CN115042668A - 动力电池热失控故障上报方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池热失控故障上报方法，本发明的主要设计构思在于，一方面通过检测电池模块单体电压按时序发生的偏差变化以及同步监控防爆阀的状态，以识别热失控故障，另一方面，通过在电池模组周边按特定结构设置柔性线路板，确保及时采集电池电压数据，且有效防止电芯发生热失控时导致单体电压采集失效，致使整车动力中断的问题。本发明有效降低了热失控发生时因电芯电压采集失效导致的动力中断现象，并基于此在持续按时序获得电池单体电压前提下，综合考虑电池的多维时序特征，从而极大地降低误报率，将动力电池故障风险降到最低，进而可靠保护了车辆和驾乘人员的安全。

Description

动力电池热失控故障上报方法
技术领域
本发明涉及动力电池防护技术领域，尤其涉及一种动力电池热失控故障上报方法。
背景技术
动力电池热失控防护设计是保障动力电池系统稳定运行的基础，在车辆使用过程中，若发生单个电芯热失控故障，需确保整车不会动力中断、热失控信号准确及时上报，且整包不起火，不爆炸。
热失控防护设计对降低车辆和人员财产的损失，保障人员生命安全具有重要意义，所以有效的热失控防护设计，能够准确诊断并上报动力电池热失控故障是动力电池系统不可忽视的功能安全项，也因此动力电池热失控防护设计与诊断方法则是新能源汽车领域非常重要的技术点。
目前市场上采用的诊断方法主要是以监控板、热失控传感器为基础，通过监控板上拉电平和热失控传感器上报故障标志来诊断筛选出问题车辆。但经实践后发现，此方法有两个突出的问题，一方面是存在故障误报现象，另一方面则是成本过高。
发明内容
鉴于上述，本发明旨在提供一种动力电池热失控故障上报方法，以解决故障误报现象并降低电池包成本。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种动力电池热失控故障上报方法，其中包括：
步骤S1、通过设于电池模组边缘处的柔性线路板，按预设周期持续采集电芯电压，并持续监控预设的防爆阀的状态；其中，所述柔性线路板的镍片根部经局部弱化处理以避免集流片翘起导致所述柔性线路板撕裂；
步骤S2、计算各电芯的当前时刻与前一时刻的电压差值；
步骤S3、根据车辆所处的不同工况模式，并结合所述电压差值、预设的电压差阈值以及防爆阀的状态，进行上报故障决策。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述防爆阀的状态由防爆阀的微动开关的通断动作产生的电平信号提供。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于放电模式下，若任一电芯的当前电压差值小于或等于预设的第一电压差阈值、且所述当前电压差值与其他所述电压差值之差均小于或等于所述第一电压差阈值、且检测到防爆阀上报高电平，则上报故障。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于充电模式下，若任一电芯的当前电压差值小于或等于预设的第二电压差阈值、且所述当前电压差值与其他所述电压差值之差均小于或等于所述第二电压差阈值、且检测到防爆阀上报高电平，则上报故障。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于静置状态下，当上电唤醒时，计算唤醒时刻所有电芯电压与前次下电时所有电芯电压的电压偏差；
若任一电芯的所述电压偏差小于或等于预设的第三电压差阈值、且所述电压偏差与其他所述电压偏差之差均小于或等于所述第三电压差阈值、且检测防爆阀上报高电平，则上报故障。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述上报方法还包括：
在检测到电芯电压处于紊乱状态，且检测到防爆阀上报低电平，则上报故障。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述上报方法还包括：
当检测到任一时刻具有最小单体电压以及最大单体电压的电芯为相邻电池单体时，则判断当前时刻防爆阀是否上报低电平；
若此时防爆阀上报低电平，则上报故障。
在其中至少一种可能的实现方式中，若判断当前时刻防爆阀未上报低电平，则忽略对该对相邻电芯的故障诊断，并将该对相邻电芯排除在故障诊断待检测目标之外。
本发明的主要设计构思在于，一方面通过检测电池模块单体电压按时序发生的偏差变化以及同步监控防爆阀的状态，以识别热失控故障，另一方面，通过在电池模组周边按特定结构设置柔性线路板，确保及时采集电池电压数据，且有效防止电芯发生热失控时导致单体电压采集失效，致使整车动力中断的问题。本发明有效降低了热失控发生时因电芯电压采集失效导致的动力中断现象，并基于此在持续按时序获得电池单体电压前提下，综合考虑电池的多维时序特征，从而极大地降低误报率，将动力电池故障风险降到最低，进而可靠保护了车辆和驾乘人员的安全。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明实施例提供的动力电池热失控故障上报方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的柔性线路板局部弱化处理的结构参考图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在对本发明展开之前，对本领域现阶段相关技术及其缺陷再次进行分析，这也是形成本发明设计构思的初衷和落脚点。
目前，监控板热失控故障诊断是在BMS初始化成功后，持续采集监控板通断情况，监控板方案上报热失控故障的机理为：电芯爆喷时高温会使得监控板熔断丝发生熔断，造成断路，BMS检测熔丝状态上报故障；然而，监控板由于自身结构复杂，需开发专用模具且成本较高，此外，监控板中熔断丝在车辆运行过程中也容易发生磨损断裂，所以仅以此方式来诊断热失控易会造成误报现象，给用户造成不便，同时还增大市场服务难度。
另一种热失控传感器的诊断是当传感器工作在低功耗模式时，一旦传感器检测电芯爆喷后气溶胶浓度触发设定阈值，传感器将唤醒信号置高电平，并通过CAN信号唤醒BMS，上报热失控故障。而上述热失控传感器诊断热失控故障方法，传感器对电池包环境，温度等要素敏感，由于目前动力电池PACK中使用的多种胶在高温情况下会干扰热失控传感器，导致热失控传感器误报或部件失效，当然，热失控传感器的成本也相对较高。
由此分析，本发明提出了一种动力电池热失控故障上报方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：
步骤S1、电池控制器通过设于电池模组边缘处的柔性线路板(FPC)，按预设周期持续采集电芯电压，且电池管理系统持续监控预设的防爆阀的状态；
步骤S2、计算各电芯的当前时刻与前一时刻的电压差值；
步骤S3、根据车辆所处的不同工况模式，并结合所述电压差值、预设的电压差阈值以及防爆阀的状态，进行上报故障决策。
其中，所述柔性线路板的镍片根部经局部弱化处理，这样可以避免在发生电芯热失控时，集流片翘起导致带动FPC主体撕裂，进而使得电池控制器无法再正常采集电压，直接致使整车动力中断的问题出现，所述局部弱化处理为机械构造层面的改进，如图2所示的示例，位于整个电池模组边缘且避开电芯100正上方的柔性线路板1以开口折型结构11连接集流片2，该开口折型结构11即为局部弱化处理，其起到了缓冲效果，被热失控电芯带动时，有充裕的机械缓冲空间以避免整个FPC被直接拉动。
进一步地，防爆阀的状态由防爆阀的微动开关的通断动作产生的电平信号提供。
关于前述上报故障决策，这里可以结合真实场景，给出如下四种可组合应用也可独立实施的方案：
首先设定，电池控制器按预设周期(如10s)采集所有电池模块的电芯(单体)电压，即t0＝0s，t1＝10s，t2＝20s...，记录t时刻所有电压为V1(t)～Vn(t)；然后，计算所有电芯t时刻与t-1时刻电压差值，即记录△V1(t)＝V1(t)-V1(t-1)...，△Vn(t)＝Vn(t)-Vn(t-1)。
(1)在车辆处于放电模式下，若某时刻存在某一单体的△Vm(t)≤-20mV、且该△Vm(t)与所有其他△V(t)的差值均≤-20mV、且BMS检测到防爆阀上报高电平(微动开关闭合)，则上报故障；
(2)在车辆处于充电模式，若某时刻存在某一单体的△Vm(t)≤-50mV，且△Vm(t)与所有其他△V(t)的差值均≤-50mV，且BMS检测防爆阀上报高电平(微动开关闭合)，则上报故障；
(3)在车辆处于静置状态下，当上电唤醒时(KEY ON)，电池控制器计算唤醒时刻所有电芯与前次下电时(KEY OFF)的电压差值，若存在某一单体△Vm(t)≤-20mV，且△Vm(t)与所有其他△V(t)的差值均≤-20mV，且BMS检测防爆阀上报高电平(微动开关闭合)，则上报故障；
(4)在检测到电池电压处于紊乱状态，且同时检测到防爆阀上报低电平(微动开关开启)，则上报故障；
(5)此外，本发明还可以补充说明的是，所述上报方法还包括当检测到某时刻具有最小单体电压以及最大单体电压的电池单体为相邻单体，且检测到防爆阀上报低电平(微动开关开启)，则上报故障；否则，对此相邻的电池单体不做故障诊断，并将此相邻电池单体排除在故障诊断待检测目标之外。
综上所述，本发明的主要设计构思在于，一方面通过检测电池模块单体电压按时序发生的偏差变化以及同步监控防爆阀的状态，以识别热失控故障，另一方面，通过在电池模组周边按特定结构设置柔性线路板，确保及时采集电池电压数据，且有效防止电芯发生热失控时导致单体电压采集失效，致使整车动力中断的问题。本发明有效降低了热失控发生时因电芯电压采集失效导致的动力中断现象，并基于此在持续按时序获得电池单体电压前提下，综合考虑电池的多维时序特征，从而极大地降低误报率，将动力电池故障风险降到最低，进而可靠保护了车辆和驾乘人员的安全。
本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，包括：
步骤S1、通过设于电池模组边缘处的柔性线路板，按预设周期持续采集电芯电压，并持续监控预设的防爆阀的状态；其中，所述柔性线路板的镍片根部经局部弱化处理以避免集流片翘起导致所述柔性线路板撕裂；
步骤S2、计算各电芯的当前时刻与前一时刻的电压差值；
步骤S3、根据车辆所处的不同工况模式，并结合所述电压差值、预设的电压差阈值以及防爆阀的状态，进行上报故障决策。
2.根据权利要求1所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述防爆阀的状态由防爆阀的微动开关的通断动作产生的电平信号提供。
3.根据权利要求1所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于放电模式下，若任一电芯的当前电压差值小于或等于预设的第一电压差阈值、且所述当前电压差值与其他所述电压差值之差均小于或等于所述第一电压差阈值、且检测到防爆阀上报高电平，则上报故障。
4.根据权利要求1所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于充电模式下，若任一电芯的当前电压差值小于或等于预设的第二电压差阈值、且所述当前电压差值与其他所述电压差值之差均小于或等于所述第二电压差阈值、且检测到防爆阀上报高电平，则上报故障。
5.根据权利要求1所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述进行上报故障决策包括：
在车辆处于静置状态下，当上电唤醒时，计算唤醒时刻所有电芯电压与前次下电时所有电芯电压的电压偏差；
若任一电芯的所述电压偏差小于或等于预设的第三电压差阈值、且所述电压偏差与其他所述电压偏差之差均小于或等于所述第三电压差阈值、且检测防爆阀上报高电平，则上报故障。
6.根据权利要求1～5任一项所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述上报方法还包括：
在检测到电芯电压处于紊乱状态，且检测到防爆阀上报低电平，则上报故障。
7.根据权利要求1～5任一项所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，所述上报方法还包括：
当检测到任一时刻具有最小单体电压以及最大单体电压的电芯为相邻电池单体时，则判断当前时刻防爆阀是否上报低电平；
若此时防爆阀上报低电平，则上报故障。
8.根据权利要求7所述的动力电池热失控故障上报方法，其特征在于，若判断当前时刻防爆阀未上报低电平，则忽略对该对相邻电芯的故障诊断，并将该对相邻电芯排除在故障诊断待检测目标之外。
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