电池电芯诊断方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池电芯诊断方法，用于电池装置内的单体电芯，所述电池装置包括若干单体电芯、若干与所述单体电芯对应的均衡电路，所述电池电芯诊断方法包括：（1）在任意均衡电路开启时，获得对应的单体电芯之开启前的电压值、开启预设时间后的电压值及均衡时的电流值；（2）计算所述对应的单体电芯的内阻值，依据所述内阻值判断所述单体电芯是否正常，并在异常时报警。本发明检测均衡动作的单体电芯的内阻值，无需设置单独的内阻检测模块，稳定性高、协调性好，可在该单体电芯老化或者损坏时及时通知使用者更换异常单体电芯，且只对开启均衡的单体电芯进行内阻测量，功耗低。本发明还公开了一种电池电芯诊断设备。
【专利说明】电池电芯诊断方法及设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电池装置的诊断，尤其涉及一种电池电芯诊断方法及设备。
【背景技术】
[0002]现有的电池组电芯均衡装置为了达到平衡电池组内电芯间容量的目的，无论是被动式还是主动式均衡，其工作机理均是将电芯能量进行转移或者耗散，然后能量转移或者耗散时没有自诊断过程，不能有效评估电芯均衡的真实原因，也无法对已老化、损坏的电芯进行及时替换，从而导致误均衡、降低均衡效率、甚至进一步破坏电池组内电芯平衡现象的发生。在实际电池组使用中，特别对于某节频繁反复进行均衡的电芯，其出现异常的可能性很高，继续使用则会影响整组电芯性能，所以有必要进行针对性诊断。本发明属于电池管理系统领域，主要应用于新能源产品，包括但不限于以下内容:锂离子蓄电池用管理系统，锂聚合物电池用电池管理系统，铅蓄电池，镍镉电池，镍氢电池，超级电容，储能电站，通信用后备电源，家庭储能系统，电动自行车，电动摩托车，电动汽车以及未来新型电动车产品的外围电子线路。
[0003]目前现有的电芯均衡技术分为被动式均衡与主动式均衡，其中被动式均衡较简单，通过控制开关在需要均衡的电芯正负极两端接入电阻进行放电，一般均衡电流较小且不为恒定值，主要适用于电芯充电末端均衡，均衡将电芯能量以热的形式耗散掉；主动式均衡较复杂，其优点在于热耗散小，均衡效率高，实现方法为先将单节电芯能量存储在电感、电容、变压器等储能器件中，再经由此类储能器件释放至其他单节电芯或者储能端线；目前的均衡技术及装置均没有自诊断功能，其一是无法诊断电芯的内阻状态是否正常，无法获悉电芯是否是由于老化、损坏导致内阻变大引起均衡的情况发生；其二现有均衡技术及装置无法知道本身的均衡是否正常运行，例如均衡回路断路，已经满足均衡条件的情况下均衡装置无均衡电流，因为无法获知均衡装置的异常，所以此故障难以被发现并修复。
[0004]再者，目前现有技术可以实现单节电芯内阻状态检测的方式为在均衡装置之外单独再加入一个内阻测量模块，上述此种结构的均衡装置在单一均衡模块的基础上增加内阻测量模块，必然增加装置的复杂程度，影响装置的稳定性与协调行，并且造成均衡装置的成本上升，此种结构虽然能够检测单节电芯的内阻状态，但是仍然无法自诊断均衡机构是否出现异常。另外内阻测量模块为开尔文接线方式，内阻测量模块进行内阻测量时本身需要放出或者吸收激励电流，此激励电流的发生实质为能量损耗；内阻测量装置并没有选择电芯测量的功能，即内阻测量对电芯无选择性测量，测量内阻时需要对所以电芯进行内阻测量动作，对内阻没有异常，未频繁反复进行均衡的电芯来说，内阻测量无实际意义，增加了模块功耗与检测时间。
[0005]故，急需解决上述问题的电池电芯诊断方法和设备。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种电池电芯诊断方法，可通过检测单体电芯均衡时的内阻值测量单体电芯是否出现正常，功耗低。
[0007]本发明的另一目的是提供一种电池电芯诊断设备，可通过检测单体电芯均衡时的内阻值测量单体电芯是否出现正常，功耗低。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种电池电芯诊断方法，用于诊断电池装置内的单体电芯，所述电池装置包括若干单体电芯、若干与所述单体电芯对应的均衡电路，所述电池电芯诊断方法包括:(I)在任意单体电芯的对应的所述均衡电路开启时，获得与开启的均衡电路对应的单体电芯之开启前的电压值VO、开启预设时间后的电压值VI以及均衡时的电流值I ;(2)依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常，并在所述单体电芯异常时报警。
[0009]与现有技术相比，本发明在均衡电路开启后，采集对应单体电芯的开启前的电压值V0、开启后的电压值Vl以及均衡电流值I，从而计算出该单体电芯的内阻值Rin，以此判断该单体电芯是否正常，从而在该单体电芯老化或者损坏时，及时报警，通知使用者更换异常单体电芯。另一方面，本发明只对开启均衡的单体电芯进行内阻测量，对其他单体电芯并不进行内阻测量，功耗低，测量快速。再一方面，本发明在均衡的同时进行单体电芯内阻计算，不要求电池装置停止工作，节省时间和资源。再一方面，本发明通过采集电压值V0、电压值Vl以及均衡电流值I计算所述单体电芯的内阻值Rin，无需设置单独的内阻检测模块，使得电池装置结构简单，稳定性高、协调性好。
[0010]较佳地，所述步骤(2)中依据公式Rin=|Vl-V0|/I计算所述单体电芯的内阻值Rin0
[0011]较佳地，所述步骤(I)和步骤(2)之间还包括:判断所述均衡电流值I是否为零，判断所述均衡电流值I是否为零，若是则报警，从而认定均衡电路或者单体电芯的连接线故障，若否则执行所述步骤(2)。
[0012]较佳地，所述步骤(2)中依据内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:判断所述单体电芯的内阻值Rin是否超出预设范围，若是则报警，从而认定所述对应的单体电芯老化或异常，若否则返回，从而认定所述单体电芯正常。
[0013]较佳地，不同于上述实施例，在另一实施例中，所述步骤(2)中依据内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin，并通过公式Rill_ 计算所述单体电芯的从第I至m次均衡开启过程产生的可靠内阻值
I
Rin_ave,并依据所述可靠内阻值Rin_ave判断所述对应的单体电芯是否正常,其中Rinx为所述单体电芯的第X次均衡开启时的内阻值，m为所述单体电芯最后一次均衡开启的编号，x=l、2、3……m。该方法尤其对于电池装置内频繁反复进行均衡的单体电芯有明显效果，可在某一单体电芯频繁进行均衡时，诊断出该单体电芯异常，提醒使用者该节单体电芯很可能出现了电芯老化或者损坏。
[0014]为了实现本发明的另一目的，本发明还公开了一种电池电芯诊断设备，用于诊断电池装置内的单体电芯，所述电池装置包括若干单体电芯、若干与所述单体电芯对应的均衡电路，所述电池电芯诊断设备包括电压采集端、电流采集电路、控制单元和报警单元，所述电压采集端具有若干个且与所述单体电芯相对应，用于采集对应所述单体电芯的电压；所述电流采集电路具有若干个且与所述单体电芯相对应，用于采集对应所述单体电芯与均衡电路之间的电流；所述控制单元在任意单体电芯开启时，获得与开启的均衡电路对应的单体电芯之开启前的电压值V0、开启预设时间后的电压值Vl以及均衡电流值I，依据所述电压值W、电压值Vl以及均衡电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常，并在所述单体电芯异常时输出相应的诊断信号；所述报警单元依据所述诊断信号报警。
[0015]与现有技术相比，本发明在均衡电路开启后，采集对应单体电芯的开启前的电压值V0、开启后的电压值Vl以及均衡电流值I，从而计算出该单体电芯的内阻值Rin，以此判断该单体电芯是否正常，从而在该单体电芯老化或者损坏时，及时报警，通知使用者更换异常单体电芯。另一方面，本发明只对开启均衡的单体电芯进行内阻测量，对其他单体电芯并不进行内阻测量，功耗低，测量快速。再一方面，本发明在均衡的同时进行单体电芯内阻计算，不要求电池装置停止工作，节省时间和资源。再一方面，本发明通过采集电压值V0、电压值Vl以及均衡电流值I计算所述单体电芯的内阻值Rin，无需设置单独的内阻检测模块，使得电池装置结构简单，稳定性高、协调性好。
[0016]较佳地,所述控制单元依据公式Rin= I Vl-VO I/I计算所述单体电芯的内阻值Rin。
[0017]较佳地，所述控制单元计算所述内阻值Rin前还判断所述均衡电流值I是否为零，若是发出相应的诊断信号，从而认定均衡电路或者单体电芯的连接线故障，若否则计算所述内阻值Rin。
[0018]较佳地，所述控制单元依据所述内阻值Rin判断所述对应的单体电芯是否正常的方法包括:判断所述对应的单体电芯的内阻值Rin是否超出预设范围，若是则输出相应的诊断信号以认定所述对应的单体电芯老化或者故障，若否则返回。
[0019]较佳地，所述电池电芯诊断设备还包括存储单元，所述控制单元依据所述内阻值Rin判断所述对应的单体电芯是否正常的方法包括:控制所述存储单元记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin，通过公式计算所述单体电芯的从第I至m次均衡开启过程产生的可靠内阻值Rin_ave,并依据所述可靠内阻值Rin_ave判断所述对应的单体电芯是否正常以输出相应的诊断信号，其中Rinx为所述单体电芯的第X次均衡开启时的内阻值，m为所述单体电芯最后一次均衡开启的编号，x=l、2、3……m。该方法尤其对于电池装置内频繁反复进行均衡的单体电芯有明显效果，可在某一单体电芯频繁进行均衡时，诊断出该单体电芯异常，提醒使用者该节单体电芯很可能出现了电芯老化或者损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明所述电池装置的电路图。
[0021]图2是本发明所述电池装置中均衡电路的电路图
[0022]图3是本发明所述电池装置中电池电芯诊断设备的结构框图。
[0023]图4是本发明所述电池装置中单体电芯放电时的状态图。
[0024]图5是本发明所述电池装置中单体电芯充电时的状态图。
[0025]图6a是本发明所述电池电芯诊断方法第一实施例的流程图。
[0026]图6b是本发明所述电池电芯诊断方法第二实施例的流程图。
[0027]图7是本发明所述电池电芯诊断方法第三实施例的流程图。
[0028]图8是本发明所述电池电芯诊断方法第四实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0029]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0030]参考图6，本发明公开了一种电池电芯诊断方法，用于诊断电池装置100内的单体电芯11，参考图2，所述电池装置100包括若干单体电芯11、若干与所述单体电芯11对应的均衡电路12，所述电池电芯诊断方法包括:(31)在任意均衡电路开启时，获得与开启的均衡电路对应的单体电芯之开启前的电压值V0、开启预设时间后的电压值Vl以及均衡时的电流值I ; (32)依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，其中依据公式Rin=I Vl-VO I/I计算所述单体电芯的内阻值Rin。(33)依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否异常，若是(34)则报警，若否则返回。其中，可以依据其他公式计算内阻值Rin，并不局限于上述公式内。
[0031]较佳者，参考图6b，为本发明所述电池电芯诊断方法的第二实施例，与上一实施例不同的是，在本实施例中，所述步骤(31)后还包括，(35)判断所述均衡电流值I是否为零，若是(36)则报警，从而认定均衡电路或者单体电芯的连接线故障，达到自诊断均衡电路故障的目的，若否则执行步骤(32 )。
[0032]参考图7，为本发明所述电池电芯诊断方法的第三实施例，在本实施例中，所述步骤(33)的具体步骤为:(33a)判断所述单体电芯的内阻值Rin是否超出预设范围，若是
(34)则报警，从而认定所述单体电芯11老化或故障。
[0033]参考图8，为本发明所述电池电芯诊断方法的第四实施例，与第三实施例不同的是，在本实施例中，所述步骤(33)的具体步骤为:(331b)记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin ; (332b)通过公式，"財计算所述单体电芯的从第I至m次均衡开启过程产生的可靠内阻值Rin_ave,并依据所述可靠内阻值Rin_ave,其中Rinx为所述单体电芯的第X次均衡开启时的内阻值，m为所述单体电芯最后一次均衡开启的编号，x=l、2、3......m ;
(333b)判断所述可靠内阻值Rin_ave是否超出预设值，若是(34)则报警，若否则返回。该方法尤其对于电池装置内频繁反复进行均衡的单体电芯有明显效果，可在某一单体电芯频繁进行均衡时，诊断出该单体电芯异常，提醒使用者该节单体电芯很可能出现了电芯老化或者损坏。
[0034]参考图1至图3，本发明还公开了一种电池电芯诊断设备，该电池电芯诊断设备200用于诊断电池装置100内的单体电芯11，参考图1和图2，所述电池装置100包括若干单体电芯11、若干与所述单体电芯11对应的均衡电路12、与若干所述均衡电路12相连的能量总线13，所述均衡装置设置于对应的单体电芯11和能量总线13之间，所述能量总线13可连接该电池装置100，也可以连接其他的电池装置或者其他蓄能设备上，所述电池装置100内的控制单元23可获得所述电池装置100内若干单体电芯11的电压值，并在任意单体电芯11的电压值异常时(该单体电芯11的电压值高于或低于其他单体电芯等情况)，控制异常的单体电芯11对应的均衡电路12开启，该单体电芯11通过均衡电路12从能量总线13充电或者向能量总线13放电。参考图3，所述电池电芯诊断设备200包括电压采集端21、电流采集电路22、控制单元23和报警单元24，所述电压采集端21具有若干个且与所述单体电芯11相对应，用于采集对应所述单体电芯11的电压；所述电流采集电路22具有若干个且与所述单体电芯11相对应，用于采集对应所述单体电芯11均衡时的电流；所述控制单元23在任意均衡电路12开启时，获得与开启的均衡电路12对应的单体电芯11之开启前的电压值V0、开启预设时间后的电压值Vl以及均衡电流值I，依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，具体地，依据公式Rin= I Vl-VO I/I计算所述单体电芯的内阻值Rin;依据内阻值Rin判断所述单体电芯11是否正常以输出相应的诊断信号；所述报警单元24依据所述诊断信号报警。
[0035]其中，所述控制单元23依据内阻值Rin判断所述单体电芯11是否正常的方法包括:判断所述单体电芯11的内阻值Rin是否超出预设范围，若是则判定所述单体电芯11老化或异常以发出相应的诊断信号，从而快速判断单体电芯11是否老化或者故障。
[0036]在另一实施例中，所述电池电芯诊断设备200还包括存储单元25，所述控制单元23依据内阻值Rin判断所述单体电芯11是否正常的方法包括:所述控制单元23控制存储单元25记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin，所述控制单元23并通过公式
K?计算所述单体电芯11的从第I至m次均衡开启过程产生的可靠内阻值Rin_
ave，并依据所述可靠内阻值Rin_ave判断所述单体电芯11是否正常以输出相应的诊断信号，其中Rinx为所述单体电芯的第X次均衡开启时的内阻值，m为所述单体电芯11最后一次均衡开启的编号，x=l、2、3……m。该方法尤其对于电池装置内频繁反复进行均衡的单体电芯有明显效果，可在某一单体电芯频繁进行均衡时，诊断出该单体电芯异常，提醒使用者该节单体电芯很可能出现了电芯老化或者损坏。
[0037]在另一实施例中，所述控制单元23在计算内阻值Rin之前，还判断所述电流值I是否为零，若是则输出相应的诊断信号以控制报警单元24报警，从而认定均衡电路12或者单体电芯11的连接线故障，若否则计算内阻值Rin。
[0038]参考图4和图5，描述本发明所述电池装置100均衡时的工作原理，参考图4，若某一单体电芯11的电压大于其他单体电芯时，所述控制单元23依据电压采集端21采集到的电压值对该单体电芯11对应的均衡电路12之初级端开关管Ql输出一控制信号控制所述初级端开关管Ql打开，单体电芯11的能量通过电感L和电容C以及双向变压器Tl后向能量总线13放电，与此同时，所述控制单元23获得该单体电芯11之均衡电路12开启前的电压值V0、开启预设时间tl后的电压值Vl以及均衡时稳定的电流值I，判断所述电流值I是否为零，若是则控制报警单元24报警并认定均衡电路12或者单体电芯11的连接线故障，若否则依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，所述控制单元23控制存储单元25存储该内阻值Rinx，获得存储单元内该单体电芯11从第I次到第X次的内阻值Rinl-Rinx,计算x次均衡开启时的可靠内阻值Rin_ave,判断该可靠内阻值Riruave是否超出预设值，若是则报警以认定该单体电芯老化或损坏；若否则判断该单体电芯正常。在此过程中，所述控制单元23持续采集所述电池装置100内若干单体电芯11的电压值，直至上述均衡电路12开启的单体电芯11的电压值恢复正常，控制对应均衡电路12关闭，停止均衡。参考图5，若某一单体电芯11的电压小于其他单体电芯时，所述控制单元23依据电压采集端21采集到的电压值对该单体电芯11对应的均衡电路12之初级端开关管Ql输出一控制信号控制所述次级端开关管Q2打开，能量总线13的能量通过双向变压器Tl、电感L和电容C后向该单体电芯11充电，与此同时，所述控制单元23获得该单体电芯11之均衡电路12开启前的电压值V0、开启预设时间tl后的电压值Vl以及均衡时的电流值I，判断所述电流值I是否为零，若是则控制报警单元24报警并认定均衡电路12或者单体电芯11的连接线故障，若否则依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，所述控制单元23控制存储单元25存储该内阻值Rinx,获得存储单元内该单体电芯11从第I次到第X次的内阻值Rinl?Rinx,计算x次均衡开启时的可靠内阻值Rin_ave，判断该可靠内阻值Rin_ave是否超出预设值，若是则报警以认定该单体电芯老化或损坏；若否则判断该单体电芯正常。在此过程中，所述控制单元23持续采集所述电池装置100内若干单体电芯11的电压值，直至上述均衡电路12开启的单体电芯11的电压值恢复正常，控制对应均衡电路12关闭，停止均衡。。
[0039]与现有技术相比，本发明在均衡电路12开启后，采集对应单体电芯11的开启前的电压值V0、开启后的电压值Vl以及均衡时的电流值I，从而计算出该单体电芯的内阻值Rin，以此判断该单体电芯是否正常，从而在该单体电芯老化或者损坏时，及时报警，通知使用者更换异常单体电芯。另一方面，本发明只对开启均衡的单体电芯11进行内阻测量，对其他单体电芯并不进行内阻测量，功耗低，测量快速。再一方面，本发明在均衡的同时进行单体电芯11内阻计算，不要求电池装置停止工作，节省时间和资源。再一方面，本发明通过采集电压值V0、电压值Vl以及均衡电流值I计算所述单体电芯的内阻值Rin，无需设置单独的内阻检测模块，使得电池装置结构简单，稳定性高、协调性好。
[0040]以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种电池电芯诊断方法，用于诊断电池装置内的单体电芯，所述电池装置包括若干单体电芯、若干与所述单体电芯对应的均衡电路，其特征在于，所述电池电芯诊断方法包括: (I)在任意均衡电路开启时，获得与开启的均衡电路对应的单体电芯之开启前的电压值V0、开启预设时间后的电压值Vl以及均衡时的电流值I ; (2 )依据所述电压值VO、电压值Vl以及电流值I计算所述单体电芯的内阻值Rin，依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常，并在所述单体电芯异常时报警。
2.如权利要求1所述的电池电芯诊断方法，其特征在于，步骤(2)中依据公式Rin= I Vl-VO I/I计算所述单体电芯的内阻值Rin。
3.如权利要求1所述的电池电芯诊断方法，其特征在于，所述步骤(2)中依据内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:判断所述单体电芯的内阻值Rin是否超出预设范围，若是则报警，若否则返回。
4.如权利要求1所述的电池电芯诊断方法，其特征在于，所述步骤(I)和步骤(2)之间还包括:判断所述均衡电流值I是否为零，若是则报警，若否则执行所述步骤(2)。
5.如权利要求1所述的电池电芯诊断方法，其特征在于，所述步骤(2)中依据内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin，并通过公式
Tf1 Rinx
Rti1......avc ^—— 计算所述单体电芯的从第I至m次均衡开启过程产生的可靠内阻值Rin_ave，并依据所述可靠内阻值Rin_ave判断所述单体电芯是否正常，其中， Rinx为所述单体电芯的第X次均衡开启时的内阻值，m为所述单体电芯最后一次均衡开启的编号，x=l、2、3......m。
6.一种电池电芯诊断设备，用于诊断电池装置内的单体电芯，所述电池装置包括若干单体电芯、若干与所述单体电芯对应的均衡电路，其特征在于，所述电池电芯诊断设备包括: 若干与所述单体电芯对应的电压采集端，用于采集对应所述单体电芯的电压； 若干与所述单体电芯对应的电流采集电路，用于采集对应所述单体电芯与均衡电路之间的电流； 控制单元，在任意均衡电路开启时，获得与开启的均衡电路对应的单体电芯之开启前的电压值V0、开启预设时间后的电压值Vl以及均衡电流值I，依据所述电压值V0、电压值Vl以及电流值I计算所述对应的单体电芯的内阻值Rin，依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常以输出相应的诊断信号； 报警单元，依据所述诊断信号报警。
7.如权利要求6所述的电池电芯诊断设备，其特征在于，所述控制单元依据公式Rin= I Vl-VO I/I计算所述单体电芯的内阻值Rin。
8.如权利要求6所述的电池电芯诊断设备，其特征在于，所述控制单元依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:判断所述单体电芯的内阻值Rin是否超出预设范围，若是则输出相应的诊断信号，若否则返回。
9.如权利要求6所述的电池电芯诊断设备，其特征在于，所述控制单元计算所述内阻值Rin前还判断所述均衡电流值I是否为零，若是发出相应的诊断信号，若否则计算所述内阻值Rin。
10.如权利要求6所述的电池电芯诊断设备，其特征在于，还包括存储单元，所述控制单元依据所述内阻值Rin判断所述单体电芯是否正常的方法包括:控制所述存储单元记录每次均衡时所述单体电芯的电阻值Rin，并通过公式
计算所述单体电芯的从第I至M次均衡开启过程产生的可靠内阻值Rin_ave，并依据所述可靠内阻值Rin_ave判断所述对应的单体电芯是否正常，其中， Rinx为所述单体电芯 的第X次均衡开启时的内阻值，x=l、2、3......m。
【文档编号】G01R31/36GK104135041SQ201410160792
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】钟弟 申请人:东莞钜威新能源有限公司