CN109212419A - 一种在线电池pack诊断仪及诊断系统和方法 - Google Patents

一种在线电池pack诊断仪及诊断系统和方法 Download PDF

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马延俊
夏国强
孙文涛
穆吉庆
杨鸿毫
孙凤艳
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
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Abstract

本发明公开了一种在线电池PACK诊断仪及诊断系统和方法，包括壳体、控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座，所述控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器设置于壳体内部，所述显示屏设置于壳体上端面，所述充电枪头设置于壳体前端，其中充电座设置于壳体后端，所述电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座分别与控制模块连接。

Description

一种在线电池PACK诊断仪及诊断系统和方法
技术领域
本发明属于电动汽车电池包诊断技术领域，尤其涉及一种在线电池PACK诊断仪及诊断系统和方法。
背景技术
PACK(即动力电池包)在电动汽车的使用过程中，由于PACK的衰减导致其无法达到预期的承诺，如电动汽车在使用过程中，会出现其里程无法达到初始水平；但目前的状态又无法通过电动汽车现有的系统评估出来。PACK在使用过程中，其内部的电流采集系统和电压采集系统都会随时间/温度的影响，导致其采集精度的下降，甚至失效。PACK的检测机构就目前条件无法判断其容量是否达标，或者厂家存在虚标的情况。现有方法是通过将PACK送入实验室，进行整体的充放电，从而判定PACK的容量，BMS(电动汽车管理系统)的采集是否达标，但是送入实验室进行测试无法实现在线式检测，如装在整车上的PACK，拆装比较麻烦；实验室测试就时间而言比较耗时，至少2个小时(由电池容量和实验电流决定)；安装在使用设备上的PACK拆卸困难，甚至无法拆卸；实验室测试需要专用的设备，必须由专业人士进行操控；另外实验室测试费用昂贵，因此研发一种在线电池PACK诊断仪及诊断系统很有市场前景。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种在线电池PACK诊断仪及诊断系统和方法，克服了现有技术中PACK在使用过程中其内部的电流采集系统和电压采集系统都会随时间/温度的影响，导致其采集精度的下降，甚至失效，PACK的检测机构就目前条件无法判断其容量是否达标，或者厂家存在虚标的情况，将PACK送入实验室拆装比较麻烦、耗时、测试需要专用的设备、测试费用昂贵等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种在线电池PACK诊断仪，包括壳体、控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座，所述控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器设置于壳体内部，所述显示屏设置于壳体上端面，所述充电枪头设置于壳体前端，其中充电座设置于壳体后端，所述电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座分别与控制模块连接。
优选的，所述壳体侧面还设有LAN接口、OBD接口和12V电源接口，其中LAN接口、OBD接口和12V电源接口分别连接控制模块，所述LAN接口用于外接移动终端，所述OBD接口外接汽车的OBD接口用于检测汽车故障信息，所述12V电源接口外接电源用于在线电池PACK诊断仪的调试。
优选的，所述壳体上端面还设有状态灯，其中状态灯一个三色灯，分别显示红色、绿色和蓝色。
优选的，所述壳体的外形呈“L”型结构，其中壳体的外形尺寸为：长*宽*高360*100*260mm。
优选的，所述壳体内部还设有WiFi收发器，其中WiFi收发器与控制模块连接。
优选的，所述控制模块为MCU控制模块，所述显示屏为OLED显示屏。
优选的，一种如上所述的在线电池PACK诊断系统，包括在线电池PACK诊断仪、移动终端和充电桩，所述在线电池PACK诊断仪和移动终端分别通过LAN接口和WiFi收发器连接，其中在线电池PACK诊断仪的充电座与充电桩连接，所述在线电池PACK诊断仪的充电枪头与电动汽车直流充电口连接。
优选的，所述移动终端为电脑或者手机，其中移动终端内部设有BDS软件用于诊断数据的存储和计算，所述充电桩可提供12V直流辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电，其中充电桩设有充电枪头，所述充电桩充电枪头可插入在线电池PACK诊断仪的充电座。
优选的，一种如上所述的在线电池PACK诊断方法，包括以下步骤：
步骤1)将充电桩充电枪头插入在线电池PACK诊断仪的充电座，再将在线电池PACK诊断仪的充电枪头插入被测电动汽车充电口；
步骤2)启动充电桩，待充电桩和被测电动汽车握手成功后，充电桩的12V辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电；
步骤3)在线电池PACK诊断仪启动后，电流霍尔传感器精确采样实时充电电流，电压采集模块精确采样实时充电电压，并会读取此时充电桩和被测电动汽车电池管理系统CAN通讯总线的数据，抓取此时SOC值作为初始SOC，当检测到实时SOC值增加1％时，设备自动开始累积充电安时电量，直到实时SOC值增加到初始SOC+SOC变化量时，测试完成并将检测数据上传至移动终端的BDS软件；
步骤4)通过SOC变化量计算实测电池包总能量，再与允许容量偏差比较，生成测试结果，存储于移动终端的BDS软件。
优选的，所述通过SOC变化量计算实测电池包总能量的计算公式如下：
其中：
W：电池包总能量(kW·h)；
V：电池包总成电压(V)；
电池包在t时间的充电容量(Ah)；
SOCt：电池包在时间t的SOC(％)；
SOC0：电池包初始SOC(％)。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明诊断仪包括控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座，其中电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座分别与控制模块连接，充电枪头与电动汽车充电口连接，充电座与充电桩连接，诊断仪与移动终端通过两种方式连接，一种是有线的通过LAN接口连接，一种是无线的通过WiFi收发器连接，现场操作更方便，本发明诊断仪通过电压采集模块、电流霍尔传感器可精确检测电压和电流，充电枪头可以直接无缝对接于电动汽车充电口，避免了拆卸，即插即用；
(2)本发明诊断仪无需外部供电，采用充电桩提供的12V辅助电源工作，减少了电池供电需要充电的麻烦；本发明诊断仪体积小，铝制机壳，与电动汽车充电口采用硬连接，无需额外配备线缆；
(3)本发明诊断方法采用两点式运算方式，通过两个SOC(即剩余能量百分比)点之间的差值进行容量的判定，检测时间是实验室测试的1/10，大大缩短了检测时间，时间短，效率高，同时移动终端软件提供方便的人机交互界面，查看实时参数及测试结果，生成报告，操作简单；
(4)本发明诊断系统采用通用国际标准，所有参数都在此系统中监控，无需专业人士操控，本发明诊断系统测试费用是实验室测试费用的万分之一，适于推广应用。
附图说明
图1、本发明一种在线电池PACK诊断仪的结构示意图；
图2、本发明一种在线电池PACK诊断系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-壳体，2-控制模块，3-电压采集模块，4-电流霍尔传感器，5-显示屏，6-充电枪头，7-充电座，8-LAN接口，9-OBD接口，10-12V电源接口，11-状态灯，12-WiFi收发器，13-移动终端，14-充电桩。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1～2所示，本发明公开了一种在线电池PACK诊断仪，包括壳体1、控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7，所述控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4设置于壳体1内部，所述显示屏5设置于壳体1上端面，所述充电枪头6设置于壳体1前端，其中充电座7设置于壳体1后端，所述电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7分别与控制模块2连接。
实施例2
如图1～2所示，本发明公开了一种在线电池PACK诊断仪，包括壳体1、控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7，所述控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4设置于壳体1内部，所述显示屏5设置于壳体1上端面，所述充电枪头6设置于壳体1前端，其中充电座7设置于壳体1后端，所述电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7分别与控制模块2连接。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1侧面还设有LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10，其中LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10分别连接控制模块2，所述LAN接口8用于外接移动终端13，所述OBD接口9外接汽车的OBD接口用于检测汽车故障信息，所述12V电源接口10外接电源用于在线电池PACK诊断仪的调试。
如图1所示，优选的，所述壳体1上端面还设有状态灯11，其中状态灯11为一个三色灯，分别显示为红色、绿色和蓝色。
如图1所示，优选的，所述壳体1的外形呈“L”型结构，其中壳体1的外形尺寸为：长*宽*高360*100*260mm。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1内部还设有WiFi收发器12，其中WiFi收发器12与控制模块2连接。
优选的，所述控制模块2为MCU控制模块，所述显示屏5为OLED显示屏。
实施例3
如图1～2所示，本发明公开了一种在线电池PACK诊断仪，包括壳体1、控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7，所述控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4设置于壳体1内部，所述显示屏5设置于壳体1上端面，所述充电枪头6设置于壳体1前端，其中充电座7设置于壳体1后端，所述电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7分别与控制模块2连接。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1侧面还设有LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10，其中LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10分别连接控制模块2，所述LAN接口8用于外接移动终端13，所述OBD接口9外接汽车的OBD接口用于检测汽车故障信息，所述12V电源接口10外接电源用于在线电池PACK诊断仪的调试。
如图1所示，优选的，所述壳体1上端面还设有状态灯11，其中状态灯11为一个三色灯，分别显示为红色、绿色和蓝色。
如图1所示，优选的，所述壳体1的外形呈“L”型结构，其中壳体1的外形尺寸为：长*宽*高360*100*260mm。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1内部还设有WiFi收发器12，其中WiFi收发器12与控制模块2连接。
优选的，所述控制模块2为MCU控制模块，所述显示屏5为OLED显示屏。
如图1～2所示，优选的，一种如上所述的在线电池PACK诊断系统，包括在线电池PACK诊断仪、移动终端13和充电桩14，所述在线电池PACK诊断仪和移动终端13分别通过LAN接口8和WiFi收发器12连接，其中在线电池PACK诊断仪的充电座7与充电桩14连接，所述在线电池PACK诊断仪的充电枪头6与电动汽车直流充电口连接。
优选的，所述移动终端13为电脑或者手机，其中移动终端内部设有BDS软件用于诊断数据的存储和计算，所述充电桩14可提供12V直流辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电，其中充电桩14设有充电桩充电枪头，所述充电桩充电枪头可插入在线电池PACK诊断仪的充电座7。
实施例4
如图1～2所示，本发明公开了一种在线电池PACK诊断仪，包括壳体1、控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7，所述控制模块2、电压采集模块3、电流霍尔传感器4设置于壳体1内部，所述显示屏5设置于壳体1上端面，所述充电枪头6设置于壳体1前端，其中充电座7设置于壳体1后端，所述电压采集模块3、电流霍尔传感器4、显示屏5、充电枪头6和充电座7分别与控制模块2连接。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1侧面还设有LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10，其中LAN接口8、OBD接口9和12V电源接口10分别连接控制模块2，所述LAN接口8用于外接移动终端13，所述OBD接口9外接汽车的OBD接口用于检测汽车故障信息，所述12V电源接口10外接电源用于在线电池PACK诊断仪的调试。
如图1所示，优选的，所述壳体1上端面还设有状态灯11，其中状态灯11为一个三色灯，分别显示为红色、绿色和蓝色。
如图1所示，优选的，所述壳体1的外形呈“L”型结构，其中壳体1的外形尺寸为：长*宽*高360*100*260mm。
如图1～2所示，优选的，所述壳体1内部还设有WiFi收发器12，其中WiFi收发器12与控制模块2连接。
优选的，所述控制模块2为MCU控制模块，所述显示屏5为OLED显示屏。
如图1～2所示，优选的，一种如上所述的在线电池PACK诊断系统，包括在线电池PACK诊断仪、移动终端13和充电桩14，所述在线电池PACK诊断仪和移动终端13分别通过LAN接口8和WiFi收发器12连接，其中在线电池PACK诊断仪的充电座7与充电桩14连接，所述在线电池PACK诊断仪的充电枪头6与电动汽车直流充电口连接。
优选的，所述移动终端13为电脑或者手机，其中移动终端内部设有BDS软件用于诊断数据的存储和计算，所述充电桩14可提供12V直流辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电，其中充电桩14设有充电桩充电枪头，所述充电桩充电枪头可插入在线电池PACK诊断仪的充电座7。
优选的，一种如上所述的在线电池PACK诊断方法，包括以下步骤：
步骤1)将充电桩充电枪头插入在线电池PACK诊断仪的充电座7，再将在线电池PACK诊断仪的充电枪头6插入被测电动汽车充电口；
步骤2)启动充电桩14，待充电桩14和被测电动汽车握手成功后，充电桩14的12V辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电；
步骤3)在线电池PACK诊断仪启动后，电流霍尔传感器4精确采样实时充电电流，电压采集模块3精确采样实时充电电压，并会读取此时充电桩14和被测电动汽车电池管理系统CAN通讯总线的数据，抓取此时SOC值作为初始SOC，当检测到实时SOC值增加1％时，设备自动开始累积充电安时电量，直到实时SOC值增加到初始SOC+SOC变化量时，测试完成并将检测数据上传至移动终端13的BDS软件；
步骤4)通过SOC变化量计算实测电池包总能量，再与允许容量偏差比较，生成测试结果，存储于移动终端13的BDS软件。
优选的，所述通过SOC变化量计算实测电池包总能量的计算公式如下：
其中：
W：电池包总能量(kW·h)；
V：电池包总成电压(V)；
电池包在t时间的充电容量(Ah)；
SOCt：电池包在时间t的SOC(％)；
SOC0：电池包初始SOC(％)。
所述MCU控制模块通过LAN接口与WiFi收发器与电脑或者手机进行数据传输和操作指令的下发，从而控制电压采集模块对电压数据进行采集，控制电流霍尔传感器对电流进行采集，控制显示屏显示检测到的数据，控制状态灯显示实时操作状况，并通过充电枪头和充电座使充电桩和电动汽车握手成功，实现整个诊断系统的诊断操作。
所述OLED显示屏是利用有机电自发光二极管制成的显示屏，由于同时具备自发光有机电激发光二极管，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性。
本发明在线电池PACK诊断系统可检测电池包SOC准确度，BMS总电压，总电流采集精度，通过国标协议获取电池包VIN码，单体电压，温度等相关信息；通过OBD接口可获取电动汽车相关信息，以及总线数据。
本发明的工作原理及操作过程如下：
本发明所述MCU控制模块通过LAN接口与WiFi收发器与电脑或者手机进行数据传输和操作指令的下发，并控制电压采集模块对电压数据进行采集，控制电流霍尔传感器对电流进行采集，控制显示屏显示检测到的数据，控制状态灯显示实时操作状况，并通过充电枪头和充电座使充电桩和电动汽车握手成功，实现整个诊断系统的诊断操作，最后根据BMS上报的SOC数据，以及诊断仪监测的SOC值计算出电池包的容量值，将其与电池包铭牌上面的数据进行比较。
在移动终端的BDS软件中点“开始”按钮输入车牌号设备开始测试，开始后，诊断仪会抓取此时CAN通讯的SOC值作为初始SOC，当检测到实时SOC值增加1％时，设备自动开始累积充电安时电量，直到实时SOC值增加到初始SOC+SOC变化量时，停止测试，通过输入的电池包总成电压和累积电量、SOC变化量计算实测电池总能量，再和允许容量偏差比较，生成测试结果，将测试结果上传至移动终端软件，测试数据及结果可通过主界面右边实时查看，测试完成后，系统会自动保存报告到\FileManage\PakageRec路径下，报告有两个文件，一个为测试结果报告，另一个为测试实时数据记录报告。
测试中诊断仪显示屏可显示实时测试数据，也可根据诊断仪面板状态灯了解测试状态：
蓝色常亮：测试未开始；
绿色闪烁：测试中；
绿色常亮：测试通过；
红色常亮：测试未通过。
本发明诊断仪包括控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座，其中电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座分别与控制模块连接，充电枪头与电动汽车充电口连接，充电座与充电桩连接，诊断仪与移动终端通过两种方式连接，一种是有线的通过LAN接口连接，一种是无线的通过WiFi收发器连接，本发明诊断仪通过电压采集模块、电流霍尔传感器可精确检测电压和电流，充电枪头可以直接无缝对接于电动汽车充电口，避免了拆卸，即插即用。
本发明诊断仪无需外部供电，采用充电桩提供的12V辅助电源工作，减少了电池供电需要充电的麻烦；本发明诊断仪体积小，铝制机壳，与电动汽车充电口采用硬连接，无需额外配备线缆，诊断仪和移动终端可采用WIFI无线连接，现场操作更方便。
本发明诊断方法采用两点式运算方式，通过两个SOC(即剩余能量百分比)点之间的差值进行容量的判定，检测时间是实验室测试的1/10，大大缩短了检测时间，时间短，效率高，同时移动终端软件提供方便的人机交互界面，查看实时参数及测试结果，生成报告，操作简单；本发明诊断系统采用通用国际标准，所有参数都在此系统中监控，无需专业人士操控，本发明诊断系统测试费用是实验室测试费用的万分之一，适于推广应用。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：包括壳体、控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座，所述控制模块、电压采集模块、电流霍尔传感器设置于壳体内部，所述显示屏设置于壳体上端面，所述充电枪头设置于壳体前端，其中充电座设置于壳体后端，所述电压采集模块、电流霍尔传感器、显示屏、充电枪头和充电座分别与控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：所述壳体侧面还设有LAN接口、OBD接口和12V电源接口，其中LAN接口、OBD接口和12V电源接口分别连接控制模块，所述LAN接口用于外接移动终端，所述OBD接口外接汽车的OBD接口用于检测汽车故障信息，所述12V电源接口外接电源用于在线电池PACK诊断仪的调试。
3.根据权利要求2所述的一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：所述壳体上端面还设有状态灯，其中状态灯为一个三色灯，分别显示为红色、绿色和蓝色。
4.根据权利要求3所述的一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：所述壳体的外形呈“L”型结构，其中壳体的外形尺寸为：长*宽*高360*100*260mm。
5.根据权利要求4所述的一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：所述壳体内部还设有WiFi收发器，其中WiFi收发器与控制模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种在线电池PACK诊断仪，其特征在于：所述控制模块为MCU控制模块，所述显示屏为OLED显示屏。
7.一种如权利要求6所述的在线电池PACK诊断系统，其特征在于：包括在线电池PACK诊断仪、移动终端和充电桩，所述在线电池PACK诊断仪和移动终端分别通过LAN接口和WiFi收发器连接，其中在线电池PACK诊断仪的充电座与充电桩连接，所述在线电池PACK诊断仪的充电枪头与电动汽车直流充电口连接。
8.根据权利要求7所述的一种在线电池PACK诊断系统，其特征在于：所述移动终端为电脑或者手机，其中移动终端内部设有BDS管理软件用于诊断数据的存储和计算，所述充电桩可提供12V直流辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电，其中充电桩设有充电桩充电枪头，所述充电桩充电枪头可插入在线电池PACK诊断仪的充电座。
9.一种如权利要求8所述的在线电池PACK诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将充电桩充电枪头插入在线电池PACK诊断仪的充电座，再将在线电池PACK诊断仪的充电枪头插入被测电动汽车充电口；
步骤2)启动充电桩，待充电桩和被测电动汽车握手成功后，充电桩的12V辅助电源给在线电池PACK诊断仪供电；
步骤3)在线电池PACK诊断仪启动后，电流霍尔传感器精确采样实时充电电流，电压采集模块精确采样实时充电电压，并会读取此时充电桩和被测电动汽车电池管理系统CAN通讯总线的数据，抓取此时SOC值作为初始SOC，当检测到实时SOC值增加1％时，设备自动开始累积充电安时电量，直到实时SOC值增加到初始SOC+SOC变化量时，测试完成并将检测数据上传至移动终端的BDS软件；
步骤4)通过SOC变化量计算实测电池包总能量，再与允许容量偏差比较，生成测试结果，存储于移动终端的BDS软件。
10.根据权利要求9所述的一种在线电池PACK诊断方法，其特征在于，所述通过SOC变化量计算实测电池包总能量的计算公式如下：
其中：
W：电池包总能量(kW·h)；
V：电池包总成电压(V)；
电池包在t时间的充电容量(Ah)；
SOCt：电池包在时间t的SOC(％)；
SOC0：电池包初始SOC(％)。
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