本发明涉及电池监测与控制领域，尤其是一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测系统及方法。
背景技术：
由于汽车启动电源瞬间电流极大，且工作时间较短，因此对启动电源的故障检测十分困难，现有的对启动电源进行故障检测的效率很低。另外，启动电源的故障检测包括很多方面，比如电池SOH检测、MOS管故障检测、继电器故障检测、采样电阻故障检测和电池组连线松动故障检测等，其中，启动电源中的电池老化将使得启动电源无法提供足够的电流启动汽车；启动电源中的MOS管或继电器老化，将使得启动电源的保护功能，例如过充保护、过放保护，丧失殆尽；启动电源中的采样电阻老化，将使得启动电源电流估计不准，状态估计精度下降，不利于系统维护；启动电源使用过程中由于汽车振动造成的连接松动，在瞬间大电流的工况下极易打火，产生危险。目前，还没有一套完备的汽车启动电源保护策略，来对启动电源关键器件的故障检测进行整合，不够全面。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种全面可靠的，车用锂电池启动电源关键器件故障检测系统及方法。
本发明所采取的第一技术方案是：
一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测系统，包括：
SOH检测模块，用于检测启动电源的电池容量；
MOS管故障检测模块，用于检测汽车启动电源中MOS管的老化情况；
继电器故障检测模块，用于检测汽车启动电源中继电器的老化情况；
采样电阻故障检测模块，用于检测汽车启动电源中采样电阻的老化情况；
电池组连线松动检测模块，用于检测启动电源电池组的连接松动情况；
状态评价模块，用于根据SOH检测模块、MOS管故障检测模块、继电器故障检测模块、采样电阻故障检测模块以及电池组连线松动检测模块的检测结果，对启动电源的健康状态进行评价。
进一步，所述电池组连线松动检测模块包括：
电压检测单元，用于获取电池组内每一节电池的电压值；
第五计算单元，用于根据获取的每一节电池的电压值，计算整包电池组的电池连接状态。
进一步，还包括：
云端服务器，用于获取状态评价模块的评价结果并进行存储；
车辆中控系统，用于获取状态评价模块的评价结果并通过仪表盘进行展示；
移动终端，用于获取云端服务器存储的数据信息。
本发明所采取的第二技术方案是：
一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测方法，包括以下步骤：
检测启动电源的电池容量；
检测汽车启动电源中MOS管的老化情况；
检测汽车启动电源中继电器的老化情况；
检测汽车启动电源中采样电阻的老化情况；
检测启动电源电池组的连接松动情况；
根据检测得到的电池容量、MOS管的老化情况、继电器的老化情况、采样电阻的老化情况和电池组的连接松动情况，对启动电源的健康状态进行评价。
进一步，所述对启动电源的SOH进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取启动电源在启动过程中的最低电压；
判断启动电源在启动之前是否充满电量，若是，则根据获取的最低电压计算启动电源的SOH，所述启动电源的SOH的计算公式为：
SOHli＝[VLow-2.5V]/[Vlown-2.5V]*Tcoeff，
Tcoeff＝k1/(k2*k3)，
其中，SOHli代表启动电源的SOH，VLow代表当前电池的最低电压，Vlown代表新电池25℃的最低电压，Tcoeff代表温度校准系数，k1是新电池在当前温度下的内阻与新电池在25℃下的内阻的比值，k2是新电池在当前温度下的容量与新电池在25℃下容量的比值，k3是新电池在当前温度下充满电时的开路电压与新电池在25℃下充满电时的开路电压的比值；
反之，则不做处理。
进一步，所述对启动电源的MOS管故障进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取启动电源浮充过程中MOS管关断时的漏电流；
根据获取的漏电流，计算MOS管的老化程度，所述MOS管的老化程度SOHmos的计算公式为：
SOHmos＝[2*ILeakn-ILeak]/[ILeakn]，
其中，ILeak表示启动电源浮充过程中当前MOS管关断时的漏电流，ILeakn表示启动电源浮充过程中新MOS管关断时的漏电流。
进一步，所述对启动电源的继电器故障检测模块进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差；
根据获取的时间差，计算继电器的老化程度，所述继电器的老化程度SOHrelay的计算公式为：
SOHrelay＝[2*tDelayn-tDelay]/[tDelayn]，
其中，tDelay代表当前继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差，tDelayn新继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差。
进一步，所述对启动电源的采样电阻故障进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取采样电阻在启动电源的启动过程中的最大温升值；
根据获取的最大温升值，计算采样电阻的老化程度，所述采样电阻的老化程度SOHsense的计算公式为：
SOHsense＝[2*Trn-Tr*β]/[Trn*β]，
β＝1+(Trn-Tr)^2*m，
其中，Tr是当前采样电阻的最大温升值，Trn是新的采样电阻的最大温升值，β是温度修正系数，m是温度扩散系数。
进一步，所述对启动电源的电池组连线松动情况进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取电池组内的每节电池在汽车启动完毕后的一段时间内的电压最大值和电压最小值，并将电压最大值和电压最小值之间的区间等分成20个子区间；
获取每节电池在这段时间内的电压分别处于20个子区间的频率；
计算每节电池的简化香农采样熵，所述每节电池的简化香农采样熵的计算公式为：
其中，Entropy(k)表示第k节电池的简化香农采样熵，p(k)i表示第k节电池在第i个子区间的频率；
根据计算的每节电池的简化香农采样熵，计算整包电池组的简化香农采样熵，所述整包电池组的简化香农采样熵的计算公式为：
Entropy＝max(Entropy(k)),k＝1,2,…,n，
其中，n是启动电源中的电池数，max()表示取最大值；
根据整包电池组的简化香农采样熵，计算电池连接的健康状态，所述电池连接的健康状态SOHentropy的计算公式为：
SOHentropy＝[2*Entropyn-Entropy]/[Entropyn]，
其中，Entropyn表示新的电池组的简化香农采样熵，Entropy表示当前电池组的简化香农采样熵。
进一步，还包括将启动电源的健康状态的评价结果上传至云端服务器、车辆中控系统以及移动终端的步骤。
本发明的有益效果是：本发明通过对启动电源的SOH、MOS管故障、继电器故障、采样电阻故障以及电池组连线松动情况进行检测，然后根据检测的结果，对启动电源的健康状态进行评价，将启动电源的所有关键器件故障检测进行了全面整合，能够检测到各个关键器件的老化情况，并以此得到启动电源的健康状态评价，大大提高了启动电源的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测系统的整体结构框图；
图2为本发明一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参照图1，本发明一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测系统，包括：
SOH检测模块，用于检测启动电源的电池容量；
MOS管故障检测模块，用于检测汽车启动电源中MOS管的老化情况；
继电器故障检测模块，用于检测汽车启动电源中继电器的老化情况；
采样电阻故障检测模块，用于检测汽车启动电源中采样电阻的老化情况；
电池组连线松动检测模块，用于检测启动电源电池组的连接松动情况；
状态评价模块，用于根据SOH检测模块、MOS管故障检测模块、继电器故障检测模块、采样电阻故障检测模块以及电池组连线松动检测模块的检测结果，对启动电源的健康状态进行评价。
其中，所述SOH检测模块的输出端、MOS管故障检测模块的输出端、继电器故障检测模块的输出端、采样电阻故障检测模块的输出端以及电池组连线松动检测模块的输出端均与状态评价模块的输入端连接。
其中，SOH表示蓄电池的容量。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述SOH检测模块包括：
模数转换器，用于获取启动电源在启动过程中的最低电压；
第一计算单元，用于根据模数转化器获取的最低电压，计算启动电源的电池容量；
所述MOS管故障检测模块包括：
电流计，用于测量启动电源浮充过程中MOS管关断时的漏电流；
第二计算单元，用于根据电流计测量的漏电流，计算MOS管的老化程度；
所述继电器故障检测模块包括：
定时器，用于计算继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差；
第三计算单元，用于根据定时器计算的时间差，计算继电器的老化程度；
所述采样电阻故障检测模块包括：
温度传感器，用于获取采样电阻在启动电源的启动过程中的最大温升值；
第四计算单元，用于根据温度传感器获取的最大温升值，计算采样电阻的老化程度；
所述电池组连线松动检测模块包括：
电压检测单元，用于获取电池组内每一节电池的电压值；
第五计算单元，用于根据获取的每一节电池的电压值，计算整包电池组的电池连接状态。
其中，所述模数转换器的输出端连接第一计算单元的输入端，所述电流计的输出端连接第二计算单元的输入端，所述定时器的输出端连接第三计算单元的输入端，所述温度传感器的输出端连接第四计算单元的输入端，所述电压检测单元的输出端连接第五计算单元的输入端，所述第一计算单元的输出端、第二计算单元的输出端、第三计算单元的输出端、第四计算单元的输出端和第五计算单元的输出端均与状态评价模块的输入端连接。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括：
云端服务器，用于获取状态评价模块的评价结果并进行存储；
车辆中控系统，用于获取状态评价模块的评价结果并通过仪表盘进行展示；
移动终端，用于获取云端服务器存储的数据信息。
其中，所述云端服务器的输入端和车辆中控系统的输入端均与状态评价模块的输出端连接，所述云端服务器的输出端连接移动终端的输入端。
参照图2，本发明一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测方法，包括以下步骤：
检测启动电源的电池容量；
检测汽车启动电源中MOS管的老化情况；
检测汽车启动电源中继电器的老化情况；
检测汽车启动电源中采样电阻的老化情况；
检测启动电源电池组的连接松动情况；
根据检测得到的电池容量、MOS管的老化情况、继电器的老化情况、采样电阻的老化情况和电池组的连接松动情况，对启动电源的健康状态进行评价。
进一步作为优选的实施方式，所述对启动电源的SOH进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取启动电源在启动过程中的最低电压；
判断启动电源在启动之前是否充满电量，若是，则根据获取的最低电压计算启动电源的SOH，所述启动电源的SOH的计算公式为：
SOHli＝[VLow-2.5V]/[Vlown-2.5V]*Tcoeff，
Tcoeff＝k1/(k2*k3)，
其中，SOHli代表启动电源的SOH，VLow代表当前电池的最低电压，Vlown代表新电池25℃的最低电压，Tcoeff代表温度校准系数，k1是新电池在当前温度下的内阻与新电池在25℃下的内阻的比值，k2是新电池在当前温度下的容量与新电池在25℃下容量的比值，k3是新电池在当前温度下充满电时的开路电压与新电池在25℃下充满电时的开路电压的比值；
反之，则不做处理。
其中，本发明对启动电源的SOH进行检测采用了简单易行的快速算法，可以在数秒内完成电压测量以及SOH计算，大大提高了检测效率，实用性高。
进一步作为优选的实施方式，所述对启动电源的MOS管故障进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取启动电源浮充过程中MOS管关断时的漏电流；
根据获取的漏电流，计算MOS管的老化程度，所述MOS管的老化程度SOHmos的计算公式为：
SOHmos＝[2*ILeakn-ILeak]/[ILeakn]，
其中，ILeak表示启动电源浮充过程中当前MOS管关断时的漏电流，ILeakn表示启动电源浮充过程中新MOS管关断时的漏电流。
进一步作为优选的实施方式，所述对启动电源的继电器故障检测模块进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差；
根据获取的时间差，计算继电器的老化程度，所述继电器的老化程度SOHrelay的计算公式为：
SOHrelay＝[2*tDelayn-tDelay]/[tDelayn]，
其中，tDelay代表当前继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差，tDelayn新继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差。
进一步作为优选的实施方式，所述对启动电源的采样电阻故障进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取采样电阻在启动电源的启动过程中的最大温升值；
根据获取的最大温升值，计算采样电阻的老化程度，所述采样电阻的老化程度SOHsense的计算公式为：
SOHsense＝[2*Trn-Tr*β]/[Trn*β]，
β＝1+(Trn-Tr)^2*m，
其中，Tr是当前采样电阻的最大温升值，Trn是新的采样电阻的最大温升值，β是温度修正系数，m是温度扩散系数。
进一步作为优选的实施方式，所述对启动电源的电池组连线松动情况进行检测这一步骤，包括以下步骤：
获取电池组内的每节电池在汽车启动完毕后的一段时间内的电压最大值和电压最小值，并将电压最大值和电压最小值之间的区间等分成20个子区间；
获取每节电池在这段时间内的电压分别处于20个子区间的频率；
计算每节电池的简化香农采样熵，所述每节电池的简化香农采样熵的计算公式为：
其中，Entropy(k)表示第k节电池的简化香农采样熵，p(k)i表示第k节电池在第i个子区间的频率；
根据计算的每节电池的简化香农采样熵，计算整包电池组的简化香农采样熵，所述整包电池组的简化香农采样熵的计算公式为：
Entropy＝max(Entropy(k)),k＝1,2,…,n，
其中，n是启动电源中的电池数，max()表示取最大值；
根据整包电池组的简化香农采样熵，计算电池连接的健康状态，所述电池连接的健康状态SOHentropy的计算公式为：
SOHentropy＝[2*Entropyn-Entropy]/[Entropyn]，
其中，Entropyn表示新的电池组的简化香农采样熵，Entropy表示当前电池组的简化香农采样熵。
进一步作为优选的实施方式，还包括将启动电源的健康状态的评价结果上传至云端服务器、车辆中控系统以及移动终端的步骤。
本发明一种车用锂电池启动电源关键器件故障检测方法的具体实施例的工作过程如下：
S1、对启动电源的SOH进行检测；
其中，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、获取启动电源在启动过程中的最低电压：本实施例采用LTC6811内嵌ADC来抓取启动电源在启动过程中的最低电池电压VLow，所述LTC6811内嵌ADC的精度为1mV。
S12、判断启动电源在启动之前是否充满电量，若是，则根据获取的最低电压计算启动电源的SOH，所述启动电源的SOH的计算公式为：
SOHli＝[VLow-2.5V]/[Vlown-2.5V]*Tcoeff，
Tcoeff＝k1/(k2*k3)，
其中，SOHli代表启动电源的SOH，Tcoeff代表温度校准系数，k1是新电池在当前温度下的内阻与新电池在25℃下的内阻的比值，k2是新电池在当前温度下的容量与新电池在25℃下容量的比值，k3是新电池在当前温度下充满电时的开路电压与新电池在25℃下充满电时的开路电压的比值，本实施例中，k1、k2和k3这三个系数通过电池数据手册查表获得；
反之，若启动电源在汽车启动之前并未充满电，则SOHli无定义，因此不做处理。
S2、对启动电源的MOS管故障进行检测；
其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、获取启动电源浮充过程中MOS管关断时的漏电流：本实施例采用启动电源内置的电流计测量在浮充过程中MOS管关断时的漏电流ILeak，优选地，所述电流计采用国标75mV50A锰铜分流计；
S22、根据获取的漏电流，计算MOS管的老化程度，所述MOS管的老化程度SOHmos的计算公式为：
SOHmos＝[2*ILeakn-ILeak]/[ILeakn]，
其中，ILeak表示启动电源浮充过程中MOS管关断时的漏电流；
S3、对启动电源的继电器故障检测模块进行检测；
其中，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、获取继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差：本实施例采用定时器电路计算从控制器发出关断继电器信号的时刻t1，到继电器实际断开的时刻t2之间的差值，即tDelay＝t2-t1，优选地，本实施例的定时器采用主控芯片stm32F407的内部时钟定时；另外，继电器实际断开时刻t2的获取方式，是利用高速ADC(即模数转换器)来找到启动电源输出电压降为0V的时刻；
S32、根据获取的时间差，计算继电器的老化程度，所述继电器的老化程度SOHrelay的计算公式为：
SOHrelay＝[2*tDelayn-tDelay]/[tDelayn]，
其中，tDelay代表继电器从获取关断信号时刻到实际断开时刻之间的时间差；
S4、对启动电源的采样电阻故障进行检测；
其中，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、获取采样电阻在启动电源的启动过程中的最大温升值：本实施例采用温度传感器来获取采样电阻在启动电源的启动过程中的最大温升值Tr，优选地，本实施例的温度传感器选用LMT87型典型精度0.3℃的高精度半导体温度传感器来实现；
S42、根据获取的最大温升值，计算采样电阻的老化程度，所述采样电阻的老化程度SOHsense的计算公式为：
SOHsense＝[2*Trn-Tr*β]/[Trn*β]，
β＝1+(Trn-Tr)^2*m，
其中，Tr是采样电阻的最大温升值，β是温度修正系数，m是根据实际环境决定的温度扩散系数，本实施例中m的取值为0.01；
S5、对启动电源的电池组连线松动情况进行检测；
其中，步骤S5具体包括以下步骤：
S51、获取电池组内的每节电池在汽车启动完毕后的一段时间内的电压最大值和电压最小值，并将电压最大值和电压最小值之间的区间等分成20个子区间；本实施例采用LTC6811芯片对电压进行采样，本实施例获取电压的频率为1Hz；
S52、获取每节电池在这段时间内的电压分别处于20个子区间的频率(即p(k)1，p(k)2，…，p(k)20)；
S53、计算每节电池(电池序号为k)的简化香农采样熵，所述每节电池的简化香农采样熵的计算公式为：
其中，Entropy(k)表示第k节电池的简化香农采样熵，p(k)i表示第k节电池在第i个子区间的频率；
S54、根据计算的每节电池的简化香农采样熵，计算整包电池组的简化香农采样熵，所述整包电池组的简化香农采样熵的计算公式为：
Entropy＝max(Entropy(k)),k＝1,2,…,n，
其中，n是启动电源中的电池数，max()表示取最大值，本实施例检测的启动电源为12V启动电源，该启动电源的电池数为4串；
S55、根据整包电池组的简化香农采样熵，计算电池连接的健康状态，所述电池连接的健康状态SOHentropy的计算公式为：
SOHentropy＝[2*Entropyn-Entropy]/[Entropyn]；
S6、根据对启动电源的SOH、MOS管故障、继电器故障、采样电阻故障以及电池组连线松动情况进行检测的结果，对启动电源的健康状态进行评价；
其中，所述对启动电源的健康状态SOH进行评价的计算公式为：
SOH＝min(SOHli,SOHmos,SOHrelay,SOHsense,SOHentropy)，
其中，min()是取最小值，当计算得到的SOH小于20％时系统发出报警，当SOH＝0％时启动电源宣布报废；
本发明将MOS管故障检测、采样电阻故障检测、继电器故障检测、电池组连接松动检测等的健康状态最终通过电池SOH的评价标准来进行统一，从而实现用统一评估标准来评价所有关键器件的老化状况，增加了评估的实际使用价值。
S7、将启动电源的健康状态的评价结果上传至云端服务器、车辆中控系统以及移动终端，其中，车辆中控系统可通过仪表盘将启动电源的健康状态进行展示。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。