电池包内电池单体短路检测系统、检测方法及新能源汽车与流程

1.本技术涉及新能源汽车技术领域，具体而言，本技术涉及一种电池包内电池单体短路检测系统、检测方法及新能源汽车。


背景技术：

2.电池管理系统(battery management system，bms)是新能源汽车的重要组成部分，为新能源汽车提供动力。bms包括电池包，目前，国内外对电池内短路问题的检测是通过电池容量变化的实测值和理论值进行差值计算得出因内部短路消耗的容量，从而判断是否发生内部短路问题。但是新能源汽车电池包是由许多电池单体连接(串联或并联或串并联)组成，每个电池单体存在性能差异，当前检测方法容易造成误判，不仅增加了工作人员的操作复杂度，而且容易造成电池包的使用寿命的降低。


技术实现要素：

3.本技术针对现有方式的缺点，提出一种电池包内电池单体短路检测系统、检测方法及新能源汽车，用以解决现有技术存在的bms系统对电池包内短路检测容易造成误判的技术问题。
4.第一个方面，本技术实施例提供了一种电池包内电池单体的短路检测系统，包括电池包、可变负载模块、连接在所述电池包和所述可变负载模块之间的信号采集模块、以及分别与所述信号采集模块和所述可变负载模块电连接的控制器；所述电池包包括多个电池单体；所述信号采集模块被配置为以特定时间间隔采集所述电池包的电信号和频率信号；所述可变负载模块被配置为根据所述控制器的控制调节负载阻值；所述控制器被配置为根据所述电信号和所述电池单体的数量计算出所述电池单体的平均电信号，并根据所述频率信号的变化情况以及负载阻值调节前后的所述平均电信号的变化情况，判断所述电池包内是否有所述电池单体发生短路。
5.可选地，所述的电池包内电池单体的短路检测系统还包括：报警模块，与所述控制器电连接，被配置为当所述控制器判定所述电池包内的所述电池单体发生短路时发出警报。
6.可选地，所述信号采集模块包括电压传感器和电流传感器；所述电压传感器被配置为以所述特定时间间隔采集所述电池包的输出电压和电压频率；所述电流传感器被配置为以所述特定时间间隔采集所述电池包的输出电流和电流频率；所述控制器具体被配置控制所述可变负载模块的负载阻值由初始值调节至m倍的初始值，根据调节前后的所述负载阻值、所述输出电压、所述输出电流以及所述电池单体的数量分别计算所述负载阻值调节前后的累加变化功率，当所述电压频率大于所述电流频率，且当所述负载阻值调节后的累加变化功率小于m倍的所述负载阻值调节的累加变化功率时，判断所述电池包内电池单体发生短路，其中，1《m《5。
7.可选地，所述控制器被配置为按照以下公式计算所述累加变化功率：
[0008][0009][0010]
p0＝r(i
0-i0')2；
[0011]
其中，n为所述电池包所包括的电池单体的数量；u0和u0′
为特定时间间隔前后采集的电压信号；i0和i0′
为特定时间间隔前后采集的电流信号；λ为积分常数；r为所述可变负载模块的当前负载阻值；p0为所述电池单体在所述特定时间间隔的中间时刻的功率；t0为所述特定时间间隔的时长。
[0012]
可选地，所述可变负载模块为电子数字变阻器，所述电子数字变阻器的阻值的可调节范围至少为200ω～1000ω。
[0013]
第二个方面，本技术实施例提供了一种新能源汽车，该新能源汽车包括上述的电池包内电池单体的短路检测系统。
[0014]
第三个方面，本技术实施例提供了一种电池包内电池单体的短路检测方法，所述电池包包括多个电池单体，所述短路检测方法包括多个检测周期，每个检测周期包括：
[0015]
控制可变负载模块的负载阻值为初始值，并控制信号采集模块以特定时间间隔采集两次的电信号和频率信号；
[0016]
控制可变负载模块的负载阻值为初始值的m倍，并控制信号采集模块以所述特定时间间隔采集两次的电信号和频率信号，其中，1《m《5；
[0017]
根据所述电信号和所述电池单体的数量计算出所述电池单体的平均电信号，并根据所述频率信号的变化情况以及负载阻值调节前后的所述平均电信号的变化情况，判断所述电池包内是否有所述电池单体发生短路。
[0018]
可选地，所述的电池包内电池单体的短路检测方法还包括：当所述控制器判定所述电池包内的所述电池单体发生短路时，控制报警模块发出警报。
[0019]
可选地，所述信号采集模块包括电压传感器和电流传感器；所述短路检测方法具体包括：
[0020]
控制可变负载模块的负载阻值为初始值，并控制所述电压传感器以所述特定时间间隔采集两次所述电池包的输出电压和电压频率，控制所述电流传感器以所述特定时间间隔采集两次所述电池包的输出电流和电流频率；
[0021]
控制可变负载模块的负载阻值为初始值的m倍，并控制所述电压传感器以所述特定时间间隔采集两次所述电池包的输出电压和电压频率，控制所述电流传感器以所述特定时间间隔采集两次所述电池包的输出电流和电流频率；
[0022]
根据调节前后的所述负载阻值、所述输出电压、所述输出电流以及所述电池单体的数量分别计算所述负载阻值调节前后的累加变化功率，当所述电压频率大于所述电流频率，且当所述负载阻值调节后的累加变化功率小于m倍的所述负载阻值调节的累加变化功率时，判断所述电池包内电池单体发生短路。
[0023]
可选地，按照以下公式计算所述累加变化功率：
[0024]
[0025][0026]
p0＝r(i
0-i0')2；
[0027]
其中，n为所述电池包所包括的电池单体的数量；u0和u0′
为特定时间间隔前后采集的电压信号；i0和i0′
为所述特定时间间隔前后采集的电流信号；λ为积分常数；r为所述可变负载模块的当前负载阻值；p0为所述电池单体在所述特定时间间隔的中间时刻的功率；t0为所述特定时间间隔的时长。
[0028]
本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
[0029]
本技术实施例中提供的电池包内电池单体的短路检测系统、检测方法及新能源汽车，利用信号采集模块对电池包的电信号及频率信号进行检测，并计算出平均电信号作为判断电池包内的电池单体是否发生短路，能够避免电池单体的差异对短路检测误判的影响，提升短路检测的准确度。
[0030]
本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0031]
本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0032]
图1为本技术实施例提供的一种电池包内电池单体的短路检测系统的框架结构示意图；
[0033]
图2为本技术实施例提供的一种电池包内电池单体的短路检测系统内电池包的框架结构示意图；
[0034]
图3为本技术实施例提供的另一种电池包内电池单体的短路检测系统的框架结构示意图；
[0035]
图4为本技术实施例提供的又一种电池包内电池单体的短路检测系统的框架结构示意图；
[0036]
图5为本技术实施例提供的一种新能源汽车的框架结构示意；
[0037]
图6为本技术实施例提供的一种电池包内电池单体的短路检测方法的流程示意图；
[0038]
图7为本技术实施例提供的另一种电池包内电池单体的短路检测方法的流程示意图。
[0039]
附图标记：
[0040]
1-电池包；101-电池单体；
[0041]
2-信号采集模块；201-电压传感器；202-电流传感器；
[0042]
3-可变负载模块；
[0043]
4-控制器；
[0044]
5-报警模块。
具体实施方式
[0045]
下面详细描述本技术，本技术的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部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
[0046]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0047]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0048]
本技术的发明人考虑到，bms包括电池包，目前，国内外对电池内短路问题的检测是通过电池容量变化的实测值和理论值进行差值计算得出因内部短路消耗的容量，从而判断是否发生内部短路问题。但是新能源汽车电池包是由许多电池单体连接(串联或并联或串并联)组成，每个电池单体存在性能差异，当前检测方法容易造成误判，不仅增加了工作人员的操作复杂度，而且容易造成电池包的使用寿命的降低。
[0049]
本技术提供的电池包内电池单体的短路检测系统、其检测方法及新能源汽车，旨在解决现有技术的如上技术问题。
[0050]
下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
[0051]
本技术实施例提供了一种电池包内电池单体的短路检测系统，如图1和图2所示，本实施例提供的短路检测系统包括电池包1、可变负载模块、连接在电池包1和可变负载模块3之间的信号采集模块2、以及分别与信号采集模块2和可变负载模块3电连接的控制器4；
[0052]
电池包1包括多个电池单体101。具体地，电池包1所包括的电池单体101的数量根据电池单体101的电容量、电池单体101之间的连接方式以及供电需求决定；电池包1内的各电池单体101以串联、并联或混联的方式进行连接。
[0053]
信号采集模块2被配置为以特定时间间隔采集电池包1的电信号和频率信号；
[0054]
可变负载模块3被配置为根据控制器4的控制调节负载阻值。控制器4可以采用例如nxp、st、ti等半导体公司生产的控制器4。
[0055]
控制器4被配置为根据电信号和电池单体101的数量计算出电池单体101的平均电信号，并根据频率信号的变化情况以及负载阻值调节前后的平均电信号的变化情况，判断电池包1内是否有电池单体101发生短路。
[0056]
本实施例提供的短路检测系统，利用信号采集模块2对电池包1的电信号及频率信号进行检测，并计算出平均电信号作为判断电池包1内的电池单体101是否发生短路，能够避免电池单体101的差异对短路检测误判的影响，提升短路检测的准确度。
[0057]
具体地，电池包1输出的信号通常为脉冲信号，例如脉冲电压或脉冲电流等，在电
池包1正常工作的情况下，输出的信号的频率(即检测到的频率信号)通常是不变的，而当某个或某些电池单体101发生短路时，电池包1输出电压在1hz～2hz的较短周期内产生波动，而电池包1的输出电流却不随之产生波动，因此将电压频率是否大于电流频率作为电池包1产生内短路的判断标准之一。
[0058]
可选地，如图3所示，本实施例提供的短路检测系统还包括报警模块5，报警模块5与控制器4电连接，被配置为当控制器4判定动力电池内的电池单体101发生短路时发出警报。
[0059]
具体地，报警模块5可以利用声音、灯光以及震动等作为警报信号，来提醒用户电池包1内的电池单体101发生了短路。
[0060]
本实施例通过报警模块5发出警报，能够使用户及时了解电池包1发生短路并进行及时操作及维修。
[0061]
可选地，如图4所示，本实施例提供短路检测系统中，信号采集模块2包括电压传感器201和电流传感器202；电压传感器201被配置为以特定时间间隔采集电池包1的输出电压和电压频率；电流传感器202被配置为以特定时间间隔采集电池包1的输出电流和电流频率；控制器4具体被配置控制可变负载模块3的负载阻值由初始值调节至m倍的初始值，根据调节前后的负载阻值、输出电压、输出电流以及电池单体101的数量分别计算负载阻值调节前后的累加变化功率，当电压频率大于电流频率，且当负载阻值调节后的累加变化功率小于m倍的负载阻值调节的累加变化功率时，判断电池包1内电池单体101发生短路，其中，1《m《5。
[0062]
进一步地，控制器4被配置为按照以下公式计算累加变化功率：
[0063][0064][0065]
p0＝r(i
0-i0')2；
[0066]
其中，n为电池包1所包括的电池单体101的数量；u0和u0′
为特定时间间隔前后采集的电压信号；i0和i0′
为特定时间间隔前后采集的电流信号；λ为积分常数；r为可变负载模块3的当前负载阻值；p0为电池单体101在特定时间间隔的中间时刻的功率；t0为特定时间间隔的时长。
[0067]
具体地，如图4所示，本实施例提供的短路检测系统中，可变负载模块3为电子数字变阻器，电子数字变阻器的阻值的可调节范围至少为200ω～1000ω，特定时间间隔为30～60ms。
[0068]
通常情况下，电子数字变阻器响应的延迟时间较短，以ds1669型号的电子数字变阻器为例，其响应的延迟时间通常约为10ms，该延迟时间较短，能够满足短路检测系统的技术要求，这是因为电池包1内电池单体101易受到温度变化的影响，当负载变大时，电池包1工作产生的热量也会相应的增加，相应时间较短，能够减小可变负载模块3调节过程的产热量，从而对电池包1进行保护。
[0069]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种新能源汽车，如图5所示，该新能源汽车包括上述实施例中的电池包1内电池单体101的短路检测系统，具有上述实施例中的
电池包1内电池单体101的短路检测系统的有益效果，在此不再赘述。
[0070]
具体地，本实施例提供的新能源汽车还包括车身，通常地，电池包设置在车身的底部。
[0071]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种电池包1内电池单体101的短路检测方法，如图2所示，电池包1包括多个电池单体101。如图6所示，本实施例提供的短路检测方法包括多个检测周期，每个检测周期包括：
[0072]
s101：控制可变负载模块3的负载阻值为初始值，并控制信号采集模块2以特定时间间隔采集两次的电信号和频率信号。具体地，每个检测周期的负载阻值的初始值可以是相同的，即控制器4在每个检测周期先将可变负载模块3的负载阻值初始化为预设的电阻值。
[0073]
s102：控制可变负载模块3的负载阻值为初始值的m倍，并控制信号采集模块2以特定时间间隔采集两次的电信号和频率信号，其中，1《m《5；
[0074]
s103：根据电信号和电池单体101的数量计算出电池单体101的平均电信号，并根据频率信号的变化情况以及负载阻值调节前后的平均电信号的变化情况，判断电池包1内是否有电池单体101发生短路。
[0075]
本实施例提供的短路检测方法，利用信号采集模块2对电池包1的电信号及频率信号进行检测，并计算出平均电信号作为判断电池包1内的电池单体101是否发生短路，能够避免电池单体101的差异对短路检测误判的影响，提升短路检测的准确度。
[0076]
可选地，本实施例提供的电池包1内电池单体101的短路检测方法还包括：当控制器4判定动力电池内的电池单体101发生短路时，控制报警模块5发出警报。本实施例通过发出警报，能够使用户及时了解电池包1发生短路并进行及时操作及维修。
[0077]
可选地，如图4所示，本实施例提供的动力电池短路检测系统中，信号采集模块2包括电压传感器201和电流传感器202；基于此，如图7所示，本实施例提供的电池包1内电池单体101的短路检测方法具体包括：
[0078]
s201：控制可变负载模块3的负载阻值为初始值，并控制电压传感器201以特定时间间隔采集两次电池包1的输出电压和电压频率，控制电流传感器202以特定时间间隔采集两次电池包1的输出电流和电流频率.
[0079]
s202：控制可变负载模块3的负载阻值为初始值的m倍，并控制电压传感器201以特定时间间隔采集两次电池包1的输出电压和电压频率，控制电流传感器202以特定时间间隔采集两次电池包1的输出电流和电流频率.
[0080]
s203：根据调节前后的负载阻值、输出电压、输出电流以及电池单体101的数量分别计算负载阻值调节前后的累加变化功率，当电压频率大于电流频率，且当负载阻值调节后的累加变化功率小于m倍的负载阻值调节的累加变化功率时，判断电池包1内电池单体101发生短路。
[0081]
s204：当控制器4判定动力电池内的电池单体101发生短路时，控制报警模块5发出警报。
[0082]
进一步地，按照以下公式计算累加变化功率：
[0083]
[0084][0085]
p0＝r(i
0-i0')2；
[0086]
其中，n为电池包1所包括的电池单体101的数量；u0′
和u0′
为特定时间间隔前后采集的电压信号；i0′
和i0为特定时间间隔前后采集的电流信号；λ为积分常数；r为可变负载模块3的当前负载阻值；p0为电池单体101在特定时间间隔的中间时刻的功率；t0为特定时间间隔的时长。
[0087]
具体地，本实施例提供的短路检测系统中，可变负载模块3为电子数字变阻器，电子数字变阻器的阻值的可调节范围至少为200ω～1000ω，特定时间间隔为30ms～60ms。
[0088]
在一个具体的实施例中，可变负载模块3的初始值为200ω，在该电阻下，以50ms为特定时间间隔采集u0′
和u0、以及i0′
和i0，基于此，能够计算出可变负载模块3调节前的累加变化功率。控制器4控制可变负载模块3的电阻值调整为400ω，即初始值的2倍，在该电阻下，以50ms为特定时间间隔采集u0′
和u0、以及i0′
和i0，基于此，能够计算出可变负载模块3调节后的累加变化功率。如果当电压频率大于电流频率，当负载阻值调节后的累加变化功率小于2倍的负载阻值调节的累加变化功率时，判断电池包1内电池单体101发生短路，并控制报警模块5发出警报。
[0089]
应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
[0090]
本技术实施例中提供的电池包内电池单体的短路检测系统、其检测方法及新能源汽车，利用信号采集模块2对电池包的电信号及频率信号进行检测，并计算出平均电信号作为判断电池包内的电池单体是否发生短路，能够避免电池单体的差异对短路检测误判的影响，提升短路检测的准确度。
[0091]
本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0092]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0093]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0094]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0095]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实
施例或示例中以合适的方式结合。
[0096]
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0097]
以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。