CN105510842A - 一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统及其监控方法 - Google Patents

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Abstract

一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统及其监控方法，属于电动汽车动力电池包技术领域，包括BMS、第一PCB板、第二PCB板、N个电芯以及2N个继电器，N≥2，且N为整数；所述电芯两端分别并联一个继电器构成单模组；单模组相互并联后成为总模组，再与BMS并联。BMS比较单模组的直流内阻和总模组的直流内阻，评估单模组电芯焊点状态。本系统通过BMS控制继电器对电芯直流电阻情况进行检测，上报等控制策略，使得用户掌握动力电池包内部电芯焊点的牢固性，对电池包及整车起到监视、预警等作用。

Description

一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统及其监控方法
技术领域
本发明属于电动汽车动力电池包技术领域，具体涉及为一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统及其监控方法。
背景技术
在当前能源匮乏、环境污染、节能减排的背景下，我国的新能源产业日新月异，特别是电动汽车产业更是突飞猛进，2014年我国电动汽车年销售量已达到4.2万台，但是在电动汽车快速发展的同时也带来一些安全问题，特别是近年来世界各地相续出现电动汽车因电池故障起火事件，让我们意识到如何保证动力电池安全是一个不容忽视的问题。
现有车用动力电池包包括电池单体、托架、连接导片。电池单体安装在托架上，连接导片与电池单体焊接连接，例如18650型多电芯动力电池包一般是通过焊接进行串/并联而成的，如图1所示。而在行驶过程中车辆的颠簸、震动均会对焊点造成破坏使其松动甚至脱落，严重时会导致电芯短路起火。因此，有必要研发一种针对电池包内各焊点进行监测、预警的监控系统及其监控方法，以提高电池包的安全性。
目前常见的焊接质量的检测方法包括机械力检测、测电阻检测或温升检测等。其中，机械力检测主要靠拉、撬等机械力检测焊接质量，一般只适用于个别抽检，人为因素影响很大，且存在一定的破坏性；电阻检测和温升检测受设备、材料和环境影响大，准确性差，且不利于操作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统。
本发明的另一目的在于提供一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法。
本发明实现其目的采用的技术方案如下。
一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统，包括BMS、第一PCB板、第二PCB板、N个电芯以及2N个继电器，N≥2，且N为整数；所述电芯两端分别并联一个继电器构成单模组；单模组相互并联后成为总模组，再与BMS并联。
单模组正极端的继电器安装于第一PCB板且与第一PCB板信号连接；单模组负极端的继电器安装于第二PCB板且与第二PCB板信号连接；所述第一PCB板和第二PCB板均与BMS信号连接；单模组有N，N≥2，且N为整数。
所述BMS连接有VCU。
一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统的监控方法，包括以下步骤：
令第n个单模组的直流内阻为rn，总模组的直流内阻为Rn；第n个单模组正负两端的继电器分别为继电器Kn1、Kn2，1≤n≤N，n为整数；
S1，BMS完全初始化，所有继电器均处于断开状态；
S2，BMS逐个检测单模组内直流内阻rn的情况；
S3，BMS检测总模组内直流内阻Rn的情况；
S4，BMS比较单模组的直流内阻和总模组的直流内阻，评估单模组电芯焊点状态；
S5，如果评估结果表明焊点故障，则BMS将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户；如果评估结果表明没有焊点故障，则本次监控结束。
步骤S2中，首先，BMS发送闭合指令到第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板分别闭合K11和K12，BMS检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS发送断开指令给第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板得到断开指令后分别断开K11和K12；
然后，BMS发送闭合指令到第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板分别闭合K21和K22，BMS检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS发送断开指令给第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板得到断开指令后分别断开K21和K22；
接着，重复上述步骤，依次检测各个单模组的直流内阻，直到整个电池包内所有电芯所在的单模组均检测完毕。
步骤S3中，BMS发送闭合所有继电器指令到第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板闭合所有继电器，BMS检测总模组的直流内阻Rn，检测完成后，BMS发送断开所有继电器指令给第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板和第二PCB板断开所有继电器。
步骤S4中，单模组的平均直流内阻为NRn,令第n个单模组的检测系数Kn=rn/(NRn)；限定检测系数Kn的上限阈以及下限阈；当Kn大于上限阈或小于下限阈时，表明第n个单模组的电芯焊点不正常，则BMS将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户。
步骤S2中，BMS检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻的方法如下：
两个闭合继电器所在的单模组串联一个精密电阻R0后形成回路，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于单模组外端，电压检测点B位于单模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端。BMS检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，电芯直流内阻rn=UAB*R0/UCB=un*R0/UR0，其中un为两个闭合继电器所在的单模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
步骤S3中，BMS检测总模组的直流内阻的方法如下：
总模组串联一个精密电阻R0后形成回路，精密电阻R0的精度为0.5%，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于总模组外端，电压检测点B位于总模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端；BMS检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，总模组的直流内阻Rn=UAB*R0/UCB=Un*R0/UR0，其中Un为总模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
本系统通过BMS控制继电器对电芯直流电阻情况进行检测，上报等控制策略，使得用户掌握动力电池包内部电芯焊点的牢固性，对电池包及整车起到监视、预警等作用。
附图说明
图1是电芯并联结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的流程图；
图4是单模组的直流内阻检测图；
图中：A-焊点、1-BMS、2-第一PCB板、3-第二PCB板、4-电芯、5-继电器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统，包括BMS1、第一PCB板2、第二PCB板3、N个电芯4以及2N个继电器5，N≥2，且N为整数。所述电芯4两端分别并联一个继电器构成单模组；单模组相互并联后成为总模组，再与BMS1并联。单模组正极端的继电器5安装于第一PCB板2且与第一PCB板2信号连接。单模组负极端的继电器5安装于第二PCB板3且与第二PCB板3信号连接。所述第一PCB板2和第二PCB板3均与BMS1信号连接。
因此，单模组有N，N≥2，且N为整数。
第n个单模组正负两端的继电器5分别为继电器Kn1、Kn2，1≤n≤N，n为整数。通过BMS1中采集模块单片机的I/O通道直接控制对应三极管，再以三极管直接驱动对应继电器，达到控制对应继电器。
所述BMS1连接有VCU。
所述BMS1设有不少于电池包串联数目的0~5V的电压检测电路。即通过多路ADC通道检测对应单模组的两端电压。这种电路可为分离元器件搭建，也可采用集成IC。BMS1中的单片机通过检测各ADC模拟电压值测取对应单模组的电压状态。
一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，包括以下步骤：
S1，BMS1完全初始化，所有继电器5均处于断开状态；
S2，BMS1逐个检测单模组内直流内阻的情况，具体方法如下：首先，BMS1发送闭合指令到第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3分别闭合K11和K12，BMS1检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS1发送断开指令给第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3得到断开指令后分别断开K11和K12；
然后，BMS1发送闭合指令到第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3分别闭合K21和K22，BMS1检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS1发送断开指令给第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3得到断开指令后分别断开K21和K22；
接着，重复上述步骤，依次检测各个单模组的直流内阻，直到整个电池包内所有电芯所在的单模组均检测完毕；
本具体方法，也可以表达为：BMS1发送闭合指令到第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3分别闭合Kn1和Kn2，BMS1检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS1发送断开指令给第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3得到断开指令后分别断开Kn1和Kn2，1≤n≤N，n为整数；重复本步骤，n依次增大，并遍历所有可能。因此，整个电池包内所有电芯所在的单模组均检测完毕。
如图4所示，BMS1检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻的方法如下：
两个闭合继电器所在的单模组串联一个精密电阻R0后形成回路，精密电阻R0的精度为0.5%，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS1连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于单模组外端，电压检测点B位于单模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端。BMS1检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，电芯直流内阻rn=UAB*R0/UCB=un*R0/UR0，其中un为两个闭合继电器所在的单模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
S3，BMS1检测总模组内直流内阻的情况，具体方法如下：BMS1发送闭合所有继电器指令到第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3闭合所有继电器，BMS1检测总模组的直流内阻，检测完成后，BMS1发送断开所有继电器指令给第一PCB板2和第二PCB板3，第一PCB板2和第二PCB板3断开所有继电器；
总模组串联一个精密电阻R0后形成回路，精密电阻R0的精度为0.5%，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS1连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于总模组外端，电压检测点B位于总模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端。BMS1检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，总模组的直流内阻Rn=UAB*R0/UCB=Un*R0/UR0，其中Un为总模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
S4,BMS1比较单模组的直流内阻和总模组的直流内阻，评估单模组电芯焊点状态；
S5，如果评估结果表明焊点故障，则BMS1将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户；如果评估结果表明没有焊点故障，则本次监控结束。
评估方法如下：令第n个单模组的直流内阻为rn，总模组的直流内阻为Rn,则单模组的平均直流内阻为NRn,第n个单模组的检测系数Kn=rn/(NRn)。
第n个单模组的检测系数的检测系数越大，表明该模组的直流电阻越大，因此，该单模组中电芯4两端的焊接阻抗越大。限定检测系数Kn的上限阈以及下限阈，例如，若Kn大于等于2，则表明包内电芯焊点异常而不响应闭合母线继电器的请求；若Kn小于2但大于等于1.5，则BMS以半功率上报此时电池包的充放电能力；若Kn小于1.5,则BMS以全功率上报此时电池包的充放电能力。或者上限阈为3，下限阈为0.5，当Kn大于3或小于0.5时，表明第n个单模组的电芯焊点不正常，则BMS1将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统，其特征在于，包括BMS（1）、第一PCB板（2）、第二PCB板（3）、N个电芯（4）以及2N个继电器（5），N≥2，且N为整数；所述电芯（4）两端分别并联一个继电器构成单模组；单模组相互并联后成为总模组，再与BMS（1）并联。
2.如权利要求1所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统，其特征在于，单模组正极端的继电器（5）安装于第一PCB板（2）且与第一PCB板（2）信号连接；单模组负极端的继电器（5）安装于第二PCB板（3）且与第二PCB板（3）信号连接；所述第一PCB板（2）和第二PCB板（3）均与BMS（1）信号连接；单模组有N，N≥2，且N为整数。
3.如权利要求1所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控系统，其特征在于，所述BMS（1）连接有VCU。
4.一种应用如权利要求2所述的动力电池包多电芯焊点状态监控系统的监控方法，包括以下步骤：
令第n个单模组的直流内阻为rn，总模组的直流内阻为Rn；第n个单模组正负两端的继电器（5）分别为继电器Kn1、Kn2，1≤n≤N，n为整数；
S1，BMS（1）完全初始化，所有继电器（5）均处于断开状态；
S2，BMS（1）逐个检测单模组内直流内阻rn的情况；
S3，BMS（1）检测总模组内直流内阻Rn的情况；
S4，BMS（1）比较单模组的直流内阻和总模组的直流内阻，评估单模组电芯焊点状态；
S5，如果评估结果表明焊点故障，则BMS（1）将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户；如果评估结果表明没有焊点故障，则本次监控结束。
5.如权利要求4所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，其特征在于，步骤S2中，首先，BMS（1）发送闭合指令到第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）分别闭合K11和K12，BMS（1）检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS（1）发送断开指令给第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）得到断开指令后分别断开K11和K12；
然后，BMS（1）发送闭合指令到第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）分别闭合K21和K22，BMS（1）检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻，检测完成后，BMS（1）发送断开指令给第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）得到断开指令后分别断开K21和K22；
接着，重复上述步骤，依次检测各个单模组的直流内阻，直到整个电池包内所有电芯所在的单模组均检测完毕。
6.如权利要求4所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，其特征在于，步骤S3中，BMS（1）发送闭合所有继电器指令到第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）闭合所有继电器，BMS（1）检测总模组的直流内阻Rn，检测完成后，BMS（1）发送断开所有继电器指令给第一PCB板（2）和第二PCB板（3），第一PCB板（2）和第二PCB板（3）断开所有继电器。
7.如权利要求4所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，其特征在于，步骤S4中，单模组的平均直流内阻为NRn,令第n个单模组的检测系数Kn=rn/(NRn)；限定检测系数Kn的上限阈以及下限阈；当Kn大于上限阈或小于下限阈时，表明第n个单模组的电芯焊点不正常，则BMS（1）将电池包的可用充放电功率设置为0，并上报VCU提醒客户。
8.如权利要求4所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，其特征在于，步骤S2中，BMS（1）检测两个闭合继电器所在的单模组的直流内阻的方法如下：
两个闭合继电器所在的单模组串联一个精密电阻R0后形成回路，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS（1）连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于单模组外端，电压检测点B位于单模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端；BMS（1）检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，单模组内直流内阻rn=UAB*R0/UCB=un*R0/UR0，其中un为两个闭合继电器所在的单模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
9.如权利要求4所述的一种动力电池包多电芯焊点状态监控方法，其特征在于，步骤S3中，BMS（1）检测总模组的直流内阻的方法如下：
总模组串联一个精密电阻R0后形成回路，精密电阻R0的精度为0.5%，回路中通有回路电流I0，且回路中设置3个均与BMS（1）连接的电压检测点A、B和C，电压检测点A位于总模组外端，电压检测点B位于总模组和精密电阻R0之间，电压检测点C位于精密电阻R0外端；BMS（1）检测到电压检测点A和B之间的电压UAB和电压检测点B和C之间的电压UCB，则I0为UCB/R0，总模组的直流内阻Rn=UAB*R0/UCB=Un*R0/UR0，其中Un为总模组两端的电压，UR0为精密电阻R0两端的电压。
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