CN101865945B - 机械扫描式串联电池组电压检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供机械扫描式串联电池组电压检测系统，其特征在于，包括依次相连的电机、台架运动机构、移动台架，移动台架上安装电压检测装置和控制器，控制器分别与电压检测装置、上位机相连，电机与上位机相连，电压检测装置上设有检测触点，本发明还提供一种机械扫描式串联电池组电压检测系统的检测方法，其特征在于，串联电池组开始工作的同时，控制器控制电机驱动台架运动机构带动电压检测装置根据预设的检测顺序依序检测串联电池组中每节电池电压；检测循环进行，直至串联电池组停止工作。

Description

机械扫描式串联电池组电压检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种机械扫描式串联电池组电压检测方法及装置，用于各种类型串联电池组，串联电容器，超级电容器等其他电能存储装置中的每个储能元件的电压检测。

背景技术

术语定义：

单电池：非串联的基本电池单元。

单电压：单电池的电压。

串联数：电池组中串联方式连接的单电池的个数或用N表示。

对于由电池(包括电容和超级电容器)构成的电力供给系统，由于单个电池的电压较低，要想获得较高的输出电压，就要将多个电池串联使用。早期常用的电池多为铅酸，镍镉和镍氢电池，这一类电池由于采用水溶液电解质，电池充电至满电后继续以一定的电流充电，充电器提供给电池的能量用于电解电解液中的水，产生的氢和氧在电极的催化作用下又复合成水，结果是电池满电后充入的电能变为热能耗散在环境中，因此只要充电电流不是过高环境散热条件良好的条件下，即便长时间充电，电池的电压不会升高，电池也不会损坏，也就是说，在正常的充电制度和环境下，这类电池不存在过充电问题，因此不需要对每一个电池进行电压监测，通常只是监测串联电池组的总电压。然而，对于近年来发展迅速，应用更为广泛锂离子电池而言，因为使用有机电解液，没有水电解和氢氧复合的过程，如果电池充满后继续充电，电池电压将随充电时间上升，同时电池正极失锂过多，材料的晶体结构失去稳定性，电池负极不能按相应的晶体结构和化学配比来接受过多的锂，导致从正极迁移来的过剩的锂离子以金属锂的形态沉积在负极，这就是锂离子电池的过充电。过充电程度较轻时，电池性能变坏报废。过充电程度严重时，导致电池爆炸起火，造成人身伤害。因此无论是串联使用的电池组还是单个电池都要配以保护控制电路，以防止电池过充电，过放电，过电流等。保护控制电路的核心是电池电压的监测。根据充放电过程中电池电压的变化进行相应的控制。由于电池生产时，不可能保证每个电池的特性完全一致，特别是经过若干次充放电循环后，电池个体之间的差异性会更显著。对于串联电池组，则要求保护电路必须监测串联电池组中的每个单电池的电压。

目前的串联锂离子电池组保护控制电路基本是基于专用芯片，MCU，或DSP等电子装置。早期的专用芯片多为日本精工，理光，美上美等公司的产品，如精工的8254，可以用于4个单电池串联的电池组。近年来又有美国02公司的产品，其应用从3个单电池直到13个单电池的串联电池组，例如8920。美国Intersil，Maxin，TI等公司的专用芯片均可用于多到10个单电池串联的电池组。MCU和DSP等方案也可实现类似的功能。但对于串联数更多的情况，例如电动汽车以及大型蓄能装置电池组，串联数N甚至超过100，电池组电压高达几百伏，上述的方法都无法实现可靠的电压监测。一种解决方案是将芯片或MCU也串联起来进行电压监测，测到的电压数据还要再经过一个软硬件电路系统进行处理。这里称作级联方式。这一方法对N不太大的电池组有所应用，但对N较大的电池组较少采用。另一种方法是将整个电池组分成若干个模块，每个模块由10个左右的单电池串联，再将各个模块串联起来构成完整的电池组。每个模块配有独立的软硬件电路系统，然后通过CAN总线或其他类型通讯方式将各个模块的电压数据传送到上位处理单元进行处理，这里称作总线方式。目前电动汽车电池组主要采用这样的方式进行管理。无论级联方式还是总线方式都存在着软硬件结构复杂，需要的元器件多，各个模块中的电路结构相同，元器件重复，但电压却不同，级联方式则要进行电平转换，总线方式也要进行隔离，因而导致可靠性差，成本高等问题，特别是要想进行高精度的检测，需要多个高精度的AD或芯片或单片机等器件和复杂的电路，成本更高，并且给电池组的生产，检测，品质控制带来很大的困难。况且，如果包含电池组的其他参数如温度，膨胀(变形)等，系统将更加复杂。鉴于目前现状，寻求一种更为简单，可靠性更高，成本更低和更容易实现的方法对推动，促进和加快新能源，特别是锂离子电池在电动车行业的应用有着十分重要的意义。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种机械扫描式串联电池组电压检测系统，其特征在于，包括依次相连的电机、台架运动机构、移动台架，移动台架上安装电压检测装置和控制器，控制器分别与电压检测装置、电机、上位机相连，电压检测装置上设有检测触点。

优选的，所述控制器为单片机、DSP、FPGA或具有检测和控制功能的其他类型的装置中的任意一种。

本发明还提供一种机械扫描式串联电池组电压检测系统的检测方法，其特征在于，串联电池组开始工作的同时，控制器控制电机驱动台架运动机构带动电压检测装置根据预设的检测顺序依序检测串联电池组中每节电池电压；检测循环进行，直至串联电池组停止工作。

本发明的核心思想是利用机械装置，用一路电压测量单元(一块电压表可看作是一路电压测量单元)逐个对单电池的基电压进行测量。就像一个人手持一块电压表，逐个去测量串联电池组的每一个单电池的单电压。将这个人测量电池组电压的方式用一个机械装置替代，就实现了机械扫描测量电池组中每一个单电池电压的功能。不断循环扫描，就可以对电池组中的每一个单电池的电压进行实时检测。且测量的永远都是单电压，没有高压问题，没有电平转换问题，也不需要总线，且无论电路结构还是机械结构都很简单，元器件的数量大量减少，容易实现。这种方法使电池组电压监测得到了极大的简化。问题的简化也使可靠性问题变得简单，可靠性的提高更容易。高精度电压监测不必花费高昂成本。

附图说明：

图1为本发明具体实施例的控制系统框图；

具体实施方式：

结合附图，下面对本发明作进一步描述。

一种机械扫描式串联电池组电压检测系统，包括依次相连的电机、台架运动机构、移动台架，移动台架上安装电压检测装置和控制器，控制器分别与电压检测装置、电机、上位机相连，电压检测装置上设有检测触点。电源为电机，控制器和电压检测装置提供电能。控制器控制电机和电压检测装置的工作，并将检测到的参数进行处理或发送到上位机。工作时，电机驱动台架运动机构带动移动台架运动。串联电池组每节电池节点设有与电压检测装置相匹配的电池触点，串联电池组开始工作的同时，控制器控制电机驱动台架运动机构带动电压检测装置根据预设的检测顺序依序检测串联电池组中每节电池电压；检测循环进行，直至串联电池组停止工作。

检测触点与电池触点采用接触式连接，电机带动电压检测装置移动，使得检测触点与电池触点依次滑动接触，从一节电池的电池触点上移动到另一节电池的电池触点上进行电压检测。

上述描述仅为本发明的一种具体实施例，其中串联电池组整体布局可为环形结构、直线结构、矩阵结构、层叠结构中的任意一种。相应的电压检测系统检测方式也可以为环形循环检测、直线形往复循环检测、矩阵循环检测。电压检测装置的检测触点与电池节点上的电池触点还可以采用其他方式连接，例如用脉冲信号控制检测触点的动作或采用伸缩式触点，控制器控制移动台架运动到指定位置，再控制检测触点的动作。采用这种方式，利用步进电机或伺服电机驱动，可以实现步进式或跳跃式的检测，实现重点监测某个或某些电池的参数。

电机可为步进电机，伺服电机或直线电机等；

台架运动机构可由齿轮，丝杆，齿条，链条等构成旋转、直线或其他类型的平面及空间运动机构；

电压检测装置还可以设有多个检测触点，可用于同时检测多个电池电压，提高效率；

控制器可为单片机，DSP，FPGA或具有检测和控制功能的其他类型的装置中的任意一种。

在电压检测装置上还可以设置开关，控制器控制电压检测装置的开关；

当串联电池组为环形时，电压检测装置可通过滑环安装在移动台架上转动检测电压，也可以通过单圈往复检测；

当串联电池组的触点排列为单环或多环，移动台架单向连续旋转的工作方式时，电源和上位机的信号线可以通过安装在旋转轴上的导电滑环引到电压检测装置和控制器。信号或数据的发送与接受也可用无线或红外方式实现，以减少滑环的数量。也可正反两个方向非整圈旋转，这样就可使用导线而不用导电滑环。

电压检测装置可以是各种类型的仪器仪表或电子电路或附属于控制器。

采用无线或红外通信方式时，也可在移动台架上增加一个可充电电池或电容器作为给控制器和电压检测装置供电的电源。在进行参数检测的同时，由被测电池通过电池触点给可充电电池或电容器充电。也可采用定位装置保证检测触点与电池触点在停止工作时仍可接触，电压检测装置和控制器的供电电源处于满电状态。这样就可采用小容量的电池或电容器作供电电源，以减小体积重量和成本。采用定位装置还可实现电池编号，从而实现测量参数与被测电池的一一对应。

本方法及相应的系统不限于电池电压的检测，对温度，内阻，变形等参数的检测也是完全相同的。只需配备相应的传感器和触点即可。本文仅以电压的检测为例，其他参数类似。本方法及系统适用于任何类型的电池，电容器，超级电容器。

本发明可通过检测电池电压、温度等相关数据，进行分析判断，根据数据的具体情况进行相应的处理，例如只要有一次采集到高电压，发出信号停止充电。有一个电压低，停止放电。或根据各个电池的电压的差异进行管理。检测到的数据可以通过总线或无线或红外方式传送。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子，显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种机械扫描式串联电池组电压检测系统，其特征在于，包括依次相连的电机、台架运动机构、移动台架，移动台架上安装电压检测装置和控制器，控制器分别与电压检测装置、上位机相连，电机与上位机相连，电压检测装置上设有检测触点。

2.根据权利要求1所述的机械扫描式串联电池组电压检测系统，其特征在于，还可进行温度，内阻，变形等参数的检测也是完全相同的；只需配备相应的传感器和触点即可。

3.根据权利要求1所述的机械扫描式串联电池组电压检测系统，其特征在于，所述控制器为单片机、DSP、PLC、FPGA或其他具有控制功能的电子装置的任意一种。

4.一种如权利要求1所述的机械扫描式串联电池组电压检测系统的检测方法，其特征在于，串联电池组开始工作的同时，控制器控制电机驱动台架运动机构带动电压检测装置根据预设的检测顺序依序检测串联电池组中每节电池电压；检测循环进行，直至串联电池组停止工作。

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