[發明專利]基于主動均衡的電池連接線斷線檢測方法

在審

• 申請號: 202010774218.8
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111969676A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張蘭芳;張亞;姚丹丹
• 申請（專利權）人: 合肥博艾思電池科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 杭州昱呈專利代理事務所(普通合伙) 33303
• 代理人: 雷仕榮

本發明公開了一種基于主動均衡的電池連接線斷線檢測方法，BMS系統執行如下算法以檢測每個單體電池是否出現斷線故障：步驟S1：預先設置多個參數信息；步驟S2：在主動均衡單元不同工作狀態下獲取每個單體電池的多個電壓采樣值；步驟S3：得到多個電壓采樣值與預設的參數信息之間的關系，并以此判定相應單體電池是否出現斷線故障。本發明的技術方案利用現有架構下的均衡電路通過算法軟件實現斷線檢測，從而無需增加專用檢測電路，不增加硬件成本；同時，該方法能夠適用各種電池環境和狀態，并且可以輕松定位到具體哪根采樣線斷線。

技術領域

本發明涉及電動汽車的電池管理系統技術領域，尤其涉及一種基于主動均衡的電池連接線斷線檢測方法。

背景技術

由于蓄電池、超級電容等蓄電裝置，光伏系統等發電裝置(為了說明方便，以下都用電池、電池組代替)的單體電壓和容量都較低，在大系統里難以直接使用，實際應用中往往需要多節電池串聯以提高電壓，多節電池并聯以提高容量。

由于生產環境、工藝參數、原材料等都難以做到完全一致，生產出來的每個單體電池都存在差異。并且由于使用環境的差別，單體電池之間的差異會隨著時間延長而擴大。由于化學特性的因素，每節單體電池都有其安全運行范圍，包括電壓、電流、溫度、功率等參數，并且各參數的運行范圍對電池的壽命有很大的影響，為了安全可靠，并且延長電池壽命，必須對電池組的各電性能參數進行采集、管理和維護。這些電參數中，單體電壓尤其重要，必須把它限制在合理范圍內。單體電池串聯后，整個電池組是一起充電，一起放電，通過各節電池電流，或者說安時數都是相同的，由于單體電池之間存在差異，必然會出現個別單體先充滿，個別單體先放完，為了保持電池電壓的一致性，現有技術通常采用均衡電路，在大容量電池應用場合，如電動汽車、儲能電站等，主動均衡應用已經是行業趨勢。另外，為了保證安全和電池壽命，只要有一節電池充滿，整組電池必須停止充電，只要有一節電池放完，整組電池必須停止放電，所以，BMS必須對每節單體進行實時監控。在實際系統中，結構設計、線束質量、工人安裝、機械震動/沖擊等眾多因數，都可能導致BMS與電池之間的采樣線束斷開，使得BMS對電池電壓的采樣不準。

如圖1所示，由于Bat4采樣線斷線，模擬前端對應這跟采樣線的輸入引腳懸空，電壓不定，BMS采樣得到的B4、B5電池電壓不正確，不能反映電池的真實狀態，致使電池系統不能正常、安全運行。電動汽車、儲能電站、通信基站等行業對可靠性要求都很高，要求產品具備自檢功能，在發生故障時可以自動報錯。

為了解決電池相關設備的采樣線斷線自檢問題，現有的做法是在BMS的采樣線輸入端加入RC濾波電路，并加入兩個可控電流源I1和I2，如圖2所示。在進行斷線檢測時，先關閉兩個電流源，測量并記錄各節電池的電壓，然后打開兩個電流源，再次測量并記錄各節電池的電壓。如果存在斷線，如圖2中的B3+采樣線斷開，打開電流源后，C_F3被電流源放電，使得電池B3的采樣電壓偏小；C_F4被電流源充電，使得電池B4的采樣電壓偏大。對前后兩次采樣的電壓值進行比較，如果超出預設的閥值ΔV，就認為采樣線斷線了。

然而，上述現有技術方案中，至少存在以下技術缺陷：

首先，動力電池組在大電流充放電時，電池本身就存在較大的電壓變化，特別是在電動汽車這種應用場合，電池在大電流放電和剎車能量回饋(充電)的不同狀態之間快速來回切換時，ΔV閥值難以選擇，在檢出率和誤判之間難以折中。

其次，當單體電池電壓本身就比較低時，電流源放電難以使前后兩次采樣電壓有足夠大的差值，出現漏判現象。

再次，在檢測算法運行之前，斷線編號對應的濾波電容已經被放完電，電流源已經沒有電荷可放，比如圖2中的C_F3在MCU上電時就已經沒電，此時前后兩次電壓采樣不會有電壓差，斷線狀態檢測不出來。