專利名稱：電池單元之間聯(lián)接可靠性判斷、保護方法與保護裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及動力電池組，特別是電池單元之間聯(lián)接可靠性判斷、保護方法，以及防動力電池組、串聯(lián)電池箱聯(lián)接故障的保護裝置。
背景技術(shù)：
動力電池組，特別是電動汽車的動力電池組由若干個動力電池箱串聯(lián)構(gòu)成，每個動力電池箱中裝配若干個串聯(lián)的單體電池，各動力電池箱之間的極柱聯(lián)接點在電動車運行過程中，電池箱的聯(lián)結(jié)點容易出現(xiàn)聯(lián)結(jié)電阻增大問題，引起具備過熱，導致聯(lián)結(jié)點燒毀。引起聯(lián)結(jié)點電阻異常增大的情況有電動車電機啟動前極柱聯(lián)結(jié)點接觸不良；電動車運行過程中，聯(lián)結(jié)點出現(xiàn)松動；聯(lián)結(jié)點極柱及接觸部分元器件氧化。
電動汽車動力電池箱是關(guān)鍵核心設備，一旦發(fā)生故障，直接關(guān)系到汽車的安全運行。但現(xiàn)有技術(shù)，判斷故障的手段較為復雜、可靠性低，而且判斷時間較長。因此，必須針對電動汽車動力電池箱回路的特點和要求，提出相應的保護設計方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池單元之間聯(lián)接可靠性的判斷與保護方法，簡便、可靠地判斷電池單元之間聯(lián)接故障的發(fā)生，以便進一步的保護，從而解決了現(xiàn)有故障判斷手段復雜、可靠性低、判斷時間長的問題。本發(fā)明在上述方法的基礎上，還提出了一種防電動汽車動力電池箱聯(lián)接故障的保護裝置和防動力電池組聯(lián)接故障的保護裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的判斷方法方案是一種電池單元之間聯(lián)接可靠性的判斷方法，步驟如下對串聯(lián)的至少兩個電池單元，測量每個電池單元的端電壓；比較所有的相鄰電池單元的端電壓，如果有任一對相鄰電池單元的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池單元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常。所述電池單元為單體電池或電池箱。本發(fā)明的保護方法方案一種電池單元之間聯(lián)接故障的保護方法，對串聯(lián)的至少兩個電池單元，測量每個電池單元的端電壓；比較所有的相鄰電池單元的端電壓；如果有任一對相鄰電池單元的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池單元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；聯(lián)接出現(xiàn)故障時，進行保護，切斷串聯(lián)電池單元的供電輸出。所述電池單元為單體電池或電池箱。下面從電池組入手分析本發(fā)明的保護方法。電池組中電池n的等效電路如圖2 :其中En，R_為電池n的內(nèi)電勢，內(nèi)電阻；R2lri，R2n為電池n的兩個極柱接觸電阻;U, n為電池n的端電壓，Un為邏輯單元測量到的電池端電壓；當電池極柱接觸良好時，接觸電阻R2lri，R2n可以忽略，有U' n Un。當電池極柱接觸不良時，R2n增大為Rf，如圖3 :接觸電阻民㈠可以忽略，有Un ^ n+Uf。Uf為弧光壓降。理論上，如果現(xiàn)場條件允許，能夠?qū)嶋H測量出U' 和1，則可以計算出弧光壓降uf，從而識別出極柱的接觸不良情況。實際中，受條件限制，很難測量到U' n。所以，本發(fā)明采用測量相鄰電池電壓的方式等效求解u' n，從而得到弧光電壓UfO具體的實現(xiàn)方法為，如圖4 :假設1#電池接觸電阻為R2的極柱接觸不良，導致弧光電阻為Rf，弧光電壓為Uf;正常情況下，兩個電池的特性非常接近，即電池端電壓近似相等，有U, PU, 2。2#電池極柱接觸良好，有U' 2 ^ U2，因此弧光電壓Uf ^U1-U' !^U1-Uy當弧光電壓Uf大于定值Uset且持續(xù)時間大于定值tset時，則說明動力電池組中發(fā)生故障。
上述推導指出測量兩電池的端電壓，并求出端電壓差，如果端電壓差很小，則說明兩相鄰電池表現(xiàn)出的特性相同(都正?；蚨汲霈F(xiàn)接觸不良)，如果端電壓差較大，就能斷定兩相鄰電池表現(xiàn)出特性相異，其中至少有一個電池出現(xiàn)接觸不良的問題，即動力電池組中發(fā)生故障。這種判斷方法所依賴的判斷手段簡單易行，不需要很多電氣量，而且判據(jù)可靠性高，所需要的判斷時間較短。上述推導的對象是性能相同的單體電池和單體電池極柱之間的接觸問題，推而廣之，也可以是由相同個數(shù)單體電池串聯(lián)而成的電池單元(電池單元中的單體電池之間的接觸電阻忽略)和相鄰電池單元之間的接觸問題；還可以推廣到電動汽車領域中電池箱和電池箱之間的聯(lián)接點接觸問題——電動汽車電源由若干個動力電池箱串聯(lián)構(gòu)成，每個動力電池箱中裝配若干個串聯(lián)的單體電池(電池箱中的單體電池之間的接觸電阻可以忽略),各動力電池箱之間的極柱聯(lián)接點在電動汽車啟動前和在運行過程中，聯(lián)結(jié)點容易出現(xiàn)松動、聯(lián)結(jié)點極柱及接觸部分元器件氧化等問題，導致聯(lián)結(jié)點結(jié)電阻增大，使聯(lián)結(jié)點燒毀，影響電源供電。依據(jù)本發(fā)明的方法，本發(fā)明還提供了一種防動力電池組聯(lián)接故障的保護裝置，所述保護裝置包括用于測量每個單體電池端電壓的邏輯單元，測量相鄰單體電池的兩個邏輯單元通訊連接；每個邏輯單元驅(qū)動控制一個對應的開關(guān)接點,所有的開關(guān)接點串聯(lián)在動力回路電源開關(guān)的控制回路中，所述動力回路電源開關(guān)用于通斷動力電池組的供電輸出；每個邏輯單元比較對應單體電池與相鄰單體電池之間的端電壓差，如果端電壓差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷動力電池組中聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；判斷聯(lián)接出現(xiàn)故障，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點斷開，判斷聯(lián)接正常，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點閉合。所述相鄰電池箱之間通過光纖通訊連接。本發(fā)明還提供了一種防電動汽車動力電池箱聯(lián)接故障的保護裝置，所述保護裝置包括用于測量每個電池箱端電壓的邏輯單元，測量相鄰電池箱的兩個邏輯單元通訊連接；每個邏輯單元驅(qū)動控制一個對應的開關(guān)接點，所有的開關(guān)接點串聯(lián)在動力回路電源開關(guān)的控制回路中，所述動力回路電源開關(guān)用于通斷串聯(lián)電池箱的供電輸出；每個邏輯單元比較對應電池箱與相鄰電池箱之間的端電壓差，如果端電壓差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池箱之間聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；判斷聯(lián)接出現(xiàn)故障，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點斷開，判斷聯(lián)接正常，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點閉合。所述相鄰電池箱之間通過光纖通訊連接。保護裝置中，每個邏輯單元僅需要進行比較判據(jù)，控制本身對應的開關(guān)接點即可，控制簡練。由于采用了冗余設計，保護動作的可靠性高。本發(fā)明的保護裝置能有效防止硬件損壞導致的問題，解決了惡劣環(huán)境下的硬件故障影響保護可靠運行的問題。


圖I是本發(fā)明的保護裝置的電路原理圖；圖2是電池組中電池n的等效電路圖；圖3是電池n —極柱接觸不良時的等效電路圖；圖4是1#電池和2#電池的等效電路圖；圖5是電池箱保護裝置實施例的電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。判斷方法實施例如圖I所示，電動汽車的動力電池箱，從電池箱I、電池箱2到電池箱n，各電池箱內(nèi)安裝同樣數(shù)量、型號的單體電池。測量每個電池箱的端電壓；比較所有的相鄰兩個電池箱的端電壓，如果有任一對相鄰電池箱的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池單元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常。判斷理論依據(jù)在發(fā)明內(nèi)容部分進行了詳盡的分析，設定電壓即為所述的定值Usrt，設定時間為所述的定值tset。通常，電池箱內(nèi)的單體電池之間聯(lián)接都很可靠，接觸電阻忽略不計，所以上述實施例所關(guān)心的是電池箱之間的聯(lián)接問題。作為其他實施方式，上述方法也可以應用到動力電池組中的各個單體電池之間，以考察各個單體電池之間的聯(lián)接可靠性，判斷整個動力電池組的聯(lián)接可靠情況。保護方法實施例在上述判斷方法的基礎上，根據(jù)判斷結(jié)果，聯(lián)接出現(xiàn)故障時，進行保護，切斷串聯(lián)電池箱(動力電池組)的供電輸出。電池箱保護裝置實施例 如圖I所示，保護裝置包括用于測量每個電池箱端電壓的邏輯單元，測量相鄰電池箱的兩個邏輯單元通過光纖通訊連接；每個邏輯單元驅(qū)動控制一個對應的開關(guān)接點，所有的開關(guān)接點串聯(lián)在動力回路電源開關(guān)的控制回路中，所述動力回路電源開關(guān)用于通斷串聯(lián)電池箱的供電輸出；每個邏輯單元比較對應電池箱與相鄰電池箱之間的端電壓差，如果端電壓差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池箱之間聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；判斷聯(lián)接出現(xiàn)故障，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點斷開，判斷聯(lián)接正常，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點閉合。如圖5所示的保護裝置，為由兩個電池箱串聯(lián)構(gòu)成的電動汽車動力電池組提供保護。電池箱I、電池箱2分別對應邏輯單元I、邏輯單元2。邏輯單元I測量電池箱I的端電壓，接收邏輯單元2所采集的電池箱2的端電壓，進行比較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點動作；同時，邏輯單元2測量電池箱2的端電壓，接收邏輯單元I所采集的電池箱I的端電壓，進行比較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點動作；如圖5，當任一個開關(guān)接點斷開，則動力回路電源開關(guān)被斷開，動力電池組不能輸出。作為其他實施方式，邏輯單元之間也可以采用電纜等通訊方式，但是效果不如光纖通訊可靠性高。 單體電池保護裝置實施例將電池箱保護裝置實施例中的電池箱替換為單體電池即可，所以不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種電池単元之間聯(lián)接可靠性的判斷方法，其特征在于，步驟如下對串聯(lián)的至少兩個電池単元，測量每個電池単元的端電壓；比較所有的相鄰電池単元的端電壓，如果有任一對相鄰電池單元的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池單元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電池単元之間聯(lián)接可靠性的判斷方法，其特征在于，所述電池單元為單體電池或電池箱。
3.—種電池單元之間聯(lián)接故障的保護方法，其特征在于，對串聯(lián)的至少兩個電池單元，測量每個電池単元的端電壓；比較所有的相鄰電池単元的端電壓；如果有任ー對相鄰電池単元的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池単元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；聯(lián)接出現(xiàn)故障時，進行保護，切斷串聯(lián)電池単元的供電輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種電池単元之間聯(lián)接故障的保護方法，其特征在于，所述電池單元為單體電池或電池箱。
5.一種防動カ電池組聯(lián)接故障的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置包括用于測量每個單體電池端電壓的邏輯單元，測量相鄰單體電池的兩個邏輯單元通訊連接；每個邏輯単元驅(qū)動控制一個對應的開關(guān)接點，所有的開關(guān)接點串聯(lián)在動力回路電源開關(guān)的控制回路中，所述動カ回路電源開關(guān)用于通斷動カ電池組的供電輸出；每個邏輯單元比較對應単體電池與相鄰單體電池之間的端電壓差，如果端電壓差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷動カ電池組中聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；判斷聯(lián)接出現(xiàn)故障，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點斷開，判斷聯(lián)接正常，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點閉合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種防動力電池組聯(lián)接故障的保護裝置，其特征在干，所述相鄰電池箱之間通過光纖通訊連接。
7.ー種防電動汽車動カ電池箱聯(lián)接故障的保護裝置，其特征在干，所述保護裝置包括用于測量每個電池箱端電壓的邏輯單元，測量相鄰電池箱的兩個邏輯單元通訊連接；每個邏輯單元驅(qū)動控制一個對應的開關(guān)接點，所有的開關(guān)接點串聯(lián)在動力回路電源開關(guān)的控制回路中，所述動カ回路電源開關(guān)用于通斷串聯(lián)電池箱的供電輸出；每個邏輯單元比較對應電池箱與相鄰電池箱之間的端電壓差，如果端電壓差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池箱之間聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常；判斷聯(lián)接出現(xiàn)故障，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點斷開，判斷聯(lián)接正常，邏輯單元則驅(qū)動控制對應的開關(guān)接點閉合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種防電動汽車動カ電池箱聯(lián)接故障的保護裝置，其特征在于，所述相鄰電池箱之間通過光纖通訊連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池單元之間聯(lián)接可靠性判斷、保護方法與保護裝置，對串聯(lián)的至少兩個電池單元，測量每個電池單元的端電壓；比較所有的相鄰兩個電池單元的端電壓，如果有任一對相鄰電池單元的端電壓之差超過設定電壓、且持續(xù)時間大于設定時間，則判斷串聯(lián)的電池單元之間的聯(lián)接出現(xiàn)故障，反之，則判斷聯(lián)接正常。這種判斷方法所依賴的判斷手段簡單易行，不需要很多電氣量，而且判據(jù)可靠性高，所需要的判斷時間較短。
文檔編號H02H3/26GK102680846SQ20121014673
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者任杰, 余高旺, 吳雙惠, 張崗, 張新昌, 張項安, 李建敏, 李貞 , 楊凱, 楊恢宏, 樊占峰, 紀勇杰, 陳鋼 申請人:山東電力集團公司, 山東電力集團公司青島供電公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許繼集團有限公司