4=10S，每间隔时间1000mS比较SUMV1、SUMV2的大小，当| SUMV1-SUMV2|≥△V2时进行计时，超过10S，判定发生支路断路故障。具体是哪个支路断路故障的判定方法为：放电状态下，当SUMV1- SUMV2≥△V2时判定是第一支路发生断路故障，当SUMV2- SUMV1≥△V2时判定第二支路发生断路故障；充电状态下，当SUMV1- SUMV2≥△V2时判定第二支路发生断路故障，当SUMV2- SUMV1≥△V2时判定是第一支路发生断路故障。判断完成后各计时清零，进行下一周期的判断。

根据动态工况和静态工况判定方法，如果当前工况不属于静态工况，则不再按照静态工况电路断路故障方法判定。

通过上述方法，任一支路发生断路故障时，进行上报，后续步骤不再进行，直至故障排除电池组重新开始工作后再进行电池组断路异常判定。根据上报确定故障支路，可以进一步处理断路故障，避免电池组在异常状态下工作影响电池的使用性能和寿命。

实施例二

本实施例提供一种如图2中的三支路并联形成的电池组断路故障判定方法。SUMV 3为第三支路所有单体电压之和，其他符号含义同实施例一。

电池组电路上电后，首先进行全工况断路故障判定方法来判定，判定方法如下：

1）SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV3- SUMV2≥△V3，判定第一、三支路均发生断路故障；

2）SUMV2- SUMV1≥△V3、SUMV3- SUMV1≥△V3，判定第二、三支路均发生断路故障；

3）SUMV1- SUMV3≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3，判定第一、二支路均发生断路故障；

4）SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV1- SUMV3≥△V3，判定第一支路均发生断路故障；

5）SUMV2- SUMV1≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3，判定第二支路均发生断路故障；

6）SUMV3- SUMV1≥△V3、SUMV3- SUMV2≥△V3，判定第三支路均发生断路故障；

若出现SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3的情形，则先判定第一支路故障，然后再按实施例一种的方法判定第二支路、第三支路是否故障。同样，出现SUMV2- SUMV3≥△V3、SUMV1- SUMV2≥△V3等情形时，也按照上述方法进行判定。

如果电池组电路处于充电状态下：

1）SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV3- SUMV2≥△V3，判定第二支路均发生断路故障；

2）SUMV2- SUMV1≥△V3、SUMV3- SUMV1≥△V3，判定第一支路均发生断路故障；

3）SUMV1- SUMV3≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3，判定第三支路均发生断路故障；

4）SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV1- SUMV3≥△V3，判定第二、三支路均发生断路故障；

5）SUMV2- SUMV1≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3，判定第一、三支路均发生断路故障；

6）SUMV3- SUMV1≥△V3、SUMV3- SUMV2≥△V3，判定第一、二支路均发生断路故障；

若出现SUMV1- SUMV2≥△V3、SUMV2- SUMV3≥△V3的情形，则先判定第三支路故障，然后再按实施例一种的方法判定第二支路、第一支路是否故障。同样，出现SUMV2- SUMV3≥△V3、SUMV1- SUMV2≥△V3等情形时，也按照上述方法进行判定。

如果| SUMV1- SUMV2|、| SUMV1- SUMV3|和| SUMV2- SUMV3|均＜△V3，判定第一支路、第二支路和第三支路均无断路故障，此时通过下面的静态工况和动态工况时的断路故障判定方法来进一步判定是否有支路发生断路故障。

同样，按照实施例一中的方法判定电池组处于动态工况还是静态工况，判断整车处于动态工况，按动态工况电路故障方法判定；否则判定电池组处于静态工况，按静态工况电路故障方法判定。

动态工况电路断路故障判定方法如下：

取T2=1000mS、N1=5次、N2=2次、T4=10S，以1000ms为周期，每1000ms判断一次| SUMV1n-SUMV1（n-1）|绝对值、| SUMV2n- SUMV2（n-1）|和| SUMV3n- SUMV3（n-1）|绝对值，每判断一次Count加1；当支路电压自身变化≥△V1时：| SUMV1n- SUMV1（n-1）|≥△V1，第一支路变化次数Count1加1；| SUMV2n- SUMV2（n-1）|≥△V1，第二支路变化次数Count2加1；|SUMV3n- SUMV3（n-1）|≥△V1，第三支路变化次数Count3加1。当Count≥5次，进行支路断路故障判定，方法如下：当Count1 、Count2和Count3均≥2次，判定为无支路发生断路故障；当Count1、Count2 、Count3其中一条或两条支路≥2次，另外支路的为0时，判定电压无波动的支路发生断路故障；其它情况，退出判定，判定完成。当Count＜5次，继续累加至N1次再进行电路故障判定；每判定一次，Count、Count1、Count2 、Count3清零从新计数进行下一次判定，依次循环。根据动态工况和静态工况判定方法，如果当前工况不属于动态工况，则不再按照动态工况电路断路故障方法判定。

静态工况电路故障判定方法如下，同样按照实施例一种的方法判定电池组处于充电状态或放电状态：

如果电池组电路处于放电状态下：

1）SUMV1- SUMV2≥△V2、SUMV3- SUMV2≥△V2，判定第一、三支路均发生断路故障；

2）SUMV2- SUMV1≥△V2、SUMV3- SUMV1≥△V2，判定第二、三支路均发生断路故障；

3）SUMV1- SUMV3≥△V2、SUMV2- SUMV3≥△V2，判定第一、二支路均发生断路故障；

4）SUMV1- SUMV2≥△V2、SUMV1- SUMV3≥△V2，判定第一支路均发生断路故障；

5）SUMV2- SUMV1≥△V2、SUMV2- SUMV3≥△V2，判定第二支路均发生断路故障；

6）SUMV3- SUMV1≥△V2、SUMV3- SUMV2≥△V2，判定第三支路均发生断路故障；

如果电池组电路处于充电状态下：

1）SUMV1- SUMV2≥△V2、SUMV3- SUMV2≥△V2，判定第二支路均发生断路故障；

2）SUMV2- SUMV1≥△V2、SUMV3- SUMV1≥△V2，判定第一支路均发生断路故障；

3）SUMV1- SUMV3≥△V2、SUMV2- SUMV3≥△V2，判定第三支路均发生断路故障；

4）SUMV1- SUMV2≥△V2、SUMV1- SUMV3≥△V2，判定第二、三支路均发生断路故障；

5）SUMV2- SUMV1≥△V2、SUMV2- SUMV3≥△V2，判定第一、三支路均发生断路故障；

6）SUMV3- SUMV1≥△V2、SUMV3- SUMV2≥△V2，判定第一、二支路均发生断路故障；

如果| SUMV1- SUMV2|、| SUMV1- SUMV3|和| SUMV2- SUMV3|均＜△V3，判定第一支路、第二支路和第三支路均无断路故障。

上述实施例一和二分别给出了双支路和三支路电池组电路断路故障的判定方法，对于四支路及四支路以上的电池组，可以参照实施例二中三支路电池组断路故障的判定方法进行判断。上述方法同样对各支路的其他一些连接异常也能够正常及时的识别，包括接插件氧化、连接松动等系列产生的支路连接内阻变化。△V3 、△V2 、△V1的一般取值为：△V3 ≥△V2 ≥△V1。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种多支路电池组电路断路的判别方法，用于一个或多个电池串联成多个支路，各支路再并联形成的电池组，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述静态工况电路故障判定方法中，按如下方法进行具体支路电路故障判定：放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

3.根据权利要求2所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述静态工况电路故障判定方法中充放电状态的判定方法为：通过电池组电路的电流方向来判定，或通过充电插枪的连接信号判定。

4.根据权利要求1所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述静态工况电路故障判定方法中，放电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V2，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V2，则判定电压最大的一条支路断路故障；

5.根据权利要求1所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述电流I为对应时间周期T1内的平均电流。

6.根据权利要求1~5任一项所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：在进行动静态工况电路故障判定之前，还进行一次全工况状态下的电路故障判定，判定方法为：判定电池组各支路间的电压差并与设定阈值△V3比较，当有支路间的电压差超过设定阈值△V3并持续时间超过T5时，则判定有支路发生断路故障。

7.根据权利要求6所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述具体支路发生断路故障确定方法为：放电状态下，判定电压大的支路发生断路故障；充电状态下，判定电压小的支路发生断路故障。

8.根据权利要求7所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：放电状态下的多支路判定方法为：若多条支路与余下一条支路的电压差均超过阈值△V3，则判定这些电压大的支路均断路故障；若一条支路与其他支路的电压差均超过阈值△V3，则判定电压最大的一条支路断路故障；

9.根据权利要求7或8所述的多支路电池组电路断路的判别方法，其特征在于：所述充放电状态的方法是通过充电插枪的连接信号判定。