电池中的排烟的判定方法及电池系统与流程

本发明涉及电池中的排烟的判定方法及搭载在车辆等中的电池系统。

背景技术：

通常在车辆中使用包括串联或并联的多个电池(单体电池，cell)以获取需要的电压和容量的电池模块。当在单体电池中发生异常时，例如排烟，优选地检测该异常并且执行需要的安全控制。当单体电池并联连接时，即使当其中一个单体电池发生异常时，电压也不会下降。因此，仅基于电压的监控，难以检测异常。wo2012/014449公开一种电池系统，其包括：多个电池；排烟通道，其排出在电池的异常期间排放的气体；以及非恢复型开关，其包括设置在排烟通道中的温度保险丝。该电池系统在温度保险丝熔断时判定异常的发生。

技术实现要素：

在wo2012/014449中，当非恢复型开关的温度保险丝具有断线故障时，难以将断线故障和由于来自其中一个单体电池的排烟引起的高温而导致的熔断区分开来。因此，判定精度有限。尽管会导致增加成本，但可以考虑冗余地设置大量的非恢复型开关，以提高判定精度。如果单体电池的数量增加，则要设置多个排烟通道。因此，同样地增加了必要的非恢复型开关的数量。

本发有提供一种电池中的排烟的判定方法及电池系统，以允许以低成本精确地判定电池中的排烟。

本发明的第一方面涉及电池中的排烟的判定方法，其由电池系统的判定单元执行。电池系统包括：电池模块；多个电压传感器；多个温度传感器；至少一个电流传感器；以及判定单元。电池模块包括串联连接的多个并联电路，多个并联电路中的每个并联电路包括并联连接的多个单体电池。多个电压传感器中的至少一个电压传感器设置在多个并联电路中的每个并联电路中，以测量多个并联电路中的对应的一个并联电路的电压。多个温度传感器中的至少一个温度传感器设置在多个并联电路中的每个并联电路中，以测量多个并联电路中的对应的一个并联电路的温度。至少一个电流传感器设置在电池模块中，以测量电池模块的电流。判定单元判定多个单体电池中的至少一个单体电池中的排烟。该方法包括：计算第一内阻值和第二内阻值；获取温度值；以及判定排烟。上述计算为基于从多个电压传感器中的每个电压传感器获取的电压值以及从电流传感器获取的电流值，计算多个并联电路中的每个并联电路在第一时段内的第一内阻值，以及多个并联电路中的每个并联电路在第一时段之后的第二时段内的第二内阻值。上述获取为从多个温度传感器中的每个温度传感器获取温度值。上述判定为当至少检测到多个并联电路中的一个并联电路的第二内阻值小于第一内阻值，并且从温度传感器获取的多个并联电路中的所述一个并联电路的温度值在基于第一时段和第二时段限定的时间内升高时，判定在多个并联电路中的所述一个并联电路中所包含的多个单体电路中的至少一个单体电池的排烟。

因此，基于排烟时温度的升高和内阻值的降低，可以精确地判定排烟。

第一方面还可包括通过判定单元计算第三内阻值。多个并联电路中的每个并联电路在第二时段之后的第三时段内的第三内阻值可以基于从多个电压传感器中的每个电压传感器获取的电压值和从多个电流传感器中的每个电流传感器获取的电流值。在多个并联电路中的所述一个并联电路中所包含的多个单体电路中的所述至少一个电池单体中的排烟的判定中，当进一步检测到第二内阻值小于第一内阻值的多个并联电路中的所述一个并联电路的第三内阻值大于第二内阻值时，判定单元可以判定在多个并联电路中的所述一个并联电路中所包含的多个单体电路中的所述至少一个电池单体中的排烟。

由于是在检测到在排烟之后降低的内阻值升高至与排烟之前相同的水平时判定排烟，因此可以进一步提高判定精度。

本发明的第二方面是一种电池系统，其包括电池模块；多个电压传感器；多个温度传感器；至少一个电流传感器；以及判定单元。电池模块包括串联连接的多个并联电路，多个并联电路中的每个并联电路包括并联连接的多个单体电池。多个电压传感器中的至少一个电压传感器设置在多个并联电路中的每个并联电路中，以测量多个并联电路中的对应的一个并联电路的电压。多个温度传感器中的至少一个温度传感器设置在多个并联电路中的每个并联电路中，以测量多个并联电路中的对应的一个并联电路的温度。至少一个电流传感器设置在电池模块中，以测量电池模块的电流。判定单元判定多个单体电池中的至少一个单体电池中的排烟。判定单元配置为：基于从多个电压传感器中的每个电压传感器获取的电压值以及从电流传感器获取的电流值，计算多个并联电路中的每个并联电路在第一时段内的第一内阻值，以及多个并联电路中的每个并联电路在第一时段之后的第二时段内的第二内阻值；从多个温度传感器中的每个温度传感器获取温度值；以及当至少检测到多个并联电路中的一个并联电路的第二内阻值小于第一内阻值，并且从温度传感器获取的多个并联电路中的所述一个并联电路的温度值在基于第一时段和第二时段限定的时间内升高时，判定多个并联电路中的所述一个并联电路所包含的多个单体电池中的至少一个单体电池中的排烟。

因此，基于排烟时温度的升高和内阻值的降低，可以精确地判定排烟。

在第二方面中，判定单元可以配置为：基于从多个电压传感器中的每个电压传感器获取的电压值和从电流传感器获取的电流值，计算多个并联电路中的每个并联电路在第二时段之后的第三时段内的第三内阻值；以及当进一步检测到第二内阻值小于第一内阻值的多个并联电路中的所述一个并联电路的第三内阻值大于第二内阻值时，判定多个并联电路中的每个并联电路所包含的多个单体电池中的至少一个单体电池中的排烟。

如上所述，在本发明中，基于排烟时的温度升高和内阻值降低来判定排烟。因此，本发明可以提供电池中的排烟的判定方法及电池系统，由于可以容易地区分排烟和开关故障等，因此其可以提高判定精度，并且由于可以免除提供大量的开关等的需要，因此其可以实现成本抑制。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的第一实施例和第二实施例的电池系统的功能框图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的判定单元的过程的流程图；

图3是示出根据本发明的第一实施例和第二实施例的内阻值的计算方法的图表视图；

图4示出根据本发明的第一实施例和第二实施例的排烟时的内阻值和温度传感器值的变化；以及

图5是示出根据本发明的第二实施例的判定单元的过程的流程示意图。

具体实施方式

概要

根据本发明的电池中的排烟的判定方法包括计算每个并联电路在第一时段和随后的第二时段内的内阻值的步骤以及获取每个并联电路在第一时段和随后的第二时段内的温度值的步骤。当至少检测到任何一个并联电路的第二时段的内阻值小于第一时段的内阻值，并且这个并联电路的温度值在基于第一时段和第二时段限定的时段内升高时，判定这个并联电路中所包含的其中一个单体电池已经排烟。由于不仅基于温度值的升高，还基于内阻值的降低来判定排烟，因此可以将排烟和传感器故障等区分开来，以便提高判定精度。

第一实施例

下文将参照附图详细地描述本发明的第一实施例。

配置

图1示出根据本发明的电池系统100的功能框图。电池系统100包括电池模块10、多个电压传感器3、多个温度传感器4、电流传感器5和电池监控ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元)20。在一示例中，电池模块10包括串联连接的n个并联电路2(2(1)至2(n))。并联电路2包括并联连接的m个单体电池1(1(1,1)至1(1,m)、……、1(n,1)至1(n,m))。多个电压传感器3(3(1)至3(n))分别测量多个并联电路2的电压。多个温度传感器4(4(1)至4(n))分别测量多个并联电路2的温度。可以针对每个并联电路2设置两个或更多个温度传感器4。电流传感器5测量电池模块10的电流。

在一示例中，电池监控ecu20是控制电池模块10的电子控制单元(electroniccontrolunit，ecu)。电池监控ecu20包括判定单元21，其获取来自电压传感器3、温度传感器4和电流传感器5的测量值，并基于这些测量值判定其中一个单体电池中的排烟。电池监控ecu20也可以具有另一控制器，该另一控制器用于控制例如电池模块10的充放电的功能。

处理

下文将给出由电池系统100的判定单元执行的排烟判定处理的描述。图2为示出排烟判定处理的流程图。图3示出根据该处理的内阻值的计算方法。图4示出排烟时内阻值和温度传感器值的变化。该处理在例如车辆开始行驶且电池模块10开始充放电的时候开始。

在下面的描述中，一个并联电路2被描述为判定目标。然而，可以通过对每个并联电路2执行相同的处理来对所有并联电路2进行判定。

步骤s101

在指定的第一时段期间，判定单元21从电压传感器3获取并联电路2的电压，并且从电流传感器5获取电流。基于在该时段期间获取的电流测量值和电压测量值对(i,v)，通过最小二乘法等执行对表达式v＝v0-r×i的线性近似，以获得斜率r。将所获得的斜率r定义为并联电路2的内阻值r1(第一内阻值)。图3示出绘制于电流-电压图表中的电流-电压测量值对(i,v)的示例、以及v＝v0-r×i的图表。可以多次计算斜率r，并且其时间平均值可定义为内阻值r1。

步骤s102

在第一时段之后的指定的第二时段期间，判定单元21从电压传感器3获取并联电路2的电压，并且从电流传感器5获取电流，并且如在步骤s101中那样计算并联电路2的内阻值r2(第二内阻值)。

步骤s103

判定单元21判定第二时段的内阻值r2是否低于第一时段的内阻值r1。判定单元21可以使用k1(≥0)作为指定常数，并且当r2小于r1-k1时，可以判定r2小于r1。当判定r2低于r1时，判定单元21继续执行步骤s104。否则，判定单元21结束该处理。

步骤s104

判定单元21从设置在并联电路2中的温度传感器4获取温度t。判定单元21多次获取温度t，计算温度t的时间变化dt/dt，并且判定温度t是否升高。判定单元21可以使用kt(≥0)作为一个指定常数，并且当dt/dt大于kt时，可以判定温度t是升高的。当判定并联电路2的温度t升高时，判定单元21继续执行步骤s105。否则，判定单元21结束该处理。

在此，参照图4，描述了排烟和内阻值的变化之间的关系，以及排烟和温度的变化之间的关系。当其中一个单体电池中发生异常，从而该单体电池发热导致排烟时，该单体电池的热量扩散至周围的单体电池。当周围的单体电池的温度升高时，这些单体电池的内阻值降低，导致并联电路2的内阻值的降低。随着热量扩散的进行，由温度传感器4测量的温度升高。例如，当在第一时段和第二时段之间排烟时，第二时段期间的内阻值r2变得小于第一时段期间的内阻值r1。在排烟之后的一段时间，由温度传感器4测量的温度升高。然后，随着热量扩散，这些单体电池的温度降低，使得内阻值增加至与排烟之前相同的水平(第三时段)。由温度传感器4测量的温度也降低至与排烟之前相同的水平。当如在步骤103中那样监控内阻值和温度的变化时，可以检测排烟时的变化模式。考虑到排烟后内阻值的变化模式和温度的变化模式之间的时间偏差，可以根据电池模块10的特性来决定步骤s104中获取温度t的时段的开始时间和结束时间，即，例如，基于指定的在步骤s101、s102中计算内阻值的第一时段和第二时段的相关关系。因此，可以在必要时与步骤s101、s102并行地处理步骤s104。可以根据电池模块10的特性适当地确定第一时段和第一时段之间的长度或间隔，以便在排烟时能够优选地检测内阻值的降低。

步骤s105

判定单元21判定并联电路2中所包含的至少任何一个单体电池1中的排烟。将指示判定结果的信息输出至电池监控ecu20内部或外部的其他功能单元。由此，处理结束。

通过重复地执行步骤s101至步骤s105的处理，能够持续地监控电池模块10中是否有排烟。

第二实施例

本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处在于判定单元21的处理。下文中主要给出了与第一实施例的不同之处的描述，而跳过了相同的配置方面的描述。

处理

图5为示出排烟判定处理的流程图。在本实施例中，还通过检测排烟后降低的内阻值增加至与排烟之前相同的水平来判定排烟。

步骤s201

如在第一实施例的步骤s101中，判定单元21计算并联电路2在指定的第一时段期间的内阻值r1。

步骤s202

如在第一实施例的步骤s102中，判定单元21计算并联电路2在第一时段之后的指定的第二时段期间的内阻值r2。

步骤s203

如在第一实施例的步骤s103中，判定单元21判定第二时段的内阻值r2是否小于第一时段的内阻值r1。当判定r2低于r1时，判定单元21继续执行步骤s204。否则，判定单元21结束该处理。

步骤s204

如在第一实施例的步骤s103中，判定单元21判定并联电路2的温度t是否是升高的。当判定并联电路2的温度t升高时，判定单元21继续执行步骤s205。否则，判定单元21结束该处理。

步骤s205

通过和步骤s101中相同的方法，判定单元21计算并联电路2在第二时段之后的指定的第三时段的内阻值(第三内阻值)。

步骤s206

判定单元21判定第三时段的内阻值是否高于第二时段的内阻值r2。判定单元21可以使用k2(≥0)作为指定的常数，并且当r3大于r2+k2时，可以判定r3高于r2。当判定r3高于r2时，判定单元21继续执行步骤s207。否则，判定单元21结束该处理。当r3增加至与r1的值(包含r1的指定范围内的值)相同的水平时，判定单元21可以继续执行步骤s207。

步骤s207

判定单元21判定并联电路2中所包含的任何一个单体电池1中的排烟。将指示判定结果的信息输出至电池监控ecu20内部或外部的其他功能单元。由此，处理结束。

通过重复地执行步骤s201至s207的处理，能够持续地监控电池模块10中是否有排烟。

只要可以除了基于电池模块的温度的升高之外还基于内部电阻值的降低来判定排烟，以上描述的实施例的处理可以适当地改变。如图4所示，还可以通过进一步检测排烟后升高的温度降低至与排烟前相同的水平来判定排烟。

效果

根据本发明，不仅基于温度的升高，还基于排烟时内阻值的降低来判定排烟。因此，与仅检测温度的升高的传统的情况相比，更易于在排烟和传感器故障等之间进行区分。因此，可以提高排烟的判定精度。与如传统情况中设置了大量包括温度保险丝的非恢复型开关的情况相比，还可以抑制成本。当进一步检测内阻值在降低之后的升高并且将内阻值在降低之后的升高用于判定时，可以进一步提高判定精度。还可以检测温度在升高之后的降低并将温度在升高之后的降低用于判定。

本发明不仅可以限定为电池中排烟的判定方法，还可以限定为由计算机、程序、包括该计算机的电池系统和车辆执行的排烟的判定方法。

本发明可用于搭载在车辆等上的电池或电池系统。