CN102565503B - 蓄电池测试动态德尔塔电压的测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蓄电池测试动态德尔塔电压的测量。描述了一种评估蓄电池组的方法。该方法包括测量一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的单格电池开路电压；以预定的时间间隔为所述每个蓄电池单格电池群测量充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者；通过从所述单格电池开路电压减去所述充电过程中的电压、或者从所述单格电池开路电压减去所述负载过程中的电压、或者实施这两者来确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小；和确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小是否超过了预定的数值。

Description

蓄电池测试动态德尔塔电压的测量
技术领域
本发明总体涉及蓄电池组，并且更具体地涉及用于确定蓄电池的单格电池或焊接点的状况的测试方法。
背景技术
用于混合动力或插电式电动车辆（EV）的蓄电池组件可由多个蓄电池单格电池组成，这些蓄电池单格电池被堆叠在一起并联结在一起以形成模块或组。用于长驱动距离EV的蓄电池可包括超过200个的蓄电池单格电池。通常，在将蓄电池部件堆叠并组装到模块中后，每两个或三个相邻的蓄电池单格电池被焊接在一起以形成并联的电连接。每个单格电池具有用于上述焊接的至少两个突片或电端子（一个正、一个负）。互连板可被添加并焊接到这些单格电池以完成该蓄电池组的串联连接，如果期望的话。焊接操作要求适当的焊接机器和工具，并且这些焊接操作是昂贵的且耗时的操作。不适当的焊接会导致蓄电池组在使用中出现问题。
已经开发了测试焊接点和单格电池整体性的方法。例如，已经测量的单独的单格电池的电压，以及在蓄电池放电周期过程中的特定时间的横跨模块、部分或组的电压范围。然而，这些方法都没有确凿地找到外部焊接点或单格电池的问题。例如，单格电池可能在组中处于失衡，但仍然是合格品。简单的平衡技术可被用于解决这些问题。然而，如果不平衡是由焊接点问题引起的，那么这个模块将不得不被刮削。
另外，当单格电池在不同的动态状况下以不同的速率充电和放电时，会出现问题。组中的增加的温度或显著的温度升高可能由不适当的充电或放电引起，这导致失去容量和单格电池的损坏。这经常是单格电池内或到互连板（ICB）的外部焊接点的阻抗问题。
发明内容
本发明的一方面是评估蓄电池组的方法。该方法的一个实施例包括测量一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的单格电池开路电压；以所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的预定时间间隔，测量充电过程中的电压，或者负载过程中的电压，或者它们两者；通过从单格电池开路电压减去充电过程中的电压、或者从单格电池开路电压减去负载过程中的电压、或者实施这两者来为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定开路单格电池电压和充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者之间的差的大小；并且为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定开路单格电池电压和充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者之间的差的大小是否超过预定数量。
本发明还提供了如下方案：
方案1. 一种评估蓄电池组的方法，包括：
测量一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的单格电池开路电压；
以预定的时间间隔为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群测量充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者；
通过从所述单格电池开路电压减去所述充电过程中的电压、或者从所述单格电池开路电压减去所述负载过程中的电压、或者实施这两者来为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小；和
为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小是否超过了预定的数值。
方案2. 如方案1所述的方法，还包括：
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最大的差；
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最小的差；
通过从所述最大的差减去所述最小的差来确定范围；和
确定所述范围是否超出预定的数值。
方案3. 如方案1所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于约20秒。
方案4. 如方案1所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于约10秒。
方案5. 如方案1所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于约5秒。
方案6. 如方案1所述的方法，其中如果所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小超出所述预定的数值，那么就修理所述群。
方案7. 如方案6所述的方法，其中修理所述群包括重焊所述群。
方案8. 如方案7所述的方法，还包括重测所修理的群。
方案9. 如方案6所述的方法，其中修理所述群包括替换包含所述群的模块。
方案10. 如方案9所述的方法，还包括重测所修理的群。
方案11. 如方案2所述的方法，其中如果所述范围超出了所述预定的数值，那么就修理所述群。
方案12. 如方案11所述的方法，其中修理所述群包括重焊所述群。
方案13. 如方案12所述的方法，还包括重测所修理的群。
方案14. 如方案11所述的方法，其中修理所述群包括替换包含所述群的模块。
方案15. 如方案14所述的方法，还包括重测所修理的群。
方案16. 一种评估蓄电池组的方法，包括：
测量一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的单格电池开路电压；
以预定的时间间隔为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群测量充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者；
通过从所述单格电池开路电压减去所述充电过程中的电压、或者从所述单格电池开路电压减去所述负载过程中的电压、或者实施这两者来为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小；
为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小是否超过了预定的数值；
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最大的差；
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最小的差；
通过从所述最大的差减去所述最小的差来确定范围；和
确定所述范围是否超出预定的数值。
方案17. 如方案16所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于约20秒。
方案18. 如方案16所述的方法，其中如果所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小超出所述预定的数值，那么就修理所述群。
方案19. 如方案16所述的方法，其中如果所述范围超出了所述预定的数值，那么就修理所述群。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的说明充电过程中焊接点故障的曲线图。
图2是根据本发明的一个实施例的说明充电过程中没有焊接点故障的曲线图。
图3是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中焊接点故障的曲线图。
图4是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中没有焊接点故障的曲线图。
图5是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中组容量故障的曲线图。
图6是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中组容量故障的曲线图。
图7是根据本发明的一个实施例的说明充电过程中组容量合格的曲线图。
图8是根据本发明的一个实施例的说明充电过程中混合单格电池故障的曲线图。
图9是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中混合单格电池故障的曲线图。
图10是根据本发明的一个实施例的说明充电过程中混合单格电池合格的曲线图。
图11是根据本发明的一个实施例的说明放电过程中混合单格电池合格的曲线图。
图12是说明放电过程中焊接点故障的曲线图。
图13是说明放电过程中焊接点故障的曲线图。
图14是说明放电过程中焊接点故障的曲线图。
图15是带有图14的放电过程中焊接点故障的多个组的条形图。
图16是说明充电过程中焊接点故障的曲线图。
图17是说明图16中焊接点故障的修理的曲线图。
具体实施方式
本方法可被用于检测各种蓄电池问题，包括焊接点故障、内部蓄电池单格电池故障和蓄电池单格电池的批次间偏差。测试可被用作制造过程控制参数。测试是快速的，这有助于减少制造测试循环的时间。它能找到在制造过程中潜在的焊接点耐用性问题，其中这些问题可在产品被投放给消费者之前被修正，这将减少使用中的组故障。
该方法快速检测单格电池和焊接点质量。它包括测量所有的单格电池待工电压（OCV）并将这些电压与在负载或充电过程中的特定时刻测量的电压相比较。为组/部分中的每个单格电池群计算动态德尔塔（delta）电压。所有的个别电压的动态德尔塔电压的范围能直接地示出单格电池群或到互连板的外部焊接点的问题。这个值可被用于产品说明或被用作制造过程测试参数。它还已被用于评估蓄电池组/单格电池内的蓄电池单格电池批次件偏差。
所述测量评估了从待工到动态状况的变化。早先的测量方法仅着眼于静态电压范围或负载过程中的范围，这些都没有指示某些故障模式。
通过测试发现的焊接点故障通常是单格电池被切断（穿孔）、或没有被正确地附接到所述互连板，使得它能通过电接合处传导足够的电流，例如，315-340A。
当在蓄电池单格电池制造商推荐的充电和放电循环过程中蓄电池没有满足它们的额定容量时会出现组容量故障。容量故障可由焊接问题或单格电池问题引起，例如高内部电阻。
混合单格电池故障包括在同一组中使用在不同时间制造的单格电池。
每种类型的故障的DDV范围的可接受/不可接受变化的数值可由使用者选择。该数值可依据特定的应用和蓄电池单格电池的需要而变化。例如，数值为30mV的DDV范围变化可被选择为焊接点故障。因此，如果在某一时间一个单格电池的DDV量度为230mV，而其它单格电池的DDV量度为130mV，那么变化就是100mV，并且可以指示焊接点故障。
容量故障的数值将依赖于所使用的单格电池的制造商的说明。例如，当蓄电池单格电池被额定为45Ah，但它最初（使用寿命开始时）仅具有43Ah的容量时，就出现组容量故障。
混合单格电池故障的数值可被设置为30天，例如，群或组中的所有单格电池都是在彼此的30天内制造的。如果在2010年5月1日制造的单格电池与在2009年5月1日制造的单格电池混合，就会存在混合单格电池故障。
使用本发明，嫌疑焊接点和单格电池问题在最初的充电和放电时约2～3秒的短时间内就显现，而不像其它方法那样，耗费更长的循环时间并且仅以静态时间间隔评估温度和电压。
如下所示，动态德尔塔电压测量和计算可在充电状态或者负载状态或者这两种状态下进行。
在充电状态下的动态德尔塔电压量度计算
在负载状态下的动态德尔塔电压量度计算
其中：
GVRest＝群待工电压
GVUC＝T时间间隔的充电过程中群电压
GVUL＝T时间间隔的负载过程中群电压
DDVGV＝群电压的动态德尔塔电压
DDVMax＝在蓄电池组或部分内的最大群电压DDV
DDVMin＝在蓄电池组或部分内的最小群电压DDV
SDDVRange＝部分的动态德尔塔电压范围
PDDVRange＝组的动态德尔塔电压范围
N＝组或部分中的蓄电池单格电池群的个数
在一个群中通常有三个单格电池。群中的这些单格电池被焊接到互连板。一个部分中的群的个数可以变化。例如，带有126个单格电池的部分就具有42个群，而90个单格电池的部分就具有30个群，而72个单格电池的部分就具有24个群。一个或多个部分可被用来构成组。所需要的单格电池的个数将依赖于该组要被用于的应用的类型。
图1示出了一个部分中的各单格电池群的以2秒的充电间隔测得的90A充电过程中的电压。这个特定部分的DDVRange是约27mV（135mV-108mV）。由于允许的变化为20mV，所以这指示群34的焊接点故障。图2示出了合格的部分，其中DDVRange是5mV。
图3-4示出了与图1-2中示出的相同的各部分的在以320A放电过程中的测得的电压。图3示出了具有141mV的特定DDVRange的故障，而图4示出了带有6mV的DDVRange的合格的部分。
图1-4示出了充电过程中的电压或者放电过程中的电压或者它们两者都可用于故障分析。
图5-6示出了分别以2秒为间隔和以30秒为间隔的在340A放电过程中的组容量故障。由于42Ah（而额定容量是45Ah）和24mV的范围，该组没有通过容量测试。该组的在30秒时的范围是41mv。图7示出了带有44.5Ah和14mV的范围的合格的组容量。图5-6示出了可在2秒时准确地确定故障。
图8-9示出了在充电（90A）状态下的在2秒时的具有18mV范围的混合单格电池故障和在放电（400A）状态下的具有36mV范围的混合单格电池故障（HL单格电池是在2008年12月制造的，而IC单格电池是在2009年3月制造的）。图10-11示出了在充电（90A）状态下的具有6mV范围的无混合单格电池的合格的部分和在放电（320A）状态下的具有9mV范围的无混合单格电池的合格的部分。
图12-13示出了通过了340amp的放电脉冲（其中单格电池分布被监测）和HPPC（混合动力脉冲特征化）测试（其为以70％SOC（电荷状态）的10秒220amp的充电/放电）的组DDVRange。然而，DDVRange测试示出了在群17（32mV的差异）和82（65mV的差异）处的焊接点的问题。
图14示出了具有多个被穿孔的外部焊接点的组。图15示出了来自蓄电池组制造系统的多个组，其示出了10个组的DDVRange问题。对这些组的焊接点进行视觉检查并发现这些焊接点都在突片上被穿孔。
如果该测试揭示了蓄电池组的问题，那么就能修理该蓄电池组。例如，如果指示了焊接点故障，那么可对群进行重焊。然后可对修理后的部分进行再测试，以确定其是否符合要求。如果必需，包含故障的部分可被替换并重测。
图16示出了群38、64和65的焊接点故障。这些群被重焊并且重新运行测试。群38被修复，但群64和65没有被修复。它们将不得不被替换（或者包含它们的该部分将不得不被替换）。
应当注意的是，如“优选地”、“一般地”和“通常地”这样的术语在本文中不是用于限制所要求保护的发明的范围或用于暗示某些特征对所要求保护的发明的结构或功能来说是关键的、必要的、或者甚至重要的。相反，这些术语仅仅用于强调替换的或附加的特征，这些特征可以被用于或可以不被用于本发明的具体实施例中。
为了描述和定义本发明的目的，应当注意到，术语“装置”在本文中被用来代表部件的组合和单独的多个部件，无论这些部件是否与其它部件组合。例如，根据本发明的“装置”可包括电化学转换组件或燃料电池、包括根据本发明的电化学转换组件的车辆等。
为了描述和定义本发明的目的，应当注意到，术语“基本上”在本文中被用于表示固有的不确定度，这个不确定度可归因于任何定量比较、值、测量或其它表示。术语“基本上”在本文中还被用于表示一种程度，定量的表示可从所述的参考点在该程度上变化而不会导致所讨论的主题的基本功能的变化。
虽然已经参照本发明的具体实施例详细地描述了本发明，但是明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变和变型，本发明的范围由所附的权利要求限定。更具体地，虽然在本文中将本发明的一些方面确认为优选的或特别有利的，但是应当理解，本发明不是一定局限为本发明的这些优选的方面。

Claims (8)

1.一种评估蓄电池组的方法，包括：
测量一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群的单格电池开路电压；
以预定的时间间隔为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群测量充电过程中的电压、或者负载过程中的电压、或者它们两者；
通过从所述单格电池开路电压减去所述充电过程中的电压、或者从所述单格电池开路电压减去所述负载过程中的电压、或者实施这两者来为所述一部分的蓄电池单格电池中的每个蓄电池单格电池群确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的差的大小；
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最大的差；
确定所述开路单格电池电压和所述充电过程中的电压、或者所述负载过程中的电压、或者这两者之间的最小的差；
通过从所述最大的差减去所述最小的差来确定范围；和
确定所述范围是否超出预定的数值；
其中所述预定的时间间隔小于20秒。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于10秒。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的时间间隔小于5秒。
4.如权利要求1所述的方法，其中如果所述范围超出了所述预定的数值，那么就修理所述群。
5.如权利要求4所述的方法，其中修理所述群包括重焊所述群。
6.如权利要求5所述的方法，还包括重测所修理的群。
7.如权利要求4所述的方法，其中修理所述群包括替换包含所述群的模块。
8.如权利要求7所述的方法，还包括重测所修理的群。
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