CN109932641A - 一种电池系统加热继电器故障诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池系统加热继电器故障诊断方法及装置，其主要是当整车系统ON火下电后，控制第一继电器与第二继电器断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；若总电流I大于等于设定值，则判断第一继电器与第二继电器为同时粘连；即本发明提供的故障诊断方法，对加热继电器粘连故障，做出准确有效判断，并及时告警，确保电池加热系统安全可靠，提高系统安全性，避免因加热继电器粘连故障，而导致电池的过放或严重的安全事故。

Description

一种电池系统加热继电器故障诊断方法及装置

技术领域

本发明属于新能源汽车动力电池加热管理技术领域，涉及一种电池系统加热继电器故障诊断方法及装置。

背景技术

传统燃油汽车的大量应用不仅引发了严重的环境污染、全球气候变暖和人类生存的危机，也导致了地球石油资源的迅速递减，以致最终枯竭。因此，加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，也是推动汽车产业可持续发展的紧迫任务。近几年，新能源行业凭借自身优势，取得了巨大的进展，尤其是新能源汽车方面的发展。

动力电池是新能源汽车的动力源，其加热管理技术对于整车和动力电池系统的合理利用至关重要。当动力电池系统在低温下，充放电能力大大降低，尤其是磷酸铁锂电池，在低温下充电会导致电池内部析锂，引起内短路，而发生重大安全事故。因此，动力电池的加热功能，可以保障电池工作在合理的温度区间，最大限度的发挥电池的充放电能力，提高电池的利用效率，延长电池寿命。

目前的新能源汽车动力电池加热设计采用两种模式：第一采用PTC材料加热；第二采用电阻丝加热，两种加热材料能量源均来自动力电池本身；并与电池系统总正、总负相连接，同时，在动力电池加热回路中设置正负两个继电器通过闭合与断开来实现动力电池加热功能。因此，加热继电器是否存在故障，是直接关系到动力电池系统的加热功能是否正常。且无论是PTC加热还是电阻丝加热，能量源均来自动力电池，若是与电池总正和总负连接的加热继电器出现故障，尤其是加热继电器触头发生“粘连”(粘连指的是在电池高压接通的瞬间，继电器触头在接触之前拉出电弧，高温电弧烧融触点，而使触点无法正常断开的现象，也即继电器触头闭合后，无法控制断开，通常指一种故障状态)的情况，将会导致电池系统通过PTC或者电阻丝，而不受控制的进行强放电，而强放电的后果：第一是造成能量浪费，电池温度加热过高，高温下电池存在极大安全隐患；第二，更为严重者是会导致电池过放，电池过放后，可能会引起漏液、内短路，引起火灾或爆炸。

同时，现有技术中，如申请号为2016112291859的中国专利文献“一种继电器粘连检测方法”中进行加热继电器的粘连故障诊断是通过设计一分压检测电路对加热继电器的电压进行检测，并与动力电池组正极的电压比较，得出的电压差的绝对值再与设定值进行比较，最终确定继电器的是否为故障；即通过外部检测电路检测不仅存在误差，而且由于差值的设定值在不同的动力电池电压平台需要重新选定，测试方法繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池系统加热继电器故障诊断方法，用以解决现有技术中不能实现加热继电器粘连故障的简单、准确、有效的判断，导致电流过放或事故发生的问题；同时，还提供了一种电池系统加热继电器故障诊断装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种电池系统加热继电器故障诊断方法，主要包括以下方案：

故障诊断方法一：包括如下步骤：

1)当整车系统ON火下电后，控制第一继电器与第二继电器断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；

2)若总电流I大于等于设定值，则判断第一继电器与第二继电器为同时粘连；

所述设定值为加热开启后的最小加热电流I_min；所述最小加热电流I_min＝U_min/R，其中U_min为加热开启后的最小总电压值，R为加热膜阻值。

故障诊断方法二：在故障诊断方法一的基础上，所述步骤2)中，若连续三次以上总电流I大于等于I_min，则输出告警并结束诊断。

故障诊断方法三：在故障诊断方法二的基础上，若连续判断总电流I大于等于I_min未达到三次以上，则继续进行如下检测步骤：

(1)闭合第二继电器，检测并记录当前总电流I1；

(2)若总电流I1大于等于I_min，则判断第一继电器粘连；否则，继续进行步骤(3)；

(3)断开第二继电器，闭合第一继电器，检测并记录当前检测总电流I2；

(4)若总电流I2大于等于I_min，则判断第二继电器粘连；否则判断第二继电器没有粘连故障，完成粘连检测判断。

故障诊断方法四：在故障诊断方法三的基础上，所述步骤(2)中重复断开第二继电器，再闭合第二继电器，若连续三次以上检测的总电流I1大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测；

所述步骤(4)中重复断开第一继电器，再闭合第一继电器，若连续三次以上检测的总电流I2大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测。

故障诊断方法五、六、七、八：在故障诊断方法一或二或三或四的基础上，所述第一继电器为正加热继电器，所述第二继电器为负加热继电器；或者所述第一继电器为负加热继电器，所述第二继电器为正加热继电器。

本发明提供的一种电池系统加热继电器故障诊断装置，主要包括以下方案：

故障诊断装置一：包括处理器，所述处理器用于执行实现如下指令：

1)当整车系统ON火下电后，控制第一继电器与第二继电器断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；

2)若总电流I大于等于设定值，则判断第一继电器与第二继电器为同时粘连；

所述设定值为加热开启后的最小加热电流I_min；所述最小加热电流I_min＝U_min/R，其中U_min为加热开启后的最小总电压值，R为加热膜阻值。

故障诊断装置二：在故障诊断装置一的基础上，所述步骤2)中，若连续三次以上总电流I大于等于I_min，则输出告警并结束诊断。

故障诊断装置三：在故障诊断装置二的基础上，若连续判断总电流I大于等于I_min未达到三次以上，则继续进行如下检测步骤：

(1)闭合第二继电器，检测并记录当前总电流I1；

(2)若总电流I1大于等于I_min，则判断第一继电器粘连；否则，进行步骤(3)；

(3)断开第二继电器，闭合第一继电器，检测并记录当前检测总电流I2；

(4)若总电流I2大于等于I_min，则判断第二继电器粘连；否则判断第二继电器没有粘连故障，完成粘连检测判断。

故障诊断装置四：在故障诊断装置三的基础上，所述步骤(2)中重复断开第二继电器，再闭合第二继电器，若连续三次以上检测的总电流I1大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测；

所述步骤(4)中重复断开第一继电器，再闭合第一继电器，若连续三次以上检测的总电流I2大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测。

故障诊断装置五、六、七、八：在故障诊断装置一或二或三或四的基础上，所述第一继电器为正加热继电器，所述第二继电器为负加热继电器；或者所述第一继电器为负加热继电器，所述第二继电器为正加热继电器。

本发明提供的故障诊断方法，能够对加热继电器粘连故障做出准确有效的判断，并及时告警，确保电池加热系统安全可靠，提高系统安全性，避免因加热继电器粘连故障，而导致电池的过放或严重安全事故。

本发明通过采用分布检测方法，先进行整体判断，然后进行分别检测，当每个步骤判断故障有效后，则停止故障诊断检测；本发明采用分布判断的方法，能够提高粘连检测的准确性，避免误判。同时，在分步检测时，采用连续三次以上判断进行滤波测试，若三次以上均满足条件，则认为发生粘连故障；即通过多次滤波判断，不仅避免了误判，而且进一步地提高了故障检测的准确性。

附图说明

图1为电池系统加热继电器装置；

图2为本发明加热继电器K1和K2同时粘连故障诊断流程图；

图3为本发明加热继电器K1粘连故障诊断流程图；

图4为本发明加热继电器K2粘连故障诊断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

具体的，以磷酸铁锂电池为例进行电池系统加热继电器故障诊断方法的介绍，但是本发明并不限于实施例中给出的磷酸铁锂电池，也适用于其他电池的加热继电器的故障诊断。

如图1所示，该装置包括动力电池、电池管理系统、电流采样系统T、电池加热系统及整车驱动和附件系统；动力电池及电池管理系统、电流采样系统与整车驱动和附件系统依次串联，电池加热系统与整车驱动和附件系统并联。

本发明中的动力电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)主要通过对电池电压、温度、电流等信息的采集，实现高压安全管理、电池状态分析、能量管理、故障诊断管理、电池信息管理等功能，并通过CAN总线将电源系统关键参数与整车通讯，从而实现对电池系统的安全有效管理，避免电池过充、过放，延长电池寿命，包括高压盒、从板、线束等所有相关零部件。

本实施例中的电流采样系统T为电流传感器，用于采集动力电池的总电流。

本实施例中的动力电池是由200串单体的磷酸铁锂电池组成，其额定电压为640伏；电池加热系统用于对动力电池进行加热，包括加热继电器K1、加热继电器K2、加热膜，电池加热系统中的加热膜采用电阻丝加热，加热电阻丝通过加热继电器K1与加热继电器K2，与电池系统正负连接，即此时的加热继电器K1为正加热继电器，加热继电器K2为负加热继电器；其中，加热继电器K1与K2由电池管理系统控制。设定发热电阻丝额定工作电压为640伏，阻值为64欧姆，则额定工作电流为10A。

作为其他实施方式，本发明中的加热膜也可以是其他加热材料。

如图2所示，首先，进行加热继电器K1与K2同时粘连故障诊断，具体诊断过程如下：

1)计算加热开启时的最小加热电流I_min(加热)，由于电池在加热时，其总电压会变化，从而会导致加热电流变化，需要实时计算总电压变化下的电流值，并记录最小总电压下对应的发热电阻丝的最小加热电流I_min(加热)，也即I_min＝U_min/R。本实施例中，当加热开启时,由于电池系统工作的下限为2.5*200＝500伏,所以当加热开启时,加热工作最小电流I_min(加热)＝500/64Ω＝7.8A。

2)电池管理系统检测到整车系统ON火下电后，判断加热状态是否开启，若为开启状态，电池管理系统先控制电池加热状态关闭，确保进行粘连检测前，控制意向为加热关闭状态；电池管理系统检测后再控制加热继电器K1与K2断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；

3)若I(总电流)≥I_min(加热),则判断为加热继电器K1与K2同时粘连故障；

4)重复上述步骤2)，连续判断三次，若三次均是I(总电流)＝10A≥I_min(加热)＝7.8A，则判断加热继电器K1与K2同时粘连，电池管理系统输出告警，并停止粘连诊断；若有一次I(总电流)＜I_min(加热)＝7.8A，则可以判定加热继电器K1与K2没有同时粘连，直接进入加热继电器K1或加热继电器K2粘连故障的判断。

其次，进入加热继电器K1粘连检测故障诊断，按照图3所示的诊断流程进行诊断，其具体过程如下：

步骤1：电池管理系统控制加热继电器K2闭合，稳定一段时间后，检测并记录当前系统总电流I1(总电流)，若I1(总电流)＜I_min(加热)＝7.8A，则记录故障次数N不累加，若I1(总电流)＝10A≥I_min(加热)＝7.8A，判断加热继电器K1粘连，记录故障次数N+1；

步骤2：断开加热继电器K2，然后再闭合加热继电器K2，重复上述步骤1，若满足继电器粘连条件，则故障次数N再加1，否则故障次数不更新。

步骤3：再次重复上述步骤1，若满足继电器粘连条件，则故障次数N再加1，否则故障次数不更新。

步骤4：若连续判断的故障次数N＝3，判断加热继电器K1发生粘连故障，电池管理系统输出告警，并停止粘连诊断；若故障次数N＜3，判断加热继电器K1没有粘连，则进入加热继电器K2的粘连故障判断。

最后，进入加热继电器K2粘连检测故障诊断，按照图4所示的诊断流程进行诊断，具体如下：

步骤1：电池管理系统控制加热继电器K1闭合，并记录当前系统总电流I2(总电流)，若I2(总电流)＜I_min(加热)＝7.8A，则记录故障次数N不累加，若I2(总电流)＝10A≥I_min(加热)＝7.8A，判断加热继电器K2粘连，记录故障次数N+1。

步骤2：断开加热继电器K1，然后再闭合加热继电器K1，重复上述步骤1，若满足继电器粘连条件，则故障次数N再加1，否则故障次数不更新。

步骤3：再次重复上述步骤1，若满足继电器粘连条件，则故障次数N再加1，否则故障次数不更新。

步骤4：若故障次数N＝3，判断为加热继电器K2粘连，加热继电器K2粘连后，电池管理系统输出告警,退出粘连检测过程，若N＜3,判断K2没有粘连，完成粘连检测。

本发明按照上述步骤即可完成加热继电器K1与K2的粘连故障的检测过程；能够对加热继电器粘连故障做出准确有效的判断，并及时告警，确保电池加热系统安全可靠，提高系统安全性，避免因加热继电器粘连故障，而导致电池的过放或严重安全事故。

本实施例中，当整车系统ON火下电后，整车驱动系统和附件系统下电，此时整车高压部分输出断电，电流为0，整车总火(供电电源)延迟5S下电，因此，为了使故障判断更准确，等待一段时间后，电池管理系统检测并记录总电流。

本发明中在整车系统ON火下电后，电池管理系统先判断电池系统是否在加热，若在加热则关闭加热，并控制第一继电器与第二继电器断开,保证了电池系统故障诊断时的安全；作为其他实施方式，也可以无需判断电池系统加热是否开启，直接进行检测。

本发明中对总电流I大于等于I_min连续判断三次以上，来确定继电器的粘连故障，进一步保证了故障诊断的准确性，避免了误判的问题；当然作为其他实施方式，也可以仅进行一次判断即可。

为了实现以上方法，本发明相应地提供了一种电池系统加热继电器故障诊断装置，包括处理器，该处理器用于执行实现上述电池系统加热继电器故障诊断方法的指令，具体的执行过程，此处不再赘述。

本发明中的处理器为动力电池管理系统，具体参照图2、3和4中动力电池管理系统的具体执行过程。

本发明通过采用分布检测方法，先进行整体判断，然后进行分别检测，当每个步骤判断故障有效后，则停止故障诊断检测；能够提高粘连检测的准确性，避免误判。而在分步检测时，采用连续三次以上判断进行滤波测试，若三次以上均满足条件，则认为发生粘连故障；通过多次滤波判断，不仅避免了误判，而且进一步地提高了故障检测的准确性。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池系统加热继电器故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)当整车系统ON火下电后，控制第一继电器与第二继电器断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；

2)若总电流I大于等于设定值，则判断第一继电器与第二继电器为同时粘连；

所述设定值为加热开启后的最小加热电流I_min；所述最小加热电流I_min＝U_min/R，其中U_min为加热开启后的最小总电压值，R为加热膜阻值。

2.根据权利要求1所述的电池系统加热继电器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2)中，若连续三次以上总电流I大于等于I_min，则输出告警并结束诊断。

3.根据权利要求2所述的电池系统加热继电器故障诊断方法，其特征在于，若连续判断总电流I大于等于I_min未达到三次以上，则继续进行如下检测步骤：

(1)闭合第二继电器，检测并记录当前总电流I1；

(2)若总电流I1大于等于I_min，则判断第一继电器粘连；否则，继续进行步骤(3)；

(3)断开第二继电器，闭合第一继电器，检测并记录当前检测总电流I2；

(4)若总电流I2大于等于I_min，则判断第二继电器粘连；否则判断第二继电器没有粘连故障，完成粘连检测判断。

4.根据权利要求3所述的电池系统加热继电器故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(2)中重复断开第二继电器，再闭合第二继电器，若连续三次以上检测的总电流I1大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测；

所述步骤(4)中重复断开第一继电器，再闭合第一继电器，若连续三次以上检测的总电流I2大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的电池系统加热继电器故障诊断方法，其特征在于，所述第一继电器为正加热继电器，所述第二继电器为负加热继电器；或者所述第一继电器为负加热继电器，所述第二继电器为正加热继电器。

6.一种电池系统加热继电器故障诊断装置，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行实现如下指令：

1)当整车系统ON火下电后，控制第一继电器与第二继电器断开，开始检测并记录当前电池系统回路总电流I；

2)若总电流I大于等于设定值，则判断第一继电器与第二继电器为同时粘连；

所述设定值为加热开启后的最小加热电流I_min；所述最小加热电流I_min＝U_min/R，其中U_min为加热开启后的最小总电压值，R为加热膜阻值。

7.根据权利要求6所述的电池系统加热继电器故障诊断装置，其特征在于，所述步骤2)中，若连续三次以上总电流I大于等于I_min，则输出告警并结束诊断。

8.根据权利要求7所述的电池系统加热继电器故障诊断装置，其特征在于，若连续判断总电流I大于等于I_min未达到三次以上，则继续进行如下检测步骤：

(1)闭合第二继电器，检测并记录当前总电流I1；

(2)若总电流I1大于等于I_min，则判断第一继电器粘连；否则，继续进行步骤(3)；

(3)断开第二继电器，闭合第一继电器，检测并记录当前检测总电流I2；

(4)若总电流I2大于等于I_min，则判断第二继电器粘连；否则判断第二继电器没有粘连故障，完成粘连检测判断。

9.根据权利要求8所述的电池系统加热继电器故障诊断装置，其特征在于，所述步骤(2)中重复断开第二继电器，再闭合第二继电器，若连续三次以上检测的总电流I1大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测；

所述步骤(4)中重复断开第一继电器，再闭合第一继电器，若连续三次以上检测的总电流I2大于等于I_min，则输出告警并退出粘连检测。

10.根据权利要求6-9中的任意一项所述的电池系统加热继电器故障诊断装置，其特征在于，所述第一继电器为正加热继电器，所述第二继电器为负加热继电器；或者所述第一继电器为负加热继电器，所述第二继电器为正加热继电器。