電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法
2023-12-04 18:07:36
電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法
【專利摘要】本發明提供一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，包括如下步驟：一、周期性檢測電池組中每個單體電池的電壓值，判斷是否存在某個單體電池的電壓值異常，若存在某個單體電池的電壓值異常，則進入步驟二，否則退出本流程；二、開啟阻抗補償電路，對採集到所述異常電壓值的電壓採集迴路施加恆流電流；三、所述異常電壓值對應的電壓採集迴路再次採集電壓值，判斷該再次採集得到的電壓值是否仍然異常，若仍然異常，則進入步驟四，否則退出本流程；四：強制切斷電池組的供電或降低電池組的供電功率。本發明能夠及時發現所採集的單體電池電壓的異常，且無需手動清理灰塵來排除異常，同時增強了電池產品對惡劣環境的適應性、穩定性和可靠性。
【專利說明】電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電池管理系統領域，具體涉及一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法。
【背景技術】
[0002]目前絕大多數BMS (電池管理系統)電壓採集的方式是通過BMS的BMU (從板)上的電壓採集晶片以電壓採集線為媒介採集單體電池電壓，並將採集到的單體電壓值上報給BMS的B⑶(主板)，通過B⑶來直接控制電池包，同時與整車交互。
[0003]然而，電池包在郊區的公交大巴或礦車上的使用環境惡劣，電池包內部的BMS電壓採集線的線束插頭上容易累積灰塵，導致接觸電阻增加，從而進一步導致BMS在電壓採集時電壓採集線上有壓降，也導致了 BMS採集的單體電池電壓比電池實際單體電池電壓偏低，BMS採集到偏低的虛假單體電池電壓，會做出提前保護電池的動作，如行車過程中電池管理系統為了保護電池強制斷電，導致整車趴車或強制低速等，最終將影響電池包的使用，且在這種情況下，需要拆電池包，單獨檢查電池的狀態，來判斷故障出現的原因，同時需要清理電池包內部的灰塵來排除故障，以便讓電池包回復工作狀態。
[0004]圖1給出了電壓採集線上累積灰塵導致電池包故障的技術分析原理圖，如圖1所示，R1-R5表示從電池極柱到BMS採集迴路之間的電阻(即為電壓採集線上的電阻)，C1-C4表示單體電池，如果Rl或者R5所表示的電壓採集線上累積有灰塵，則Rl或者R5的電阻值增大，假設R2和R4的電阻值正常，由於Rl與R5的分壓，那麼BMS採集到Cl或者C4的電壓會比實際電池電壓值低，也即造成採集單節電壓值偏低；如果R2所表示的電壓採集線上累積有灰塵，則R2的電阻值增大，假設Rl和R3的電阻值正常，由於R2的分壓，那麼BMS採集到Cl或者C2的電壓會比實際電池電壓低，也即造成採集相鄰兩節單節電壓偏低。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，可以通過在電壓採集線上進行電壓補償，避免上述故障發生，不影響電池包的正常使用。
[0006]本發明的技術方案包括如下步驟:
步驟一、周期性檢測電池組中每個單體電池的電壓值，判斷是否存在某個單體電池的電壓值異常，若存在某個單體電池的電壓值異常，則進入步驟二，否則退出本流程；
步驟二、開啟阻抗補償電路，對採集到所述異常電壓值的電壓採集迴路施加恆流電流；
步驟三、所述異常電壓值對應的電壓採集迴路再次採集電壓值，判斷該再次採集得到的電壓值是否仍然異常，若仍然異常，則進入步驟四，否則退出本流程；
步驟四:強制切斷電池組的供電或降低電池組的供電功率。
[0007]優選地，所述判斷是否存在某個單體電池的電壓值異常，若存在某個單體電池的電壓值異常，則進入步驟二的具體方法為:判斷所述每個單體電池的電壓值中，是否存在電壓值低於閾值Thl或者判斷所述電池組中最高單體電壓值與最低單體電壓值之間的差值是否高於閾值Th2，若存在某個單體電池的電壓值低於閾值Thl或者所述電池組中最高單體電壓值與最低單體電壓值之間的差值高於閾值Th2，則所述低於閾值Thl的電壓值或所述最低單體電壓值為異常電壓值，則進入步驟二。
[0008]優選地，所述判斷該再次採集得到的電壓值是否仍然異常，若仍然異常，則進入步驟四的具體方法為:判斷該再次採集得到的電壓值是否低於閾值Thl或者該再次採集得到的電壓值與某個單體電壓值的差值是否高於閾值Th2，若所述再次採集得到的電壓值低於閾值Thl或者該再次採集得到的電壓值與某個單體電壓值的差值高於閾值Th2，則進入步驟四。
[0009]優選地，所述對採集到所述異常電壓值的電壓採集迴路施加恆流電流的持續時間為5-15秒。
[0010]優選地，所述閾值Thl為2.0v-2.5v,所述閾值Th2為100mv_400mv。
[0011]本發明具有如下優點和有益效果:
1、通過優化軟體控制策略，採用開啟阻抗補償電路對採集迴路施加電流後，接觸電阻隨電流增加而降低，促使採集電壓恢復正常，避免BMS錯誤判斷，增強BMS的採集容錯功能,使整車運行更加穩定。
[0012]2、錯開時間執行阻抗補償與單體電壓採集，不會造開啟阻抗補償導致的電壓採集誤差。
[0013]3、通過電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，在不對電池包拆包清理灰塵來排除的故障的情況下，保證電池包的正常使用，同時增強產品對惡劣環境的適應性、穩定性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為現有技術中電池包故障原理分析圖。
[0016]圖2為本發明阻抗補償算法的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合說明書附圖對本發明實施例的【具體實施方式】作詳細說明。
[0018]本發明使用灰塵的接觸電阻隨電流增加而降低這一特性，通過對電壓採集線上累積的灰塵進行通電的方式來降低灰塵的接觸阻值而進行阻抗補償，從而使採集到的單體電池的電壓為正常值。本發明的具體實施方案為:
如圖2所示，電池組的各單體電池Celll、Cell2、…Celln分別通過開關Τ1、Τ2、-Τη連接至直流電流源DC，直流電流源的輸出電流值的取值範圍為30-300mA，且每個開關均與控制器連接。控制器每隔一定周期t0定時檢測所採集到的各單體電池的電壓值U1、U2^..Un，其中t0取值為50-900mS，假設本實施例中選用的電池組為鋰電池組，則根據鋰電池的特性考慮，設定該鋰電池能夠被正常使用的的低壓閾值Thl為2.5v，本領域技術人員也可以根據所使用的電池組的類型不同而設定不同的低壓閾值，所述低壓閾值的取值範圍一般為2.0v-2.5v，控制器根據所設定的閾值對各單體電池電壓進行判斷，檢測是否存在某一單體電池的電壓值低於2.5v。假設檢測到從Cel 12採集到的電壓值U2低於2.5v，則說明從Cell2所採集到的電壓存在異常，此時需對Cell2的電壓採集迴路進行阻抗補償，控制器發出指令信號促使開關Tl和T2閉合，以通過直流電流源DC對單體電池Cell2的電壓採集迴路施加電流。類似地，若電壓值Ui異常，其中n，則控制器控制開關T(1-l)和Ti閉合或斷開。為了避免電壓採集誤差，通常對電壓採集迴路施加電流的持續時間不宜過長，通常為5-15s，本實施例中設定直流電流源對電壓採集迴路施加電流的時間為10s，1s後開關Tl和T2自動斷開，阻抗補償過程結束，電壓採集迴路的電阻恢復正常，電壓短時間內保持穩定，此時採集到的電壓值為準確數據，不會造成電壓採集誤差，因此控制器再次採集Cell2的單體電壓值進行檢測，判斷阻抗補償後所採集到的U2值是否仍低於閾值2.5v,若仍低於2.5v，則判斷電池Cell2的實際電壓偏低，需要通過強制斷電或者限制輸出功率來保護電池，若不低於2.5v，則判斷電池Cell2的實際電壓正常。
[0019]除上述方式外，本發明也可通過另一方式判斷所採集的單體電壓值是否異常，該方式為:控制器比較所採集到的每個單體電池電壓，若最高單體電壓值與最低單體電壓值之間的差值大於或等於另一閾值Th2，則說明該最低單體電壓值存在異常，本實施例中根據鋰電池的特性將閾值Th2設定為200mv，閾值Th2的一般取值範圍為100mv-400mv，控制器控制該最低單體電壓值所對應的單體電池的採集迴路上的開關閉合，以對該採集迴路上的電阻進行阻抗補償。
[0020]值得注意的是，本發明中的單體電壓採集和開啟阻抗補償是錯開時間執行的，不會造開啟阻抗補償導致的電壓採集誤差。當開啟阻抗補償功能時，電壓採集迴路中會有電流流過，施加電流後，接觸電阻隨電流增加而降低，此時的電阻值還在變化中不穩定，該電阻值在電壓採集迴路中所分擔的電壓也會不穩定，最終導致電壓採集不準，所以在阻抗補償時不進行電壓採集和檢測。在阻抗補償功能完成之後的短暫時間內，此時阻抗補償功能結束，採集迴路的電阻已經恢復正常，電壓短時間內保持穩定，此時採集到的電壓值為準確數據，不會造成電壓採集誤差。
[0021]本發明通過對電壓值出現異常的單體電壓採集迴路施加電流的方式來進行電壓採集線的阻抗補償，並重新採集阻抗補償後的電壓值，根據阻抗補償後所採集到的電壓值判斷實際是否需要對電池進行強制斷電保護，避免BMS採集到偏低的虛假的單體電池電壓後強制斷電，而影響電池包的正常使用。本發明能夠及時可靠地發現所採集的單體電池電壓的異常，且無需手動清理灰塵來排除異常，同時增強了電池產品對惡劣環境的適應性、穩定性和可靠性。
[0022]以上所述實施例僅表達了本發明的優選的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一、周期性檢測電池組中每個單體電池的電壓值，判斷是否存在某個單體電池的電壓值異常，若存在某個單體電池的電壓值異常，則進入步驟二，否則退出本流程； 步驟二、開啟阻抗補償電路，對採集到所述異常電壓值的電壓採集迴路施加恆流電流； 步驟三、所述異常電壓值對應的電壓採集迴路再次採集電壓值，判斷該再次採集得到的電壓值是否仍然異常，若仍然異常，則進入步驟四，否則退出本流程； 步驟四:強制切斷電池組的供電或降低電池組的供電功率。
2.根據權利要求1所述的一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，其特徵在於，所述判斷是否存在某個單體電池的電壓值異常，若存在某個單體電池的電壓值異常，則進入步驟二的具體方法為:判斷所述每個單體電池的電壓值中，是否存在電壓值低於閾值Thl或者判斷所述電池組中最高單體電壓值與最低單體電壓值之間的差值是否高於閾值Th2，若存在某個單體電池的電壓值低於閾值Thl或者所述電池組中最高單體電壓值與最低單體電壓值之間的差值高於閾值Th2，則所述低於閾值Thl的電壓值或所述最低單體電壓值為異常電壓值，進入步驟二。
3.根據權利要求1所述的一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，其特徵在於，所述判斷該再次採集得到的電壓值是否仍然異常，若仍然異常，則進入步驟四的具體方法為:判斷該再次採集得到的電壓值是否低於閾值Thl或者該再次採集得到的電壓值與某個單體電壓值的差值是否高於閾值Th2，若所述再次採集得到的電壓值低於閾值Thl或者該再次採集得到的電壓值與某個單體電壓值的差值高於閾值Th2，則進入步驟四。
4.根據權利要求2或3所述的一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，其特徵在於，所述對採集到所述異常電壓值的電壓採集迴路施加恆流電流的持續時間為5-15秒。
5.根據權利要求2或3所述的一種電池管理系統上電壓採集線阻抗補償算法，其特徵在於，所述閾值Thl為2.0v-2.5v，所述閾值Th2為100mv_400mv。
【文檔編號】G01R31/36GK104410111SQ201410604882
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】劉飛, 文鋒, 阮旭松, 餘祖俊, 呂有輝 申請人:惠州市億能電子有限公司