《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》是北京汽車新能源汽車有限公司於2011年9月30日申請的發明專利，該專利申請號為2011102982612，公布號為CN102393489B，公布日為2012年3月28日，發明人是盛軍、俞會根、曹琛。該發明涉及一種電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置，屬於電動汽車技術領域。
《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》包括以下步驟：1、接線；2、測量及計算各電芯的電壓及動力電池系統的總電壓；3、電車動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測；4、動力電池系統高壓迴路連線組件的異常控制；該發明採用對動力電池系統進行雙線制接線方式，消除了連線板壓降對電芯電壓的影響，使測得的數據更加精確。在不增加任何複雜電路元件的情況下，通過計算和推導，實現了對動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測和異常控制。節約了成本，節省了動力電池系統的內部空間，方便快捷，準確度高。
2017年12月，《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置
- 地址：北京市大興區采育經濟開發區采和路1號
- 申請號：2011102982612
- 申請日：2011年9月30日
- 申請人：北京汽車新能源汽車有限公司
- 發明人：盛軍、俞會根、曹琛
- 公布號：CN102393489B
- 公布日：2012年3月28日
- 代理人：毛燕生
- 代理機構：北京市商泰律師事務所
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：G01R27/14（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著環境污染和能源匱乏等問題對地球生態和人類生活帶來越來越大的影響，調整汽車產業結構，開發新能源汽車替代傳統的燃油車成為現今社會發展的必然趨勢。隨著鋰離子電池技術的發展，電動汽車2011年9月以前已成為各國政府開展新能源汽車研發生產的主流方向。中國十二五規劃明確提出要大力發展電動汽車，實現汽車產業的轉型和可持續發展。而動力電池系統是電動汽車的心臟，是電動汽車中高壓儲能及高壓輸出電氣單元。動力電池系統的安全性直接影響著電動汽車的安全使用，也直接決定著電動汽車是否能夠走出試製車間，走向市場。因此，保證動力電池系統的安全是電動汽車生產企業需要把握的關鍵。動力電池系統高壓迴路連線組件的電阻值是直接判定動力電池系統高壓迴路安全性的參數，依據該值可以判斷高壓迴路的連線是否鬆脫虛接。電動汽車用動力電池系統在行車過程中一直處於振動狀態，長期運行時高壓迴路的連線組件容易發生鬆脫現象，導致放電時高壓迴路發熱嚴重，甚至產生火花。因此，實時監測動力電池系統高壓迴路連線組件的電阻值十分必要。
作為電動汽車使用的高壓儲能及高壓輸出單元，動力電池系統的安全性能尤為重要。動力電池系統高壓迴路連線組件的電阻值能有效反應出電芯/模組的連線狀態是否正常可靠，是表征動力電池系統安全性能的關鍵參數。2008年6月發生的豐田普銳斯插電式混合電動汽車（PHEV）的燃燒事件以及2011年4月份出現的眾泰朗悅純電動汽車燃燒事件的調查結果表明，高壓迴路上的連線出現故障是造成這兩次重大事故的主要原因。
測量電池組內阻的方法有兩種：（1）讓電池組短時間內通過一個大電流，通過監測電池組兩端的電壓U以及通過的電流I，使用歐姆定律測得電池組的內阻R（R＝U/I）；（2）給電池組施加一個固定頻率和固定電流（2011年9月以前一般使用1千赫茲頻率，50毫安小電流），然後對其電壓進行採樣，經過整流、濾波等一系列處理後通過運放電路計算出該電池組的內阻值。
2011年9月以後大多數電池組生產廠商（尤其是電動汽車動力電池系統廠商）並未在動力電池系統中添加線上監測高壓迴路內阻的功能，僅僅通過判斷電芯的電壓值以及動力電池系統的總電壓值來判斷動力電池系統是否正常。
為此，中國專利CN1975444A提到一種蓄電池內阻及劣化狀態線上監測方法及系統，包括激勵單元和檢測單元。對蓄電池分段，蓄電池組的總正極、總負極以及各分段點通過激勵信號線與激勵單元連線，每隻單體蓄電池與檢測單元連線，激勵單元中的信號發生器與恆流源對分段內的蓄電池注入一定頻率的、恆流的矩形波或正弦波信號，利用檢測單元測試每隻單體蓄電池對於激勵信號的電壓回響，計算出蓄電池的內阻，並分析出蓄電池的劣化狀態，此種方法需要安裝激勵單元，檢測單元以及複雜的電路，這會占用動力電池系統的內部空間，影響動力電池系統的布置電量，並且會提高動力電池系統的造價。中國專利CN101943743A採用高壓光繼電器作為前端採用輸入的切換，直接測量電池組中每個電池內阻電壓和連線條電阻電壓，並配合雙高進度的模數轉換電路，實現高精度採集採樣，測量連線條電阻與電池內阻，採集數據的處理也採用分散式控制及數據處理單元硬體構架，實現多任務實時處理功能，但是需要安裝高壓光繼電器對採樣數據進行切換，增加了控制的複雜度，提高了製造成本。
上述電動汽車上的動力電池系統並不直接對電芯內阻以及動力電池系統內部的連線電阻是否正常進行判斷，僅判斷電芯電壓以及動力電池系統的總電壓是否正常，這種方式讓非專業人員難以理解；其次，動力電池系統測試電壓的接線方式均為單線方式，測得的電壓涵蓋了連線條上的電壓，使得測得的電壓值不精確，出現問題是無法分清是電芯的問題還是電芯連線的問題；並且，2011年9月之前已有的接線方式測量動力電池系統總電壓時並不包含分流器、正極繼電器以及負極繼電器帶來的壓差，這樣得到的動力電池系統電壓是不準確的。
發明內容
專利目的
《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》提供一種自動化程度高、操作簡單、成本低廉、使用安全、可信度高的電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置。
技術方案
《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》的電車動力電池高壓迴路連線組件電阻的線上監測控制方法，包括以下步驟：
動力電池系統開始工作時，BMS實時監測動力電池系統的電壓、電流和溫度等數據，如果這些數據不能夠正常被檢測到，則BMS向VCU發出“BMS內部通訊故障”報警，否則，BMS開始對檢測到的數據進行分析，然後判斷高壓迴路連線組件是否異常，如果有異常，則傳送“連線組件電阻異常報警”，如果正常，則將高壓迴路的電阻數據傳送到整車CAN匯流排上，並判斷下一個周期數據是否正常。
還包括以下步驟：
1、接線：將各電芯兩端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS上，再將動力電池系統總正總負輸出端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS上；
2、測量及計算各電芯的電壓及動力電池系統的總電壓：通過電池管理系統BMS分別測得各電芯的電壓V1、V2......Vn-1、Vn，動力電池系統的總電壓V總，所有電芯的電壓之和Vsum；n為動力電池系統中電芯或並聯模組的數量；
3、電車動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測：根據電池充電和放電的過程，V總與Vsum之間的大小隨著動力電池系統處於充電狀態或者放電狀態不同，有如下關係：
充電時：V連＝V總-Vsum
放電時：V連＝Vsum-V總
式中V連為高壓迴路連線元件部分的壓降。不論充電還是放電，高壓迴路連線組件產生的壓降在數值上等於V總和Vsum之間差值的絕對值，即V連＝|V總-Vsum|；則|V總-Vsum|/I代表高壓迴路中連線組件的內阻之和，式中I為高壓迴路電流；電池管理系統BMS將以上數據傳送到整車CAN匯流排中，進而傳輸到整車顯示器中，實現對動力電池高壓迴路電阻的線上監測；
4、動力電池系統高壓迴路連線組件的異常控制：經過步驟3測出高壓迴路連線元件的內阻之和後，由於高壓迴路中連線組件的內阻充放電過程中僅僅與系統內部的溫度T相關；首先測得動力電池系統內部溫度為25℃時對應的壓降|V總-Vsum|T＝25℃，使用表示；
由於R＝ρl/S，式中ρ-介質的電導率；l-待測介質長度；S-待測介質橫截面積；而ρ＝ρ0·[1+a·（T-25）]，式中ρ0-介質25℃時的電導率；a-溫度係數；T-介質溫度；由R＝ρl/S可知高壓迴路連線組件的電阻值與溫度呈線性關係，根據以上公式可推導出
；
動力電池系統充放電時，由溫度探頭測得系統內部的溫度T，然後根據公式；可以求出動力電池系統高壓迴路連線組件在不同溫度下對應的壓降V連，當
時，動力電池系統高壓迴路連線組件出現異常，此時電池管理系統BMS可向CAN匯流排發出報警信號。
基於上述線上監測控制方法的電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制裝置，包括分流器、總正接觸器、總負接觸器、CAN匯流排和電池管理系統BMS；電池管理系統BMS通過通信線束監測繼電器的通斷、熔斷器的通斷、每隻電芯的電壓、動力電池系統的總電壓、分流器探測的高壓迴路電流等參數，並經過一定的算法運算以後，將監測的數值或報警信息通過通信線束傳送到整車CAN匯流排上。
動力電池中每隻電芯均採用雙接線方式監測電壓，BMS採集各電芯兩端的電壓、動力電池的總電壓，高壓迴路的電流，並通過規定的算法計算出動力電池高壓迴路的電阻，從而進行線上監控和控制。
改善效果
《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》的有益效果為：該發明採用對電芯和電池進行雙接線方式，消除了連線板壓降對電芯電壓測試的影響，測得的數據更加精確。因為對電芯電壓的監測、動力電池系統總電壓的監測、系統內部溫度的監測都是電動汽車用動力電池系統現有的必要功能，所以該發明在不增加任何複雜電路元件的情況下，通過計算和推導，實現了對動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測和異常控制。節約了成本，節省了動力電池系統的內部空間，方便快捷，準確度高。
附圖說明
圖1是《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》實施例所述的電車動力電池高壓迴路連線組件電阻的線上監測系統結構示意圖；
圖2是該發明實施例所述的電車動力電池高壓迴路連線組件電阻的線上監測控制方法的流程圖。
權利要求
1.一種電車動力電池高壓迴路連線組件電阻的線上監測控制方法，其特徵在於，基於該方法的電阻線上監測系統包括分流器、總正接觸器、總負接觸器、CAN匯流排和電池管理系統BMS；電池管理系統BMS通過通信線束監測繼電器的通斷、熔斷器的通斷、每隻電芯的電壓、動力電池系統的總電壓、分流器探測的高壓迴路電流參數，並經過一定的算法運算以後，將監測的數值或報警信息通過通信線束傳送到整車CAN匯流排上；動力電池系統開始工作時，電池管理系統BMS實時監測動力電池系統的電壓、電流和溫度數據，如果這些數據不能夠正常被檢測到，則電池管理系統BMS向VCU發出“電池管理系統BMS內部通訊故障”報警，否則，電池管理系統BMS開始對檢測到的數據進行分析，然後判斷高壓迴路連線組件是否異常，如果有異常，則傳送“連線組件電阻異常報警”，如果正常，則將高壓迴路的電阻數據傳送到整車CAN匯流排上，並判斷下一個周期數據是否正常，具體包括以下步驟：
1、接線：將各電芯兩端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS上，再將動力電池系統總正總負輸出端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS上；
2、測量及計算各電芯的電壓及動力電池系統的總電壓：通過電池管理系統BMS分別測得各電芯的電壓V1、V2......Vn-1、Vn，動力電池系統的總電壓V總，所有電芯的電壓之和Vsum，其中V總=U2n+1-U0，Vsum=V1+V2+…+Vn-1+Vn；n為動力電池系統中電芯或並聯模組的數量；
3、電車動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測：根據電池充電和放電的過程，V總與Vsum之間的大小隨著動力電池系統處於充電狀態或者放電狀態不同，有如下關係：
充電時：V連=V總-Vsum
放電時：V連=Vsum-V總
式中V連為高壓迴路連線元件部分的壓降；不論充電還是放電，高壓迴路連線組件產生的壓降在數值上等於V總和Vsum之間差值的絕對值，即V連=|V總-Vsum|；則|V總-Vsum|/I代表高壓迴路中連線組件的內阻之和，式中I為高壓迴路電流；電池管理系統BMS將以上數據傳送到整車CAN匯流排中，進而傳輸到整車顯示器中，實現對動力電池高壓迴路電阻的線上監測；
4、動力電池系統高壓迴路連線組件的異常控制：經過步驟3測出高壓迴路連線元件的內阻之和後，由於高壓迴路中連線組件的內阻充放電過程中僅僅與系統內部的溫度T相關；首先測得動力電池系統內部溫度為25℃時對應的壓降|V總-Vsum|T=25℃，使用V連表示；
由於R=ρl/S，式中ρ-介質的電導率；l-待測介質長度；S-待測介質橫截面積；而ρ＝ρ0·[1+a·（Τ-25）]，式中ρ0-介質25℃時的電導率；a-溫度係數；T-介質溫度；由R=ρl/S可知高壓迴路連線組件的電阻值與溫度呈線性關係，根據以上公式可推導出；
動力電池系統充放電時，由溫度探頭測得系統內部的溫度T，然後根據公式；可以求出動力電池系統高壓迴路連線組件在不同溫度下對應的壓降V連，當時，動力電池系統高壓迴路連線組件出現異常，此時電池管理系統BMS可向CAN匯流排發出報警信號。
2.根據權利要求1所述的電車動力電池高壓迴路連線組件電阻的線上監測方法，其特徵在於，動力電池中每隻電芯均採用雙接線方式監測電壓，BMS採集各電芯兩端的電壓、動力電池的總電壓，高壓迴路的電流，並通過規定的算法計算出動力電池高壓迴路的電阻，從而進行線上監控和控制。
實施方式
如圖1所示，電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制裝置，包括分流器3、總正接觸器2、總負接觸器1、熔斷器5、CAN匯流排6和電池管理系統BMS4。總負繼電器1、總正繼電器2、分流器3、熔斷器5都串聯在動力電池的高壓迴路上，每隻電芯均採用雙接線方式進行電壓探測，V1表示電芯7兩端的電壓；V2表示電芯8兩端的電壓；Vn-1表示電芯9兩端的電壓；Vn表示電芯10兩端的電壓。
電池管理系統BMS4通過低壓線束測量每隻電芯的電壓、動力電池系統的總電壓、分流器探測的高壓迴路電流等參數，並經過算法運算以後，將監測的數值或報警信息通過通信線束傳送到整車CAN匯流排6上。
電池管理系統BMS4通過通信線束U1、U2連線電芯7；電池管理系統BMS4通過通信線束U3、U4連線電芯8；電池管理系統BMS4通過通信線束U0連線總正接觸器2；電池管理系統BMS4通過通信線束U2n、U2n-1連線電芯10；電池管理系統BMS4通過通信線束U2n+1連線總負接觸器1；電池管理系統BMS4通過通信線束U2n-2、U2n-3連線電芯9；電池管理系統BMS4通過通信線束連線分流器3、熔斷器5並監測繼電器的通斷、熔斷器的通斷、每隻電芯的電壓、動力電池系統的總電壓、分流器探測的高壓迴路電流等參數，並經過算法運算以後，將監測的數值或報警信息通過通信線束傳送到整車CAN匯流排6上。
如圖2所示，動力電池系統開始工作時，BMS實時監測動力電池系統的電壓、電流和溫度等數據，如果這些數據不能夠正常被檢測到，則BMS向VCU發出“BMS內部通訊故障”報警，否則，BMS開始對檢測到的數據進行分析，計算出高壓迴路連線組件的內阻|V總-Vsum|/I，， 然後判斷是否成立以判定高壓迴路連線組件是否異常，如果有異常，則傳送“連線組件電阻異常報警”，如果正常，則將高壓迴路的電阻數據|V總-Vsum|/I傳送到整車CAN匯流排上，並判斷下一個周期數據是否正常。
該發明的電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法，包括以下步驟：
1、接線：將各電芯兩端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS4上，再將動力電池系統總正總負輸出端的電壓測量線連線到電池管理系統BMS4上；排除了分流器3、總正接觸器2以及總負接觸器1帶來的壓差對測量的影響；
2、測量及計算各電芯的電壓及動力電池系統的總電壓：通過電池管理系統BMS4分別測得各電芯的電壓V1、V2......Vn-1、Vn，動力電池系統的總電壓V總，所有電芯的電壓之和Vsum；
3、電車動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測：根據電池充電和放電的過程，V總與Vsum之間的大小隨著動力電池系統處於充電狀態或者放電狀態不同，有如下關係：
充電時：V連＝V總-Vsum
放電時：V連＝Vsum-V總
式中V連為高壓迴路連線元件部分的壓降。不論充電還是放電，高壓迴路連線組件產生的壓降在數值上等於V總和Vsum之間差值的絕對值，即V連＝|V總-Vsum|；則|V總-Vsum|/I代表高壓迴路中連線組件的內阻之和，式中I為高壓迴路電流；電池管理系統BMS4將以上數據傳送到整車CAN匯流排6中，進而傳輸到整車顯示器中，實現對動力電池高壓迴路電阻的線上監測；
4、動力電池系統高壓迴路連線組件的異常控制：經過步驟3測出高壓迴路連線元件的內阻之和後，由於高壓迴路中連線組件的內阻充放電過程中僅僅與系統內部的溫度T相關；首先測得動力電池系統內部溫度為25℃時對應的壓降|V總-Vsum|T＝25℃，使用V連表示；
由於R＝ρl/S，式中ρ-介質的電導率；l-待測介質長度；S-待測介質橫截面積；而ρ＝ρ0·[1+a·（T-25）]，式中ρ0-介質25℃時的電導率；a-溫度係數；T-介質溫度；由R＝ρl/S可知高壓迴路連線組件的電阻值與溫度呈線性關係，根據以上公式可推導出；
動力電池系統充放電時，由溫度探頭測得系統內部的溫度T，然後根據公式可以求出動力電池系統高壓迴路連線組件在不同溫度下對應的壓降V連，當時，動力電池系統高壓迴路連線組件出現異常，此時電池管理系統BMS4可向CAN匯流排6發出報警信號。
該發明的電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測及異常控制方法採用對電芯和電池進行雙接線方式，消除了連線板壓降對電芯電壓測試的影響，測得的數據更加精確。因為對電芯電壓的監測、動力電池系統總電壓的監測、系統內部溫度的監測都是電動汽車用動力電池系統現有的必要功能，所以該發明在不增加任何複雜電路元件的情況下，通過計算和推導，實現了對動力電池系統高壓迴路連線組件電阻的線上監測和異常控制。節約了成本，節省了動力電池系統的內部空間，方便快捷，準確度高。
榮譽表彰
2017年12月，《電車動力電池高壓迴路電阻的線上監測控制方法及裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
