1.本发明属于蓄电池组管理领域，特别是涉及一种蓄电池组故障管理系统。
背景技术：2.蓄电池通常以电池组的形式使用，蓄电池组的管理监测主要要解决蓄电池组的故障检测问题。蓄电池组的故障检测主要是检测蓄电池组中的一个或多个蓄电池出现异常的容量衰减，并影响到整个蓄电池组正常使用的情况。
3.现有技术中，蓄电池组的故障检测一般是通过外挂一台蓄电池组故障检测仪来实现，并且蓄电池组故障检测仪必须能检测到蓄电池组中每单个蓄电池的信息，才能对蓄电池组是否出现故障进行评判，而判断单个蓄电池是否出现故障一般是通过监测该蓄电池的内阻变化来进行。这样的检测方法主要有两方面的缺陷：其一是蓄电池内阻与蓄电池容量的相关性一般认为不超过80％，从而限制了其准确性；其二是要准确测试蓄电池内阻的硬件成本相当高。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种蓄电池组故障管理系统，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种蓄电池组故障管理系统，包括：
6.电阻分流模块，用于监测蓄电池组的线路情况；
7.采集模块，与所述电阻分流模块连接，用于采集蓄电池组单体的电压，获得监测信号；
8.转换模块，与所述采集模块连接，用于将所述监测信号转化为监测数据，传送至处理模块；
9.处理模块，与所述转换模块连接，用于通过对监测数据进行处理，获得蓄电池组单体的加权和、平均电压偏离值；
10.预警模块，与所述处理模块连接，用于将所述加权和、平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，生成预警信号；
11.控制模块，与所述预警模块连接，用于通过配置by-pass旁路控制蓄电池组正常运行。
12.优选地，所述电阻分流模块包括：分流开关单元、驱动开关单元；所述分流开关单元，用于防止电阻分流出现短路；所述驱动开关单元，用于当其中一个开关出现短路故障后，监测对应的蓄电池组单体的线路情况。
13.优选地，所述转换模块，包括：
14.传感单元，用于将蓄电池组单体的监测信号传送到信号调理单元，其中所述监测信号为双极性模拟信号；
15.信号调理单元，用于将所述双极性模拟信号转换为单极性模拟信号；
16.数字转换单元，用于将所述单极性模拟信号转化为监测数据，传送至所述处理模块。
17.优选地，所述信号调理单元包括低通滤波单元、精密绝对值单元和精密放大单元，其中：
18.所述低通滤波单元，用于滤除双极性模拟信号中的高频干扰，获得目标双极性模拟信号；
19.所述精密绝对值单元，用于将所述目标双极性模拟信号转换为单极性模拟信号；
20.所述精密放大单元，用于将所述单极性模拟信号进行放大，并传送至所述数字转换单元。
21.优选地，所述处理模块，包括：
22.电压处理单元，用于根据所述监测数据，获得各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据；
23.加权处理单元，用于将各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据与对应时间段内的电压变化最小值的差值进行加权处理，获得加权和；
24.电压差值单元，用于根据所述监测数据，获得在固定时间段内各个蓄电池组单体电压与平均电压的差值，获得平均电压偏离值。
25.优选地，所述预警模块，包括：
26.判断单元，用于将所述加权和、所述平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，若所述加权和、所述平均电压偏离值超过所述对应的预设阈值，则发出预警信号；
27.通信单元，用于通过通信网络，根据所述预警信号获得目标故障蓄电池组单体的位置信息，生成处理信号。
28.优选地，控制模块，包括：
29.容错单元，用于通过给蓄电池组单体配置by-pass旁路，接收所述处理信号，启动所述目标故障蓄电池组单体对应的by-pass旁路，将所述目标故障蓄电池组单体剔除，生成运行信号；
30.控制单元，用于基于接收所述运行信号，控制新的蓄电池组正常运行。
31.本发明的技术效果为：
32.本发明通过综合考虑蓄电池组单体的加权和、平均电压偏离值来判断电池性能的好坏程度，提高了蓄电池组检测的精确度；其中加权和越大、平均电压偏离值越大表明以电压变化为诊断标准时的电池性能越差，通过与预设阈值作比较，生成预警信号；通过配置by-pass旁路，当蓄电池组任一单体出现短路或者出现故障影响蓄电池组工作时，将启动对应by-pass，完成故障单体所在串联小组剔除，确保余下蓄电池组功能性能满足要求，显著提高蓄电池组系统的可靠性和安全性。
附图说明
33.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明实施例中的系统结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.实施例一
38.本实施例采用了一种分布式的电池监控和管理结构。它是对一组电池进行模块化管理，把整个电池组分成若干个单体检测模块，一般可取为8个单体电池为一个检测模块。模块间利用总线互联，保证了对电池电压和电流等参数的同步测量。而且整个系统可分散布置，且模块多少可随电池数量而灵活变化。
39.如图1所示，本实施例中提供一种蓄电池组故障管理系统，包括：
40.电阻分流模块，用于监测蓄电池组的线路情况；
41.优选的，电阻分流模块包括：分流开关单元、驱动开关单元；所述分流开关单元，包括第一晶体管、第二晶体管，用于防止电阻分流出现短路；所述驱动开关单元，包括第一晶体管、第二晶体管，用于保证其中一个开关出现短路故障后，对应的蓄电池单体不出现短路情况。
42.蓄电池组的分流电路采用了传统的电阻分流方式，分流开关和驱动开关采用传统的双极晶体管实现，分流开关选择q4-1、q5-1和q1-1、q2-1两个晶体管串联，可以防止分流开关短路故障。每个模块包含24个分流电流，分流开关和驱动开关采用传统的双极晶体管实现。图1给出了一个电池单体的均衡分流电路原理图，分流开关选择两个晶体管串联，可以防止分流开关短路故障；分流电阻采用200ω/1w电阻并联，最大分流电流为50ma，对应每个单体分流功率为0.168w，分流电阻降额系数为：8.4％，满足一级降额要求。对各单体电池的均衡控制开关采用了串联形式双开关设计，当其中一个开关管短路故障后仍能够实现均衡功能，保证均衡故障情况下的锂离子蓄电池组的安全及可靠。
43.具体实施措施如下：各单体均衡开关通过两串实现均衡独立控制，同时，两串开关管采用相同驱动控制信号进行控制，可以保证在其中一个开关故障短路情况下对应蓄电池单体不短路。蓄电池组对应绕组串联均衡开关采用两个晶体管串联方式，且分别采用独立的驱动控制信号进行控制，可以保证在其中一个开关短路故障情况下对应蓄电池单体不会断路情况。为进一步提高可靠性，考虑在蓄电池组对应的开关回路以及各蓄电池单体对应的开关回路中均串联保险丝，如选择fm087a保险丝两个并联，进一步确保两个串联开关管均出现短路故障情况下不会出现蓄电池短路情况。
44.采集模块，与所述电阻分流模块连接，用于采集蓄电池组单体的电压，获得监测信号；
45.转换模块，与所述采集模块连接，用于将所述监测信号转化为监测数据，传送至处理模块；
46.优选的，所述转换模块，包括：传感单元，用于将蓄电池组的监测信号的双极性模拟信号传送到信号调理单元；信号调理单元，用于将所述监测信号的双极性模拟信号转换
为单极性模拟信号；数字转换单元，用于将所述单极性模拟信号转化为监测数据，传送至处理模块。
47.优选的，所述信号调理单元包括低通滤波单元、精密绝对值单元和精密放大单元，其中：
48.低通滤波单元将从传感单元接收的双极性模拟信号中的高频干扰滤除后，传送至精密绝对值单元；精密绝对值单元将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，并将单极性模拟信号传送至精密放大单元；精密放大单元将单极性模拟信号放大至符合数字转换单元要求，并将其传送至数字转换单元。
49.处理模块，与转换模块连接，用于通过对监测数据进行处理，获得蓄电池组单体的加权和、平均电压偏离值；
50.优选的，所述处理模块，包括：电压处理单元，用于根据监测数据，获得各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据；加权处理单元，将各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据与对应时间段内的电压变化最小值的差值进行加权处理，获得加权和；电压差值单元，用于根据监测信号值，获得在固定时间段内各个蓄电池单体电压与平均电压的差值，获得平均电压偏离值。
51.优选的，同一个电池组的各个单体电池在相同的充放电电流下，各个单体电池的性能大多数是相近的，但还有一些电池的性能存在不一致。通过综合考虑各个电池在此段时间内对平均电压的偏移及各个电池在此段时间内的电压变化可以估计出电池性能的好坏。单电池电压偏移小且电压变化小的电池性能相对好。因为没有一种电池的故障是表现为充电时电压上升慢，放电时电压下降慢。具体做法是：在电池组充放电时，每5分钟对各单电池计算一次同一时间内的电压变化
△
u，同时进行一次评估。充放电过程分别采取不同的评估标准。将各时间段内的电压变化值(充电时为上升值，放电时为下降值)与此段时一间内电压变化最小值(充电时为上升值，放电时为下降值)之差的加权和作为电池自运行以来的性能评估依据，加权和越小表明以电压变化为诊断标准时的电池性能越好。同时，每500ms计算一次各单电池电压与平均电压的差值，偏离平均电压大的电池性能较差。综合考虑两个性能评估依据，能够获得电池性能的最终评判值。
52.预警模块，与所述处理模块连接，用于将所述加权和、平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，生成预警信号；
53.优选的，预警模块，包括：判断单元，用于将加权和、平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，若加权和、平均电压偏离值超过对应的预设阈值，则发出预警信号；
54.通信单元，用于通过通信网络，根据预警信号获得目标故障蓄电池单体，生成处理信号。
55.优选地，该通信网络可以包括控制器局域网。此外，该多个控制模块中的每个蓄电池组单体都可以配置唯一硬件地址，以保证在通过该控制器局域网进行通信时能够识别。有利的是，根据为了监视特定蓄电池组单体或者一组蓄电池组单体的运行特性而分配的该控制模块的唯一硬件地址，可以更容易地识别特定蓄电池组单体中产生的故障。
56.控制模块，与故障预警模块连接，用于控制蓄电池组正常运行。
57.优选的，控制模块，包括：容错单元，用于通过给蓄电池组单体配置by-pass旁路，接收处理信号，启动目标故障蓄电池单体对应的by-pass旁路，将目标故障蓄电池组单体剔
除，生成运行信号；控制单元，用于通过接收运行信号，控制新的蓄电池组正常运行。
58.在有的实施例中，对于空间领域中高压蓄电池组而言，例如240个蓄电池组串联，通过设计by-pass旁路可以显著提高系统可靠性。从系统优化角度考虑，无法给每个蓄电池单体设置旁路开关，根据蓄电池组分模块设计方案，可考虑多个(6个、8个或12个，后续可根据任务要求具体设置)串联单体配置1个by-pass，这样当相应小组内任一单体出现短路或者开路故障影响蓄电池组工作时，将启动对应by-pass，完成故障单体所在串联小组剔除，确保余下蓄电池组功能性能满足要求。
59.本实施例中采用了串联形式双开关设计，当其中一个开关管短路故障后仍能够实现均衡功能，保证均衡故障情况下的锂离子蓄电池组的安全及可靠。当空间领域中蓄电池组某一部分电池单体出现故障，可以在相应小组内任一单体出现短路或者开路故障影响蓄电池组工作时，启动对应的旁路开关，完成故障蓄电池组单体所在串联小组剔除，确保余下蓄电池组功能性能满足要求，通过这些控制方案大大提高了空间领域中高功率蓄电池组工作的可靠性和安全性。
60.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种蓄电池组故障管理系统，其特征在于，包括：电阻分流模块，用于监测蓄电池组的线路情况；采集模块，与所述电阻分流模块连接，用于采集蓄电池组单体的电压，获得监测信号；转换模块，与所述采集模块连接，用于将所述监测信号转化为监测数据，传送至处理模块；处理模块，与所述转换模块连接，用于通过对监测数据进行处理，获得蓄电池组单体的加权和、平均电压偏离值；预警模块，与所述处理模块连接，用于将所述加权和、平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，生成预警信号；控制模块，与所述预警模块连接，用于通过配置by-pass旁路控制蓄电池组正常运行。2.根据权利要求1所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，所述电阻分流模块包括：分流开关单元、驱动开关单元；所述分流开关单元，用于防止电阻分流出现短路；所述驱动开关单元，用于当其中一个开关出现短路故障后，监测对应的蓄电池组单体的线路情况。3.根据权利要求1所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，所述转换模块，包括：传感单元，用于将蓄电池组单体的监测信号传送到信号调理单元，其中所述监测信号为双极性模拟信号；信号调理单元，用于将所述双极性模拟信号转换为单极性模拟信号；数字转换单元，用于将所述单极性模拟信号转化为监测数据，传送至所述处理模块。4.根据权利要求3所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，所述信号调理单元包括低通滤波单元、精密绝对值单元和精密放大单元，其中：所述低通滤波单元，用于滤除双极性模拟信号中的高频干扰，获得目标双极性模拟信号；所述精密绝对值单元，用于将所述目标双极性模拟信号转换为单极性模拟信号；所述精密放大单元，用于将所述单极性模拟信号进行放大，并传送至所述数字转换单元。5.根据权利要求1所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，所述处理模块，包括：电压处理单元，用于根据所述监测数据，获得各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据；加权处理单元，用于将各个时间段内蓄电池组单体的电压变化数据与对应时间段内的电压变化最小值的差值进行加权处理，获得加权和；电压差值单元，用于根据所述监测数据，获得在固定时间段内各个蓄电池组单体电压与平均电压的差值，获得平均电压偏离值。6.根据权利要求1所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，所述预警模块，包括：判断单元，用于将所述加权和、所述平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，若所述加权和、所述平均电压偏离值超过所述对应的预设阈值，则发出预警信号；通信单元，用于通过通信网络，根据所述预警信号获得目标故障蓄电池组单体的位置信息，生成处理信号。7.根据权利要求6所述的蓄电池组故障管理系统，其特征在于，控制模块，包括：
容错单元，用于通过给蓄电池组单体配置by-pass旁路，接收所述处理信号，启动所述目标故障蓄电池组单体对应的by-pass旁路，将所述目标故障蓄电池组单体剔除，生成运行信号；控制单元，用于基于接收所述运行信号，控制新的蓄电池组正常运行。
技术总结本发明公开了一种蓄电池组故障管理系统，包括：电阻分流模块，用于监测蓄电池组的线路情况；采集模块，用于采集蓄电池组单体的电压，获得监测信号；转换模块，用于将监测信号转化为监测数据，传送至处理模块；处理模块，用于通过对监测数据进行处理，获得蓄电池组单体的加权和、平均电压偏离值；预警模块，用于将加权和、平均电压偏离值与对应的预设阈值作比较，生成预警信号；控制模块，用于通过配置By-pass旁路控制蓄电池组正常运行。本发明通过配置By-pass旁路，当蓄电池组任一单体出现短路或者出现故障影响蓄电池组工作时，将启动对应By-pass，完成故障单体所在串联小组剔除，显著提高蓄电池组系统的可靠性。提高蓄电池组系统的可靠性。提高蓄电池组系统的可靠性。
技术研发人员：李书华 李清华
受保护的技术使用者：山东毅聪新能源有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
