CN114563721A - 一种电池系统电流异常变化检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统电流异常变化检测方法，采用电池管理系统采集电池系统内的电池单体的电压，建立动态数据采集模型，从电池系统内所有电芯中识别出最高单体电压、最低单体电压，根据已识别出的电池单体信息，在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，检测电流异常，并根据单体电压变化进行相应的处理。本发明通过对电池系统运行过程中电流变化是否与电池系统整体运行情况一致进行判断。在充放电过程中，单体电压的变化情况能够充分反映电池系统的工作状态，因此将电流是否异常判断与单体电压的变化趋势进行相关联，避免电流出现异常不能被及时有效的识别出来，影响电池系统正常运行。

Description

一种电池系统电流异常变化检测方法

技术领域

本发明涉及电池检测领域，特别涉及一种电池系统电流异常变化检测方法。

背景技术

动力电池系统在各领域广泛应用，因此动力电池系统在使用过程中的安全、稳定就变得更为重要。在动力电池系统使用过程中由于检测到的关键电流数据出现异常，从而导致系统不能正常运行的情况非常普遍，严重的甚至会产生安全事故，造成重大安全隐患和经济损失。目前在对需要实时采集的电流数据的异常判断方式单一，检测手段也单一，系统性故障考虑不够全面，为了防止电池系统在出现数据异常情况下继续使用，要提高判断方法和检测手段，在对动力电池管理系统的电流异常情况下的故障能够快速有效的判断，避免电池系统在数据异常情况下过度使用，造成动力电池系统损坏。

在设计电流异常变化检测方法和装置中，经过对异常数据的分析和实际应用案例的研究，采集电流异常变化并设计出有效的检测机制，以解决问题。

对于动力电池系统来说，SOC是一个重要技术指标，无论采用哪种SOC算法，电流积分是不可缺少的重要组成部分，如果电池系统中电流出现异常，那么必然会造成SOC的偏差，从而影响电池系统的使用，因此对电池系统中的电流是否正常的检测将会直接影响SOC的精度。

SOC与SOP也是相互关联，当SOC出现偏差，实际使用过程中SOP的参考值也会出现较大偏差，就会出现在低电量情况下任然有大功率放电的情况，造成动力电池出现过流而不能及时发现，导致动力电池的损坏，提高对电流异常的检测也是对动力电池系统一个很好的保护。

能够在未出现严重状况之前发现电流数据异常，可以尽早识别出来，有利于提高电池系统的安全，避免动力电池在非健康状态下工作，从而造成不可挽回的损失。

发明内容

本发明目的是：提供一种电池系统电流异常变化检测方法，解决因电流异常，电池管理系统对SOC计算出现偏差，不能进行及时矫正SOC的问题，防止电池系统出现过流，影响对用电系统的使用。

本发明的技术方案是：

一种电池系统电流异常变化检测方法，采用电池管理系统采集电池系统内的电池单体的电压，建立动态数据采集模型，从电池系统内所有电芯中识别出最高单体电压Vmax、最低单体电压Vmin，同时识别出最高单体所处位置N1、最低单体所处位置N2，根据已识别出的电池单体信息，在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，检测电流异常，并根据单体电压变化进行相应的处理。

优选的，所述建立动态数据采集模型为：V= OCV+ΔV，ΔV=I_i×R₀，其中V为动态电压、OCV为开路电压、I_i为动态电流、R₀为内阻；设定充电电流为负值，放电电流为正值，并根据动态采集模型设定数据变化范围；

根据已建立的模型，推导出：I_i=（V-OCV）/R₀；在有电压变化的情况下，电池系统电流也会随之产生变化。

优选的，所述在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，包括：

在持续充电过程中，根据电压变化，判断电流的变化趋势：充电过程中一般都处于恒流下，且在持续充电过程中，电流的变化总体是趋于稳定，根据采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，验证电流是否出现异常；

在放电过程中，有放电电流和回电电流，需要区分判断条件；采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，并判断电流方向，I_d为放电电流、I_c为回电电流，判断计算条件：

（1）经有I_d电流判断放电情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：ΔVdmin；

（2）经有I_c电流判断回馈情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：Δvdmin；

根据以上电压判断条件，获得电流变化。

优选的，所述根据单体电压变化进行相应的处理，包括：

（1）根据所得到电流变化窗口值进行判断处理：充电过程中由于能量传递进入动力电池，因此得出，充电过程电压变化ΔVmax、ΔVmin在增长，电流均为负值，否则判断电流处于异常状态，立即停止充电，并进行故障问题排查；

（2）在放电过程中，经判断电池系统处理能量输出阶段，出现ΔVdmax≤0，ΔVdmin≤0，判断电池系统处于放电状态，电流应为正值，否则判断系统电流检测处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（3）在回馈过程中，经电池判断电池系统处于能量回馈阶段，出现大脉冲回馈电流ΔVdmax≥0，ΔVdmin≥0，电流值则应为负值，否则判断系统电流检测处于异常态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（4）在充放电过程中，根据系统获得最高、最低单体的电压和位置进行比较，如果出现单体电压持续出现变化，但电池系统检测到的电流极小或无明显变化，则判断系统电流数据处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查。

本发明的优点是：

本发明方法主要用于电池系统电流异常检测，通过对电池系统运行过程中电流变化是否与电池系统整体运行情况一致进行判断。在充放电过程中，单体电压的变化情况能够充分反映电池系统的工作状态，因此将电流是否异常判断与单体电压的变化趋势进行相关联，避免电流出现异常不能被及时有效的识别出来，影响电池系统正常运行。采用本发明电流异常检测的方法，能够最大可能避免出现电池系统出现安全隐患，同时也是对系统过流进行很好保护。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为动力电池系统的原理框图；

图2为本发明电池系统电流异常变化检测方法的流程图；

图3为未采取保护措施的电池单体电压及电流变化曲线图；

图4为未采取保护措施的电池单体电压及SOC变化曲线图。

具体实施方式

如图1所示，动力电池系统包括N+1个单体电池依次串联组成的电池组，电池管理系统BMS对采集电池系统内的电池单体电压，从电池系统内所有电芯中识别出最高单体电压Vmax，最低单体电压Vmin，同时识别出最高单体所处位置N1，最低单体所处位置N2，根据已识别出的电池单体信息，在车辆放电或充电过程中进行实时跟踪变化情况，检测电流异常，并根据单体电压变化进行相应的处理。

如图2所示，本发明的电池系统电流异常变化检测方法，主要通过建立动态数据采集模型，在电池单体电压出现变化而电池系统电流出现异常进行识别，对充放电过程中单体电压变化与电流变化关系进行判断。包括步骤：

1、建立电池动态采集模型，并以此电压数据识别出最高、最低单体，并获得最高最低单体所处位置，用于基准参考，在充放电过程中电流变化进行判断；

2、在充放电不同阶段，设定单位时间，同一位置动态电压ΔV变化，判断动态电压差ΔV和电流的趋势一致性，结合充放电过程中的电流数据进行判断；

3、根据充放电工况中检测到的动态电压数据，计算出当前状态的结果与设定条件进行比较，从而分析出电池系统电流是否存在异常变化；

4、从动态数据采集模型中，对系统中所有单体电压数据进行采集，在充放电过程中，如果出现最高、最低单体电压变化，但系统电流无明显变化情况下进行识别，确认后与设定条件进行比较判断。

具体的，所述建立动态数据采集模型为：V= OCV+ΔV，ΔV=I_i×R₀，其中V为动态电压、OCV为开路电压、I_i为动态电流、R₀为内阻；设定充电电流为负值，放电电流为正值，并根据动态采集模型设定数据变化范围；

根据已建立的模型，推导出：I_i=（V-OCV）/R₀；在有电压变化的情况下，电池系统电流也会随之产生变化。

所述在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，包括：

在持续充电过程中，根据电压变化，判断电流的变化趋势：充电过程中一般都处于恒流下，且在持续充电过程中，电流的变化总体是趋于稳定，根据采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，验证电流是否出现异常；

在放电过程中，有放电电流和回电电流，需要区分判断条件；采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，并判断电流方向，I_d为放电电流、I_c为回电电流，判断计算条件：

（1）经有I_d电流判断放电情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：ΔVdmin；

（2）经有I_c电流判断回馈情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：Δvdmin；

根据以上电压判断条件，获得电流变化。

所述根据单体电压变化进行相应的处理，包括：

（1）根据所得到电流变化窗口值进行判断处理：充电过程中由于能量传递进入动力电池，因此得出，充电过程电压变化ΔVmax、ΔVmin在增长，电流均为负值，否则判断电流处于异常状态，立即停止充电，并进行故障问题排查；

（2）在放电过程中，经判断电池系统处理能量输出阶段，出现ΔVdmax≤0，ΔVdmin≤0，判断电池系统处于放电状态，电流应为正值，否则判断系统电流检测处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（3）在回馈过程中，经电池判断电池系统处于能量回馈阶段，出现大脉冲回馈电流ΔVdmax≥0，ΔVdmin≥0，电流值则应为负值，否则判断系统电流检测处于异常态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（4）在充放电过程中，根据系统获得最高、最低单体的电压和位置进行比较，如果出现单体电压持续出现变化，但电池系统检测到的电流极小或无明显变化，则判断系统电流数据处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查。

如图3所示，电池单体电压持续下降，电流在相当长时间内无明显变化，此时电流检测出现异常，电池系统电量持续减少，且未做任何保护措施，导致电池系统电量放空，电池系统存在过放风险，如果对电流异常能够及时有效的检测出来，则不会出现无限制持续放电的情况，同时也存在安全隐患。

如图4所示，电池单体电压持续下降，但SOC处于稳定状态，无变化，根据电池系统状态分析，此时电池系统处于放电状态，但SOC没有任何变化，推测SOC计算出现问题，根据正常SOC算法，判断此时由于电流积分错误导致，电流积分错误是由于电流异常，放电电流数据异常导致无法进行有效计算，从而导致SOC出现极大偏差。在这种情况下，用电系统仍然按照SOC70%左右对应SOP进行放电，会造成电池系统出现无约束放电，实际电池系统已出现过流情况而无法有效识别出来进行管控，对电池系统造成不可逆的损坏。

根据建立动态数据采集模型，也可以从数据分析当前动力电池的充放电状态，判断电流是否正常，当前环境下，动力电池的运行状态是否处于较好的水平。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池系统电流异常变化检测方法，其特征在于，采用电池管理系统采集电池系统内的电池单体的电压，建立动态数据采集模型，从电池系统内所有电芯中识别出最高单体电压Vmax、最低单体电压Vmin，同时识别出最高单体所处位置N1、最低单体所处位置N2，根据已识别出的电池单体信息，在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，检测电流异常，并根据单体电压变化进行相应的处理。

2.根据权利要求1所述的电池系统电流异常变化检测方法，其特征在于，所述建立动态数据采集模型为：V= OCV+ΔV，ΔV=I_i×R₀，其中V为动态电压、OCV为开路电压、I_i为动态电流、R₀为内阻；设定充电电流为负值，放电电流为正值，并根据动态采集模型设定数据变化范围；

根据已建立的模型，推导出：I_i=（V-OCV）/R₀；在有电压变化的情况下，电池系统电流也会随之产生变化。

3.根据权利要求2所述的电池系统电流异常变化检测方法，其特征在于，所述在电池系统放电或充电过程中进行实时跟踪电压变化情况，包括：

在持续充电过程中，根据电压变化，判断电流的变化趋势：充电过程中一般都处于恒流下，且在持续充电过程中，电流的变化总体是趋于稳定，根据采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，验证电流是否出现异常；

在放电过程中，有放电电流和回电电流，需要区分判断条件；采集单体电压在单位时间Δt内，最高单体电压体电压变化ΔVmax、最低单体电压体电压变化ΔVmin，并判断电流方向，I_d为放电电流、I_c为回电电流，判断计算条件：

（1）经有I_d电流判断放电情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：ΔVdmin；

（2）经有I_c电流判断回馈情况下，最高单体电压变化：ΔVdmax，最低单体电压变化：Δvdmin；

根据以上电压判断条件，获得电流变化。

4.根据权利要求3所述的电池系统电流异常变化检测方法，其特征在于，

所述根据单体电压变化进行相应的处理，包括：

（1）根据所得到电流变化窗口值进行判断处理：充电过程中由于能量传递进入动力电池，因此得出，充电过程电压变化ΔVmax、ΔVmin在增长，电流均为负值，否则判断电流处于异常状态，立即停止充电，并进行故障问题排查；

（2）在放电过程中，经判断电池系统处理能量输出阶段，出现ΔVdmax≤0，ΔVdmin≤0，判断电池系统处于放电状态，电流应为正值，否则判断系统电流检测处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（3）在回馈过程中，经电池判断电池系统处于能量回馈阶段，出现大脉冲回馈电流ΔVdmax≥0，ΔVdmin≥0，电流值则应为负值，否则判断系统电流检测处于异常态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查；

（4）在充放电过程中，根据系统获得最高、最低单体的电压和位置进行比较，如果出现单体电压持续出现变化，但电池系统检测到的电流极小或无明显变化，则判断系统电流数据处于异常状态，需要及时进行处理，并进行故障问题排查。

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