一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法及装置

摘要

本发明涉及一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法及装置，用于并联的各单体电池的失效检测，该检测方法采用在并联的各单体电池的外表面均单向绕制螺线圈，利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小和方向，进而基于采样的电流的大小和方向信息判断单体电池是否失效，该检测方法简单、成本预算较低、实用性较高，实现了监测并联电池组中每个单体电池工作中的电流大小和方向，故而有效地实现了并联电池组中每个单体电池的快速检测，提高了检测准确性和可靠性，同时提高整体检测的安全性、有效性以及电池性能预测的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，特别是涉及一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法及装置。

背景技术

随着世界汽车产业的发展、石油能源的消耗以及汽车排放造成的大气污染和地球的温室效应，使得发展汽车新能源、开发汽车新动力成为世界汽车产业面临十分紧迫的任务。目前的新型的绿色环保电动车通常使用锂离子电池组作为动力源，在绿色环保电动车上十串以上甚至上百串的锂离子电池组的应用取得了很大的发展，且应用前景广阔。在实际应用中，锂电池往往需要串并联使用形成串并联电池组以达到电压、电流的要求，目前由于电池的成组技术不够好、电池的一致性难以得到保证，并且随着充放电循环次数的増加，电池之间的差异也会越来越大，导致电池管理系统在SOC计算和控制策略方面存在很多问题，进而影响动力电池组的使用寿命。通常把动力电池组中和其他单体电池一致性差很多的单体电池称为失效电池，如果能把失效电池找出来或者提前预测出来，对动力电池组的使用和管理都将有非常大的好处。但是，由于电池的内在属性参数比较难以测量，目前应对失效电池的处理业内还没有行之有效的方法，现有的失效检测方法主要有内阻测量、充放电容量测量等方法，上述测量方法等存在各自的局限性，例如实用性、有效性以及便易性等，并且上述方法都不能很好地解决失效检测的准确性以及检测效率；更进一步，在动力电池组中通常采用先并联后串联的电池成组方案，目前电池管理系统监测的单体电压也只是并联成组后的总电压，无法监测到并联成组后动力电池组中各单体电池的真实容量变化和单体电池性能变化。

发明内容

本发明针对现有的失效检测方法存在的检测结构复杂、操作复杂、实用性较差，检测的准确性以及检测效率较差，并且无法检测动力电池组中各单体电池状态等问题，提供一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法，采用在并联的各单体电池的外表面均单向绕制螺线圈，利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小和方向，进而判断单体电池是否失效，该检测方法简单进而降低成本预算，实用性较高，实现了动力电池组中各并联单体失效电池高效快速检测，同时提高了检测准确性和可靠性。本发明还涉及一种串并联电池组中并联单体失效快速检测装置。

本发明的技术方案如下：

一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法，用于并联的各单体电池的失效检测，其特征在于，在并联的各单体电池的外表面均单向绕制螺线圈，利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型，根据关系计算模型的计算结果采样所述单体电池中电流的大小和方向，基于所述电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效。

基于所述电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效具体是指：比对当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的大小变化和方向变化是否一致，结合比对的电流的大小变化引起所述当前单体电池的容量变化以及比对的电流的方向变化引起所述当前单体电池的性能变化以判断所述当前单体电池是否失效。

在采样所述单体电池中电流的大小和方向后，将所述电流进行预处理，然后基于预处理后的电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效。

在采样所述单体电池中电流的大小和方向后，将所述电流的大小和方向信息传输至电池管理模块，所述电池管理模块基于所述电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效，并且实时监控并报告电池状态。

将所述电流进行预处理后，将所述预处理后的电流的大小和方向信息输出至电池管理模块，所述电池管理模块基于所述电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效，并且实时监控并报告电池状态。

所述电流进行预处理包括：去噪处理，和/或，A/D转换处理。

一种串并联电池组中并联单体失效快速检测装置，用于并联的各单体电池的失效检测，其特征在于，包括若干个螺线圈，还包括依次连接的电流信息采集处理模块、通信模块和电池管理模块，各所述螺线圈分别相应单向绕制在并联的各单体电池的外表面，各螺旋圈均与电流信息采集处理模块相连接，所述电流信息采集处理模块利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型并根据关系计算模型的计算结果采样所述单体电池中电流的大小和方向，所述通信模块用于电流信息采集处理模块与电池管理模块之间通信与数据传输，所述电池管理模块基于所述通信模块传输的所述电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断所述单体电池是否失效。

所述电池管理模块还实时监控并报告电池状态；

和/或，所述电池管理模块比对当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的大小变化和方向变化是否一致，结合比对的电流的大小变化引起所述当前单体电池的容量变化以及比对的电流的方向变化引起所述当前单体电池的性能变化以判断所述当前单体电池是否失效。

所述电流信息采集处理模块包括依次连接的信息采样模块、关系模型计算处理模块和A/D转换器，所述信息采样模块与各螺线圈相连接，所述A/D转换器与通信模块相连接，所述信息采样模块采集各螺线圈的感应电动势信息，所述关系模型计算处理模块利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型并根据关系计算模型的计算结果采样所述单体电池中电流的大小和方向，所述A/D转换器将采样的电流的大小和方向数据进行模数转换。

所述电流信息采集处理模块还包括去噪处理模块，所述去噪处理模块设置于关系模型计算处理模块和A/D转换器之间，所述去噪处理模块将采样的电流的大小和方向数据进行去噪处理后传输至A/D转换器，所述A/D转换器将去噪处理后的电流的大小和方向数据进行模数转换。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及的一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法，采用在并联的各单体电池的外表面均单向绕制螺线圈，利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型，根据关系计算模型的计算结果采样单体电池中电流的大小和方向，即实现了单体电池中电流的大小和方向的间接采样，进而基于采样的电流的大小和方向信息判断单体电池是否失效，该检测方法简单进而降低成本预算，且实用性较高，实现了动力电池组中各并联单体失效电池高效快速检测，同时提高了检测准确性和可靠性。本发明巧妙地通过在每个单体电池上绕制螺线圈，实现监测并联电池组中每一节电池的电流值及其方向，这样可以实现监测并联电池组中每个单体电池工作中的电流大小和方向，有效地实现了并联电池组中每个单体电池的快速检测，提高整体检测的安全性、有效性以及电池性能预测的能力。

本发明还涉及一种串并联电池组中并联单体失效快速检测装置，包括若干个螺线圈，还包括依次连接的电流信息采集处理模块、通信模块和电池管理模块，电流信息采集处理模块还与若干个螺线圈均相连接。本发明涉及的失效快速检测装置与上述的串并联电池组中并联单体失效快速检测方法相对应，可理解为是实现本发明提出的上述串并联电池组中并联单体失效快速检测方法所采用的失效快速检测装置，该失效快速检测装置结构简单，实用性高，可以实现高效、快速、准确地并联单体电池失效检测，且提高了整体检测的安全性、有效性以及电池性能预测的能力，适合于新型绿色环保电动车动力电池组检测的推广与使用。

附图说明

图1为本发明涉及的串并联电池组中并联单体失效快速检测方法或装置的一种应用结构示意图。

图2为本发明串并联电池组中并联单体失效快速检测装置的结构示意图。

图3为本发明串并联电池组中并联单体失效快速检测装置的一种优选结构示意图。

图4为本发明串并联电池组中并联单体失效快速检测装置的另一种优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－并联单体电池；2－螺线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明公开了一种串并联电池组中并联单体失效快速检测方法，用于并联的各单体电池的失效检测，如图1所示，在并联的各单体电池(即并联单体电池1，也可简称单体电池1)的外表面均单向绕制螺线圈2，根据法拉第电磁感应定律，变化的电场产生磁场，而变化的磁场可以使得螺线圈2中磁通量发生变化，从而产生感应电流，先建立螺线圈2中感应电动势与单体电池1中电流的关系计算模型，根据关系计算模型的计算结果采样单体电池1中电流的大小和方向，故而可以实现利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小和方向，基于电流的大小和方向检测单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效，其中，电流的大小取决于负载的大小，而负载的大小通常根据实际应用需求配置。上述基于电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效具体是指：检测(或者说是比对)当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的大小变化和方向变化是否一致，结合比对的电流的大小变化引起当前单体电池的容量变化(进而影响当前单体电池的性能变化)以及比对的电流的方向变化引起当前单体电池的性能变化以判断当前单体电池是否失效。具体举例来说即，在电池充放电过程中，假设并联的其他单体电池的电流大小为1A，而当前单体电池的电流大小为0.5A(或1.5A)，则当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的大小变化不一致，故而当前单体电池的真实容量发生变化，进而影响当单体电池的性能发生变化，从而判断当前单体电池为失效电池；进一步假设，在电池充放电过程中，并联的其他单体电池和当前单体电池的电流大小均为1A，而当前单体电池的电流方向与并联的其他单体电池的电流方向相反，则虽然并联的其他单体电池和当前单体电池的电流大小相同，但是方向不同，当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的方向变化不一致，故而当前单体电池的性能发生变化，从而同样判断当前单体电池为失效电池。

优选地，可以在利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小和方向后，将电流进行预处理(可以进行去噪处理，或者A/D转换处理，或者两者相结合)，然后基于预处理后的电流的大小和方向检测单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效。

更优选地，在利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小和方向后，将电流的大小和方向信息传输至电池管理模块，电池管理模块基于电流的大小和方向检测单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效，并且可以根据实际应用需求实时监控并报告串并联电池组中各电池的状态；或将电流进行预处理(可以进行去噪处理，和/或，A/D转换处理)后，将预处理后的电流的大小和方向信息输出至电池管理模块，电池管理模块基于电流的大小和方向检测所述单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效，并且实时监控并报告电池状态。

本发明涉及的利用法拉第电磁感应定律间接采样单体电池中电流的大小的原理具体说明如下：

在动力电池组中，各单体电池的一致性通常难以保证，随着充放电次数的增加，失效电池的电池电动势、电池内阻、电池容量将发生很大变化，可能会导致动力电池组在放电过程中，极易产生例如其他单体电池对当前失效电池进行充电的情况，使得失效电池中的电流大小和电流方向发生变化。

参考图1，根据法拉第电磁感应定律，建立螺线圈2中的感应电动势和并联单体电池1中的电流大小的关系计算模型如下：

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

φ＝BS(2)

将公式(2)代入公式(1)可以得出螺线圈中感应电动势E的值，其中，E为感应电动势值，φ为螺线圈2中磁通量，B为并联单体电池1在螺线圈2中产生中的磁感应强度，S为螺线圈2横截面积。

由于并联单体电池1产生的磁感应强度B与电流i成正比例关系，所以磁通量φ与电流i成正比关系，即：

nφ＝Li(3)

其中，L为电感系数。

将公式(3)代入公式(1)可以得出，螺线圈2中感应电动势E与并联单体电池1中电流i变化成正比关系，即：

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

从公式(4)可以看出，对于给定的螺线圈2，由于其阻值是固定不变的，根据关系计算模型的计算结果采样并联单体电池1中电流的大小和方向，所以也可以理解为是通过检测螺线圈2中感应电流的大小间接得出并联单体电池1的电流大小，从而进一步可以判断并联单体电池1是否失效。

本发明还涉及一种串并联电池组中并联单体失效快速检测装置，用于并联的各单体电池的失效检测，其结构如图2所示，包括若干个螺线圈，还包括依次连接的电流信息采集处理模块、通信模块和电池管理模块，各螺线圈分别相应单向绕制在并联的各单体电池的外表面，各螺旋圈均与电流信息采集处理模块相连接，电流信息采集处理模块利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型并根据关系计算模型的计算结果采样单体电池中电流的大小和方向，通信模块用于实现电流信息采集处理模块与电池管理模块之间通信与数据传输，例如将控制指令传输至电流信息采集处理模块以实现电流采样控制，以及将电流信息采集处理模块采样的电流的大小和方向信息传输至电池管理模块，电池管理模块基于电流的大小和方向检测单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效。

电池管理模块还可以根据实际应用需求实时监控并报告串并联电池组中各电池的状态。

优选地，电池管理模块基于电流的大小和方向检测单体电池的容量变化和性能变化以判断单体电池是否失效具体是指：比对当前单体电池与其他单体电池充放电过程中的电流的大小变化和方向变化是否一致，结合比对的电流的大小变化引起当前单体电池的容量变化进而引起当前单体电池的性能变化以及比对的电流的方向变化引起当前单体电池的性能变化以判断当前单体电池是否失效。

优选地，电流信息采集处理模块可以包括依次连接的信息采样模块、关系模型计算处理模块和A/D转换器，如图3所示本发明检测装置的优选结构，信息采样模块还与各螺线圈相连接，A/D转换器还与通信模块相连接，信息采样模块采集各螺线圈的感应电动势信息，关系模型计算处理模块利用法拉第电磁感应定律建立螺线圈中感应电动势与单体电池中电流的关系计算模型并根据关系计算模型的计算结果采样单体电池中电流的大小和方向，A/D转换器将采样的电流的大小和方向数据进行模数转换，模数转换后的数据更利于通信模块的数据传输。

更优选地，在图3所示基础上，电流信息采集处理模块还可以包括去噪处理模块，如图4所示本发明检测装置的另一优选结构，去噪处理模块设置于关系模型计算处理模块和A/D转换器之间，去噪处理模块将采样的电流的大小和方向数据进行去噪处理后传输至A/D转换器，A/D转换器将去噪处理后的电流的大小和方向数据进行模数转换。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。