[发明专利]容错电压测量方法

说明书

提出了一种用于电池组管理系统的容错电压测量方法以用于可靠和促进电池故障和传感器故障检测。该方法的关键在于其将一个电压传感器读数与多个电池单元电压相关联，以及将一个电池单元电压与多个电压传感器读数相关联。当发生电池故障时，将通过多个电压传感器读数反映出故障读数。类似地，当发生传感器故障时，多个电池单元电压将受到影响。与传统的一一对应电压测量相比，所提出的方法提高了传感器故障/电池故障判断的置信度。此外，其不会增加硬件成本，并且易于适用于实际应用中。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月6日提交的美国临时申请第62/201,652号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及容错电压测量方法。

背景技术

锂离子电池由于其在能量密度和功率密度方面的显著进步而被广泛应用于电动交通工具应用中。然而，这项技术仍然需要在系统级别上作出许多折衷，其中安全性是主要的关注点。世界各地报道的多起严重事件阻碍了锂电池在市场上的快速增长。这些事件源自各种原因，但都会导致触发热失控的最坏情况。热失控被认为是锂电池系统的灾难性故障，并且通常由电池的内部或外部物理损伤引起。来自故障电池的初始温升触发放热化学反应，该放热化学反应在电池组之间传播温升，并最终导致起火。据事故后报道，大部分事件可以通过适当且可靠的管理避免或至少缓解，这也被认为是锂离子电池技术全面发展的关键。

载于交通工具的锂离子电池的管理产生电池组管理系统(BMS)。BMS的最基本的任务是通过监测电压、电流和温度值来确保电池的安全工作状态。在所有这些测量中，研究表明，电压是最重要的信息，原因在于其对常见的电故障——包括短路、过充电和过放电——具有高敏感性。因此，有必要利用可靠且容错的电压测量来增强电动交通工具的安全水平。

当今广泛应用的电压测量方法使用单独的电压传感器——或测量集成电路(IC)——来测量各个电池的电压值。该一对一式对应确保了每一个电池的电压被监测。为了测量串联电池串的电压，代替对电池中的每个电池使用一个电压测量电路，通常应用开关以降低测量电路和模数转换器(ADC)的成本。开关成对地接通，使得串中的电池单元电压顺序地逐个更新。当任何电压读数显示异常值时，出于保护目的，电池系统将被停止，并且将采用缓解方法。

需要指出的是，传感器具有其自身的可靠性；换句话说，故障状况下的电压传感器可能导致错误的肯定电池故障检测，然而，对于这两类故障的缓解方法差异显著。在电池故障的情况下，应采取一些即时、昂贵或甚至危险的缓解方法，包括在驾驶中切断来自电池组的电力并通知消防部门；而在传感器故障的情况下，可以应用更适中的缓解方法，例如将交通工具切换到跛行回家模式并推送电池组维修请求。因此，区分传感器故障和电池故障至关重要，以便应用合适的缓解措施并确保电动交通工具的可靠运行。

已经进行了大量的研究来研究检测和分离传感器故障的方法。应用最广泛的方法是硬件冗余，其中同一信号的测量由多个传感器给出。显然，这种传感器故障检测特征的配备是以附加的硬件费用和可能更容易发生故障的更复杂的系统为代价的。然后，与硬件冗余相对，提出了分析冗余，分析冗余利用系统的数学模型的输出并将该输出与传感器测量进行比较。该方法不需要附加的硬件，然而，考虑到给定系统的不确定性、干扰和各种故障模式，保持模型的鲁棒性是复杂的。

考虑到基于冗余的传感器故障诊断方法的固有缺点，本公开内容引入了容错电压测量方法，其可以在没有任何附加传感器的情况下区分传感器故障和电池组电池单元故障。代替测量各个电池的电压值，电压传感器用于测量多个电池的电压总和。当发生电池故障时，其对应的电压传感器将同时指示故障，由此识别故障。

本部分提供与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。

发明内容

本部分提供对本公开内容的一般性总结，并非本公开内容的全部范围或本公开内容的全部特征的全面公开。