电池模组在线故障检测方法、装置、存储器及计算设备与流程

1.本发明属于电池模组在线故障诊断技术领域，具体涉及一种电池模组在线故障检测方法、装置、存储器及计算设备。


背景技术：

2.为实现电池串联模组间的功率均衡，一般采用的方法有主动均衡、被动均衡以及主被动均衡结合的方法。在实现功率均衡的过程中，需要对每个模组进行充电或者放电，在此过程中如果某个电池模组存在问题，频繁的均衡功率会使得该模组损坏甚至导致过充爆炸的风险。因此需要在线对模组进行实时故障诊断以避免频繁的功率均衡。
3.目前针对电池模组在线故障诊断的常用方法大致分为三类：基于模型的方法、基于数据驱动的方法和基于统计分析的方法。基于模型的方法受电池模组参数变化的影响较大；后两类方法需要以大数据为基础，并且资源开销比较大，成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电池模组在线故障检测方法、装置、存储器及计算设备，通过搭建电池模组在线故障检测电路，对电池模组故障进行在线检测，过程简单且成本低。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明第一方面提供一种电池模组在线故障检测方法，包括：
7.获取在线故障检测电路中子模块的输出电流以及对应的电池模组电压；所述在线故障检测电路包括子模块和电池模组，所述子模块的输出端连接至所述电池模组的两端，每个子模块对应连接一个电池模组；多个电池模组串联形成电池包，所述子模块的输入端均连接至所述电池包两端；
8.基于子模块的输出电流和电池模组电压计算子模块的输出功率绝对值；
9.基于所计算的子模块的输出功率绝对值计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值；
10.基于子模块的均衡能量累计值计算逻辑判断值；
11.基于逻辑判断值判断电池模组是否故障。
12.进一步的，所述在线故障检测电路中，所述子模块拓扑相同。
13.进一步的，所述子模块为双向反激电路。
14.进一步的，所述基于子模块的输出电流和电池模组电压计算子模块的输出功率绝对值，包括：
15.pm＝|im×vm
|；
16.其中，pm为子模块m的输出功率绝对值，im为子模块m的输出电流，vm为子模块m对应的模组电压，m＝1,2
…
m，m为子模块个数。
17.进一步的，所述基于所计算的子模块的输出功率绝对值计算子模块在当前控制周
期下的均衡能量累计值，包括：
18.qm(n)＝qm(n-1) pm(n)
×△
t；
19.其中，qm(n)表示当前控制周期n子模块m的均衡能量累计值，qm(n-1)表示截止到上一控制周期n-1子模块m的均衡能量累计值，pm(n)表示当前控制周期n子模块m的输出功率绝对值，
△
t为控制周期。
20.进一步的，所述基于子模块的均衡能量累计值计算逻辑判断值，包括：
21.q
dv
＝q
max-q
ave
；
22.其中，q
dv
表示逻辑判断值，q
max
表示当前控制周期内所有子模块中最大的均衡能量累计值，q
ave
表示当前控制周期内除去q
max
的其余子模块的均衡能量累计值平均值。
23.进一步的，所述基于逻辑判断值判断电池模组是否故障，包括：
24.判断逻辑判断值q
dv
是否大于均衡能量保护阈值q
up
，如果是，则q
max
对应的子模块所连接的电池模组故障，记录对应的模组标号，并停机；否则，继续对下一控制周期进行检测判断。
25.进一步的，所述均衡能量保护阈值q
up
确定如下：
26.q
up
＝k1×
∫sopdt k2×
soh；
27.其中，sop是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组功率状态，用电池模组实时最大充放电功率表示；soh是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组健康状态，用电池模组实时最大容量表示，k1、k2为能量保护阈值调节系数。
28.进一步的，所述sop与soh通过电池管理系统bms获取；
29.所述k1取0.3，k2取0.7。
30.本发明第二方面提供一种电池模组在线故障检测装置，包括：
31.在线故障检测电路，包括子模块和电池模组，所述子模块的输出端连接至所述电池模组的两端，每个子模块对应连接一个电池模组；多个电池模组串联形成电池包，所述子模块的输入端均连接至所述电池包两端；
32.初始化模块，用于获取所述在线故障检测电路中子模块的输出电流以及对应的电池模组电压；
33.第一计算模块，用于基于子模块的输出电流和电池模组电压计算子模块的输出功率绝对值；
34.第二计算模块，用于基于所计算的子模块的输出功率绝对值计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值；
35.第三计算模块，用于基于子模块的均衡能量累计值计算逻辑判断值；
36.判断模块，用于基于逻辑判断值判断电池模组是否故障。
37.进一步的，所述第一计算模块具体用于，
38.计算子模块的输出功率绝对值如下：
39.pm＝|im×vm
|；
40.其中，pm为子模块m的输出功率绝对值，im为子模块m的输出电流，vm为子模块m对应的模组电压，m＝1,2
…
m，m为子模块个数。
41.进一步的，所述第二计算模块具体用于，
42.计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值如下：
43.qm(n)＝qm(n-1) pm(n)
×△
t；
44.其中，qm(n)表示当前控制周期n子模块m的均衡能量累计值，qm(n-1)表示截止到上一控制周期n-1子模块m的均衡能量累计值，pm(n)表示当前控制周期n子模块m的输出功率绝对值，
△
t为控制周期。
45.进一步的，所述第三计算模块具体用于，
46.计算逻辑判断值如下：
47.q
dv
＝q
max-q
ave
；
48.其中，q
dv
表示逻辑判断值，q
max
表示当前控制周期内所有子模块中最大的均衡能量累计值，q
ave
表示当前控制周期内除去q
max
的其余子模块的均衡能量累计值平均值。
49.进一步的，所述判断模块具体用于，
50.判断逻辑判断值q
dv
是否大于均衡能量保护阈值q
up
，如果是，则q
max
对应的子模块所连接的电池模组故障，记录对应的模组标号，并停机；否则，继续对下一控制周期进行检测判断；
51.所述均衡能量保护阈值q
up
确定如下：
52.q
up
＝k1×
∫sopdt k2×
soh；
53.其中，sop是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组功率状态，用电池模组实时最大充放电功率表示；soh是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组健康状态，用电池模组实时最大容量表示，k1、k2为能量保护阈值调节系数。
54.本发明第三方面提供一种存储一个或多个程序的存储器，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述的方法中的任一方法。
55.本发明第四方面提供一种计算设备，包括，
56.一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述的方法中的任一方法的指令。
57.本发明的有益效果为：
58.本发明提供一种电池模组在线故障检测方法，通过搭建电池模组在线故障检测电路，每个子模块的输出端连接一个电池模组的两端，在线检测子模块的输出电流以及对应的模组电压，进而计算子模块的输出功率绝对值，基于功率积分计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值，判断电池模组是否故障。本发明可实现故障模组的在线快速检测，以解决模组功率均衡过程中，某些模组出现问题导致该模组进行频繁功率均衡，而发生模组进一步损坏甚至过充爆炸的问题；本发明的在线故障检测电路结构简单，成本低，易于工程设计实现。
附图说明
59.图1是本发明一个实施例提供的一种基于均衡功率积分的电池模组在线故障检测方法流程图；
60.图2是本发明实施例提供的一种基于均衡功率积分的电池模组在线故障检测电路示意图；
61.图3是本发明实施例提供的一种基于均衡功率积分的电池模组在线故障检测方法流程图。
具体实施方式
62.下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
63.实施例1
64.本实施例提供一种电池模组在线故障检测电路，该电路包含与模组数量相同且拓扑相同的子模块，每个子模块的输出端均连接至一个模组的两端，多个模组串联形成电池包pack，每个子模块的输入端均连接至pack的两端。
65.本实施例中，子模块为双向反激电路，该电路一方面起到功率均衡的作用，另一方面能够采样子模块的输出电流及与之连接的模组电压。
66.如图2所示，包括m个模组和m个子模块，将m个子模块的任一子模块记为子模块m(m＝1,2
…
m)，m为大于1的整数。
67.实施例2
68.本实施例提供一种电池模组在线故障检测方法，基于实施例1的检测电路进行电池模组在线故障检测，具体过程参见图1，包括：
69.获取在线故障检测电路中子模块的输出电流以及对应的模组电压；
70.本实施例中，获取子模块的输出电流im(m＝1,2
…
m)以及对应的模组电压vm(m＝1,2
…
m)。
71.基于子模块的输出电流和模组电压计算子模块的输出功率绝对值；
72.本实施例中，输出功率绝对值计算如下：
73.pm＝|im×vm
|。
74.基于所计算的子模块的输出功率绝对值计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值；
75.本实施例中，均衡能量累计值计算如下：
76.qm(n)＝qm(n-1) pm(n)
×△
t；
77.其中，qm(n)表示当前控制周期n子模块m的均衡能量累计值，qm(n-1)表示截止到上一控制周期n-1子模块m的均衡能量累计值，pm(n)表示当前控制周期n子模块m的输出功率绝对值，
△
t为控制周期。
78.基于子模块的均衡能量累计值计算逻辑判断值；
79.本实施例中，逻辑判断值计算如下：
80.确定当前控制周期内m个子模块中最大的均衡能量累计值q
max
，以及除去最大均衡能量累计值子模块的其余子模块的均衡能量累计值平均值q
ave
，计算两者的差值q
dv
，作为逻辑判断值，
81.q
dv
＝q
max-q
ave
。
82.基于逻辑判断值判断电池模组是否故障；
83.本实施例中，具体判断过程如下：
84.判断逻辑判断值q
dv
是否大于均衡能量保护阈值q
up
，如果是，则记录q
max
对应的模组标号，并停机；否则，对下一控制周期按上述方法进行检测判断。
85.本实施例中，均衡能量保护阈值q
up
确定如下：
86.q
up
＝k1×
∫sopdt k2×
soh；
87.其中，sop是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的模组功率状态，用模组实时最大充放电功率表示；soh是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的模组健康状态，用模组实时最大容量表示；k1、k2为能量保护阈值调节系数。
88.本实施例中，sop与soh通过电池管理系统bms获取。
89.本实施例中，按照工程经验k1取0.3，k2取0.7。
90.实施例3
91.本实施例以m＝3为例，基于实施例1的检测电路进行电池模组在线故障检测，参见图3，具体实施步骤如下：
92.步骤1，在线检测子模块1、子模块2以及子模块3的输出电流i1、i2、i3，以及检测模组1、模组2、模组3的电压v1、v2、v3；
93.步骤2，根据步骤1得到的子模块1、子模块2以及子模块3的输出电流i1、i2、i3，模组1、模组2、模组3的电压v1、v2、v3，分别计算得出各子模块输出功率的绝对值p1、p2、p3，功率计算表达式如下：
94.pm＝|im×vm
|；
95.步骤3，根据步骤2得到的三个子模块输出功率的绝对值p1、p2、p3，分别求出三个子模在当前控制周期下的均衡功率积分值q1、q2、q3，其表达式如下：
96.qm(n)＝qm(n-1) pm(n)
×△
t；
97.其中，qm(n-1)表示截止到上一控制周期子模块m的均衡能量累计值，qm(n)表示该控制周期子模块m的均衡能量累计值，
△
t为控制周期；
98.步骤4，在每个控制周期内找出三个子模块中最大的均衡能量累计值q
max
，求出其他两个子模块均衡能量累计值的平均值q
ave
，q
ave
＝(q1 q2 q
3-q
max
)/2，以及计算出三个子模块中最大的均衡能量累计值q
max
与其他两个子模块均衡能量累计值的平均值q
ave
的差值q
dv
，其表达式如下：
99.q
dv
＝q
max-q
ave
；
100.步骤5，根据sop及soh综合指标动态调整均衡能量保护阈值q
up
，确定算法如下：
101.q
up
＝k1×
∫sopdt k2×
soh
102.步骤6，判断差值q
dv
是否满足大于均衡能量保护阈值q
up
，如果满足，执行步骤7，如果不满足，继续从步骤1执行到步骤6；
103.步骤7，记录子模块中最大的均衡能量累计值对应的模组标号，并停机。
104.实施例4
105.本实施例提供一种电池模组在线故障检测装置，包括实施例1中的在线故障检测电路，还包括：
106.初始化模块，用于获取在线故障检测电路中子模块的输出电流以及对应的模组电压；
107.第一计算模块，用于基于子模块的输出电流和模组电压计算子模块的输出功率绝对值；
108.第二计算模块，用于基于所计算的子模块的输出功率绝对值积分计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值；
109.第三计算模块，用于基于子模块的均衡能量累计值计算逻辑判断值；
110.判断模块，用于基于逻辑判断值判断电池模组是否故障。
111.本实施例中，第一计算模块具体用于，
112.计算子模块的输出功率绝对值如下：
113.pm＝|im×vm
|；
114.其中，pm为子模块m的输出功率绝对值，im为子模块m的输出电流，vm为子模块m对应的模组电压，m＝1,2
…
m，m为子模块个数。
115.本实施例中，第二计算模块具体用于，
116.计算子模块在当前控制周期下的均衡能量累计值如下：
117.qm(n)＝qm(n-1) pm(n)
×△
t；
118.其中，qm(n)表示当前控制周期n子模块m的均衡能量累计值，qm(n-1)表示截止到上一控制周期n-1子模块m的均衡能量累计值，pm(n)表示当前控制周期n子模块m的输出功率绝对值，
△
t为控制周期。
119.本实施例中，第三计算模块具体用于，
120.计算逻辑判断值如下：
121.q
dv
＝q
max-q
ave
；
122.其中，q
dv
表示逻辑判断值，q
max
表示当前控制周期内所有子模块中最大的均衡能量累计值，q
ave
表示当前控制周期内除去q
max
的其余子模块的均衡能量累计值平均值。
123.本实施例中，判断模块具体用于，
124.判断逻辑判断值q
dv
是否大于均衡能量保护阈值q
up
，如果满足，则q
max
对应的电池模组故障，记录q
max
对应的模组标号，并停机；如果不满足，则继续对下一控制周期进行检测判断；
125.所述均衡能量保护阈值q
up
确定如下：
126.q
up
＝k1×
∫sopdt k2×
soh；
127.其中，sop是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组功率状态，用电池模组实时最大充放电功率表示；soh是与最大均衡能量累计值q
max
对应的子模块输出连接的电池模组健康状态，用电池模组实时最大容量表示，k1、k2为能量保护阈值调节系数。
128.实施例5
129.本实施例提供一种存储一个或多个程序的存储器，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据前述实施例2中的任一方法。
130.实施例6
131.本实施例提供一种计算设备，包括，
132.一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所
述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据前述实施例2中的任一方法的指令。
133.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
134.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
135.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
136.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
137.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。