CN102540100B - 一种圆柱电池组合中的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆柱电池组合中的监测系统及方法。系统包括相互并联的N个绕卷式电池单体，其中，N＞1，所述各个卷绕式电池单体上设有环绕线圈；所述环绕线圈的引出端一端与监测电路的输入端相连，另一端接地；所述监测电路根据采集的各个卷绕式电池单体的电流得到对比基准电压，利用对比基准电压与各个卷绕式电池单体的参数进行比对完成监测。方法包括以下步骤：采集各个卷绕式电池单体的电流，并计算出平均值；根据平均值得到一个对比基准电压；将各个卷绕式电池单体的参数与对比基准电压进行比较，完成监测。本发明可以测得各个电池单体参数的变化，也可避免因电池的短路而造成意外的发生。

Description

一种圆柱电池组合中的监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电池监测系统，特别是涉及一种圆柱电池组合中的监测系统及方法。

背景技术

在能量型或功率型动力电池的应用场合，考虑到卷绕式电池单体生产过程已经成熟和工业自动化技术相对较高，而且批量生产后一致性得到进一步提高以及成本的下降，因此，目前采用卷绕式小容量电池通过并联后获得较大容量的组合型电池模组已经成为一种趋势，并为众多的项目、产品和企业所应用。

当卷绕式小容量单体电池的容量为25Ah时，要组成100Ah的模组只要将4个相并联，要组成600Ah的模组只要将24个相并联，依此类推，通过任意的组合，可以生成任意容量的模组。值得注意的是，在一个高压、大容量系统上所应用的卷绕式电池的数量是非查大的。比如，在纯电动豪华旅游大巴上，一个600VDC/600Ah的系统，其25Ah电池的个数就将达到4488个左右，面对如此庞大数量的小电池构成的系统，系统对采用这种并联方式构成的卷绕式电池，提出了要求，即：并联模组中失效的电池，不能处于短路状态，而必须是开路。因为，当一个并联电池模组中有一个电池单体失效后，假如没有出现开路状态而处于短路状态，那问题将非常的严重，并联电路中周边的电池单体容量将会有很大的电流从该短路线上流过，所有并联在一起的电池单体将出现同样的问题，由于出现短路的大电流，因此，电池模组的温度将急剧上升，要是没能及时处置，还将发生事故和火灾。

又由于众多电池是处于并联模式，因此它们之间的电压是相等的，除了对温度的监测，能监测的也只有电流，由于有太多的卷绕式电池，因此要通过监测它们各个单体的电流，是难以实现的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种圆柱电池组合中的监测系统及方法，避免因电池的短路而造成意外的发生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种圆柱电池组合中的监测系统，包括相互并联的N个绕卷式电池单体，其中，N＞1，所述各个卷绕式电池单体上设有环绕线圈；所述环绕线圈的引出端一端与监测电路的输入端相连，另一端接地；所述监测电路根据采集的各个卷绕式电池单体的电流得到对比基准电压，利用对比基准电压与各个卷绕式电池单体的参数进行比对完成监测。

所述监测电路包括输入端、循环矩阵开关、比较电路、A/D转换电路和由DSP芯片和FPGA芯片组成的处理电路；所述处理电路与输入端之间设有循环矩阵开关；所述输入端还通过循环矩阵开关与所述A/D转换电路的输入端相连；所述A/D转换电路输出端与比较电路相连；所述比较电路与处理电路相连；所述比较电路的基准电压由处理电路提供。

所述输入端与循环矩阵开关之间还设有信号调理电路。

所述监测电路输出端与输出网络通讯线相连。

所述的N个绕卷式电池单体的正极通过正极连接板相连，负极通过负极连接板相连。

所述环绕线圈绕制在所述绕卷式电池单体外或内置于所述绕卷式电池单体内部。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种圆柱电池组合中的监测方法，包括以下步骤：

(1)采集各个卷绕式电池单体的电流，并计算出平均值；

(2)根据平均值得到一个对比基准电压；

(3)将各个卷绕式电池单体的参数与对比基准电压进行比较，完成监测。

所述步骤(3)中如果卷绕式电池单体的参数与对比基准电压比较时出现异常，则读取所述卷绕式电池单体的参数，并将所述卷绕式电池单体的读数值及编号发送至外部系统。

所述步骤(1)中还包括对采集到的各个卷绕式电池单体的电流进行信号调理的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用一种简洁的环绕式电流监测法，通过一个简单的电路，将其进行汇总、对比分析，从而能将失效的电池单体很有效地被检测出来，通过数据通讯的方式，将讯息发送出来，以不至于出现最终电池的短路而造成意外的发生。

本发明采集的是卷绕式电池单体的电流，在对电流连续采集的过程中，附加了对并联后电压的采集，因此，它们各个卷绕式电池单体的容量也能通过数据发送的方式传递出来。

通过简易的逻辑识别和判断，当容量出现急剧的变化，就能判断可能会出现的电池失效。所以，本发明更能对突发的电池失效做出预先的监测。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的监测电路的电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种圆柱电池组合中的监测系统，如图1所示，包括相互并联的N个绕卷式电池单体1，其中，N＞1。通过并联方式进行叠加组合的卷绕式电池单体1，其单体基本容量为25Ah/3.2V(也可以是其它电压等级或其它容量等级)，本实施方式中采用25Ah/3.2V卷绕式电池单体1构成了一个400Ah的电池模组，由125个绕卷式电池单体1的正极通过正极连接板6相连，负极通过负极连接板7相连，如此可以将125个绕卷式电池单体1集合成一个正极和一个负极。所述各个卷绕式电池单体1上设有环绕线圈2，该环绕线圈2可以设置在卷绕式电池外对电池单体1进行测量，也可以设置在叠片式电池外对电池单体进行测量，还可以安置在卷绕式电池单体1内部，成为内置式测量环绕线圈。所述环绕线圈2的引出端3一端与监测电路4的输入端相连，另一端接地。所有绕卷式电池单体1的环绕线圈2的一端全部连接在该监测电路4的输入端，另一端被连接在线路的地线上。当经过监测电路4集成后，该监测电路板可以制作成一个专用的集成电路。所述监测电路4根据采集的各个卷绕式电池单体2的电流得到对比电压，利用对比电压与各个卷绕式电池单体2的参数进行比对完成监测。

所有的单体电池经过并联和串联，构成完整的一个应用储能系统，该储能系统可以是几百安时和几百伏电压，将这些单体电池的检测线圈，环绕线圈的二端送入检测系统的各个对应输入点，检测系统即自动开始工作。

首先系统将对各个点采集到的电流逐一进行比对，并对采集到的电流进行信号调理，理想状态应该是每个检测回路的电流完全相等，当每个单体中流过的电流均相等，此时就意味着本组合运行正常。

其比较过程的算法是这样的，当经过一轮的全部采集后，经过平均计算得出一个平均值，此时，系统将产生一个当时的对比电压，系统用该电压对所有的参数自动进行比对，完成监测，比对过程由前置的比较器自动完成。

当比较器输出有异常差异时，系统将自动选择该通道，进行独立的AD转换，以获取其实际的电流值，并将这个值以及它所处在的位置由通讯输出向系统报告。

如图2所示，所述监测电路4包括输入端41、循环矩阵开关42、比较电路43、A/D转换电路44和由DSP芯片和FPGA芯片组成的处理电路45。所述处理电路45与输入端41之间设有循环矩阵开关42；所述输入端41还通过循环矩阵开关42与所述A/D转换电路44的输入端相连；所述A/D转换电路44输出端与比较电路43相连；所述比较电路43与处理电路45相连；所述比较电路43的基准电压由处理电路45提供。该电路工作流程如下：首先由处理电路45打开与其相连的循环矩阵开关42，读取所有电池单体1的电流值，然后算出一个平均值，并用该平均值得到一个基准对比电压输送给比较电路43，关闭与其相连的循环矩阵开关42，打开输入端41与A/D转换电路44之间的循环矩阵开关42，A/D转换电路44对各个通道参数进行模数转换和读取，然后将各个通道读取的参数输送给比较电路43，比较电路43收到的参数与基准对比电压进行比较，若某一通道的参数出现异常差异，输出信号给处理电路45，所述处理电路45自动选择该通道，读取该电池参数，经过处理电路45内部独立的模数转换，以获取其实际的电流值，并且可通过与监测电路4输出端相连的输出网络通讯线5(如CAN总线或其他通信线)将其所处在的位置输出给外部系统。所述输入端41与循环矩阵开关42之间还设有信号调理电路46，可先对输入的信号进行滤波处理，避免系统误报。

本发明还涉及一种圆柱电池组合中的监测方法，包括以下步骤：(1)采集各个卷绕式电池单体的电流，并对采集到的电流进行信号调理，调理完成后计算出平均值；(2)根据平均值得到一个对比基准电压；(3)将各个卷绕式电池单体的参数与对比基准电压进行比较，完成监测；(4)如果卷绕式电池单体的参数与对比基准电压比较时出现异常，则读取所述卷绕式电池单体的参数，并将所述卷绕式电池单体的读数值及编号发送至外部系统。

当电池的单体差异变大时，超过设定的允许差异值时，系统就报告单体电池的稳定性变差，让系统评判是否要做硬件的切除或更换。这样就有效地保证了并联组合电池可靠安全运行。

系统由于对单体电池的电流进行全部检测的，因此，系统还具有检测各个单体电池能量的功能，一旦极个别单体电池的能量发生变化，系统立即会做出报告，这样就能维持系统稳定的运行，同时也避免了极个别电池损坏而使系统崩溃或出现安全事故。

不难发现，本发明采用一种简洁的环绕式电流监测法，通过一个简单的电路，将其进行汇总、对比分析，从而能将失效的电池单体很有效地被检测出来，通过数据通讯的方式，将讯息发送出来，以不至于出现最终电池的短路而造成意外的发生。

Claims (7)

1.一种圆柱电池组合中的监测系统，包括相互并联的N个卷绕式电池单体(1)，其中，N>1，其特征在于，所述各个卷绕式电池单体(1)上设有环绕线圈(2)；所述环绕线圈(2)的引出端(3)一端与监测电路(4)的输入端相连，另一端接地；所述监测电路(4)根据采集的各个卷绕式电池单体(1)的电流，计算平均值，由平均值得到对比基准电压，利用对比基准电压与各个卷绕式电池单体(1)的参数进行比对完成监测，如果监测电路(4)发现卷绕式电池单体(1)的参数与对比基准电压比较时出现异常，则读取所述卷绕式电池单体(1)的参数，并将所述卷绕式电池单体(1)的读数值及编号发送至外部系统；所述监测电路(4)包括输入端(41)、循环矩阵开关(42)、比较电路(43)、A/D转换电路(44)和由DSP芯片和FPGA芯片组成的处理电路(45)；所述处理电路(45)与输入端之间设有循环矩阵开关(42)；所述输入端(41)还通过循环矩阵开关(42)与所述A/D转换电路(44)的输入端相连；所述A/D转换电路(44)输出端与比较电路(43)相连；所述比较电路(43)与处理电路(45)相连；所述比较电路(43)的基准电压由处理电路(45)提供。

2.根据权利要求1所述的圆柱电池组合中的监测系统，其特征在于，所述输入端(41)与循环矩阵开关(42)之间还设有信号调理电路(46)。

3.根据权利要求1所述的圆柱电池组合中的监测系统，其特征在于，所述监测电路(4)输出端与输出网络通讯线(5)相连。

4.根据权利要求1所述的圆柱电池组合中的监测系统，其特征在于，所述的N个卷绕式电池单体(1)的正极通过正极连接板(6)相连，负极通过负极连接板(7)相连。

5.根据权利要求1所述的圆柱电池组合中的监测系统，其特征在于，所述环绕线圈(2)绕制在所述卷绕式电池单体(1)外或内置于所述卷绕式电池单体(1)内部。

6.一种利用权利要求1-5中任一权利要求所述的监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用环绕线圈采集各个卷绕式电池单体的电流，并计算出平均值；

(2)根据平均值得到一个对比基准电压；

(3)将各个卷绕式电池单体的参数与对比基准电压进行比较，完成监测；其中，如果卷绕式电池单体的参数与对比基准电压比较时出现异常，则读取所述卷绕式电池单体的参数，并将所述卷绕式电池单体的读数值及编号发送至外部系统。

7.根据权利要求6所述的圆柱电池组合中的监测方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括对采集到的各个卷绕式电池单体的电流进行信号调理的步骤。