一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法及裝置與流程

本發明涉及蓄電池技術領域，特別是涉及一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法及裝置。

背景技術：

隨著世界汽車產業的發展、石油能源的消耗以及汽車排放造成的大氣污染和地球的溫室效應，使得發展汽車新能源、開發汽車新動力成為世界汽車產業面臨十分緊迫的任務。目前的新型的綠色環保電動車通常使用鋰離子電池組作為動力源，在綠色環保電動車上十串以上甚至上百串的鋰離子電池組的應用取得了很大的發展，且應用前景廣闊。在實際應用中，鋰電池往往需要串并聯使用形成串并聯電池組以達到電壓、電流的要求，目前由于電池的成組技術不夠好、電池的一致性難以得到保證，并且隨著充放電循環次數的増加，電池之間的差異也會越來越大，導致電池管理系統在SOC計算和控制策略方面存在很多問題，進而影響動力電池組的使用壽命。通常把動力電池組中和其他單體電池一致性差很多的單體電池稱為失效電池，如果能把失效電池找出來或者提前預測出來，對動力電池組的使用和管理都將有非常大的好處。但是，由于電池的內在屬性參數比較難以測量，目前應對失效電池的處理業內還沒有行之有效的方法，現有的失效檢測方法主要有內阻測量、充放電容量測量等方法，上述測量方法等存在各自的局限性，例如實用性、有效性以及便易性等，并且上述方法都不能很好地解決失效檢測的準確性以及檢測效率；更進一步，在動力電池組中通常采用先并聯后串聯的電池成組方案，目前電池管理系統監測的單體電壓也只是并聯成組后的總電壓，無法監測到并聯成組后動力電池組中各單體電池的真實容量變化和單體電池性能變化。

技術實現要素：

本發明針對現有的失效檢測方法存在的檢測結構復雜、操作復雜、實用性較差，檢測的準確性以及檢測效率較差，并且無法檢測動力電池組中各單體電池狀態等問題，提供一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法，采用在并聯的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向，進而判斷單體電池是否失效，該檢測方法簡單進而降低成本預算，實用性較高，實現了動力電池組中各并聯單體失效電池高效快速檢測，同時提高了檢測準確性和可靠性。本發明還涉及一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置。

本發明的技術方案如下：

一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法，用于并聯的各單體電池的失效檢測，其特征在于，在并聯的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型，根據關系計算模型的計算結果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，基于所述電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

基于所述電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效具體是指：比對當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結合比對的電流的大小變化引起所述當前單體電池的容量變化以及比對的電流的方向變化引起所述當前單體電池的性能變化以判斷所述當前單體電池是否失效。

在采樣所述單體電池中電流的大小和方向后，將所述電流進行預處理，然后基于預處理后的電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

在采樣所述單體電池中電流的大小和方向后，將所述電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，所述電池管理模塊基于所述電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效，并且實時監控并報告電池狀態。

將所述電流進行預處理后，將所述預處理后的電流的大小和方向信息輸出至電池管理模塊，所述電池管理模塊基于所述電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效，并且實時監控并報告電池狀態。

所述電流進行預處理包括：去噪處理，和/或，A/D轉換處理。

一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置，用于并聯的各單體電池的失效檢測，其特征在于，包括若干個螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，各所述螺線圈分別相應單向繞制在并聯的各單體電池的外表面，各螺旋圈均與電流信息采集處理模塊相連接，所述電流信息采集處理模塊利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型并根據關系計算模型的計算結果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，所述通信模塊用于電流信息采集處理模塊與電池管理模塊之間通信與數據傳輸，所述電池管理模塊基于所述通信模塊傳輸的所述電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

所述電池管理模塊還實時監控并報告電池狀態；

和/或，所述電池管理模塊比對當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結合比對的電流的大小變化引起所述當前單體電池的容量變化以及比對的電流的方向變化引起所述當前單體電池的性能變化以判斷所述當前單體電池是否失效。

所述電流信息采集處理模塊包括依次連接的信息采樣模塊、關系模型計算處理模塊和A/D轉換器，所述信息采樣模塊與各螺線圈相連接，所述A/D轉換器與通信模塊相連接，所述信息采樣模塊采集各螺線圈的感應電動勢信息，所述關系模型計算處理模塊利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型并根據關系計算模型的計算結果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，所述A/D轉換器將采樣的電流的大小和方向數據進行模數轉換。

所述電流信息采集處理模塊還包括去噪處理模塊，所述去噪處理模塊設置于關系模型計算處理模塊和A/D轉換器之間，所述去噪處理模塊將采樣的電流的大小和方向數據進行去噪處理后傳輸至A/D轉換器，所述A/D轉換器將去噪處理后的電流的大小和方向數據進行模數轉換。

本發明的技術效果如下：

本發明涉及的一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法，采用在并聯的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型，根據關系計算模型的計算結果采樣單體電池中電流的大小和方向，即實現了單體電池中電流的大小和方向的間接采樣，進而基于采樣的電流的大小和方向信息判斷單體電池是否失效，該檢測方法簡單進而降低成本預算，且實用性較高，實現了動力電池組中各并聯單體失效電池高效快速檢測，同時提高了檢測準確性和可靠性。本發明巧妙地通過在每個單體電池上繞制螺線圈，實現監測并聯電池組中每一節電池的電流值及其方向，這樣可以實現監測并聯電池組中每個單體電池工作中的電流大小和方向，有效地實現了并聯電池組中每個單體電池的快速檢測，提高整體檢測的安全性、有效性以及電池性能預測的能力。

本發明還涉及一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置，包括若干個螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，電流信息采集處理模塊還與若干個螺線圈均相連接。本發明涉及的失效快速檢測裝置與上述的串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法相對應，可理解為是實現本發明提出的上述串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法所采用的失效快速檢測裝置，該失效快速檢測裝置結構簡單，實用性高，可以實現高效、快速、準確地并聯單體電池失效檢測，且提高了整體檢測的安全性、有效性以及電池性能預測的能力，適合于新型綠色環保電動車動力電池組檢測的推廣與使用。

附圖說明

圖1為本發明涉及的串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法或裝置的一種應用結構示意圖。

圖2為本發明串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置的結構示意圖。

圖3為本發明串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置的一種優選結構示意圖。

圖4為本發明串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置的另一種優選結構示意圖。

圖中各標號列示如下：

1－并聯單體電池；2－螺線圈。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行說明。

本發明公開了一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測方法，用于并聯的各單體電池的失效檢測，如圖1所示，在并聯的各單體電池(即并聯單體電池1，也可簡稱單體電池1)的外表面均單向繞制螺線圈2，根據法拉第電磁感應定律，變化的電場產生磁場，而變化的磁場可以使得螺線圈2中磁通量發生變化，從而產生感應電流，先建立螺線圈2中感應電動勢與單體電池1中電流的關系計算模型，根據關系計算模型的計算結果采樣單體電池1中電流的大小和方向，故而可以實現利用法拉第電磁感應定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向，基于電流的大小和方向檢測單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，其中，電流的大小取決于負載的大小，而負載的大小通常根據實際應用需求配置。上述基于電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效具體是指：檢測(或者說是比對)當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結合比對的電流的大小變化引起當前單體電池的容量變化(進而影響當前單體電池的性能變化)以及比對的電流的方向變化引起當前單體電池的性能變化以判斷當前單體電池是否失效。具體舉例來說即，在電池充放電過程中，假設并聯的其他單體電池的電流大小為1A，而當前單體電池的電流大小為0.5A(或1.5A)，則當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的大小變化不一致，故而當前單體電池的真實容量發生變化，進而影響當單體電池的性能發生變化，從而判斷當前單體電池為失效電池；進一步假設，在電池充放電過程中，并聯的其他單體電池和當前單體電池的電流大小均為1A，而當前單體電池的電流方向與并聯的其他單體電池的電流方向相反，則雖然并聯的其他單體電池和當前單體電池的電流大小相同，但是方向不同，當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的方向變化不一致，故而當前單體電池的性能發生變化，從而同樣判斷當前單體電池為失效電池。

優選地，可以在利用法拉第電磁感應定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向后，將電流進行預處理(可以進行去噪處理，或者A/D轉換處理，或者兩者相結合)，然后基于預處理后的電流的大小和方向檢測單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效。

更優選地，在利用法拉第電磁感應定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向后，將電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，并且可以根據實際應用需求實時監控并報告串并聯電池組中各電池的狀態；或將電流進行預處理(可以進行去噪處理，和/或，A/D轉換處理)后，將預處理后的電流的大小和方向信息輸出至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，并且實時監控并報告電池狀態。

本發明涉及的利用法拉第電磁感應定律間接采樣單體電池中電流的大小的原理具體說明如下：

在動力電池組中，各單體電池的一致性通常難以保證，隨著充放電次數的增加，失效電池的電池電動勢、電池內阻、電池容量將發生很大變化，可能會導致動力電池組在放電過程中，極易產生例如其他單體電池對當前失效電池進行充電的情況，使得失效電池中的電流大小和電流方向發生變化。

參考圖1，根據法拉第電磁感應定律，建立螺線圈2中的感應電動勢和并聯單體電池1中的電流大小的關系計算模型如下：

$E=n\frac{d\mathrm{\φ}}{dt}---\left(1\right)$

φ＝BS (2)

將公式(2)代入公式(1)可以得出螺線圈中感應電動勢E的值，其中，E為感應電動勢值，φ為螺線圈2中磁通量，B為并聯單體電池1在螺線圈2中產生中的磁感應強度，S為螺線圈2橫截面積。

由于并聯單體電池1產生的磁感應強度B與電流i成正比例關系，所以磁通量φ與電流i成正比關系，即：

nφ＝Li (3)

其中，L為電感系數。

將公式(3)代入公式(1)可以得出，螺線圈2中感應電動勢E與并聯單體電池1中電流i變化成正比關系，即：

$E=n\frac{d\mathrm{\φ}}{dt}=L\frac{di}{dt}---\left(4\right)$

從公式(4)可以看出，對于給定的螺線圈2，由于其阻值是固定不變的，根據關系計算模型的計算結果采樣并聯單體電池1中電流的大小和方向，所以也可以理解為是通過檢測螺線圈2中感應電流的大小間接得出并聯單體電池1的電流大小，從而進一步可以判斷并聯單體電池1是否失效。

本發明還涉及一種串并聯電池組中并聯單體失效快速檢測裝置，用于并聯的各單體電池的失效檢測，其結構如圖2所示，包括若干個螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，各螺線圈分別相應單向繞制在并聯的各單體電池的外表面，各螺旋圈均與電流信息采集處理模塊相連接，電流信息采集處理模塊利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型并根據關系計算模型的計算結果采樣單體電池中電流的大小和方向，通信模塊用于實現電流信息采集處理模塊與電池管理模塊之間通信與數據傳輸，例如將控制指令傳輸至電流信息采集處理模塊以實現電流采樣控制，以及將電流信息采集處理模塊采樣的電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效。

電池管理模塊還可以根據實際應用需求實時監控并報告串并聯電池組中各電池的狀態。

優選地，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效具體是指：比對當前單體電池與其他單體電池充放電過程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結合比對的電流的大小變化引起當前單體電池的容量變化進而引起當前單體電池的性能變化以及比對的電流的方向變化引起當前單體電池的性能變化以判斷當前單體電池是否失效。

優選地，電流信息采集處理模塊可以包括依次連接的信息采樣模塊、關系模型計算處理模塊和A/D轉換器，如圖3所示本發明檢測裝置的優選結構，信息采樣模塊還與各螺線圈相連接，A/D轉換器還與通信模塊相連接，信息采樣模塊采集各螺線圈的感應電動勢信息，關系模型計算處理模塊利用法拉第電磁感應定律建立螺線圈中感應電動勢與單體電池中電流的關系計算模型并根據關系計算模型的計算結果采樣單體電池中電流的大小和方向，A/D轉換器將采樣的電流的大小和方向數據進行模數轉換，模數轉換后的數據更利于通信模塊的數據傳輸。

更優選地，在圖3所示基礎上，電流信息采集處理模塊還可以包括去噪處理模塊，如圖4所示本發明檢測裝置的另一優選結構，去噪處理模塊設置于關系模型計算處理模塊和A/D轉換器之間，去噪處理模塊將采樣的電流的大小和方向數據進行去噪處理后傳輸至A/D轉換器，A/D轉換器將去噪處理后的電流的大小和方向數據進行模數轉換。

應當指出，以上所述具體實施方式可以使本領域的技術人員更全面地理解本發明創造，但不以任何方式限制本發明創造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發明創造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明創造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發明創造的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明創造專利的保護范圍當中。