电池包内阻故障检测的方法、装置及管理单元和电池包与流程

1.本发明涉及电池包的电池管理单元和电池包故障分析。


背景技术：

2.电池包作为电动汽车的供能部件，通常由若干锂离子电池连接而成。锂离子电池由于其自身特性存在起火爆炸等安全性风险。尤其对于汽车而言，这种安全性尤为重要。若汽车在行使过程中出现这种安全性风险直接威胁乘车人的生命安全。因此电池包故障检测非常重要。
3.电池包故障检测分为实时检测和风险评估。电池包故障实时检测通常通过检测电池包工作时各个电池的温度所实现。风险评估不是实时的，通常通过逐个测试电池各项性能等判断电池是否存在安全性风险。一方面，这样的风险评估通常需要专用工具，而电动汽车本身无法配备有这种专有工具；另一方面，电动汽车本身也无法为电池包内的每个电池逐个测量电池的各项性能。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题：电池包故障检测。
5.为解决上述问题，本发明采用的方案如下：根据本发明的电池包内阻故障检测的方法，该方法包括如下步骤：步骤s1，用于：接收电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，并获取充电时长t；步骤s2，用于：根据电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)、v1min(index1min)、v2max(index2max)、v2min(index2min)；其中，v1max(index1max)表示充电前最大的电池电压，index1max表示该电池的标识；v1min (index1min) 表示充电前最小的电池电压，index1min表示该电池的标识；v2max(index2max)表示充电后最大的电池电压，index2max表示该电池的标识；v2min (index2min) 表示充电后最小的电池电压，index2min表示该电池的标识；步骤s3，用于：若index1max和index2max相等并且index1min和index2min相等，则计算电池包内阻：r=q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c；其中，r为电池包内阻，q为电池包总电量，t为充电时长，c为电池满电时的电荷量，socoffset= soc2max－soc1max－soc2min +soc1min；soc2max、soc1max、soc2min和soc1min分别为v2max(index2max)、v1max(index1max)、v2min(index2min)和v1min(index1min)根据荷电状态和电压对照表计算得到的荷电状态值；步骤s4，用于：若电池包内阻r小于m，则记录故障；其中m为预先设定的阈值。
6.进一步，根据本发明的电池包内阻故障检测的方法，所述步骤s1包括：步骤s11，用于：在电池包开始充电前，接收各个电池的电池电压；
步骤s12，用于：在电池包充电完成后，记录充电时长t，并接收各个电池的电池电压；所述步骤s2包括：步骤s21，用于：根据电池包充电前所接收的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)、v1min(index1min) ，并存储v1max(index1max)和v1min(index1min)；步骤s22，用于：根据电池包充电完成后所接收的各个电池的电池电压，找出v2max(index2max)、v2min(index2min)，并提取所存储的v1max(index1max)、v1min(index1min)。
7.根据本发明的电池包内阻故障检测的装置，该装置包括如下模块：模块m1，用于：接收电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，并获取充电时长t；模块m2，用于：根据电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)、v1min(index1min)、v2max(index2max)、v2min(index2min)；其中，v1max(index1max)表示充电前最大的电池电压，index1max表示该电池的标识；v1min (index1min)表示充电前最小的电池电压，index1min表示该电池的标识；v2max(index2max)表示充电后最大的电池电压，index2max表示该电池的标识；v2min (index2min)表示充电后最小的电池电压，index2min表示该电池的标识；模块m3，用于：若index1max和index2max相等并且index1min和index2min相等，则计算电池包内阻：r=q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c；其中，r为电池包内阻，q为电池包总电量，t为充电时长，c为电池满电时的电荷量，socoffset= soc2max－soc1max－soc2min +soc1min；soc2max、soc1max、soc2min和soc1min分别为v2max(index2max)、v1max(index1max)、v2min(index2min)和v1min(index1min)根据荷电状态和电压对照表计算得到的荷电状态值；模块m4，用于：若电池包内阻r小于m，则记录故障；其中m为预先设定的阈值。
8.进一步，根据本发明的电池包内阻故障检测的装置，所述模块m1包括：模块m11，用于：在电池包开始充电前，接收各个电池的电池电压；模块m12，用于：在电池包充电完成后，记录充电时长t，并接收各个电池的电池电压；所述模块m2包括：模块m21，用于：根据电池包充电前所接收的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)、v1min(index1min) ，并存储v1max(index1max)和v1min(index1min)；模块m22，用于：根据电池包充电完成后所接收的各个电池的电池电压，找出v2max(index2max)、v2min(index2min)，并提取所存储的v1max(index1max)、v1min(index1min)。
9.根据本发明的一种管理单元，包括处理器、存储器和采集端子；所述处理器连接存储器和采集端子；所述存储器存储有程序指令集；所述处理通过所述存储器所存储的程序指令集能够实现以下步骤：步骤s11，在电池包开始充电前，通过所述采集端子接收各个电池的电池电压；步骤s21，根据电池包充电前所接收的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)和v1min(index1min)，并将v1max(index1max)和v1min(index1min)存储于所
述存储器；v1max(index1max)表示充电前最大的电池电压，index1max表示该电池的标识；v1min (index1min)表示充电前最小的电池电压，index1min表示该电池的标识；步骤s12，在电池包充电完成后，记录充电时长t，并通过所述采集端子接收各个电池的电池电压；步骤s22，根据电池包充电完成后所接收的各个电池的电池电压，找出v2max(index2max)、v2min(index2min)，并从所述存储器提取所存储的v1max(index1max)和v1min(index1min)；v2max(index2max)表示充电后最大的电池电压，index2max表示该电池的标识；v2min (index2min)表示充电后最小的电池电压，index2min表示该电池的标识；步骤s3，若index1max和index2max相等并且index1min和index2min相等，则计算电池包内阻：r=q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c；其中，r为电池包内阻，q为电池包总电量，t为充电时长，c为电池满电时的电荷量，socoffset= soc2max－soc1max－soc2min +soc1min；soc2max、soc1max、soc2min和soc1min分别为v2max(index2max)、v1max(index1max)、v2min(index2min)和v1min(index1min)根据荷电状态和电压对照表计算得到的荷电状态值；步骤s4，若电池包内阻r小于m，则记录故障；其中m为预先设定的阈值。
10.根据本发明的一种电池包，包括由若干电池排列而成的电池阵列、设置在电池阵列上的采集电路和上述的管理单元；所述采集电路至少能够采集各个电池的电池电压；所述管理单元的所述处理器通过所述采集端子连接所述采集电路。
11.本发明的技术效果如下：本发明提供了一种通过电池包等效内阻判断电池包是否存在故障的方法，计算得到的电池包等效内阻具有双重意义：一方面，若等效内阻阻值过小，电池包内可能存在电池短路的风险；另一方面，若等效内阻阻值过小，电池包内各个电池之间同步性太差，说明存在某些个电池老化严重，存在故障风险。
附图说明
12.图1是本发明电池包实施例的结构示意图。
13.图2是本发明管理单元实施例的结构示意图。
14.上述各图中，100是壳体，200是电池阵列，300是管理单元，400是采集电路，500是输出接插件，301是处理器，302是存储器，303是采集端子。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
16.图1示例了一种用于电动汽车的电池包。该电池包包括设置在壳体100和设置在壳体100内的电池阵列200、管理单元300、采集电路400以及设置在壳体100上的输出接插件500。其中，电池阵列200由若干电池排列而成。本实施例中，电池阵列200由四个电池模组所组成。每个电池模组内各自包括若干电池。电池阵列200的各电池连接后通过输出接插件500输出。采集电路400设置在电池阵列200上，至少能够采集各个电池的电池电压。本实施
例中，采集电路400除了能够采集各个电池的电池电压之外，还能够采集各个电池的温度。管理单元300即为本领域技术人员所熟悉的电池管理系统，通过电路板实现，参照图2，至少包括设置在电路板上的处理器301、存储器302和采集端子303。处理器301连接存储器302和采集端子303，并通过采集端子303连接采集电路400。存储器302用于存储程序指令集和数据。处理器301通过执行存储于存储器302上的程序指令集实现对电池包内各个电池的管理，比如实现电池包的充电和放电管理。这里的程序指令集即为计算机程序指令集。本实施例中，处理器301通过执行程序指令集实现电池包内阻故障检测的方法。本实施例中，电池包内阻故障检测的方法包括如下步骤：步骤s11，在电池包开始充电前，接收各个电池的电池电压；步骤s21，根据电池包充电前所接收的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)和v1min(index1min)，并将v1max(index1max)和v1min(index1min)存储于所述存储器；步骤s12，在电池包充电完成后，记录充电时长t，并接收各个电池的电池电压；步骤s22，根据电池包充电完成后所接收的各个电池的电池电压，找出v2max(index2max)、v2min(index2min)，并从所述存储器提取所存储的v1max(index1max)和v1min(index1min)；步骤s3，若index1max和index2max相等并且index1min和index2min相等，则计算电池包内阻：r=q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c；步骤s4，若电池包内阻r小于m，则记录故障；其中m为预先设定的阈值。
17.步骤s21中，v1max(index1max)表示充电前最大的电池电压，index1max表示该电池的标识；v1min (index1min)表示充电前最小的电池电压，index1min表示该电池的标识。步骤s21更为具体来说找出充电前电池电压最大的电池和电池电压最小的电池。电池电压最大的电池标识为index1max，对应的电压为v1max(index1max)；电池电压最小的电池标识为index1min，对应的电压为v1min (index1min)。
18.步骤s22中，v2max(index2max)表示充电后最大的电池电压，index2max表示该电池的标识；v2min (index2min)表示充电后最小的电池电压，index2min表示该电池的标识。步骤s22更为具体来说找出充电后电池电压最大的电池和电池电压最小的电池。电池电压最大的电池标识为index2max，对应的电压为v2max(index2max)；电池电压最小的电池标识为index2min，对应的电压为v2min (index2min)。
19.步骤s21和步骤s22中，电池标识对应了电池在电池阵列中的位置，通常以整型数的序号表示。
20.步骤s11和步骤12中，接收各个电池的电池电压通过采集端子400实现。步骤s11和步骤12组成了前述的步骤s1，也就是，接收电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，并获取充电时长t。
21.步骤s21和步骤s22组成了前述步骤s2，也就是，根据电池包充电前和充电后的各个电池的电池电压，找出v1max(index1max)、v1min(index1min)、v2max(index2max)、v2min(index2min)。
22.步骤s3的电池包内阻的计算公式中，r为电池包内阻，q为电池包总电量，t为充电时长，c为电池满电时的电荷量，socoffset=soc2max－soc1max－soc2min +soc1min。
soc2max、soc1max、soc2min和soc1min分别为v2max(index2max)、v1max(index1max)、v2min(index2min)和v1min(index1min)根据荷电状态和电压对照表计算得到的荷电状态值。荷电状态值取值0～1。
23.步骤s3电池包内阻的计算公式原理如下：为了便于说明，标识为indexmin的电池称为第一电池，标识为indexmax的电池称为第二电池。这里indexmin=index1min=index2min，indexmax=index1max=index2max。
24.第一电池的荷电状态值由soc1min充电至soc2min，所需的电荷量为c
×
(soc2min－soc1min)。按照充电时间为t，所需的有效平均电流为imin= c
×
(soc2min－soc1min)
÷
t。
25.同理，第二电池的荷电状态值由soc1max充电至soc2max，所需的有效平均电流为imax= c
×
(soc2max－soc1max)
÷
t。
26.显而易见地，imax和imin不相同，并且从电池状态考虑，第二电池的工作状态优于第一电池，由此对应地，通常存在imax大于imin。而在实际的充电过程中，由于电池包内所有电池串联，因此经过第一电池和第二电池的实际电流是相同的。但这里两个电池的有效平均电流不相同，故此可以将此种情形看作是第一电池并联了一个等效电阻，经过该等效电阻的电流为i=imax－imin= c
×
(soc2max－soc1max)
÷
t－c
×
(soc2min－soc1min)
÷
t，也就是i=c
×
socoffset
÷
t。其中，socoffset=soc2max－soc1max－soc2min +soc1min。
27.另一方面，第一电池的荷电状态值由soc1min充电至soc2min，电池充入的电能为soemin=q0
×
(soc2min－soc1min)。第二电池的荷电状态值由soc1max充电至soc2max，电池充入的电能为soemax=q0
×
(soc2max－soc1max)。其中，q0为单个电池满电时的剩余电量。显而易见地，soemax和soemin不相同。两个电池充入的电能之差可以看作由前述第一电池所并联的等效电阻所消耗的热量，也就是soemax－soemin=i
×i×
r0
×
t。其中，r0为经过等效电阻的电阻阻值。将前述的经过等效电阻的电流i=c
×
socoffset
÷
t代入后即可得到r0=(soemax－soemin)
÷
(i
×i×
t)=q0
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c。
28.若将上述等效内阻计算公式中的q0以电池包总电量q代入，则可以得到整个电池包等效内阻r= q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c。需要强调的是，这里的c是单个电池数据，q是电池包整体数据。
29.需要指出的是，步骤s3中所计算的电池包内阻不是电池包实际的内阻，而是一种等效电阻，仅用于故障检测分析。根据公式：r= q
×
t
÷
socoffset
÷c÷
c。socoffset越大，r值越小，socoffset越小，r值越大。另一方面，根据socoffset的计算公式：socoffset=soc2max－soc1max－soc2min +soc1min，表示socoffset是电池包内两个差别最大的充电荷电状态值之差，代表了电池包内各个电池之间的同步性。电池包内各个电池之间的同步性越高，socoffset越小，r值越大；电池包内各个电池之间的同步性越差，socoffset越大，r值越小。由此，若r值太小，表明电池包内各个电池之间的同步性太差，即便不存在短路风险，也说明存在某些个电池老化严重，存在故障风险，由此，同样可以作为一种故障。故此，本发明的计算得到的电池包内阻具有双重警示意义。
30.步骤s4中电池包内阻r小于m表示若电池包内阻过小，可能存在电池内部短路的风险。本实施例中，若记录到3次故障，则将故障向整车管理系统上报。
31.此外需要指出的是，本实施例步骤s1涉及电池包充电过程。处理器301通过执行程
序指令集实现对电池包充电过程的管理，具体的处理器301如何实现对电池包充电过程的管理不是本发明所讨论的范畴，本说明书无需赘述。