一种故障自诊断装置及方法与流程

1.本发明涉及一种单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断方法， 具体涉及电池管理系统中采用单线制采集及被动均衡电路及其模式下的故障自诊断方法和装置。


背景技术：

2.在新能源领域的电动汽车、储能电站等中，大量电池成组后进行使用，由于电池的一致性原因，目前电池组配套的电池管理系统大部分情况下会带有均衡功能，一般有被动均衡或主动均衡，其中被动均衡一般是采用开关控制电阻来消耗能量的方式。再者由于成本因素，电池管理系统在采集电压电路中采用单线制的设计。
3.当均衡开关异常存在开关常闭或者常开的情况下，会导致单体电池一直被均衡，或者无法启动均衡；常闭情况下也会导致单线制采集电压带来的误差。故需要判断均衡开关异常存在开关常闭或者常开的情况，以及单线制采集电压由于电阻异常导致的采集异常，并进一步对其异常位置进行定位，也为故障判断、设备维修，以及后续设计带来指导。
4.但是现有电池管理系统并无相关进一步异常定位的方式，需要提供一种单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断方法，来对单线制采集及被动均衡电路中存在的电阻异常、均衡开关异常等异常位置具体定位。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明的一个目的是提供了一种基于单线制采集及被动均衡电路的故障自诊断装置；本发明的另一个目的是提供了一种单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断方法。
6.一种单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断电路装置： 所述装置具体构造如下，每节单体电池正负端分别连接一个均衡电阻，相邻两节单体电池所连接均衡电阻为一个，每节单体电池正负端分别的连接均衡电阻之间连接均衡控制开关，每节单体电池正负端分别的连接均衡电阻之间并联一个单体电池电压采集回路，首末两节单体电池连接形成电池组组端采集电压回路;首末两节单体电池连接形成电池组组端采集电压回路中，分别串联一个备选采集电压回路控制开关q11，q22， 首末均衡电阻分别串联一个备选采集电压回路控制开关q12， q21与首末单体电池电压采集回路串联;平时时刻，q11开关闭合在其a端，q22开关闭合在其b端，形成电池组组端采集电压第一回路；q12开关闭合在其b端，形成电池组首节单体电池电压采集第一回路；q21开关闭合在其a端，形成电池组第末一节单体电池电压采集第一回路；其中，q11、q12不可同时处于开关同一端，q21、q22不可同时处于开关同一端；q11开关闭合在其b端，q12开关闭合在其a端，可形成电池组备选首节单体电池电压采集第二回路；q22开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，可形成电池组备选末节单体电池电
压采集第二回路；q12开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第二回路；q12开关闭合在其a端，q22开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第三回路；q11开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第四回路。
7.优选的，被动均衡控制开关k为mos管。（pmos如infineon品牌bss308pe）优选的，备选采集电压回路控制开关为继电器（光耦继电器aqv258hax c88 /松下品牌）或三极管器件。
8.优选的，均衡电阻选择10欧 ；使用1206封装。
9.一种单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断方法包括以下步骤：第一步：当出现单体电池电压采集异常时，启动异常电阻位置定位判断。
10.第1.1步：当出现非连续单个单体电池电压采集异常时，根据异常单体电池首未序号判断首未位置电阻异常。
11.第1.2步：当出现连续两个单体电池电压采集异常时，当异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续两个异常单体电池中间电阻。
12.第1.3步：当出现连续三个单体电池电压采集异常时，异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续三个异常单体电池中间两个电阻。
13.第1.4步：当出现大于连续三个单体电池电压采集异常时，异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置，另一电阻异常位置为连续多个异常单体电池最外边相连电阻，剩余无法判断输出故障未确定；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续多个异常单体电池最外边相连两个电阻，剩余无法判断输出故障未确定。
14.第二步：未出现单体电池电压采集异常时，启动被动均衡开关异常位置巡检，其中巡检包括电池管理系统上电时刻进行巡检与定期进行巡检。
15.第2.1步：当电池组处于稳定静置状态下，采用组端采集电压第一回路与单体电池采集电压第一回路累积相比，如不相等，则存在开关异常存在常闭异常。
16.第2.2步：当电池组处于稳定静置状态下，采用组端采集电压第一回路与单体电池采集电压第一回路累积相比，如相等，则采用被动均衡开关异常位置定期巡检方式。
17.第2.3步：被动均衡开关异常位置判断方法如下：通过开关断开与闭合前后，其所对应的单体电池所采集的电压存在变化，其开关正常，若其所对应的单体电池所采集的电压未存在变化，其开关异常，而开关异常存在常闭或者常开两者异常。
18.优选地，定期巡检为每7天一次。
19.本发明实现了对单线制采集及被动均衡电路中存在的电阻异常、均衡开关异常等异常位置时的定位。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明故障自诊断装置的示意图。
22.图2 是本发明故障诊断装置采集开关状态时的连接示意图。
23.图3 是本发明故障自诊断装置的电路示意图。
24.图4 是本发明方法的异常电阻位置定位判断流程示意图。
25.图5是非连续单个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
26.图6a是连续两个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
27.图6b是连续两个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
28.图7a是连续三个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
29.图7b是连续三个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
30.图8是大于连续三个单体电池电压采集异常时的连接示意图。
31.图9是未启动被动均衡状态时的电路示意图。
32.图10是第1节启动被动均衡状态时的电路示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1如图1所示，以5节单体电池为例，本发明提出的单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断装置，电路构造如下，每节单体电池正负端分别连接一个均衡电阻，相邻两节单体电池所连接均衡电阻为一个，每个均衡电阻之间连接均衡控制开关，每个均衡电阻之间并联一个单体电池电压采集回路，首末两节单体电池连接形成电池组组端采集电压回路。
35.首末两节单体电池连接形成电池组组端采集电压回路中，分别串联一个备选采集电压回路控制开关，首末均衡电阻分别串联一个备选采集电压回路控制开关与首末单体电池电压采集回路串联。
36.优选的，被动均衡控制开关k为mos管。（pmos如infineon品牌bss308pe）优选的，备选采集电压回路控制开关为继电器（光耦继电器aqv258hax c88 /松下品牌）或三极管器件。
37.优选的，均衡电阻选择10欧 （使用1206封装）如图2所示，以5节单体电池为例，单线制采集及被动均衡电路框图某一备选模式采集时刻q开关状态。
38.平时时刻，q11开关闭合在其a端，q22开关闭合在其b端，形成电池组组端采集电压
第一回路；q12开关闭合在其b端，形成电池组首节单体电池电压采集第一回路；q21开关闭合在其a端，形成电池组第末一节单体电池电压采集第一回路。其中，q11、q12不可同时处于开关同一端，q21、q22不可同时处于开关同一端。
39.q11开关闭合在其b端，q12开关闭合在其a端，可形成电池组备选首节单体电池电压采集第二回路。
40.q22开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，可形成电池组备选末节单体电池电压采集第二回路。
41.q12开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第二回路；q12开关闭合在其a端，q22开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第三回路；q11开关闭合在其a端，q21开关闭合在其b端，形成备选电池组组端采集电压第四回路。
42.图3以5节单体电池为例，绘制了单线制采集及被动均衡电路图，本图3中的芯片的器仅为示例性，本领域技术人员知晓相应的功能芯片具有类似的功能也可以执行替换设置。
43.实施例2如图4所示，本发明的应用单线制采集及被动均衡电路模式下故障自诊断装置的具体方法的的判断流程表示，其具体可包括如下步骤：第一步：当出现单体电池电压采集异常时，启动异常电阻位置定位判断。
44.第1.1步：当出现非连续单个单体电池电压采集异常时，根据异常单体电池首未序号判断首未位置电阻异常。
45.第1.2步：当出现连续两个单体电池电压采集异常时，当异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续两个异常单体电池中间电阻。
46.第1.3步：当出现连续三个单体电池电压采集异常时，异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续三个异常单体电池中间两个电阻。
47.第1.4步：当出现大于连续三个单体电池电压采集异常时，异常单体电池存在首末序号时，采用首末节单体电池电压采集第二回路、电池组组端采集电压第三回路、电池组组端采集电压第四回路判断首末节单体电池相连电阻异常位置，另一电阻异常位置为连续多个异常单体电池最外边相连电阻，剩余无法判断输出故障未确定；当异常单体电池不存在首末序号时，电阻异常位置为连续多个异常单体电池最外边相连两个电阻，剩余无法判断输出故障未确定。
48.第二步：未出现单体电池电压采集异常时，启动被动均衡开关异常位置巡检，其中巡检包括电池管理系统上电时刻进行巡检与定期进行巡检。
49.第2.1步：当电池组处于稳定静置状态下，采用组端采集电压第一回路与单体电池采集电压第一回路累积相比，如不相等，则存在开关异常存在常闭异常。
50.第2.2步：当电池组处于稳定静置状态下，采用组端采集电压第一回路与单体电池采集电压第一回路累积相比，如相等，则采用被动均衡开关异常位置定期巡检方式。
51.第2.3步：被动均衡开关异常位置判断方法如下：通过开关断开与闭合前后，其所对应的单体电池所采集的电压存在变化，其开关正常，若其所对应的单体电池所采集的电压未存在变化，其开关异常，而开关异常存在常闭或者常开两者异常。
52.可选的，巡检日期可以根据设备的运行参数而设置，如定期巡检为每7天一次。
53.实施例3仍然以下为5节电池为例进行说明。首先以异常电阻位置定位为例说明，异常电阻会导致其连接的单体电池采集无效，或组端采集电压二、三、四回路无效。异常电阻会导致以下四种情况，当出现非连续单个单体电池电压采集异常时；当出现连续两个单体电池电压采集异常时；当出现连续三个单体电池电压采集异常时；当出现大于连续三个单体电池电压采集异常时。
54.一、当出现非连续单个单体电池电压采集异常时，举例如下：如图5所示、当r0损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压有效。
55.二、当出现连续两个单体电池电压采集异常时，举例如下：如图6a所示，当r1损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压无效，u
u05
采集电压有效。
56.如图6b所示，当r0、r1损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压无效，u
u05
采集电压无效，u
u23
采集电压有效三、当出现连续三个单体电池电压采集异常时，举例如下：如图7a所示，当r1、r2损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压无效，u
u23
采集电压无效，u
u05
采集电压无效，u
u34
采集电压有效。
57.如图7b所示，当r0、r2损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压无效，u
u23
采集电压无效，u
u05
采集电压无效，u
u34
采集电压有效，u
d0u1
采集电压有效。
58.四、当出现大于连续三个单体电池电压采集异常时，举例如下：如图8所示，当r1、r3损害断开，u
u01
采集电压无效，u
u12
采集电压无效，u
u23
采集电压无效，u
u34
采集电压无效，u
u05
采集电压有效，u
u45
采集电压有效，但无法判断出r2是否损害断开。
59.如图9
‑
10所示，以下以均衡开关异常判断为例说明，均衡开关异常存在开关常闭或者常开的情况，会导致单体电池一直被均衡，或者无法启动均衡。
60.会导致以下三种情况，当出现非连续单个均衡开关异常时；当出现连续两个均衡开关异常时；当出现大于连续两个均衡开关异常时。
61.当通过开关断开与闭合前后，其所对应的单体电池所采集的电压存在变化，其开关正常，若其所对应的单体电池所采集的电压未存在变化，其开关异常，而开关异常存在常闭或者常开两者异常。
62.当某个开关断开与闭合前后电压无变化的情况，采用对其相邻开关进行断开与闭合进行判断，当其相邻开关进行闭合后，若其电压降低或者升高，可说明其损害导致常闭或常开。
63.如图9所示，当单线制采集时，未启动被动均衡时（即开关k1~k5均断开，未闭合时）。
64.组端电压ug=u
d05
=u
u05
；
单体电池b1电压u1=u
u01
=u
d01
；单体电池b2电压u2=u
u12
=u
d12
；单体电池b3电压u3=u
u23
=u
d23
；单体电池b4电压u4=u
u34
=u
d34
。
65.单体电池b5电压u5=u
u45
=u
d45
。
66.如图10所示，当单体电池b1启动被动均衡时，即k1闭合，电阻r0与r1流过了电流。
67.单体电池b1电压u1=u
u01
=u
r01
=u
d01
‑
u
r0
‑
u
r1
；单体电池b2电压u2=u
u12
=u
d12
u
r1
；单体电池b3电压u3=u
u23
=u
d23
；单体电池b4电压u4=u
u34
=u
d34
。
68.单体电池b5电压u5=u
u45
=u
d45
。
69.基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备/或系统，该计算机设备/系统包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种方法。
70.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各视频播放方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
‑
only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
71.据此，还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种方法。
72.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
73.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。