电池包故障检测方法及装置、高压盒、电池包和车辆

摘要

本发明实施例提出了一种电池包故障检测方法及装置、高压盒、电池包和车辆，电池包故障检测方法包括：向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的第二电信号；根据所述开关的理论开闭状态，判断所述第一电信号与所述第二电信号二者在频率上的相对关系是否处于所述理论开闭状态对应的阈值范围内；当判断结果为是时，确定所述开关无故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生故障。通过本发明实施例所提供的技术方案，能够提升电池包高压回路中的开关故障检测的结果准确性，进一步保护电池包高压回路乃至整车的安全。

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包故障检测方法及装置、高压盒、电池包和车辆。

【背景技术】

目前，随着新能源车等车辆的不断发展与壮大，新能源车的安全问题越来越受到人们的关注，高压继电器等开关作为断开与接通车辆中的电池包高压回路的主要器件，其能否正常工作将直接关系到整个电池系统的安全。

在相关技术中，一般通过辅助触点诊断或高压采样诊断的方式来检测电池包中的高压继电器是否发生故障。其中，辅助触点诊断依赖于机械结构来获取诊断结构，然而机械结构易发生损坏，导致辅助触点诊断的诊断可靠性低；而高压采样诊断则需要在高压继电器的后端采集高压，即使高压继电器断开，若高压继电器的后端连接有电容等能够放电的负载，则仍有可能采集到高压，认定高压继电器未断开，产生误检。

因此，如何提升对电池包高压回路内的开关的故障检测结果的准确性，成为目前亟待解决的技术问题。

【发明内容】

本发明实施例提供了一种电池包故障检测方法及装置、高压盒、电池包和车辆，旨在解决相关技术中电池包高压回路内开关的故障检测结果不准确的技术问题，能够提升电池包高压回路内开关的故障检测结果的准确性，避免发生误检。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池包故障检测方法，包括：向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的第二电信号；根据所述开关的理论开闭状态，判断所述第一电信号与所述第二电信号二者在频率上的相对关系是否处于所述理论开闭状态对应的阈值范围内；当判断结果为是时，确定所述开关无故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生故障。

在本发明上述实施例中，可选地，所述向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的第二电信号的步骤，具体包括：每隔预定时间间隔，按照预定频率或随机频率向所述电池包高压回路中的开关的一端发送所述第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的所述第二电信号。

在本发明上述实施例中，可选地，在所述向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号的步骤之前，还包括：当故障检测为开路故障检测时，向所述开关发送闭合信息，将所述开关的理论开闭状态设置为闭合状态；当故障检测为黏连故障检测时，向所述开关发送断开信息，将所述开关的理论开闭状态设置为断开状态。

在本发明上述实施例中，可选地，所述根据所述开关的理论开闭状态，判断所述第一电信号与所述第二电信号二者在频率上的相对关系是否处于所述理论开闭状态对应的阈值范围内的步骤，包括：在所述开关的理论开闭状态为闭合状态时，判断所述第二电信号的频率与所述第一电信号的频率的比值是否大于第一比值且小于第二比值；当判断结果为是时，确定所述开关无开路故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生开路故障。

在本发明上述实施例中，可选地，所述根据所述开关的理论开闭状态，判断所述第一电信号与所述第二电信号二者在频率上的相对关系是否处于所述理论开闭状态对应的阈值范围内的步骤，还包括：在所述开关的理论开闭状态为断开状态时，判断所述第二电信号的频率与所述第一电信号的频率的比值是否大于或等于第三比值，或者，是否小于或等于第四比值；当判断结果为是时，确定所述开关无黏连故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生黏连故障。

在本发明上述实施例中，可选地，所述第一比值等于所述第四比值，和/或，所述第二比值等于所述第三比值。

第二方面，本发明实施例提供了一种电池包故障检测装置，包括：开关，串联在电池的高压回路中，具有第一端和第二端；控制单元，具有信号输出端和信号输入端，所述信号输出端连接至所述开关的第一端，所述信号输入端连接至所述开关的第二端；所述控制单元用于通过所述信号输出端输出第一电信号，以及用于通过所述信号输入端采集所述高压回路内的第二电信号，以及用于根据所述开关的理论开闭状态以及所述第一电信号和所述第二电信号二者在频率上的相对关系，确定所述开关的故障情况。

在本发明上述实施例中，可选地，所述控制单元还包括：信号发生装置，所述信号发生装置的输出端串联至所述控制单元的信号输出端，用于生成所述第一电信号，并通过所述信号发生装置的输出端输出所述第一电信号至所述控制单元的信号输出端。

在本发明上述实施例中，可选地，所述开关包括继电器、光电开关或场效应管。

在本发明上述实施例中，可选地，所述控制单元为电池管理系统、电池管理单元或独立于所述电池的电池管理系统和电池管理单元之外的故障检测控制器。

第三方面，本发明实施例提供了一种高压盒，包括第二方面实施例中任一项所述的电池包故障检测装置。

第四方面，本发明实施例提供了一种电池包，包括第三方面实施例中所述的高压盒，或包括第二方面实施例中任一项所述的电池包故障检测装置。

第五方面，本发明实施例提供了一种车辆，包括第五方面实施例中所述的电池包，或包括第二方面实施例中任一项所述的电池包故障检测装置。

以上技术方案，针对相关技术中电池包高压回路内开关的故障检测结果不准确的技术问题，提出了一种新的技术方案，可以向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号，并在该开关的另一端采集电池包高压回路内的第二电信号，这样，第一电信号即为故障检测信号，第二电信号即为故障检测信号对应的回检信号。

此时，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于该开关的理论开闭状态对应的阈值范围内，说明该开关的实际开闭状态与理论开闭状态一致，未发生故障，反之，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系不在该开关的理论开闭状态对应的阈值范围内，说明该开关的实际开闭状态与理论开闭状态不一致，发生了故障。其中的理论开闭状态指的是在发送第一电信号前就向该开关发送的状态控制信息所指示的开闭状态，理论开闭状态对应的阈值范围也是由实验、计算和统计等手段得出后进行出厂设置的。

具体来说，如果要检测开路故障，可以令开关的理论开闭状态为闭合状态，此时，理论闭合状态对应的阈值范围即为电信号在开关上成功传输时第一电信号与第二电信号两者频率的相对关系。因此，如果第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于闭合状态对应的阈值范围内，说明电信号在开关上成功传输，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态一致，故开关能够有效接收指示理论开闭状态的控制信息，无开路故障。反之，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系未处于闭合状态对应的阈值范围内，则说明电信号在开关上传输不成功，开关的实际开闭状态为断开状态，与理论开闭状态不一致，故开关发生了开路故障。

如果要检测黏连故障，可以令开关的理论开闭状态为断开状态，此时，理论闭合状态对应的阈值范围即为电信号因开关断开而未成功传输时第一电信号与第二电信号两者频率的相对关系。因此，如果第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于断开状态对应的阈值范围内，说明电信号在开关上未成功传输，开关的实际开闭状态为断开状态，与理论开闭状态一致，故开关无黏连故障。反之，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系未处于断开状态对应的阈值范围内，则说明电信号在开关上传输成功，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态不一致，发生了黏连故障。

其中，如果单纯地比较第一电信号与第二电信号的差异，则有可能因电信号传输中发生较大损耗等情况而无法检测到有效的第二电信号，进而无法比较第一电信号与第二电信号的差异，影响故障检测的结果。进一步地，第二电信号在传输中虽可能减弱，但其频率在传输中受到的影响则较小，为此，可将第一电信号与第二电信号二者的频率进行比较，以获得准确的故障检测结果。

以上技术方案，相对于相关技术中的辅助触点诊断和高压采样诊断的方式，既避免了因机械结构易损坏导致的辅助触点诊断可靠性低的问题，也避免了高压采样诊断中因开关后端的负载影响而导致误检的情况，能够提升电池包高压回路中的开关故障检测的结果准确性，进一步保护电池包高压回路乃至整车的安全。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本发明的一个实施例的电池包故障检测方法的流程图；

图2示出了本发明的一个实施例的第一电信号与第二电信号的波形图；

图3示出了本发明的一个实施例的电池包故障检测装置的框图；

图4示出了本发明的一个实施例的高压盒的框图；

图5示出了本发明的一个实施例的电池包的框图；

图6示出了本发明的另一个实施例的电池包的框图；

图7示出了本发明的一个实施例的车辆的框图；

图8示出了本发明的另一个实施例的车辆的框图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

图1示出了本发明的一个实施例的电池包故障检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供了一种电池包故障检测方法，包括：

步骤102，向电池包高压回路中的开关的一端发送第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的第二电信号。

电池包高压回路中的开关包括主控开关和除了主控开关以外的任何其他辅助控制开关，其中，电池包高压回路中的开关的类型包括但不限于高压继电器、光电开关或场效应管等类型。其中的第一电信号即为故障检测信号，第二电信号即为故障检测信号对应的回检信号，其中，由于电信号在高压回路中的传输速度极快，此处可认为发送第一电信号和采集第二电信号为同时进行的，其延时时间可以忽略不计，即使记录该延时时间，该延时时间也不会对接下来的两者频率比较产生大的影响。

步骤104，根据所述开关的理论开闭状态，判断所述第一电信号与所述第二电信号二者在频率上的相对关系是否处于所述理论开闭状态对应的阈值范围内，当判断结果为是时，进入步骤106，当判断结果为否时，进入步骤108。

步骤106，确定所述开关无故障。当判断结果为是时，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于该开关的理论开闭状态对应的阈值范围内，说明该开关的实际开闭状态与理论开闭状态一致，未发生故障。

步骤108，确定所述开关发生故障。当判断结果为否时，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系不在该开关的理论开闭状态对应的阈值范围内，说明该开关的实际开闭状态与理论开闭状态不一致，发生了故障。

其中的理论开闭状态指的是在发送第一电信号前就向该开关发送的状态控制信息所指示的开闭状态，理论开闭状态对应的阈值范围也是由实验、计算和统计等手段得出后进行出厂设置的。

在本发明的一种实现方式中，在步骤102之前，还包括：当故障检测为开路故障检测时，向所述开关发送闭合信息，将所述开关的理论开闭状态设置为闭合状态；当故障检测为黏连故障检测时，向所述开关发送断开信息，将所述开关的理论开闭状态设置为断开状态。

具体来说，如果要检测开路故障，可以令开关的理论开闭状态为闭合状态，此时，理论闭合状态对应的阈值范围即为电信号在开关上成功传输时第一电信号与第二电信号两者频率的相对关系。因此，如果第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于闭合状态对应的阈值范围内，说明电信号在开关上成功传输，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态一致，故开关能够有效接收指示理论开闭状态的控制信息，无开路故障。反之，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系未处于闭合状态对应的阈值范围内，则说明电信号在开关上传输不成功，开关的实际开闭状态为断开状态，与理论开闭状态不一致，故开关发生了开路故障。

如果要检测黏连故障，可以令开关的理论开闭状态为断开状态，此时，理论闭合状态对应的阈值范围即为电信号因开关断开而未成功传输时第一电信号与第二电信号两者频率的相对关系。因此，如果第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系处于断开状态对应的阈值范围内，说明电信号在开关上未成功传输，开关的实际开闭状态为断开状态，与理论开闭状态一致，故开关无黏连故障。反之，若第一电信号与第二电信号二者在频率上的相对关系未处于断开状态对应的阈值范围内，则说明电信号在开关上传输成功，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态不一致，发生了黏连故障。

其中，如果单纯地比较第一电信号与第二电信号的差异，则有可能因电信号传输中发生较大损耗等情况而无法检测到有效的第二电信号，进而无法比较第一电信号与第二电信号的差异，影响故障检测的结果。进一步地，第二电信号在传输中虽可能减弱，但其频率在传输中受到的影响则较小，如图2所示，在开关为闭合状态时，发送第一电信号并采集第二电信号，对比第一电信号与第二电信号的波形图可知，第二电信号的频率相对于第一电信号的频率变小，但其变小的程度较小，即频率在传输中受到的影响则较小。为此，可将第一电信号与第二电信号二者的频率进行比较，以获得准确的故障检测结果。

通过以上技术方案，相对于相关技术中的辅助触点诊断和高压采样诊断的方式，既避免了因机械结构易损坏导致的辅助触点诊断可靠性低的问题，也避免了高压采样诊断中因开关后端的负载影响而导致误检的情况，能够提升电池包高压回路中的开关故障检测的结果准确性，进一步保护电池包高压回路乃至整车的安全。

在实际应用中，可以仅使用本发明给出的电池包故障检测方法，也可以将本发明给出的电池包故障检测方法与辅助触点诊断和/或高压采样诊断同时使用，这样，可在任一故障检测方式出现问题时，仍能够通过其他故障检测方式获得电池包故障检测结果，提升了电池包故障检测的有效性。

在本发明的一种实现方式中，步骤102具体包括：每隔预定时间间隔，按照预定频率或随机频率向所述电池包高压回路中的开关的一端发送所述第一电信号，并在所述开关的另一端采集所述电池包高压回路内的所述第二电信号。

预定时间间隔指的是进行电池包故障检测的周期，为了节省能耗，可以周期性地进行针对开关的电池包故障检测。当然，根据实际需要，也可以实时循环发送第一电信号和获取第二电信号，实现对开关的实时监控，进一步提升电池包高压回路的安全性。

进一步地，在本发明的一种实现方式中，可按照预定频率进行第一电信号的发送，该预定频率可以为出厂设置的，比如，设置按照5kHz的预定频率发送第一电信号，以便将测得的第二电信号的频率与5kHz进行比较。

进一步地，在本发明的另一种实现方式中，也可按照随机频率进行第一电信号的发送，比如，随机按照8kHz的频率发送第一电信号，并记录该频率，以便将测得的第二电信号的频率与8kHz进行比较。

在本发明的一种实现方式中，步骤104包括：在所述开关的理论开闭状态为闭合状态时，判断所述第二电信号的频率与所述第一电信号的频率的比值是否大于第一比值且小于第二比值；当判断结果为是时，确定所述开关无开路故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生开路故障。

当故障检测为开路故障检测时，将所述开关的理论开闭状态设置为了闭合状态，令第一比值和第二比值分别为0.5和1.5，若第二电信号的频率与第一电信号的频率的比值处于[0.5，1.5]的范围内，两者比值接近1，说明第一电信号经开关得到了正常有效的传输，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态一致，故开关未发生开路故障。

反之，若第二电信号的频率与第一电信号的频率的比值未处于[0.5，1.5]的范围内，如比值为0.1，说明第一电信号经开关未得到了正常有效的传输，开关的实际开闭状态为断开状态，与理论开闭状态不一致，第二电信号是第一电信号通过击穿等特殊方式通过开关得到的，开关发生了开路故障。

在本发明的一种实现方式中，步骤104还包括：在所述开关的理论开闭状态为断开状态时，判断所述第二电信号的频率与所述第一电信号的频率的比值是否大于或等于第三比值，或者，是否小于或等于第四比值；当判断结果为是时，确定所述开关无黏连故障；当判断结果为否时，确定所述开关发生黏连故障。

当故障检测为黏连故障检测时，将所述开关的理论开闭状态设置为了断开状态，令第四比值和第三比值分别为0.5和1.5，若第二电信号的频率与第一电信号的频率的比值处于[0.5，1.5]的范围内，两者比值接近1，说明第一电信号经开关得到了正常有效的传输，开关的实际开闭状态为闭合状态，与理论开闭状态不一致，故开关发生了黏连故障。

反之，若第二电信号的频率与第一电信号的频率的比值未处于[0.5，1.5]的范围内，如比值为0.1，说明第一电信号经开关未得到了正常有效的传输，第二电信号是第一电信号通过击穿等特殊方式通过开关得到的，开关的实际开闭状态确实为断开状态，与理论开闭状态一致，开关未发生黏连故障。

需要知晓，第一比值和第四比值包括但不限于0.5，第二比值和第三比值包括但不限于1.5，这些比值仅为举例说明，第一比值、第二比值、第三比值和第四比值还可以是根据实际需要的除此之外的任何其他值，这些值可以在出厂时设置在电池内部，也可以由电池的电池管理系统或其他单独的控制器根据各个元件的参数实时计算得到。

在本发明的一种实现方式中，所述第一比值等于所述第四比值，和/或，所述第二比值等于所述第三比值。也就是说，检测开路故障和检测黏连故障时，开关的理论闭合状态对应的第二电信号的频率与第一电信号的频率的比值范围可以是正好相反的，这样，在产品出厂时，或电池管理系统或其他单独的控制器根据各个元件的参数实时计算时，仅需要设置其中一项故障检测的频率比值范围，即可得到另一种故障检测的频率比值范围，实现了故障检测的简化。

当然，也可以根据实际需要，分别为开路故障检测和黏连故障检测设置并非正好相反的两个频率比值范围，以更加适应实际需要。

图3示出了本发明的一个实施例的电池包故障检测装置的框图。

如图3所示，本发明实施例提供了一种电池包故障检测装置300，包括开关302和控制单元304，开关302串联在电池的高压回路中，具有第一端和第二端；控制单元304具有信号输出端和信号输入端，信号输出端连接至开关302的第一端，信号输入端连接至开关302的第二端。其中，开关302的类型包括但不限于继电器、光电开关或场效应管。

控制单元304用于通过信号输出端输出第一电信号，以及用于通过信号输入端采集高压回路内的第二电信号，以及用于根据开关302的理论开闭状态以及第一电信号和第二电信号二者在频率上的相对关系，确定开关302的故障情况。其中，控制单元304为电池管理系统、电池管理单元或独立于电池的电池管理系统和电池管理单元之外的故障检测控制器。

该电池包故障检测装置300使用图1和图2示出的实施例中任一项的电池包故障检测方法，因此，具有上述所有技术效果，在此不再赘述。电池包故障检测装置300还具有以下技术特征：

在本发明的一种实现方式中，控制单元304还包括：信号发生装置，信号发生装置的输出端串联至控制单元304的信号输出端，用于生成第一电信号，并通过信号发生装置的输出端输出第一电信号至控制单元304的信号输出端。即该信号发生装置可以集成在控制单元304内，为控制单元304产生和输出第一电信号，也就是说，控制单元304本身可以具有产生第一电信号的功能。

在本发明的另一种实现方式中，信号发生装置可以独立于控制单元304之外，由控制单元304向信号发生装置发送控制信息，信号发生装置根据该控制信息生成第一电信号，并将第一电信号发送至开关302。换句话说，对于本身不具有产生第一电信号的功能的控制单元304，可以为其增设信号发生装置，以实现电池包高压回路开关的故障检测。

图4示出了本发明的一个实施例的高压盒的框图。

如图4所示，本发明的一个实施例的高压盒400，即电池包高压盒，包括图3示出的电池包故障检测装置300，使用图1和图2示出的实施例中任一项的电池包故障检测方法，因此，该高压盒400具有图1至图3示出的实施例的全部技术效果，在此不再赘述。

结合图3可知，高压盒可以与电池包高压回路中的电池包分离开来，单独设置，其中，高压盒内还可以包括潮湿敏感元件(MSD，Moisture-Sensitive Devices)，当潮湿度达到潮湿敏感元件的额定值后，潮湿敏感元件断开，实现防潮保护，以提升电池包高压回路的安全性。

图5示出了本发明的一个实施例的电池包的框图。

如图5所示，本发明的一个实施例的电池包500，包括图4示出的高压盒400，因此，该电池包500具有高压盒400的全部技术效果，在此不再赘述。

图6示出了本发明的另一个实施例的电池包的框图。

如图6所示，本发明的一个实施例的电池包600，包括图3示出的电池包故障检测装置300，使用图1和图2示出的实施例中任一项的电池包故障检测方法，因此，该电池包600具有图1至图3示出的实施例的全部技术效果，在此不再赘述。在此类电池中，电池包与高压盒集成为一体。

图7示出了本发明的一个实施例的车辆的框图。

如图7所示，本发明的一个实施例的车辆700，包括图6示出的电池包600，因此，该车辆700具有电池包600的全部技术效果，在此不再赘述。

图8示出了本发明的另一个实施例的车辆的框图。

如图8所示，本发明的一个实施例的车辆800，包括图3示出的电池包故障检测装置300，使用图1和图2示出的实施例中任一项的电池包故障检测方法，因此，该车辆800具有图1至图3示出的实施例的全部技术效果，在此不再赘述。其中，该车辆800包括但不限于电动车辆和混合动力车辆。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，既避免了因机械结构易损坏导致的辅助触点诊断可靠性低的问题，也避免了高压采样诊断中因开关后端的负载影响而导致误检的情况，能够提升电池包高压回路中的开关故障检测的结果准确性，进一步保护电池包高压回路乃至整车的安全。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述电信号，但这些电信号不应限于这些术语。这些术语仅用来将电信号彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一电信号也可以被称为第二电信号，类似地，第二电信号也可以被称为第一电信号。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。