诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备及方法与流程

1.本公开涉及一种用于诊断开关单元的故障的设备及方法，并且更具体地，涉及一种用于诊断多个电池组并联连接的多电池组的每个电池组中包括的开关单元的开路故障的设备及方法。
2.本技术要求在韩国于2019年11月13日提交的韩国专利申请no.10
‑
2019
‑
0145238和2020年11月12日提交的韩国专利申请no.10
‑
2020
‑
0151350的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。


背景技术：

3.电池的应用领域正在逐渐不仅扩大至诸如蜂窝电话、膝上型计算、智能电话和智能平板之类的移动装置，而且扩大至电动车辆(ev、hev、phev)、大容量蓄能系统(ess)等。
4.安装至电动车辆的电池系统包括并联连接以确保高能量容量的多个电池组，每个电池组包括串联连接的多个电池单元。在下文中，并联连接的多个电池组将被称为多电池组。
5.在本说明书中，电池单元可以包括一个单元电芯或并联连接的多个单元电芯。单元电芯是指具有负极端子和正极端子并且物理上可分离的一个独立电芯。例如，一个袋型锂聚合物电芯可以被认为是单元电芯(unit cell)。
6.当多电池组充电或放电时，所有电池组可以放电或充电，或者只有一些电池组可以充电或放电。当特定电池组发生故障时，或者为了电池组平稳仅对一些电池组进行充电或放电时，或当由于所需的放电或充电功率很小而不需要操作所有电池组时，可能发生仅一些电池组充电或放电的情况。
7.为了控制这种选择性放电或充电，在多电池组的每个电池组中包括开关单元。开关单元起到独立地将电池组连接到负载或充电器或从负载或充电器断开的作用。
8.如果在开关单元发生开路故障，则即使向开关单元施加接通信号，也保持断开状态。因此，不可能独立地对包括其中已经发生开路故障的开关单元的电池组进行放电或充电。
9.可以通过在向开关单元施加接通信号的状态下监测在电池组的正极和负极之间施加的电压，来诊断单个电池组中包括的开关单元的开路故障。
10.图1是示意性地示出了用于诊断单个电池组中包括的开关单元的开路故障的常规方法的图。
11.参照图1，电池组中包括的开关单元包括高电位开关s
+
和低电位开关s
‑
。高电位开关s
+
安装在将外部正极端子c连接至内部串联连接的电芯当中具有最高电位的电芯的正极的线上。此外，低电位开关s
‑
安装在将外部负极端子a连接至串联连接的电芯当中具有最低电位的电芯的负极的线上。
12.如果开关单元的高电位开关或低电位开关发生开路故障，则即使向开关单元施加接通信号，开关单元也保持断开状态，因此在电池组的外部正极端子c和外部负极端子a之
间未施加电压。同时，如果在开关单元处没有开路故障，则当向开关单元施加接通信号时开关单元正常工作，因此电池组的输出电压施加于电池组的外部正极端子c和外部负极端子a之间。
13.因此，如果在向开关单元施加接通信号的状态下监测施加至电池组的外接正极端子c和外部负极端子a之间的电压，则可以诊断在开关单元是否发生开路故障。也就是说，当向开关单元施加接通信号时，如果在电池组的外部正极端子c和外部负极端子a之间没有测量到电池组的输出电压，则可以诊断在开关单元处发生开路故障。
14.同时，难以将上述常规诊断方法应用于两个或更多个电池组并联的多电池组。
15.图2是用于例示对于两个电池组并联连接的多电池组难以诊断开关单元的故障的原因的图。
16.参照图2，接通信号被施加到其中两个电池组并联连接的多电池组以诊断开关单元的开路故障。在左电池组中所包括的开关单元中，发生开路故障，使得高电位开关和低电位开关保持在断开状态。同时，右侧电池组中所包括的开关单元正常接通。由于左电池组和右电池组并联，因此右电池组的输出电压施加在左电池的外部正极端子c和外部负极端子a之间。由于即使在左电池组的开关单元处如上所述地发生开路故障，在左电池组的外部正极端子c和外部负极端子a之间也施加有电压，因此使用常规诊断方法无法诊断左电池中所包括的开关单元的开路故障。


技术实现要素：

17.技术问题
18.本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种能够统计地诊断多电池组中每个开关单元的开路故障的设备及方法，在该多电池组中分别装配有开关单元的多个电池组并联连接。
19.本公开还旨在提供能够在诊断电池组中包括的开关单元的故障的同时诊断电池组的劣化的设备及方法。
20.技术方案
21.在本公开的一个方面，提供了一种用于诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备，在该多电池组中第一电池组至第n电池组通过并联链路节点并联连接，该设备包括：第一开关单元至第n开关单元，其分别包括在第一电池组至第n电池组中；第一电流传感器至第n电流传感器，其分别安装在连接至第一电池组至第n电池组的电源线上，以测量流经每个电池组的电流；第一电压传感器至第n电压传感器，其分别安装在第一电池组至第n电池组，以测量每个电池组的电压；以及控制单元，其与第一开关单元至第n开关单元、第一电流传感器至第n电流传感器以及第一电压传感器至第n电压传感器可操作地联接。
22.优选地，控制单元可以被配置为执行：第一控制逻辑，其用于在接通第一开关单元至第n开关单元之后经过了预设时间的时间点处，使用第一电流传感器至第n电流传感器来测量流经每个电池组的电池组电流，并计算电池组电流的平均值；以及第二控制逻辑，其用于识别其电池组电流的大小比平均值小阈值以上的电池组，确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
23.在实施方式中，控制单元可以被配置为还执行第三控制逻辑，其用于在多电池组正在充电或放电的同时，使用第一电压传感器至第n电压传感器和第一电流传感器至第n电流传感器，周期性地测量每个电池组的电压和电流，根据针对每个电池组所测量的多个电压数据和多个电流数据确定第一电池组至第n电池组的内阻，并计算内阻的平均值。
24.在这种情况下，在第二控制逻辑中，控制单元可以被配置为执行以下控制逻辑，其用于识别其内阻与平均值之差小于阈值并且其电池组电流的大小比平均值小阈值以上的电池组，确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
25.优选地，在第二控制逻辑中，控制单元可以被配置为识别其电池组电流的大小比平均值小1.0σ
current
至2.0σ
current
以上的电池组，确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息，σ
current
是电池组电流的标准偏差。
26.更优选地，在第二控制逻辑中，控制单元可以被配置为识别其内阻与平均值之差小于1.0σ
r
至2.0σ
r
并且其电池组电流的大小比平均值小1.0σ
current
至2.0σ
current
以上的电池组，确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息，σ
r
为内阻的标准偏差，σ
current
为电池组电流的标准偏差。
27.在另一实施方式中，在第二控制逻辑中，控制单元可以被配置为通过显示单元、通知单元或通信单元向外部输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
28.在本公开的另一方面，还提供了一种电池管理系统或电驱动机构，其包括如上所述的用于诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备。
29.在本公开的另一方面中，还提供了一种用于通过诊断并联链路节点多电池组中包括的开关单元的故障的方法，该方法包括：(a)提供分别包括在第一电池组至第n电池组中的第一开关单元至第n开关单元；提供分别安装在连接至第一电池组至第n电池组的电源线上以测量流经每个电池组的电流的第一电流传感器至第n电流传感器；以及提供分别安装在第一电池组至第n电池组以测量每个电池组的电压的第一电压传感器至第n电压传感器；(b)在接通第一开关单元至第n开关单元之后经过了预设时间的时间点处，使用第一电流传感器至第n电流传感器来测量流经每个电池组的电池组电流，并计算电池组电流的平均值；以及(c)识别其电池组电流的大小比平均值小阈值以上的电池组，确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
30.优选地，本公开的诊断方法可以进一步包括(d)在多电池组正在充电或放电的同时，使用第一电压传感器至第n电压传感器和第一电流传感器至第n电流传感器，周期性地测量每个电池组的电压和电流，根据针对每个电池组所测量的多个电压数据和多个电流数据确定第一电池组至第n电池组的内阻，并计算内阻的平均值。
31.在这种情况下，在步骤(c)中，可以识别其内阻与平均值之差小于阈值并且其电池组电流的大小比平均值小阈值以上的电池组，可以确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且可以输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
32.优选地，在步骤(c)中，可以识别其电池组电流的大小比平均值小1.0σ
current
至2.0
σ
current
以上的电池组，可以确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且可以输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息，σ
current
是电池组电流的标准偏差。
33.更优选地，在步骤(c)中，可以识别其内阻与平均值之差小于1.0σ
r
至2.0σ
r
并且其电池组电流的大小比平均值小1.0σ
current
至2.0σ
current
以上的电池组，可以确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，以及并且输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息，σ
r
为内阻的标准偏差，σ
current
为电池组电流的标准偏差。
34.在一个实施方式中，在步骤(c)中，可以通过显示单元、通知单元或通信单元输出与包括在发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。
35.技术效果
36.根据本公开，与常规的开关单元诊断方法不同，可以可靠地诊断多电池组中包括的开关单元的开路故障，在该多电池组中多个电池组并联连接。此外，在正在诊断开关单元开路故障的同时，也可以一起诊断电池组的劣化。
附图说明
37.附图例示了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不解释为限于附图。
38.图1是示意性地示出了用于诊断单个电池组中包括的开关单元的开路故障的常规方法的图。
39.图2是用于例示对于两个电池组并联连接的多电池组难以诊断开关单元的故障的原因的图。
40.图3是示出了根据本公开实施方式的用于诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备的框图。
41.图4是示意性地示出了在每个电池组中所包括的开关单元s1至sn被接通的状态下当低电位继电器m
‑
和预充电开关fs被接通时预充电电流的流动的图。
42.图5是用于具体例示根据本公开实施方式的用于由控制单元周期性地计算多电池组中包括的每个电池组的内阻的方法的流程图。
43.图6和图7是用于具体例示根据本公开实施方式的用于由控制单元诊断多电池组的每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化的方法的流程图。
44.图8是示出了将本公开应用于其中五个电池组并联连接的多电池组的实施方式的表格。
45.图9是示出了包括根据本公开实施方式的诊断设备的电池管理系统的框图。
46.图10是示出了包括根据本公开实施方式的诊断设备的电动驱动机构的框图。
具体实施方式
47.在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是以允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则为基础，基于与本公开的技术方案相对应的含义和概念来解释。因此，本文所提出的描述仅为出于仅示例目的的优选示例，并非旨在限制
本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，还可以进行其他的等同和修改。
48.在以下描述的实施方式中，电池单元是指锂二次电池。在此，锂二次电池统指其中锂离子在充放电期间作为工作离子在正极和负极引起电化学反应的二次电池。
49.同时，即使二次电池的名称依据锂二次电池中所使用的电解液或隔膜的类型、用于封装二次电池的封装材料的类型、以及锂二次电池的内部或外部结构而改变，但是只要使用锂离子作为工作离子，二次电池就应理解为包含在锂二次电池的范畴内。
50.本公开还可以应用于除锂二次电池以外的其他二次电池。因此，即使工作离子不是锂离子，可以应用本公开的技术构思的任何二次电池无论其类型如何均应被解释为包括在本公开的范畴内。
51.另外，需要预先注意的是，电池单元可以是指一个单元电芯，或者并联连接的多个单元电芯。
52.图3是示出了根据本公开实施方式的用于诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备(在下文中，也称为诊断设备)的框图。
53.参照图3，根据本公开实施方式的诊断设备10是用于诊断多电池组mp中包括的开关单元s1至sn的故障的装置，在多电池组mp中第一电池组p1至第n电池组pn通过并联链接节点n并联连接。
54.多电池组mp可以通过高电位继电器m+和低电位继电器m
‑
连接至负载l。负载l是从多电池组mp接收电力的装置，并且作为示例可以是包括在电动车辆中的逆变器。逆变器是功率转换电路，其安装在电动车辆的电动机的前端，以将从多电池组mp提供的dc电流转换为三相ac电流，并将三相ac电流提供给电动机。负载l的类型不限于逆变器，并且能够从多电池组mp接收电力的任何装置或仪器无论其类型如何都可以包括在负载l的范畴中。
55.如果高电位继电器m+和低电位继电器m
‑
接通，则多电池组mp电连接至负载l。相反，如果高电位继电器m+和低电位继电器m
‑
断开，则多电池组mp和负载l之间的电连接被解除。
56.第一电池组p1至第n电池组pn中的每一个包括在其内串联连接的多个电池单元。也就是说，第一电池组p1包括串联连接的第一电池单元c
11
至第p电池单元c
1p
。此外，第二电池组p2包括串联连接的第一电池单元c
21
至第p电池单元c
2p
。此外，第三电池组p3包括串联连接的第一电池单元c
31
至第p电池单元c
3p
。此外，第n电池组pn包括串联连接的第一电池单元c
n1
至第p电池单元c
np
。此外，虽然附图中未示出第四电池组至第n
‑
1电池组，但是第四电池组至第n
‑
1电池组中的每一个以与所例示的电池组相同的方式包括串联连接的p个电池单元。
57.第一电池组p1至第n电池组pn中的每一个内包括开关单元s1至sn。也就是说，第一电池组p1包括第一开关单元s1。此外，第二电池组p2包括第二开关单元s2。此外，第三电池组p3包括第三开关单元s3。此外，第n电池组pn包括第n开关单元sn。此外，虽然附图中未示出第四电池组至第n
‑
1电池组，但是第四电池组至第n
‑
1电池组中的每一个以与所例示的电池组相同的方式包括开关单元。
58.第一开关单元s1至第n开关单元sn中的每一个包括低电位开关和高电位开关。也就是说，第一开关单元s1包括安装在第一电池组p1的高电位侧的第一高电位开关s1
+
和安
装在第一电池组p1的低电位侧的第一低电位开关s1
‑
。此外，第二开关单元s2包括安装在第二电池组p2的高电位侧的第二高电位开关s2
+
和安装在第二电池组p2的低电位侧的第二低电位开关s2
‑
。此外，第三开关单元s3包括安装在第三电池组p3的高电位侧的第三高电位开关s3
+
和安装在第三电池组p3的低电位侧的第三低电位开关s3
‑
。另外，第n开关单元sn包括安装在第n电池组pn的高电位侧的第n高电位开关sn
+
和安装在第n电池组pn的低电位侧的第n低电位开关sn
‑
。同时，虽然附图中未示出第四电池组至第n
‑
1电池组，但第四电池组至第n
‑
1电池组中的每一个以与所例示的电池组相同的方式包括高电位开关和低电位开关。另外，在每个开关单元中，可以省略高电位开关和低电位开关中的任意一个。
59.在本公开中，开关单元s1至sn可以是诸如mosfet之类的半导体开关或诸如继电器之类的机械开关，但本公开不限于此。
60.根据本公开实施方式的诊断设备10包括预充电电路fc。预充电电路fc包括串联连接的预充电电阻器rf和预充电开关fs，并与并联链路节点n并联连接。
61.一般而言，在负载l的前端设置电容器cap。电容器cap并联连接在多电池组mp和负载l之间。电容器cap起到滤波器的作用，以防止向负载l施加噪声信号。
62.如果多电池组mp连接至负载l，则在短时间内涌入电流从多电池组mp流向电容器cap。预充电电路fc是辅助电路，以防止在多电池组mp连接至负载l时涌入电流流至负载。
63.当多电池组mp连接至负载l时，低电位继电器m
‑
首先接通，然后预充电电路fc的预充电开关fs再接通。如果这样，放电电流开始从多电池组mp通过预充电电阻器rf流向电容器cap。此外，当经过预定时间且电容器cap被放电电流完全充电时，高电位继电器m+接通，并且预充电开关fs断开。如果这样，放电电流稳定地从多电池组mp流向负载l。预定时间可以由预充电电路fc中所包括的预充电电阻器rf和电容器cap所确定的时间常数来预定。优选地，预定时间可以设置为时间常数的1倍至2倍。
64.根据本公开实施方式的诊断设备10包括分别安装在连接到第一电池组p1至第n电池组pn的电力线上的第一电流传感器i1至第n电流传感器in，以测量流过每个电池组的电流。也就是说，第一电流传感器i1测量流过第一电池组p1的电流的大小。此外，第二电流传感器i2测量流过第二电池组p2的电流的大小。此外，第三电流传感器i3测量流过第三电池组p3的电流的大小。第n电流传感器in测量流过第n电池组pn的电流的大小。尽管附图中未示出，但是第四电流传感器至第n
‑
1电流传感器分别测量流经第四电池组至第n
‑
1电池组的电流的大小。在附图中，示出了第一电流传感器i1至第n电流传感器in分别包括在电池组中。然而，在本公开中，第一电流传感器i1至第n电流传感器in也可以没有限制地安装在电池组外部。
65.第一电流传感器i1至第n电流传感器in可以是霍尔(hall)传感器。霍尔传感器是已知的电流传感器，其输出与电流大小相对应的电压信号。在另一示例中，第一电流传感器i1至第n电流传感器in可以是感测电阻器。如果测量施加在感测电阻器两端的电压，则可以使用欧姆定律来确定流过感测电阻器的电流的大小。换言之，如果测量电压的大小除以感测电阻器的已知电阻值，则可以确定流过感测电阻器的电流的大小。
66.根据本公开实施方式的诊断设备10包括分别安装在第一电池组p1至第n电池组pn处以测量每个电池组的电压的第一电压传感器v1至第n电压传感器vn。第一电压传感器v1测量第一电池组p1的正极端子和负极端子之间的电压。此外，第二电压传感器v2测量第二
电池组p2的正极端子和负极端子之间的电压。此外，第三电压传感器v3测量第三电池组p3的正极端子和负极端子之间的电压。此外，第n电压传感器vn测量第n电池组pn的正极端子和负极端子之间的电压。虽然附图中未示出，但是第四电压传感器至第n
‑
1电压传感器分别测量第四电池组至第n
‑
1电池组的正极端子和负极端子之间的电压。
67.第一电压传感器v1至第n电压传感器vn包括诸如差分放大器电路的电压测量电路。由于电压测量电路是本领域公知的，所以在此将不再详细描述电压测量电路。
68.根据本公开的诊断设备10包括控制单元20，该控制电路20可操作地联接至第一开关单元s1至第n开关单元sn、预充电开关fs、第一电流传感器i1至第n电流传感器in、以及第一电压传感器v1至第n电压传感器vn。
69.在实施方式中，在预充电电流正在从多电池组mp放电的同时，控制单元20可以诊断每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化。
70.然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以应用本公开以在多电池组mp正在放电或充电的同时诊断每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化。
71.根据实施方式，刚好在多电池组mp连接至负载l之前，控制单元20接通低电位继电器m
‑
并且接通第一开关单元s1至第n开关单元sn以及预充电开关fs。如果是，则预充电电流通过预充电电阻器rf流向并联在负载l和多电池组mp之间的电容器cap。
72.图4是示意性地示出在每个电池组中包括的开关单元s1至sn被接通的状态下当低电位继电器m
‑
和预充电开关fs被接通时预充电电流的流动的图。
73.在图4中，由粗实线指示预充电电流流过的导线，并且箭头指示预充电电流的流动方向。预充电电流的大小逐渐增大并且随着时间的推移而饱和。
74.预充电电流是从第一电池组p1至第n电池组pn放电的电池组电流(pack current)的总和，并且第k电池组pk的电池组电流的大小根据下式1而随时间变化。
75.[式1]
[0076]
i
k
＝(v
pack,k
/r
in,k
)exp(
‑
t/rc)
[0077]
在此，i
k
是从第k电池组pk流向电容器cap的电池组电流的大小。k是1至n的自然数。v
pack,k
是第k电池组pk的电压，其是由第k电压传感器vk测量到的电压值。r
in,k
为第k电池组pk的内阻。后面将描述计算内阻的方法。t是时间。r是预充电电阻器rf的电阻。c是并联连接在多电池组mp和负载l之间的电容器cap的电容。r和c是预设其值的参数。exp()是自然对数e的指数函数。
[0078]
控制单元20在接通预充电开关fs之后经过了预设时间的时间点处通过使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in，测量从每个电池组流向电容器cap的n个电池组电流i
k
(k为1至n)，并将其记录在存储单元30中。在变型例中，可以在多电池组mp正在充电或放电的同时在预设诊断时间点测量电池组电流i
k
。
[0079]
另外，控制单元20计算n个测量到的电池组电流的平均值(avr
current
)和标准偏差(σ
current
)，并将其记录在存储单元30中。
[0080]
此外，控制单元20识别其电池组电流i
k
的大小比平均值小阈值以上的电池组。此外，控制单元20确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出关于相应电池组的信息(例如，id)。
[0081]
优选地，控制单元20识别其电池组电流i
k
的大小与平均值(avr
current
)之差为α*
σ
current
以上(即，比平均值(avr
current
)小α*σ
current
以上)的电池组，并确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障。α的值在1.0至2.0之间，并且优选地为1.5。此外，控制单元20输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息(例如，id)。稍后将描述与输出相关的实施方式。
[0082]
根据另一实施方式，控制单元20在多电池组mp正在充电或放电的同时，通过使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in和第一电压传感器v1至第n电压传感器vn，周期性地测量流经每个电池组的电流和施加在正极端子和负极端子之间的电压，并将其记录在存储单元30中。
[0083]
此外，控制单元20根据针对每个电池组所测量到的多个电压数据和多个电流数据，确定第一电池组p1至第n电池组pn的n个内阻r
in,k
(k为1至n)，并将其记录在存储单元30中。此外，控制单元20计算n个内阻r
in，1
至r
in，n
的平均值avr
r
和标准偏差σ
r
，并将其记录在存储单元30。
[0084]
如果控制单元20计算每个电池组的内阻r
in,k
和n个内阻r
in,1
至r
in,n
的平均值avr
r
和标准偏差σ
r
，则可以按如下方式修改开关单元的开路故障诊断逻辑。
[0085]
具体地，控制单元20识别其内阻r
in,k
与平均值avr
r
之差小于阈值且其电池组电流i
k
的大小与平均值之差为阈值以上的电池组。此外，控制单元20确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出关于相应电池组的信息(例如，id)。
[0086]
优选地，控制单元20识别以下电池组：其内阻r
in,k
与平均值avr
r
之差小于β*σ
r
，(即，其内阻r
in,k
不比平均值avr
r
大β*σ
r
以上)，并且其电池组电流i
k
的大小与平均值avr
current
之差为α*σ
current
以上(即，其电池组电流i
k
的大小比平均值avr
current
小α*σ
current
以上)。β的值在1.0至2.0之间，并且优选地为1.5。此外，控制单元20确定在所识别的电池组中包括的开关单元处发生开路故障，并且输出关于相应电池组的信息(例如，id)。
[0087]
在另一实施方式中，根据本公开实施方式的诊断设备10可以包括显示单元40。此外，控制单元20可以通过显示单元40可视地输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组有关的信息。此外，控制单元20可以通过显示单元40可视地输出关于由于劣化其内阻增加阈值以上的电池组的信息。
[0088]
在示例中，显示单元40可以是液晶显示器或有机发光二极管显示器。
[0089]
显示单元40不一定包括在诊断设备10中，并且可以包括在另一装置中。在这种情况下，控制单元20不直接连接至显示单元40，而是通过包含在另一装置中的控制装置间接连接至显示单元40。因此，应当理解，显示单元40和控制单元20之间的电连接也包括这种间接连接。
[0090]
同时，如果控制单元20不能直接显示关于包括发生开路故障的开关单元的电池组的信息或关于其内阻增加阈值以上的劣化电池组的信息，则控制单元20可以向包括显示单元的另一装置提供诊断信息。在这种情况下，控制单元20可以连接到另一装置以启用数据传输，另一装置可以接收关于包括发生开路故障的开关单元的电池组的信息或者关于其内阻增加阈值以上的劣化电池组的信息，并且另一装置可以通过连接到其的显示单元来显示接收到的关于电池组的信息作为图形用户界面。
[0091]
在又一实施方式中，根据本公开实施方式的诊断设备10可以包括通知单元50。此外，控制单元20可以通过通知单元50可听地输出与包括发生开路故障的开关单元的电池组
有关的信息。此外，控制单元20可以通过通知单元50可听地输出关于其内阻由于劣化而增加阈值以上的劣化电池组的信息。
[0092]
通过通知单元50输出的信息可以是表示在开关单元处发生故障并且因此需要检查电池组的语音消息。语音消息可以包括指示需要检查的其内阻增加阈值以上的劣化电池组的消息。另选地，通知单元50可以简单地输出预设报警声音。
[0093]
如果通知单元50是能够输出声音的装置，则对其类型没有特别限制。在示例中，通知单元50可以是扬声器或蜂鸣器。
[0094]
在又一实施方式中，根据本公开实施方式的诊断装置10可以包括通信单元60。此外，控制单元20可以通过通信单元60向外部装置发送关于包括发生开路故障的开关单元的电池组的信息。此外，控制单元20可以通过通信单元60向外部装置发送关于其内阻由于劣化而增加阈值以上的劣化电池组的信息。
[0095]
优选地，通信单元60可以是能够发送或接收通信数据的通信接口。通信接口可以支持can(控制器局域网)、lin(本地互连网络)、flexray或most(面向媒体的系统传输)通信。有利地，通信接口可以支持有线和/或无线通信。
[0096]
控制单元20可以生成包括关于包括发生开路故障的开关单元的电池组或关于其内阻由于劣化而增加阈值以上的劣化电池组的信息(例如，id)的通信数据，然后通过通信单元60输出所生成的通信数据。通信数据可以通过通信网络传送到外部装置中所包括的控制单元。在接收到通信数据之后，外部装置的控制单元可以从通信数据提取关于包括发生开路故障的开关单元的电池组或者关于其内阻由于劣化而增加阈值以上的劣化电池组的信息(例如，id)，并且在连接至外部装置的显示单元上可视地显示所提取的信息。例如，外部装置可以是能够诊断开关单元的开路故障和/或电池组的劣化的专用诊断设备或配备有第一电池组p1至第n电池组pn的负载(例如，电动车辆)的主控计算机。
[0097]
在本公开中，对存储单元30的类型没有特别限制，只要它是能够记录和擦除信息的存储介质即可。作为示例，存储单元30可以是ram、rom、eeprom、寄存器或闪存。存储单元30还可以通过例如数据总线电连接至控制单元20，以供控制单元20访问。
[0098]
存储单元30还存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制单元20所执行的各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时所生成的数据。存储单元30可以在逻辑上划分为两个或更多个部分并且可以没有限制地包括在控制单元20中。
[0099]
在本公开中，控制单元20可以控制第一电压传感器v1至第n电压传感器vn，从第一电压传感器v1至第n电压传感器vn接收电压测量信号v1至vn以确定每个电池组的电压，并将其记录在存储单元30中。另外，控制单元20可以控制第一电流传感器i1至第n电流传感器in，接收来自第一电流传感器i1至第n电流传感器in的电流测量信号i1至in以确定流过每个电池组的电流的大小，并将其记录在存储单元30中。而且，控制单元20可以输出作为用于控制每个电池组中包括的开关单元s1至sn的接通或断开操作的开关控制信号的信号s1
+
至sn
+
和s1
‑
至sn
‑
。这里，s1
+
至sn
+
信号是用于控制高电位开关的信号，而s1
‑
至sn
‑
信号是用于控制低电位开关的信号。
[0100]
在本公开中，控制单元20可以可选地包括本领域中已知的执行上述各种控制逻辑的处理器、专用集成电路(asic)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等。此外，当控制逻辑以软件实现时，控制单元20可以实现为程序模块的集合。此时，
程序模块可以存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以设置在处理器内部或外部，并通过各种公知的计算机组件连接到处理器。而且，存储器可以包括在存储单元30中。另外，存储器是指存储信息的装置，与装置的类型无关，而不是指特定的存储装置。
[0101]
另外，控制单元20的各种控制逻辑中的一个或更多个可以组合在一起，并且组合的控制逻辑可以写入计算机可读代码系统并记录在计算机可读记录介质中。记录介质没有特别限制，只要记录介质可以由包括在计算机中的处理器访问即可。作为示例，存储介质包括从由rom、ram、寄存器、cd
‑
rom、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录装置组成的组中选择的至少一种。代码方案可以分发到联网计算机以在其中存储和执行。此外，本公开所属领域的程序员可以容易地推断出用于实现组合控制逻辑的功能程序、代码和代码段。
[0102]
根据本公开的诊断设备10可以包括在如图9所示的电池管理系统100中。电池管理系统100控制与电池的充电和放电相关的整体操作，并且是本领域中称为电池管理系统(bms)的计算系统。
[0103]
此外，根据本公开的诊断设备10可以安装到如图10所示的各种类型的电动驱动机构200。
[0104]
根据实施方式，电动驱动机构200可以是诸如移动电话、膝上型计算机和平板计算机之类的移动计算机装置，或者是诸如数码相机、摄像机、音频/视频再现装置之类的手持多媒体装置。
[0105]
根据另一实施方式，电动驱动机构200可以是诸如电动车辆、混合电动车辆、电动自行车、电动摩托车、电动火车、电动船和电动飞机之类的通过电力可移动的电动装置，或者是诸如电钻和电动砂轮机之类的具有电动机的电动工具。
[0106]
图5是用于具体例示根据本公开实施方式的用于由控制单元20周期性地计算多电池组mp中包括的每个电池组的内阻的方法的流程图。
[0107]
如图5所示，在步骤s10中，控制单元20确定多电池组mp是否正在充电或放电。
[0108]
在步骤s10中，控制单元20使用安装在充电电流或放电电流所流经的导线上的电流传感器(未示出)，来监测流经导线的电流的大小，并且如果电流的大小高于特定电平，则控制单元20确定多电池组mp正在充电或放电。
[0109]
在多电池组mp正在充电或放电的同时，控制单元20保持每个电池组中包括的开关单元s1至sn与高电位继电器m+和低电位继电器m
‑
处于接通状态，并保持预充电开关fs处于断开状态。
[0110]
如果在步骤s10中的确定结果为“是”，则控制单元20将过程移至步骤s20。
[0111]
在步骤s20中，控制单元20通过使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in和第一电压传感器v1至第n电压传感器vn，以规则时间间隔测量流过第一电池组p1至第n电池组pn的电流和第一电池组p1至第n电池组pn的电压，并将其记录在存储单元30中。在步骤s20之后进行步骤s30。
[0112]
在步骤s30中，控制单元20通过使用存储单元30中记录的多个电压数据和电流数据来计算每个电池组的内阻r
in,k
，并将其记录在存储单元30中。
[0113]
内阻r
in,k
是由i
‑
v线的斜率的绝对值而计算出的，该i
‑
v线通过对每个电池组所测量的多个电压数据和电流数据进行线性回归分析而计算出的。计算内阻的方法是本领域公知的，并且因此在此将不再详细描述。在步骤s30之后进行步骤s40。
[0114]
在步骤s40中，控制单元20通过统计分析每个电池组的内阻r
in,k
，计算n个内阻的平均值avr
r
和标准偏差σ
r
，并将其记录在存储单元30中。在步骤s40之后进行步骤s50。
[0115]
在步骤s50中，控制单元20确定是否已经经过了内阻的更新周期。
[0116]
如果步骤s50的确定结果为“是”，则在步骤s60中，控制单元20确定多电池组mp是否正在保持充电或放电。同时，如果步骤s50中的确定结果为否，则控制单元20推迟该过程。
[0117]
如果步骤s60的确定结果为“是”，则控制单元20前进至步骤s20，重复计算每个电池组的内阻r
in,k
并计算n个内阻的平均值avr
r
和标准偏差σ
r
的过程。同时，如果步骤s60的确定结果为“否”，则控制单元20结束用于计算每个电池组的内阻的逻辑。
[0118]
图6和图7是用于具体例示根据本公开实施方式的用于由控制单元20诊断多电池组mp的每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化的方法的流程图。
[0119]
本公开的实施方式在预充电电流正在从多电池组mp放电时诊断每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化。
[0120]
然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本公开可以应用于在多电池组mp正在放电或充电的同时诊断每个电池组中包括的开关单元的故障和/或电池组的劣化。
[0121]
如图6所示，在步骤s70中，控制单元20确定是否存在来自管理负载l的控制装置的放电请求。为此，控制单元20监测是否借助于通信单元60从负载l的控制装置接收到放电请求消息。
[0122]
如果在步骤s70中确定存在来自负载l的控制装置的放电请求，则控制单元20将过程移至步骤s80。同时，如果在步骤s70中确定出不存在放电请求，则控制单元20推迟该过程。
[0123]
在步骤s80中，控制单元20接通分别包括在第一电池组p1至第n电池组pn中的第一开关单元s1至第n开关单元sn。在步骤s80之后进行步骤s90。
[0124]
在步骤s90中，控制单元20接通多电池组mp的低电位继电器m
‑
和包括在预充电电路fc中的预充电开关fs。
[0125]
如果进行步骤s90，则电池组电流从第一电池组p1至第n电池组pn流向并联连接在多电池组mp和负载l之间的电容器cap。在此，电池组电流对应于预充电电流。在步骤s90之后进行步骤s100。
[0126]
在步骤s100中，控制单元20开始计时。此外，在步骤s110中，控制单元20通过参考时间计数值来确定是否已经经过了预定时间。考虑通过将包括在预充电电路fc中的预充电电阻器rf的电阻和并联连接在多电池组mp和负载l之间的电容器cap的电容相乘而获得的时间常数来预设预定时间。例如，预定时间可以设置为时间常数的1倍至2倍。
[0127]
如果步骤s110的确定结果为“是”，则控制单元20将过程移至步骤s120。
[0128]
在步骤s120中，控制单元20通过使用第一电流传感器i1至第n电流传感器in来测量从第一电池组p1至第n电池组pn流向电容器cap的第一至第n电池组电流i
k
(k为1至n)的大小，并将其记录在存储单元30中。在步骤s120之后进行步骤s130。这里，针对每个电池组测量电池组电流i
k
，因此测量的电池组电流的数量为n。
[0129]
在步骤s130中，控制单元20计算n个测量的电池组电流i
k
(k为1至n)的平均值avr
current
和标准偏差σ
current
，并将其记录在存储单元30中。在步骤s130之后进行步骤s140。
[0130]
在步骤s140中，控制单元20使用下式计算每个电池组电流值i
k
与平均值avr
current
之差(
△
i
k
)。在步骤s140之后进行步骤s150。在步骤s140中计算的
△
i
k
的数量为n。
[0131]
<式2>
[0132]
△
i
k
＝|i
k
‑
avr
current
|(k为1至n)
[0133]
在步骤s150中，控制单元20使用下式计算每个电池组的内阻r
in,k
与内阻平均值avr
r
之差(
△
r
in,k
)。在步骤s150之后进行步骤s160。在步骤s150中计算出的
△
r
in,k
的数量为n。
[0134]
<式3>
[0135]
△
r
in,k
＝|r
in,k
‑
avr
r
|
[0136]
在步骤s160中，控制单元20将电池组索引k设置为1以诊断每个电池组中包括的开关单元。在步骤s160之后进行图7的步骤s170。
[0137]
参照图7，在步骤s170中，控制单元20确定第一电池组的
△
i1是否大于或等于α*σ
current
。这里，α的值在1.0至2.0之间，并且可以优选地为1.5。
[0138]
如果步骤s170的确定结果为“是”，即如果从第一电池组流向电容器cap的电池组电流的大小比平均值小α*σ
current
以上，则控制单元20将过程移至步骤s180。
[0139]
作为参考，在开关单元处发生开路故障的状态下，从包括相应开关单元的电池组流向电容器cap的电池组电流的大小减小至接近于零。因此，电池组电流的大小小于平均值。
[0140]
在步骤s180中，控制单元20确定
△
r
in,k
是否大于或等于β*σ
r
。这里，β的值在1.0至2.0之间，并且可以优选地为1.5。
[0141]
如果步骤s180的确定结果为“是”，即如果第一电池组的内阻r
in,1
比内阻的平均值avr
r
大β*σ
r
以上，则控制单元20将过程移至s190。
[0142]
在此，如果第一电池组的内阻r
in,1
比内阻的平均值avr
r
大β*σ
r
以上，这意味着电池组的劣化程度显著地大于其余的电池组的劣化程度。在这种情况下，从电池组流向电容器cap的电池组电流的大小显著地小于平均值。
[0143]
在步骤s190中，控制单元20确定第一电池组的电池组电流i1的大小比平均值avr
current
小α*σ
current
以上，因为电池组的内阻不是由于开关单元的故障而是由于第一电池组的劣化比平均值增加了β*σ
r
以上，从而降低了电池组电流的大小。在步骤s190之后进行步骤s200。
[0144]
控制单元20在步骤s200中生成诊断结果并通过显示单元40、通知单元50或通信单元60输出该诊断结果。诊断结果包括关于其内阻比平均值增加阈值以上的电池组的信息(例如id)。在步骤s200之后进行步骤s210。
[0145]
在步骤s210中，控制单元20确定指配给电池组索引k的值是否为n。这里，n是多电池组mp中并联连接的总电池组数量。
[0146]
如果步骤s210的确定结果为“是”，则控制单元20结束根据本公开实施方式的诊断过程。同时，如果步骤s210的判断结果为“否”，则控制单元20在步骤s220中将电池组索引k增加1，然后将过程移至s170以对下一个电池组中包括的开关单元进行诊断过程。
[0147]
同时，如果步骤s180的确定结果为否，即如果第一电池组的内阻r
in,1
不比内阻的平均值avr
r
大β*σ
r
以上，则控制单元20将过程移至s230。
[0148]
在步骤s230中，控制单元确定第一电池组的电池组电流i1的大小比平均值小α*
σ
current
以上，因为在开关单元处发生开路故障，因此第一电池组没有正确地放电。
[0149]
在此，开路故障是指即使向开关单元施加接通信号，开关单元仍保持断开状态。在步骤s230之后进行步骤s240。
[0150]
在步骤s240中，控制单元20生成诊断结果并通过显示单元40、通知单元50和通信单元60输出该诊断结果。诊断结果包括关于其中在开关单元处发生开路故障的电池组的信息(例如，id)。在步骤s240之后进行步骤s250。
[0151]
在步骤s250中，控制单元20确定指配给电池组索引k的值是否为n。这里，n是多电池组mp中并联连接的总电池组数量。
[0152]
如果步骤s250的确定结果为“是”，则控制单元20结束根据本公开实施方式的诊断过程。同时，如果步骤s250的确定结果为“否”，则控制单元20在步骤s220中将电池组索引k增加1，然后将过程移至s170，以对下一个电池组中包括的开关单元进行诊断过程。
[0153]
如果步骤s170的确定结果为“否”，即如果第一电池组的组电流i1的大小与平均值之差小于α*σ
current
，则控制单元20确定在开关单元处没有故障，并将过程移至步骤s260。
[0154]
在步骤s260中，控制单元20确定电池组索引k是否等于n。如果步骤s260的确定结果为“是”，则控制单元20结束根据本公开实施方式的诊断过程。如果步骤s260的确定结果为“否”，则控制单元20可以在步骤s220中将电池组索引k增加1并且使过程返回到步骤s170。
[0155]
重复以上过程，直到电池组索引k等于n。因此，不仅开关单元处的开路故障的诊断而且由于电池组劣化导致的内阻增加的诊断，从第二电池组到第n电池组重复。
[0156]
图8是示出了正在从其中五个电池组并联连接的多电池组mp放电预充电电流的同时应用本公开的实施方式的表。
[0157]
参照图8，第一电池组至第五电池组的测量的电池组电流值的平均值avr
current
和标准偏差σ
current
分别为11.62a和6.3a。在本实施方式中，α被设置为1.5。电池组电流的测量值与平均值之差在第五电池组最大并且达到了σ
current
的1.71倍。作为参考，负号表示电池组电流的测量值小于平均值，正号表示电池组电流的测量值大于平均值。
[0158]
此外，第一电池组至第五电池组的内阻的平均值avr
r
和标准偏差σ
r
分别为110.4毫欧和7.33毫欧。在本实施方式中，β值被设置为1.5。内阻与平均值之差在第五电池组最大，但为σ
r
的1.17倍。作为参考，负号表示内阻小于平均值，而正号表示内阻大于平均值。
[0159]
根据实施方式，由于第五电池组的内阻不比平均值大1.5σ
r
以上，并且电池组电流的测量值比平均值大1.5σ
current
以上，因此可以确定在电池组中包括的开关单元处发生开路故障。开路故障是指在开关单元的高电位开关和低电位开关中的至少一个处发生开路故障的情况。
[0160]
如果第五电池组的内阻比平均值大1.5σ
r
以上，则可以诊断为第五电池组的测量到的电池组电流比平均值小1.5σ
current
以上，因为内部电阻不是由于在开关单元处的开路故障而是由于电池组的过度劣化而增加。
[0161]
根据本公开，与常规的开关单元诊断方法不同，可以可靠地诊断出其中多个电池组并联连接的多电池组中包括的开关单元处的开路故障。另外，在诊断开关单元处的开路故障的同时，也可以一起诊断电池组的劣化。
[0162]
另外，在本公开中，通过统计分析流过每个电池组的电池组电流的测量值而不是
测量流过每个电池组的总电流的大小，来诊断每个电池组中包括的开关单元的故障。这种诊断方法因为不需要使用监测多电池组总电流所需的组件而提供了经济优势。
[0163]
另外，根据本公开，在多电池组开始放电之前的预充电阶段期间诊断每个电池组中包括的开关单元的故障，并且如果一些电池组由于开关单元故障而无法放电使得不能向负载充分提供输出，则可以从根本上阻断多电池组的放电。
[0164]
如果将这样的控制逻辑应用于电动车辆等，当多电池组的放电输出不足以确保车辆安全运行时，可以防止车辆启动，从而提前防止事故。
[0165]
在本公开的各种示例性实施方式的描述中，应当理解，被称为“单元”的元件是在功能上进行区分而非物理上进行区分。因此，每个元件可以选择性地与其他元集集成，或者每个元件可以划分为子元件以有效实现控制逻辑。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，如果对于集成或划分的元件能够确认功能一致性，则集成或划分的元件落入本公开的范围内。
[0166]
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但仅作为示例而给出，因为对于本领域技术人员来说根据该详细描述，在本公开范围内的各种变型和修改将是显而易见的。