CN116391132A - 用于检测电池的模块组的缺陷的检测方法 - Google Patents

Abstract

x＝|kΔVj‑ΔVi| (I)本发明涉及一种用于检测电池的缺陷的检测方法，所述电池包括经串联连接的模块的第一模块集合和第二模块集合(Ei，Ej)以及第一测量部件和第二测量部件，所述第一测量部件和所述第二测量部件分别地用于测量每个集合(Ei，Ej)的第一电压和第二电压(Vi，Vj)，每个模块(1)包括至少一个电芯(2)和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯(2)的电压(VCz，VMc)，该方法包括以下连续的步骤：‑根据公式I确定值x：(I)中：*Vi和Vj分别地是所述第一模块集合和所述第二模块集合(Ei，Ej)的第一电压和第二电压，*ΔVi和ΔVj分别地是从所述第一集合(Ei)和所述第二集合(Ej)的电芯(2)的每个电压(VCz，VMc)的总和中减去所述电压Vi和所述电压Vj，*k是校正系数，‑对该值x与阈值进行比较，以及‑当该值x超过该阈值时，确认所述模块集合中的一个(Ei，Ej)具有缺陷。

Description

用于检测电池的模块组的缺陷的检测方法

技术领域

本发明要求于2020年10月22日提交的法国申请2010870的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。

本发明涉及一种用于检测电池的模块组的缺陷的电池监控方法。该电池包括一系列模块，这些模块两两之间由通常经紧固在所述模块的每个电气端子上的汇流条系统(或总线条系统)连接。

背景技术

在本文件的全文中，电池理解成一种集合，所述集合包括经串联连接的至少两个电池模块，所述电池模块中的每个包括至少一个电化学电芯。该电池任选地包括用于管理所述电池的模块的电气能量的电气或电子部件。当存在多个模块时，所述多个模块聚集在包或壳体中并由此形成电池组，该电池组通常由英文表达成“pack batteries”，该壳体通常包括装配接合部和连结端子。

另外，在本文件的全文中，电化学电芯理解成例如锂离子(或Li-ion)类型、Ni-Mh类型、Ni-Cd类型又或铅类型的通过化学反应生成电流的电芯。

该紧固参与对于汇流系统的维持，同时还参与在所述端子与所述汇流系统之间的良好电气接触。

不幸的是，会发生该紧固例如由于传递到所述电池的振动而松动。由此在所述端子与所述汇流系统之间的电气接触电阻增加。这是非常有害的，因为具有穿过该接触电阻的电流，可能会出现温度升高直至引发所述电池的起火。

从专利文件FR3051558A1已知一种用于分析接触电阻的分析装置。不幸的是，该装置价格昂贵，因为该装置需要测量在所述接触电阻位置处的温度。但尤其是，该装置在对于该电阻的确定方面缺乏精确度，因为该装置使用复杂的电热模型，这些电热模型采用温度作为输入数据，以致需要在经确定值方面应用安全裕度以免于错误检测到接触电阻缺陷，这最终导致不能排除起火的延迟检测。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种方法来补救这种缺点，该方法用于在出现夹紧缺陷时改善对于该电阻的检测的精确度。

为此，本发明的目标在于提供一种用于检测电池的模块组的缺陷的检测方法，所述电池包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合，和第一测量部件，所述第一测量部件用于测量所述第一模块集合的第一电压，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合，和第二测量部件，所述第二测量部件用于测量所述第二模块集合的第二电压，

每个模块包括至少一个电芯和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯的电压，所述第一集合与所述第二集合串联连接，该方法包括以下连续的步骤：

-根据公式确定值x：

[算式1]

x＝|k△Vj-△Vi|

其中：

*Vi是所述第一模块集合的第一电压，

*Vj是所述第二模块集合的第二电压，

*ΔVi是从所述第一集合的电芯的每个电压的总和中减去电压Vi，

*ΔVj是从所述第二集合的电芯的每个电压的总和中减去电压Vj，

*k是校正系数，

-对该值x与阈值进行比较，以及

-当该值x超过该阈值时，确认所述模块集合中的一个具有缺陷。

由此，该方法在建立在以下评定的基础上时直接地对所述第一集合和所述第二集合进行比较：

-同一组的这些集合经受相同环境，并因此在相同热力条件下经受电芯的相同老化，

-在所述集合中的多个中，同时具有多个具有相同程度的故障的概率为零。

因此，除非在所述集合中的一个中确实存在异常，否则在所述集合之间不可能存在偏差。

该方法极其简单，并且能够自然地免于例如与老化和与温度有关的内部电阻的自然变化，这些自然变化以相同方式影响所述集合。由此该方法不需要温度测量，也不需要电热模型。

这还能够降低阈值(即检测阈值)和能够检测更微弱的损伤，以免产生具有高修复成本的不良影响。而且，这还减少了由于在自然变化和假定局部异常之间的混淆而产生的错误检测风险。

根据本发明的实施例，所述电池包括n个模块集合，这些集合串联连接，n大于或等于2，对于所述n个集合之中的两个不同集合的两个电压的每个组合，执行所述方法，并且，当至少某组合的所述值x超过所述阈值时，所述方法确认所述集合的该组合具有缺陷。

由此，该方法容易地适配于包括超过两个集合的组。术语“组合”需从该术语的数学意义上进行理解。

根据本发明的实施例，n大于或等于3，并且，该方法包括：

-用于确定经检测到具有缺陷的组合所共有的共有集合的确定步骤，

-用于确认该共有集合是有缺陷的集合的确认步骤。

由此，该方法不仅检测出缺陷，而且当n大于或等于3时，该方法能够定位出哪个是具有缺陷的集合。

根据本发明的实施例，在用于确定所述值x的确定步骤期间，所述方法通过使该值除以电压、尤其是除以ΔVi或除以在ΔVi与ΔVj之间的平均值来使该值x去量纲(sansdimension)。

根据本发明的实施例，当所述值x是经去量纲的时，尤其是当x经除以ΔVi或除以在ΔVi与ΔVj之间的平均值时，该阈值小于或等于0.05。所述阈值的该值范围是一个示例，并且可根据所期望精确度目标进行适配。

当然，“经除以电压的值x”需理解成待考虑到的新的经去量纲的值x。

根据本发明的实施例，用于确认所述模块集合中的一个具有缺陷的确认步骤包括从以下步骤中单独地或组合地采用的子步骤：

-用于发射视觉警报或声音警报的发射步骤，

-用于使所述电池脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述模块中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述电芯中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于限制穿过所述电芯的电流的限制步骤。

本发明的目标还在于提供一种计算机，所述计算机包括用于通过经存储于存储器中的软件指令进行获取和处理的获取和处理部件以及用于实施如上文描述的方法所需的控制部件。

本发明的目标还在于提供一种电池系统，所述电池系统包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合，和第一测量部件，所述第一测量部件用于测量所述第一模块集合的第一电压，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合，和第二测量部件，所述第二测量部件用于测量所述第二模块集合的第二电压，

每个模块包括至少一个电芯和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯的电压，所述第一集合与所述第二集合串联连接，该系统还包括如上文描述的计算机。

根据本发明的实施例，每个模块集合是相同的。

在该文件的全文中，相同的集合理解成在制造的预分散(电容、标称电压、内部电阻))方面具有相同的待更新电气特性和相同的架构的集合：相同数量和类型的模块，每个模块包括相同数量的电芯，并且，所有电芯自身也是相同的且彼此之间以相同方式连接。

本发明的目标还在于提供一种车辆，所述车辆包括电池系统和由该电池系统供电的驱动电机，该电池系统是如上文描述的。

附图说明

通过阅读本发明下文中的非限制性具体实施例的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在所述附图中：

图1示出了经简化的根据本发明的电池系统，计算机未示出。

具体实施方式

注意到，该附图作为示例给出且并不限制本发明。该附图构成了用于便于理解本发明的原理的示意图。未改变的或具有相同功能的元件的附图标记是每个重复元件所共有的。

本发明因此涉及一种用于检测电池的模块1组的缺陷的检测方法，所述电池包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合Ei，和第一测量部件，该第一测量部件用于测量所述第一模块集合Ei的第一电压Vi，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合Ej，和第二测量部件，该第二测量部件用于测量所述第二模块集合的第二电压Vj，

每个模块1包括至少一个电芯2和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯2的电压VCz、VMc，第一集合Ei与第二集合Ej串联连接，该方法包括以下连续的步骤：

-根据公式确定值x：

[算式2]

x＝|k△Vj-△Vi|

其中：

*Vi是第一模块集合Ei的第一电压，

*Vj是第二模块集合Ej的第二电压，

*ΔVi是从第一集合Ei的电芯2的每个电压VCz、VMc的总和中减去所述第一电压Vi，

*ΔVj是从第二集合Ej的电芯2的每个电压VCz、VMc的总和中减去所述第二电压Vj，

*k是校正系数，

-对该值x与阈值进行比较，以及

-当该值x超过该阈值时，确认所述模块集合中的一个具有缺陷。

项|ΔV1-ΔV2|是绝对值。

项Vi、Ei、Vj、Ej、VCz、VMc分别地包括下标i、j、z、c。

下标i和j(i不同于j)在1和n之间演变，n是所述模块组的模块集合Ei、Ej的数量。例如对于包括两个模块集合E1、E2的模块组，存在集合对E1、E2或等效的集合对E2、E1，值x不受项E1和E2的次序影响。例如，对于包括三个模块集合E1、E2、E3的模块组，存在集合对E1、E2或E2、E1、集合对E1、E3或E3、E1、集合对E2、E3或E3、E2，即组合的数量为三。

下标z根据所述模块组的电芯2的数量演变，而下标c根据所述模块组的模块1的数量演变。事实上，在图1上示出了六个模块1，这六个模块形成单个模块组，这些模块1对称地分布在两个相同的模块集合E1、E2中。仅一个模块带有附图标记1，该附图标记为了清楚起见而不再重复。经标记为1的该模块非常示意性地包括两个电芯2(例如，所述模块组的两个第一电芯)，并因此，VC1和VC2是在两个第一电芯2中的每个的端子处测量的电压。但在本发明的背景下，可考虑等效于这两个电芯2的电芯，这由此回到在该等效电芯的端子处测量第一模块VM1的电压。然而，通过使用VCz(即在每个电芯2的端子处的电压)，值x具有更好的精确度，因为在该情况下所述方法同样能够检测模块1的内部接触电阻。将注意到，具有电压VCz的电芯2可以是等效于经并联连接的多个子电芯的电芯。

如上文提及，该方法在建立在以下评定的基础上时直接地对第一集合和第二集合E1、E2进行比较：

-同一组的这些集合E1、E2经受相同环境，并因此在相同热力条件下和因此在相同温度下经受电芯2的相同老化，

-在所述集合E1、E2中的多个中，同时具有多个具有相同程度的故障的概率为零。

不过：

-ΔV1事实上是取决于集合E1的电芯2的老化和温度的第一电压变化和与集合E1的接触电阻有关的第二电压变化的总和，类似地：

-ΔV2事实上是取决于集合E2的电芯2的老化和温度的第三电压变化和与集合E2的接触电阻有关的第四电压变化的总和。

通过考虑到上述评定，当根据图1的示例对ΔV1和ΔV2进行比较时，所述第一变化和所述第三变化是相同的并且相互抵消，所述第二变化和所述第四变化中的一个为零，并因此，|ΔV1-ΔV2|直接地表征在两个模块集合E1、E2中的一个上的接触电阻缺陷。

系数k例如等于Vi/Vj，或者等于预确定固定值，其目的在于，对于其中模块集合Ei和Ej不相同(因此例如不具有相同数量的模块或电芯，因此在集合Ei、Ej之间不具有在构造上的电压差)的实施例修正所述值x。由此，在图1的示例中，两个模块集合E1、E2是对称的，并且在构造上具有相同电压，并因此，系数k等于V1/V2，或者例如等于预确定固定值1。如果在变型中，在构造上，第一集合E1包括三个模块，并且，第二集合E2包括单个模块，另外，同时这四个模块中的每个是相同的，系数k等于V1/V2，或者例如等于预确定固定值3，依此类推。该系数k因此适配于每个电压对Vi、Vj，对于所述每个电压对，所述方法确定所述值x。当然，当如图1所示所有模块集合Ei、Ej是相同的时，例如对于所述值x的所有确定，可预确定该系数k为单个固定值1。

当然，所述电池可包括多个模块组，例如三个模块组，这三个模块组并联连接、呈三角形连接或呈星形连接，以便例如能够借助于脉动装置产生三相电流，该脉动装置集成至或未集成至所述电池。为了对于该电池检测缺陷，对于这三个模块组中的每个执行该方法。

所述电池例如包括同一模块组的n个模块集合Ei、Ej，这些集合Ei、Ej串联连接，n大于或等于2，对于n个集合E1至En之中的两个不同集合Ei、Ej的两个电压Vi、Vj的每个组合，执行上一步骤，并且，当至少某组合的所述值x超过所述阈值时，所述方法确认所述集合Ei、Ej的该组合具有缺陷。

例如，对于包括三个模块集合的模块组，存在集合对E1、E2或E2、E1、集合对E1、E3或E3、E1、集合对E2、E3或E2、E3，即组合的数量为三，并因此实施对于所述值x的三个确定。这些组合需从术语的数学意义上进行取用，组合的数量和因此对于所述值x的确定的数量等于：

[算式3]

当n大于或等于3时，该方法还包括：

-用于确定经检测到具有缺陷的组合所共有的共有集合的确定步骤，

-用于确认该共有集合是有缺陷的集合的确认步骤。

该方法由此能够定位出有缺陷的集合。

在用于确定所述值x的确定步骤期间，所述方法通过使该值除以电压、尤其是除以ΔVi或除以在ΔVi与ΔVj之间的平均值使该值x去量纲。将注意到，ΔVi或ΔVj等于零的情况是不可能的，因为此处一直具有在每个模块1的端子上的接触电阻。同样，ΔVi和ΔVj一直具有正值。

所述阈值由此也经去量纲，例如小于或等于0.05。

例如使|kΔVj-ΔVi|除以ΔV1的事实使所述值x去量纲，并可由此用百分比表示。例如，0.04的值x提供了4％。

由此，所述值x可表达成多个形式，如前文所述，例如：

[算式4]

或例如：

[算式5]

又或：

[算式6]

用于确认所述模块集合中的一个具有缺陷的确认步骤例如包括从以下步骤中单独地或组合地采用的子步骤：

-用于发射视觉警报或声音警报的发射步骤，

-用于使所述电池脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述模块(尤其是有缺陷的集合的模块)中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述电芯(尤其是有缺陷的集合的电芯)中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于限制穿过所述电芯的电流的限制步骤。

计算机有利地包括用于通过经存储于存储器中的软件指令进行获取和处理的获取和处理部件以及用于实施根据本发明的方法所需的控制部件。该计算机是例如称作BMS(即“battery management system”的首字母缩略词)的电池管理系统。

图1示出了电池系统，所述电池系统包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合Ei，和第一测量部件，所述第一测量部件用于测量所述第一模块集合Ei的第一电压Vi，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合Ej，和第二测量部件，所述第二测量部件用于测量所述第二模块集合Ej的第二电压Vj，

每个模块1至少包括电芯2和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯2的电压VCz、VMc，第一集合Ei与第二集合Ej串联连接。该系统还包括根据本发明的计算机(未示出)。

在图1上，每个模块集合Ei、Ej是相同的。

图1还示出了形成回路的总线条，所述回路用于收集所述模块组(其所有模块1串联连接)的+极和-极，该总线条包括多个元件4，所述多个元件例如通过紧固部件3使模块1彼此之间连结，所述紧固部件用于使总线条4的这些元件紧固在每个模块1的+端子和-端子上。每个模块集合Ei、Ej由两个电气搭接7限界并且限界在所述两个电气搭接之间，这些电气搭接7能够测量电压Vi、Vj。因此在该示例中存在中央搭接7，该中央搭接用于使第一集合Ei的三个模块与第二集合Ej的三个模块分隔开。将注意到，该搭接7经采用在所述总线条的元件4上且在不同的且临近的两个模块1的两个紧固部件3之间，以便在Vi和Vj的测量中良好地包括夹紧部件3的接触电阻。该总线条包括经一直串联装配的安全保险丝5和转换器6，该转换器例如在用于使所述电池脱离回路的脱离回路步骤中允许所述电池脱离回路。

该电池系统例如未示出地包括：

-用于发射或可视化经检测到的缺陷的发射部件或可视化部件，例如扬声器或定位在控制板(或用于车辆的仪表板)中的信号灯，

-用于使电芯2逐个电芯地脱离回路的脱离回路部件，例如通过隔离该电芯2和通过由分流器替换所述电芯，

-用于使模块1逐个模块1地脱离回路的脱离回路部件，例如通过隔离该模块1和通过由分流器替换所述电芯，

-用于逐个模块组地限制电流的限制部件，该限制部件限制穿过所述模块组和因此每个模块1的电流。

该方法有利地能够检测缺陷(也就是说，在元件4与模块1的端子之间的每个连结上的过高的接触电阻)，该缺陷例如是由于紧固部件3中的一个发生松动。

该电池系统例如包括测量部件，该测量部件用于测量穿过所述模块1组的电流。该电池系统由此能够与在每个集合Ei、Ej中的模块的数量成比例地确定每个集合Ei、Ej的内部电阻，有缺陷的集合是具有最大内部电阻的集合。当所述集合Ei、Ej是在构造上相同的时，有利地应用对于有缺陷的集合的该定位。

具体地，本发明尤其应用于一种车辆，所述车辆包括根据本发明的电池系统和由该电池系统供电的驱动电机。但本发明尤其适用于应用在电气能量存储固定站点或建筑工地类型的可动站点的领域中，尤其是用于发电机组的电池系统。

Claims (9)

1.一种用于检测电池的模块(1)组的缺陷的检测方法，所述电池包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合(Ei)，和第一测量部件，所述第一测量部件用于测量所述第一模块集合(Ei)的第一电压(Vi)，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合(Ej)，和第二测量部件，所述第二测量部件用于测量所述第二模块集合的第二电压(Vj)，

每个模块(1)包括至少一个电芯(2)和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯(2)的电压(VCz，VMc)，所述第一模块集合(Ei)与所述第二模块集合(Ej)串联连接，其特征在于，所述检测方法包括以下连续的步骤：

-根据公式确定值x：

[算式7]

x＝k△Vj-△Vi

其中：

*Vi是所述第一模块集合(Ei)的第一电压，

*Vj是所述第二模块集合(Ej)的第二电压，

*ΔVi是从所述第一模块集合(Ei)的电芯的每个电压(VCz，VMc)的总和中减去所述第一电压Vi，

*ΔVj是从所述第二模块集合(Ej)的电芯的每个电压(VCz，VMc)的总和中减去所述第二电压Vj，

*k是校正系数，

-对所述值x与阈值进行比较，以及

-当所述值x超过所述阈值时，确认所述模块集合中的一个具有缺陷。

2.根据权利要求1所述的检测方法，所述电池包括n个模块集合(Ei，Ej)，这些模块集合串联连接，n大于或等于2，其特征在于，对于所述n个模块集合之中的两个不同模块集合的两个电压的每个组合，执行所述检测方法，并且，当至少某组合的所述值x超过所述阈值时，所述检测方法确认所述模块集合的所述组合具有缺陷。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，n大于或等于3，所述检测方法包括：

-用于确定经检测到具有缺陷的组合所共有的共有集合的确定步骤，

-用于确认所述共有集合是有缺陷的集合的确认步骤。

4.根据上述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，在用于确定所述值x的确定步骤期间，所述检测方法通过使所述值除以电压、尤其是除以ΔVi或除以在ΔVi与ΔVj之间的平均值使所述值x去量纲。

5.根据上述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，用于确认所述模块集合中的一个具有缺陷的确认步骤包括从以下步骤中单独地或组合地采用的子步骤：

-用于发射视觉警报或声音警报的发射步骤，

-用于使所述电池脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述模块中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于使所述电芯中的每个脱离回路的脱离回路步骤，

-用于限制穿过所述电芯的电流的限制步骤。

6.一种计算机，其特征在于，所述计算机包括用于通过经存储于存储器中的软件指令进行获取和处理的获取和处理部件以及用于实施根据上述权利要求中任一项所述的检测方法所需的控制部件。

7.一种电池系统，所述电池系统包括：

-经串联连接的电池模块的第一模块集合(Ei)，和第一测量部件，所述第一测量部件用于测量所述第一模块集合(Ei)的第一电压(Vi)，

-经串联连接的电池模块的第二模块集合(Ej)，和第二测量部件，所述第二测量部件用于测量所述第二模块集合(Ej)的第二电压(Vj)，

每个模块(1)包括至少一个电芯(2)和测量部件，所述测量部件用于测量所述电芯(2)的电压(VCz，VMc)，所述第一模块集合(Ei)与所述第二模块集合(Ej)串联连接，其特征在于，所述电池系统包括根据权利要求6所述的计算机。

8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，每个模块集合(Ei，Ej)是相同的。

9.一种车辆，所述车辆包括电池系统和由所述电池系统供电的驱动电机，其特征在于，所述电池系统是符合权利要求7或8所述的。

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