专利名称：动力电池故障检测方法及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对动力电池，尤其是由多个单独电池串联而成的动力电池组的故 障检测方法，以及实现该方法的检测系统。
背景技术：
现有的动力电池主要是用在混合动力车或纯电动车上，由于其具有低碳环保的优 点，得到各车辆生产厂家的青睐。因此，现在以锂电池组或铁锂电池组构成的动力电池正被 深入的研究，也正在被在一些车辆上试用。如纯电池的小轿车等。这种由多个电池串联而 成电池组，如果其中的一个单独电池出现故障，都会影响到整个动力电池的使用，情况严重 时，还会出现电池爆炸，造成人员和车辆的损伤。为了防止上述问题的出现，人们对这种动力电池采取了一定的防范措施，如图3
所示，电池组由N个单独的电池，如电池1、电池2......电池N-I、电池N组成，相对于第一
个单独的电池，分别有电池1至电池N的电压检测电路，和电池1至电池N的窗口比较电路， 如果其中某一个电池的电压范围不在预定的电压范围内，一般为3. OV-4. 2V，则控制单元通 过相应的执行元件停止该电池组的充放电或者通过报警装置报警，以达到安全的目的。每 隔预定时间，电压检测电路和电压比较电路循环一次。这种检测的方法，由于预定的电压范 围(3. OV-4. 2V)较宽，电压较低的单独电池，假设其中某一电池的电压只有3. IV或3. 2V，而 大部分电池的电压确在较高值，如4. IV或4. 2，都被判断为合格，可继续使用，可是，在一个 电池组中，电压低的电池，往往是电池内部存在内在隐患的电池，而现有的检测电路是无法 区别的。这种存在内在隐患的电池，可能会引起该电池的爆炸，继而引起该电池组其它电池 的爆炸，更严重的会影响到整个车辆的寿命。而如果将预定的电压范围设置为较窄，这会引 起电池组过于频繁的被停止使用，而达不到实用的效果。

发明内容
为了克服以上缺点，本发明提供一种安全性更高的动力电池故障检测方法。本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的系统。本发明的技术方案是提供一种动力电池故障检测方法，包括如下步骤(1)、分别依序检测电池组中的每一节单独电池的电压值，并通过窗口比较电路进 行判断该电压值是否在预定的第一阈值范围内，如果其中任意一节单独电池的电压值不在 第一阈值范围内，则通过控制单元，以及执行元件切断电池组的充放电电路；或通过微控制 单元(MCU)的控制电路将故障上报给上位机；或通过报警装置报警；如果所测电压值在第 一阈值范围内，则进行，(2)、将该电压值通过模/数转换器转换成数字信号后，输出给微控制单元(MCU)， 暂存在微控制单元(MCU)的暂存模块内，微控制单元(MCU)通过运算，从暂存模块中挑出所 有电压值中的最大电压值和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第 二阈值范围内，如果两者的差值不在第二阈值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元件切断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU)的控制电路将故障上 报给上位机；或报警装置报警；如果两者的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作；(3)、每隔预定时间，重复上述第(1)步和第⑵步。作为对本发明的改进，本发明还包括温度检测步骤，在每一单独电池的表面设有 温度传感器(NTC)或/和在靠近电池组设有温度传感器(NTC)，温度检测电路通过模/数转 换电路将温度传感器(NTC)的温度模似信号转换成数字信号，并输送给微控制单元(MCU)， 微控制单元(MCU)判断所检测的温度值是否在预定的温度值范围内，如果温度值不在温度 值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元件切断电池组的充放电电路 或或通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及报警装置报警；如果温度值在温度值范围内， 则电池组正常工作；每隔预定温度检测时间，重复上述步骤。本发明中，所述的执行元件是继电器或可控硅。本发明中，所述的报警装置是声音报警装置或灯光报警装置；或者是声光报警装 置，或通讯上报告警装置。本发明还提供一种动力电池故障检测系统，包括与电池组的单独电池数量相等的电压检测电路，用于分别对单独电池的电压值进 行检测；与电压检测电路数量相等的窗口比较电路，用于分别对所测电压值进行比较，判 断电压值是否落在预定的第一阈值范围内；控制单元，用于当任意一节单独电池的电压值不在第一阈值范围内，则控制执行 元件切断电池组的充放电电路或控制报警装置报警；时间控制单元，用于控制电压检测的间隔预定时间；与窗口比较电路数量相等的模数转换电路，用于当单独电池的电压值在第一阈值 范围内时，将该电压值转换成电压数字信号；暂存模块，用于暂时存储电压数字信号；MCU 二次比较单元，用于从暂存模块中挑出所有电压值中的最大电压值和最小电 压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第二阈值范围内；控制电路，当两者的差值不在第二阈值范围内，控制执行元件切断电池组的充放 电电路或控制报警装置报警；如果两者的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作。作为对本发明中的系统的进一步改进，本发明还包括设置在每一单独电池的表面 的温度传感器(NTC)，用于检测单独电池的温度；或/和设置在靠近电池组的温度传感器(NTC)，用于检测电池组的环境温度；与温度传感器(NTC)数量相等的温度检测电路，用于放大温度传感器的电信号；与温度检测电路数量相等的模/数转换电路，将温度传感器(NTC)的温度模似信 号转换成温度数字信号，并输送给MCU 二次比较单元；MCU 二次比较单元判断所检测的温度值是否在预定的温度值范围内；如果温度值不在温度值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行 元件切断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及报警装置报警；如果温度值在温度值范围内，则电池组正常工作；每隔预定温度检测时间，重复上述温度检测过程。
本发明中，所述的第一阈值范围是2.0V-4.5V。所述的第二阈值范围是 0. 05V-2. 5V。本发明由于采取了在符合第一阈值电压范围内的电压值挑出其中的最大电压值 和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第二阈值范围内，并且将两 者的差值设置的电压范围较小，这样，就可以保证电池容量的一致性；从而也反映了电池内 在质量的一致性，克服现有技术中，无法反映出的单独电池间压差过大而存在的安全隐患。 此外，本发明中还设置了温度检测电路，它可以另外一个方面反映电池质量的好坏，当温度 超过预定温度值范围，它同样可以控制电池组的工作状态，达到更加安全的目的。


图1是本发明的一种实施例的方框结构示意图。图2是图1的电路原理结构示意图。图3是现有检测电路的方框结构示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种动力电池故障检测方法，包括如下步骤一种动力电池故障检测方法，包括如下步骤(1)、分别依序检测电池组中的每一节单独电池的电压值，并通过窗口比较电路进 行判断该电压值是否在预定的第一阈值范围内，如果其中任意一节单独电池的电压值不在 第一阈值范围内，则通过控制单元，以及执行元件切断电池组的充放电电路；或通过微控制 单元(MCU)的控制电路将故障上报给上位机；或通过报警装置报警；如果所测电压值在第 一阈值范围内，则进行，(2)、将该电压值通过模/数转换器转换成数字信号后，输出给微控制单元(MCU)， 暂存在微控制单元(MCU)的暂存模块内，微控制单元(MCU)通过运算，从暂存模块中挑出所 有电压值中的最大电压值和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第 二阈值范围内，如果两者的差值不在第二阈值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电 路，以及执行元件切断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU)的控制电路将故障上 报给上位机；或报警装置报警；如果两者的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作；(3)、每隔预定时间(预定时间是通过时间控制单元控制的，每隔预定时间，时间 控制单元启动一次检测，如每隔5分钟或10分钟等)，重复上述第(1)步和第(2)步。本发明还包括温度检测步骤，在每一单独电池的表面设有温度传感器(NTC)或/ 和在靠近电池组设有温度传感器(NTC)，温度检测电路通过模/数转换电路将温度传感器 (NTC)的温度模似信号转换成数字信号，并输送给微控制单元(MCU)，微控制单元(MCU)判 断所检测的温度值是否在预定的温度值范围内，如果温度值不在温度值范围内，则通过微 控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元件切断电池组的充放电电路或通过微控制单元 (MCU)的控制电路将故障上报给上位机，或/和通过报警装置报警；如果温度值在温度值范 围内，则电池组正常工作；每隔预定温度检测时间，重复上述步骤。显然，本发明中还可以包括有各个单独电池的电流、电压和温度的实时显示模块， 用于实时地显示各个单独电池的电流、电压和温度的实时状态；和/或有电池组的电流、电压和温度的实时显示模块，用于实时地显示电池组的总电流、总电压和环境温度的实时状 态。上述实时显示模块受控制电路控制。本发明中，所述的执行元件是继电器或可控硅。本发明中，所述的报警装置是声音报警装置或灯光报警装置；或者是声光报警装 置，或将故障上报给上位机。请参见图1，图1揭示的是一种动力电池故障检测系统，包括与电池组的单独电池BT1、BT2......BTN-U BTN数量相等的电压检测电路11、
12......IN-I、1N，用于分别对单独电池BTl、BT2......BTN-U BTN的电压值进行检测，为
了达到依次检测各个单独电池BT1、BT2......BTN-U BTN的目的，本发明中还设有选择单
元3，选择单元3的作用是依次控制被检测的单独电池BT1、BT2......BTN-UBTN的连通或
断开；当然，也可以不设选择单元3，而采用同时检测各个单独电池BT1、BT2......BTN-U
BTN的方式；与电压检测电路11、12......IN-IUN数量相等的窗口比较电路21、
22......2N-1、2N，用于分别对所测的单独电池BT1、BT2......BTN-UBTN的电压值与基准
电压进行比较，分别判断每个单独电池BT1、BT2......BTN-U BTN的电压值是否落在预定
的第一阈值范围内，本发明中的第一阈值范围是2. OV-4. 2V，具体来说，对锂电池其第一阈 值范围可以选择2. OV-4. 5V，对于锂铁电池而言，其第一阈值范围可以选择2. OV-3. 8V。本发明中的控制单元4，用于当任意一节单独电池BT1、BT2......BTN_1、BTN的电
压值不在第一阈值范围内时，则控制执行元件41切断电池组的充放电电路，或/和控制报 警装置42报警；本发明中的执行元件41可以继电器，也可以是可控硅等；本发明中的报警 装置42可以声音报警装置，也可以灯光报警装置，如红灯闪烁等，也可以是声光报警装置， 即声音和灯光同时报警。本发明中的时间控制单元5，用于对单独电池BT1、BT2......BTN-UBTN的电压检
测的间隔预定时间的控制，如可设置成每1分钟至30分钟中的任意一个时间段来检测一次 单独电池BT1、BT2......BTN-I、BTN的电压值；如果单独电池BT1、BT2......BTN-U BTN的电压值在第一阈值范围内时，则通过
与窗口比较电路21、22......2N-1、2N数量相等的模数转换电路31、32......3N_1、3N，将
该电压值转换成电压数字信号，并输送给暂存模块6;暂存模块6，用于暂时存储电压数字 信号；本发明中的MCU二次比较单元7，用于从暂存模块6中挑出所有电压值中的最大电 压值和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第二阈值范围内，本发 明中的第二阈值范围是0. 05V-2. 5V，通过进行比较第二阈值范围，可以保证每个单独电池
BTUBT2......BTN-UBTN的特性基本一致，如果同一电池组中的不同的单独电池之间的压
差过大，就会产生安全隐患，如果同一电池组中的不同的单独电池之间的压差在一个合理 的范围内，就说明每个单独电池之间性能基本一致，可以放心的使用，哪怕是这个电池组的 第一阈值处于第一阈值下限附近时，都不会出现安全隐患；本发明中的控制电路8，控制电路8的主要作用是当电压值中的最大电压值和最 小电压值的差值不在第二阈值范围内时，控制执行元件41切断电池组的充放电电路，或控 制报警装置42报警，或者将故障上报给上位机；如果电压值中的最大电压值和最小电压值的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作。本发明中还在每一单独电池的表面设置有一个温度传感器(NTC)91，用于检测该 单独电池的温度；或/和在靠近电池组设置多个温度传感器(NTC)，用于检测电池组的环境 温度；每个温度传感器(NTC)都相应的设置有温度检测电路92，用于放大温度传感器91的 电信号；与温度检测电路92数量相等的温度电信号模/数转换电路93，将温度传感器 (NTC)的温度模似信号转换成温度数字信号，并输送给MCU 二次比较单元；MCU 二次比较单 元判断所检测的温度值是否在预定的温度值范围内；如果温度值不在温度值范围内(比如 说_5摄氏度至75摄氏度)，则通过微控制单元20 (MCU)的控制电路8，以及执行元件41切 断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU) 20的控制电路8，以及报警装置42报警； 如果温度值在温度值范围内，则电池组正常工作；每隔预定温度检测时间，通过时间控制单 元5控制(图中的A处与A'处相接)，重复上述温度检测过程。请参见图2，图2是图1的电路原理结构示意图。图2中是将电压检测电路11、
12......1N-1、1N、窗口比较电路21、22......2N_1、2N、控制单元4、选择单元3和时间控制
单元5集成在一个集成电路10里，称之为硬件检测，这个集成电路10 (左侧虚线方框内) 可以选用日冲商业(北京)有限公司(OKI公司)的型号为ML5207集成块；将模数转换电
路31、32......3N-1、3N、暂存模块6(FLASH)、MCU 二次比较单元7、控制电路8，以及温度检
测电路92和温度电信号模/数转换电路93集成在另一个集成电路里，称之为微控制单元 20 (MCU，右侧虚线方框内)，微控制单元20可以选用日冲商业(北京)有限公司(OKI公司) 的型号为ML5207-1集成块。这样，外加一些与集成电路10和微控制单元20配套的外围电 路构成一个完整的测检系统。就可以通过电流、电压和温度实时显示模块30实现对电池组
的每个单独电池BTl、BT2......BTN-I、BTN的电压和温度进行实时显示，以保证电池组的安全。
权利要求
一种动力电池故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤(1)、分别依序检测电池组中的每一节单独电池的电压值，并通过窗口比较电路进行判断该电压值是否在预定的第一阈值范围内，如果其中任意一节单独电池的电压值不在第一阈值范围内，则通过控制单元，以及执行元件切断电池组的充放电电路；或通过微控制单元(MCU)的控制电路将故障上报给上位机；或通过报警装置报警；如果所测电压值在第一阈值范围内，则进行，(2)、将该电压值通过模/数转换器转换成数字信号后，输出给微控制单元(MCU)，暂存在微控制单元(MCU)的暂存模块内，微控制单元(MCU)通过运算，从暂存模块中挑出所有电压值中的最大电压值和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第二阈值范围内，如果两者的差值不在第二阈值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元件切断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU)的控制电路将故障上报给上位机；或报警装置报警；如果两者的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作；(3)、每隔预定时间，重复上述第(1)步和第(2)步。
2.根据权利要求1所述的动力电池故障检测方法，其特征在于还包括温度检测步骤， 在每一单独电池的表面设有温度传感器(NTC)或/和在靠近电池组设有温度传感器(NTC)， 温度检测电路通过模/数转换电路将温度传感器(NTC)的温度模似信号转换成数字信号， 并输送给微控制单元(MCU)，微控制单元(MCU)判断所检测的温度值是否在预定的温度值 范围内，如果温度值不在温度值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元 件切断电池组的充放电电路或或通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及报警装置报警； 如果温度值在温度值范围内，则电池组正常工作；每隔预定温度检测时间，重复上述步骤。
3.根据权利要求1或2所述的动力电池故障检测方法，其特征在于所述的第一阈值 范围是 2. OV-4. 5V。
4.根据权利要求3所述的动力电池故障检测方法，其特征在于所述的第二阈值范围 是 0. 05V-2. 5V。
5.根据权利要求4所述的动力电池故障检测方法，其特征在于所述的执行元件是功 率MOS管或可控硅或继电器。
6.根据权利要求4所述的动力电池故障检测方法，其特征在于所述的报警装置是声 音报警装置或灯光报警装置；或者是声光报警装置，或通讯上报告警装置。
7.一种动力电池故障检测系统，其特征在于，包括与电池组的单独电池数量相等的 电压检测电路，用于分别对单独电池的电压值进行检测；与电压检测电路数量相等的窗口比较电路，用于分别对所测电压值进行比较，判断电 压值是否落在预定的第一阈值范围内；控制单元，用于当任意一节单独电池的电压值不在第一阈值范围内，则控制执行元件 切断电池组的充放电电路或控制报警装置报警；时间控制单元，用于控制电压检测的间隔预定时间；模数转换器电路，用于当单独电池 的电压值在第一阈值范围内时，将该电压值转换成电压数字信号；暂存模块，用于暂时存储电压数字信号；MCU 二次比较单元，用于从暂存模块中挑出所有电压值中的最大电压值和最小电压值 进行第二次比较，判断两者的差值是否在预定的第二阈值范围内；控制电路，当两者的差值不在第二阈值范围内，控制执行元件切断电池组的充放电电 路或控制报警装置报警；如果两者的差值在第二阈值范围内，则电池组正常工作。
8.根据权利要求7所述的动力电池故障检测系统，其特征在于还包括设置在每一单 独电池的表面的温度传感器(NTC)，用于检测单独电池的温度；或/和设置在靠近电池组的温度传感器(NTC)，用于检测电池组的环境温度； 与温度传感器(NTC)数量相等的温度检测电路，用于放大温度传感器的电信号； 与温度检测电路数量相等的模/数转换电路，将温度传感器(NTC)的温度模似信号转 换成温度数字信号，并输送给MCU 二次比较单元；MCU 二次比较单元判断所检测的温度值是否在预定的温度值范围内； 如果温度值不在温度值范围内，则通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及执行元件 切断电池组的充放电电路或通过微控制单元(MCU)的控制电路，以及报警装置报警； 如果温度值在温度值范围内，则电池组正常工作； 每隔预定温度检测时间，重复上述温度检测过程。
9.根据权利要求7或8所述的动力电池故障检测系统，其特征在于所述的第一阈值 范围是 2. OV-4. 5V。
10.根据权利要求9所述的动力电池故障检测系统，其特征在于所述的第二阈值范围 是 0. 05V-2. 5V。
全文摘要
动力电池故障检测方法及检测系统，其中系统包括电压检测电路，分别检测单独电池的电压值；窗口比较电路，分别对所测电压值比较，判断是否落在第一阈值范围内；控制单元，当任意一节单独电池的电压值不在第一阈值范围内，则控制执行元件切断充放电电路或报警；时间控制单元，控制电压检测的间隔预定时间；模数转换电路，当电压值在第一阈值范围内时，将该电压值转换成电压数字信号输入暂存模块，MCU二次比较单元，从暂存模块中挑出电压值中的最大电压值和最小电压值进行第二次比较，判断两者的差值是否在第二阈值范围内；控制电路，当差值不在第二阈值范围内，控制执行元件切断充放电电路或报警。本发明能确保动力电池的安全性更高。
文档编号G01R19/25GK101930057SQ20101020248
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者何长春 申请人:深圳市睿德电子实业有限公司