專利名稱：動力電池故障檢測方法及檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對動力電池，尤其是由多個單獨電池串聯(lián)而成的動力電池組的故 障檢測方法，以及實現(xiàn)該方法的檢測系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有的動力電池主要是用在混合動力車或純電動車上，由于其具有低碳環(huán)保的優(yōu) 點，得到各車輛生產廠家的青睞。因此，現(xiàn)在以鋰電池組或鐵鋰電池組構成的動力電池正被 深入的研究，也正在被在一些車輛上試用。如純電池的小轎車等。這種由多個電池串聯(lián)而 成電池組，如果其中的一個單獨電池出現(xiàn)故障，都會影響到整個動力電池的使用，情況嚴重 時，還會出現(xiàn)電池爆炸，造成人員和車輛的損傷。為了防止上述問題的出現(xiàn)，人們對這種動力電池采取了一定的防范措施，如圖3
所示，電池組由N個單獨的電池，如電池1、電池2......電池N-I、電池N組成，相對于第一
個單獨的電池，分別有電池1至電池N的電壓檢測電路，和電池1至電池N的窗口比較電路， 如果其中某一個電池的電壓范圍不在預定的電壓范圍內，一般為3. OV-4. 2V，則控制單元通 過相應的執(zhí)行元件停止該電池組的充放電或者通過報警裝置報警，以達到安全的目的。每 隔預定時間，電壓檢測電路和電壓比較電路循環(huán)一次。這種檢測的方法，由于預定的電壓范 圍(3. OV-4. 2V)較寬，電壓較低的單獨電池，假設其中某一電池的電壓只有3. IV或3. 2V，而 大部分電池的電壓確在較高值，如4. IV或4. 2，都被判斷為合格，可繼續(xù)使用，可是，在一個 電池組中，電壓低的電池，往往是電池內部存在內在隱患的電池，而現(xiàn)有的檢測電路是無法 區(qū)別的。這種存在內在隱患的電池，可能會引起該電池的爆炸，繼而引起該電池組其它電池 的爆炸，更嚴重的會影響到整個車輛的壽命。而如果將預定的電壓范圍設置為較窄，這會引 起電池組過于頻繁的被停止使用，而達不到實用的效果。
發(fā)明內容
為了克服以上缺點，本發(fā)明提供一種安全性更高的動力電池故障檢測方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案是提供一種動力電池故障檢測方法，包括如下步驟(1)、分別依序檢測電池組中的每一節(jié)單獨電池的電壓值，并通過窗口比較電路進 行判斷該電壓值是否在預定的第一閾值范圍內，如果其中任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在 第一閾值范圍內，則通過控制單元，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路；或通過微控制 單元(MCU)的控制電路將故障上報給上位機；或通過報警裝置報警；如果所測電壓值在第 一閾值范圍內，則進行，(2)、將該電壓值通過模/數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號后，輸出給微控制單元(MCU)， 暫存在微控制單元(MCU)的暫存模塊內，微控制單元(MCU)通過運算，從暫存模塊中挑出所 有電壓值中的最大電壓值和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第 二閾值范圍內，如果兩者的差值不在第二閾值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU)的控制電路將故障上 報給上位機；或報警裝置報警；如果兩者的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作；(3)、每隔預定時間，重復上述第(1)步和第⑵步。作為對本發(fā)明的改進，本發(fā)明還包括溫度檢測步驟，在每一單獨電池的表面設有 溫度傳感器(NTC)或/和在靠近電池組設有溫度傳感器(NTC)，溫度檢測電路通過模/數(shù)轉 換電路將溫度傳感器(NTC)的溫度模似信號轉換成數(shù)字信號，并輸送給微控制單元(MCU)， 微控制單元(MCU)判斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值范圍內，如果溫度值不在溫度 值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路 或或通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及報警裝置報警；如果溫度值在溫度值范圍內， 則電池組正常工作；每隔預定溫度檢測時間，重復上述步驟。本發(fā)明中，所述的執(zhí)行元件是繼電器或可控硅。本發(fā)明中，所述的報警裝置是聲音報警裝置或燈光報警裝置；或者是聲光報警裝 置，或通訊上報告警裝置。本發(fā)明還提供一種動力電池故障檢測系統(tǒng)，包括與電池組的單獨電池數(shù)量相等的電壓檢測電路，用于分別對單獨電池的電壓值進 行檢測；與電壓檢測電路數(shù)量相等的窗口比較電路，用于分別對所測電壓值進行比較，判 斷電壓值是否落在預定的第一閾值范圍內；控制單元，用于當任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在第一閾值范圍內，則控制執(zhí)行 元件切斷電池組的充放電電路或控制報警裝置報警；時間控制單元，用于控制電壓檢測的間隔預定時間；與窗口比較電路數(shù)量相等的模數(shù)轉換電路，用于當單獨電池的電壓值在第一閾值 范圍內時，將該電壓值轉換成電壓數(shù)字信號；暫存模塊，用于暫時存儲電壓數(shù)字信號；MCU 二次比較單元，用于從暫存模塊中挑出所有電壓值中的最大電壓值和最小電 壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第二閾值范圍內；控制電路，當兩者的差值不在第二閾值范圍內，控制執(zhí)行元件切斷電池組的充放 電電路或控制報警裝置報警；如果兩者的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作。作為對本發(fā)明中的系統(tǒng)的進一步改進，本發(fā)明還包括設置在每一單獨電池的表面 的溫度傳感器(NTC)，用于檢測單獨電池的溫度；或/和設置在靠近電池組的溫度傳感器(NTC)，用于檢測電池組的環(huán)境溫度；與溫度傳感器(NTC)數(shù)量相等的溫度檢測電路，用于放大溫度傳感器的電信號；與溫度檢測電路數(shù)量相等的模/數(shù)轉換電路，將溫度傳感器(NTC)的溫度模似信 號轉換成溫度數(shù)字信號，并輸送給MCU 二次比較單元；MCU 二次比較單元判斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值范圍內；如果溫度值不在溫度值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行 元件切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及報警裝置報警；如果溫度值在溫度值范圍內，則電池組正常工作；每隔預定溫度檢測時間，重復上述溫度檢測過程。
本發(fā)明中，所述的第一閾值范圍是2.0V-4.5V。所述的第二閾值范圍是 0. 05V-2. 5V。本發(fā)明由于采取了在符合第一閾值電壓范圍內的電壓值挑出其中的最大電壓值 和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第二閾值范圍內，并且將兩 者的差值設置的電壓范圍較小，這樣，就可以保證電池容量的一致性；從而也反映了電池內 在質量的一致性，克服現(xiàn)有技術中，無法反映出的單獨電池間壓差過大而存在的安全隱患。 此外，本發(fā)明中還設置了溫度檢測電路，它可以另外一個方面反映電池質量的好壞，當溫度 超過預定溫度值范圍，它同樣可以控制電池組的工作狀態(tài)，達到更加安全的目的。
圖1是本發(fā)明的一種實施例的方框結構示意圖。圖2是圖1的電路原理結構示意圖。圖3是現(xiàn)有檢測電路的方框結構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種動力電池故障檢測方法，包括如下步驟一種動力電池故障檢測方法，包括如下步驟(1)、分別依序檢測電池組中的每一節(jié)單獨電池的電壓值，并通過窗口比較電路進 行判斷該電壓值是否在預定的第一閾值范圍內，如果其中任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在 第一閾值范圍內，則通過控制單元，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路；或通過微控制 單元(MCU)的控制電路將故障上報給上位機；或通過報警裝置報警；如果所測電壓值在第 一閾值范圍內，則進行，(2)、將該電壓值通過模/數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號后，輸出給微控制單元(MCU)， 暫存在微控制單元(MCU)的暫存模塊內，微控制單元(MCU)通過運算，從暫存模塊中挑出所 有電壓值中的最大電壓值和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第 二閾值范圍內，如果兩者的差值不在第二閾值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電 路，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU)的控制電路將故障上 報給上位機；或報警裝置報警；如果兩者的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作；(3)、每隔預定時間(預定時間是通過時間控制單元控制的，每隔預定時間，時間 控制單元啟動一次檢測，如每隔5分鐘或10分鐘等)，重復上述第(1)步和第(2)步。本發(fā)明還包括溫度檢測步驟，在每一單獨電池的表面設有溫度傳感器(NTC)或/ 和在靠近電池組設有溫度傳感器(NTC)，溫度檢測電路通過模/數(shù)轉換電路將溫度傳感器 (NTC)的溫度模似信號轉換成數(shù)字信號，并輸送給微控制單元(MCU)，微控制單元(MCU)判 斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值范圍內，如果溫度值不在溫度值范圍內，則通過微 控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元 (MCU)的控制電路將故障上報給上位機，或/和通過報警裝置報警；如果溫度值在溫度值范 圍內，則電池組正常工作；每隔預定溫度檢測時間，重復上述步驟。顯然，本發(fā)明中還可以包括有各個單獨電池的電流、電壓和溫度的實時顯示模塊， 用于實時地顯示各個單獨電池的電流、電壓和溫度的實時狀態(tài)；和/或有電池組的電流、電壓和溫度的實時顯示模塊，用于實時地顯示電池組的總電流、總電壓和環(huán)境溫度的實時狀 態(tài)。上述實時顯示模塊受控制電路控制。本發(fā)明中，所述的執(zhí)行元件是繼電器或可控硅。本發(fā)明中，所述的報警裝置是聲音報警裝置或燈光報警裝置；或者是聲光報警裝 置，或將故障上報給上位機。請參見圖1，圖1揭示的是一種動力電池故障檢測系統(tǒng)，包括與電池組的單獨電池BT1、BT2......BTN-U BTN數(shù)量相等的電壓檢測電路11、
12......IN-I、1N，用于分別對單獨電池BTl、BT2......BTN-U BTN的電壓值進行檢測，為
了達到依次檢測各個單獨電池BT1、BT2......BTN-U BTN的目的，本發(fā)明中還設有選擇單
元3，選擇單元3的作用是依次控制被檢測的單獨電池BT1、BT2......BTN-UBTN的連通或
斷開；當然，也可以不設選擇單元3，而采用同時檢測各個單獨電池BT1、BT2......BTN-U
BTN的方式；與電壓檢測電路11、12......IN-IUN數(shù)量相等的窗口比較電路21、
22......2N-1、2N，用于分別對所測的單獨電池BT1、BT2......BTN-UBTN的電壓值與基準
電壓進行比較，分別判斷每個單獨電池BT1、BT2......BTN-U BTN的電壓值是否落在預定
的第一閾值范圍內，本發(fā)明中的第一閾值范圍是2. OV-4. 2V，具體來說，對鋰電池其第一閾 值范圍可以選擇2. OV-4. 5V，對于鋰鐵電池而言，其第一閾值范圍可以選擇2. OV-3. 8V。本發(fā)明中的控制單元4，用于當任意一節(jié)單獨電池BT1、BT2......BTN_1、BTN的電
壓值不在第一閾值范圍內時，則控制執(zhí)行元件41切斷電池組的充放電電路，或/和控制報 警裝置42報警；本發(fā)明中的執(zhí)行元件41可以繼電器，也可以是可控硅等；本發(fā)明中的報警 裝置42可以聲音報警裝置，也可以燈光報警裝置，如紅燈閃爍等，也可以是聲光報警裝置， 即聲音和燈光同時報警。本發(fā)明中的時間控制單元5，用于對單獨電池BT1、BT2......BTN-UBTN的電壓檢
測的間隔預定時間的控制，如可設置成每1分鐘至30分鐘中的任意一個時間段來檢測一次 單獨電池BT1、BT2......BTN-I、BTN的電壓值；如果單獨電池BT1、BT2......BTN-U BTN的電壓值在第一閾值范圍內時，則通過
與窗口比較電路21、22......2N-1、2N數(shù)量相等的模數(shù)轉換電路31、32......3N_1、3N，將
該電壓值轉換成電壓數(shù)字信號，并輸送給暫存模塊6;暫存模塊6，用于暫時存儲電壓數(shù)字 信號；本發(fā)明中的MCU二次比較單元7，用于從暫存模塊6中挑出所有電壓值中的最大電 壓值和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第二閾值范圍內，本發(fā) 明中的第二閾值范圍是0. 05V-2. 5V，通過進行比較第二閾值范圍，可以保證每個單獨電池
BTUBT2......BTN-UBTN的特性基本一致，如果同一電池組中的不同的單獨電池之間的壓
差過大，就會產生安全隱患，如果同一電池組中的不同的單獨電池之間的壓差在一個合理 的范圍內，就說明每個單獨電池之間性能基本一致，可以放心的使用，哪怕是這個電池組的 第一閾值處于第一閾值下限附近時，都不會出現(xiàn)安全隱患；本發(fā)明中的控制電路8，控制電路8的主要作用是當電壓值中的最大電壓值和最 小電壓值的差值不在第二閾值范圍內時，控制執(zhí)行元件41切斷電池組的充放電電路，或控 制報警裝置42報警，或者將故障上報給上位機；如果電壓值中的最大電壓值和最小電壓值的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作。本發(fā)明中還在每一單獨電池的表面設置有一個溫度傳感器(NTC)91，用于檢測該 單獨電池的溫度；或/和在靠近電池組設置多個溫度傳感器(NTC)，用于檢測電池組的環(huán)境 溫度；每個溫度傳感器(NTC)都相應的設置有溫度檢測電路92，用于放大溫度傳感器91的 電信號；與溫度檢測電路92數(shù)量相等的溫度電信號模/數(shù)轉換電路93，將溫度傳感器 (NTC)的溫度模似信號轉換成溫度數(shù)字信號，并輸送給MCU 二次比較單元；MCU 二次比較單 元判斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值范圍內；如果溫度值不在溫度值范圍內(比如 說_5攝氏度至75攝氏度)，則通過微控制單元20 (MCU)的控制電路8，以及執(zhí)行元件41切 斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU) 20的控制電路8，以及報警裝置42報警； 如果溫度值在溫度值范圍內，則電池組正常工作；每隔預定溫度檢測時間，通過時間控制單 元5控制(圖中的A處與A'處相接)，重復上述溫度檢測過程。請參見圖2，圖2是圖1的電路原理結構示意圖。圖2中是將電壓檢測電路11、
12......1N-1、1N、窗口比較電路21、22......2N_1、2N、控制單元4、選擇單元3和時間控制
單元5集成在一個集成電路10里，稱之為硬件檢測，這個集成電路10 (左側虛線方框內) 可以選用日沖商業(yè)(北京)有限公司(OKI公司)的型號為ML5207集成塊；將模數(shù)轉換電
路31、32......3N-1、3N、暫存模塊6(FLASH)、MCU 二次比較單元7、控制電路8，以及溫度檢
測電路92和溫度電信號模/數(shù)轉換電路93集成在另一個集成電路里，稱之為微控制單元 20 (MCU，右側虛線方框內)，微控制單元20可以選用日沖商業(yè)(北京)有限公司(OKI公司) 的型號為ML5207-1集成塊。這樣，外加一些與集成電路10和微控制單元20配套的外圍電 路構成一個完整的測檢系統(tǒng)。就可以通過電流、電壓和溫度實時顯示模塊30實現(xiàn)對電池組
的每個單獨電池BTl、BT2......BTN-I、BTN的電壓和溫度進行實時顯示，以保證電池組的安全。
權利要求
一種動力電池故障檢測方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、分別依序檢測電池組中的每一節(jié)單獨電池的電壓值，并通過窗口比較電路進行判斷該電壓值是否在預定的第一閾值范圍內，如果其中任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在第一閾值范圍內，則通過控制單元，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路；或通過微控制單元(MCU)的控制電路將故障上報給上位機；或通過報警裝置報警；如果所測電壓值在第一閾值范圍內，則進行，(2)、將該電壓值通過模/數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號后，輸出給微控制單元(MCU)，暫存在微控制單元(MCU)的暫存模塊內，微控制單元(MCU)通過運算，從暫存模塊中挑出所有電壓值中的最大電壓值和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第二閾值范圍內，如果兩者的差值不在第二閾值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU)的控制電路將故障上報給上位機；或報警裝置報警；如果兩者的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作；(3)、每隔預定時間，重復上述第(1)步和第(2)步。
2.根據(jù)權利要求1所述的動力電池故障檢測方法，其特征在于還包括溫度檢測步驟， 在每一單獨電池的表面設有溫度傳感器(NTC)或/和在靠近電池組設有溫度傳感器(NTC)， 溫度檢測電路通過模/數(shù)轉換電路將溫度傳感器(NTC)的溫度模似信號轉換成數(shù)字信號， 并輸送給微控制單元(MCU)，微控制單元(MCU)判斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值 范圍內，如果溫度值不在溫度值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元 件切斷電池組的充放電電路或或通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及報警裝置報警； 如果溫度值在溫度值范圍內，則電池組正常工作；每隔預定溫度檢測時間，重復上述步驟。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的動力電池故障檢測方法，其特征在于所述的第一閾值 范圍是 2. OV-4. 5V。
4.根據(jù)權利要求3所述的動力電池故障檢測方法，其特征在于所述的第二閾值范圍 是 0. 05V-2. 5V。
5.根據(jù)權利要求4所述的動力電池故障檢測方法，其特征在于所述的執(zhí)行元件是功 率MOS管或可控硅或繼電器。
6.根據(jù)權利要求4所述的動力電池故障檢測方法，其特征在于所述的報警裝置是聲 音報警裝置或燈光報警裝置；或者是聲光報警裝置，或通訊上報告警裝置。
7.一種動力電池故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括與電池組的單獨電池數(shù)量相等的 電壓檢測電路，用于分別對單獨電池的電壓值進行檢測；與電壓檢測電路數(shù)量相等的窗口比較電路，用于分別對所測電壓值進行比較，判斷電 壓值是否落在預定的第一閾值范圍內；控制單元，用于當任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在第一閾值范圍內，則控制執(zhí)行元件 切斷電池組的充放電電路或控制報警裝置報警；時間控制單元，用于控制電壓檢測的間隔預定時間；模數(shù)轉換器電路，用于當單獨電池 的電壓值在第一閾值范圍內時，將該電壓值轉換成電壓數(shù)字信號；暫存模塊，用于暫時存儲電壓數(shù)字信號；MCU 二次比較單元，用于從暫存模塊中挑出所有電壓值中的最大電壓值和最小電壓值 進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在預定的第二閾值范圍內；控制電路，當兩者的差值不在第二閾值范圍內，控制執(zhí)行元件切斷電池組的充放電電 路或控制報警裝置報警；如果兩者的差值在第二閾值范圍內，則電池組正常工作。
8.根據(jù)權利要求7所述的動力電池故障檢測系統(tǒng)，其特征在于還包括設置在每一單 獨電池的表面的溫度傳感器(NTC)，用于檢測單獨電池的溫度；或/和設置在靠近電池組的溫度傳感器(NTC)，用于檢測電池組的環(huán)境溫度； 與溫度傳感器(NTC)數(shù)量相等的溫度檢測電路，用于放大溫度傳感器的電信號； 與溫度檢測電路數(shù)量相等的模/數(shù)轉換電路，將溫度傳感器(NTC)的溫度模似信號轉 換成溫度數(shù)字信號，并輸送給MCU 二次比較單元；MCU 二次比較單元判斷所檢測的溫度值是否在預定的溫度值范圍內； 如果溫度值不在溫度值范圍內，則通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及執(zhí)行元件 切斷電池組的充放電電路或通過微控制單元(MCU)的控制電路，以及報警裝置報警； 如果溫度值在溫度值范圍內，則電池組正常工作； 每隔預定溫度檢測時間，重復上述溫度檢測過程。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的動力電池故障檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的第一閾值 范圍是 2. OV-4. 5V。
10.根據(jù)權利要求9所述的動力電池故障檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的第二閾值范圍 是 0. 05V-2. 5V。
全文摘要
動力電池故障檢測方法及檢測系統(tǒng)，其中系統(tǒng)包括電壓檢測電路，分別檢測單獨電池的電壓值；窗口比較電路，分別對所測電壓值比較，判斷是否落在第一閾值范圍內；控制單元，當任意一節(jié)單獨電池的電壓值不在第一閾值范圍內，則控制執(zhí)行元件切斷充放電電路或報警；時間控制單元，控制電壓檢測的間隔預定時間；模數(shù)轉換電路，當電壓值在第一閾值范圍內時，將該電壓值轉換成電壓數(shù)字信號輸入暫存模塊，MCU二次比較單元，從暫存模塊中挑出電壓值中的最大電壓值和最小電壓值進行第二次比較，判斷兩者的差值是否在第二閾值范圍內；控制電路，當差值不在第二閾值范圍內，控制執(zhí)行元件切斷充放電電路或報警。本發(fā)明能確保動力電池的安全性更高。
文檔編號G01R19/25GK101930057SQ20101020248
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權日2010年6月13日
發(fā)明者何長春 申請人:深圳市睿德電子實業(yè)有限公司