CN109916365B - 一种电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法，其中保护装置包括壳体和设置在壳体内的探测杆、弹簧、微型位移传感器和微处理器，所述壳体内壁上设有与探测杆配合连接的限位导槽，所述探测杆顶部设有探测头，探测杆安装在限位导槽上且探测头穿过壳体顶部，所述探测杆底部通过弹簧连接外壳底部，且探测杆底部端面上设有检测板，所述微型位移传感器位于检测板正对面并固定安装在壳体上，所述微型位移传感器与微处理器电连接。通过对电池组鼓胀程度量化监测并进行保护，防止软包电池组出现严重鼓胀，避免电池组漏液或热失控对电池组造成损坏而出现安全性问题。

Description

一种电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电池组鼓胀量化检测技术领域，尤其涉及一种电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法。

背景技术

软包电池电芯出现鼓胀，是电芯受到损害或出现安全问题的一个早期预警，在电池系统使用时需足够重视，如果保护措施得当，即可成为软包电池安全使用的优点。通常，当电芯长期多次处于过充或轻微过充，电芯内部会产气并逐渐积聚使得电芯鼓胀，同样放电过程，过放会造成负极析铜，同样使电芯内部产气。另外长期高温，会加速电芯内部化学反应，长期也会产气出现电池鼓胀等问题。

为保证电池或电池系统在正常范围内合理利用，目前，采用BMS保护板对电池组进行保护，通过设定参数阀值，防止电池出现过充、过放、过温等使用情况。由于BMS保护板属于电气产品，会出现一些失效概率。一方面，若BMS保护板处于失效状态，主继电器不能正常断开，就无法正常地对电池组进行正常保护，很容易出现电池鼓胀、漏液或者热失控的问题，存在极大的安全性隐患。另外一方面，BMS保护板正常工作，由于软包电池电芯外封装形式比较薄弱，使用过程如振动冲击容易出现局部受力破损问题，一旦外包装密封受到破坏，空气中的水分子进入电芯内部，也会引起电芯内部鼓胀，对电池寿命及安全带来影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法，应用于车用或储能电池系统，通过对电池组鼓胀程度量化监测并进行保护，防止软包电池组出现严重鼓胀，避免电池组漏液或热失控对电池造成损坏而出现安全性问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电池组鼓胀保护装置，包括壳体，所述壳体内设有探测杆、弹簧、微型位移传感器和微处理器，所述壳体内壁上设有与探测杆配合连接的限位导槽，所述探测杆顶部设有探测头，探测杆安装在限位导槽上且探测头穿过壳体顶部，所述探测杆底部通过弹簧连接外壳底部，且探测杆底部端面上设有检测板，所述微型位移传感器位于检测板正对面并固定安装在壳体上，所述微型位移传感器与微处理器电连接，微型位移传感器用于接收微处理器的发光控制电压信号并输出模拟量位移信号，微处理器经运算处理后对外输出控制指令。

上述方案中，所述壳体底部设有正金属插脚和负金属插脚，所述正金属插脚位于壳体底部一端焊接有金属弹片且注塑至壳体底部内，所述探测杆底部设有金属探针，且金属探针与金属弹片的位置相对应，所述金属探针与负金属插脚导线连接。

上述方案中，所述检测板采用表面镀覆处理，包括电镀、热喷涂。

上述方案中，所述保护装置还包括GPRS模块，所述GPRS模块与微处理器电连接，用于对外通信。

一种电池组鼓胀的检测方法，利用权利要求1-4任一项所述的电池组鼓胀保护装置进行，包括如下步骤：

S1：探测头与电池组表面贴合，标定初始位置；

S2：计算电池组单侧表面鼓胀尺寸，当电池组外表面鼓胀时，通过微型位移传感器检测检测板的位移量，其中，位移量等于探测头内缩长度△L，内缩长度△L即为电池组单侧表面鼓胀尺寸；

S3，内缩长度△L与电池单侧鼓胀保护阀值的对比判定，其中，电池单侧鼓胀保护阈值T的设定方式为：T=0.5*(t1-t0)*宽放系数，其中，t0为检测电池初始厚度尺寸，t1为电池合理鼓胀厚度区间上限值，宽放系数为110%或120%。

一种电池组鼓胀保护检测系统，包括如权利要求1-4任一项所述的电池组鼓胀保护装置。

上述方案中，所述系统还包括电池组和与所述电池组依次串联的BMS主控制器，主继电器和辅助继电器，所述辅助继电器与电池组鼓胀保护装置电连接，所述电池组鼓胀保护装置固定安装在电池组框体内且探测头与电池组表面贴合连接。

本发明的电池组鼓胀保护装置、检测系统及检测方法，在检测系统的主回路上串联了一个常闭的辅助继电器，电池组没有鼓胀或合理鼓胀区间，电池组鼓胀保护装置不执行动作，检测系统主要依靠主继电器进行主回路保护，一旦达到电池组鼓胀保护装置的保护上限，电池组鼓胀保护装置则通过控制指令控制辅助继电器，断开辅助继电器，从而切断主回路，防止对电池组造成更严重破坏或出现安全性等问题。同时，通过对电池组鼓胀程度进行量化监测并保护，防止软包电池组出现严重鼓胀，避免出现电池漏液或热失控而对电池造成损坏或出现安全性等问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中电池组鼓胀保护装置的爆炸图；

图2是本发明一实施例中电池组鼓胀保护装置的结构示意图；

图3是本发明一实施例中电池组鼓胀保护检测系统的原理框图；

图4是本发明一实施例中电池组与探测头的安装示意图；

图5是本发明一实施例中电池组鼓胀的局部放大图；

图6是图5的局部放大图；

附图标记说明：1、壳体，2、探测杆，2-1、探测头，2-2、检测板，3、弹簧，4、微型位移传感器，5、负金属插脚，6、正金属插脚，7、金属弹片，8、金属探针，9、电池组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种电池组鼓胀保护装置，包括壳体1和设置在壳体1内的探测杆2、弹簧3、微型位移传感器4和微处理器。壳体1内壁上设有与探测杆2配合连接的限位导槽，使探测杆2沿直线进行伸缩，探测杆2顶部设有探测头2-1，探测杆2安装在限位导槽上且探测头2-1穿过壳体1顶部，探测杆2底部和壳体1底部均设有弹簧导柱，弹簧3通过弹簧导柱连接在探测杆2底部和壳体1底部之间。探测杆2底部端面上设有检测板2-2，所述微型位移传感器4位于检测板2-2正对面并固定安装在壳体1内壁上，安装距离根据微型位移传感器4的工作范围而定，以此作为标准检测距离，如与检测板2-2距离6.5±1mm。微型位移传感器4与微处理器电连接。

考虑绝缘及轻量化，探测杆2与壳体1均采用塑料，材质为PP、ABS等其中一种。检测板2-2经过表面镀覆工艺处理，如电镀、热喷涂等工艺，改变表面光学性能，增强光源反射率。探测头2-1与电池组9表面贴合，标定为初始位置。其中，电池组9为电池或电池组的总称。电池组9使用过程中，一旦出现鼓胀，鼓胀的电池组9外表面会推动探测头2-1内缩，内缩长度△L即为电池组9单侧表面鼓胀尺寸。同时，电池组9鼓胀期间，弹簧3一直处于压缩状态，并提供给探测杆2一定的推力，保证探测头2-1与电池组9外表面始终接触。

通过微处理器设定检测频率，并根据监测频率输出发光控制电压信号PLS，微型位移传感器4内部晶体管接收发光控制电压信号PLS，内部电路导通，产生LED发光脉冲，如100ms的发光脉冲， LED光源投光至检测板2-2并通过检测板2-2反射，再通过位置敏感器PSD进行信号分频，根据输出电压与所测量位移之间稳定线性关系，检测出探测板2-2的位移量，从而得出探测头2-1的内缩长度，即探测杆2的整体内缩长度。微型位移传感器4输出的模拟量信号通过A/D转换电路转换后传输至微处理器，微处理器将位移量与电池单侧鼓胀保护阀值的对比判定，得出控制指令并放大处理后对外输出。

在一实施例中，微型位移传感器4可采用欧姆龙Z4D-B01、Z4D-C01（分辨率为10微米）或其它替代产品，微处理器的型号为AVR Atmega16或选用其它替代产品。

在一实施例中，壳体1底部设有正金属插脚6和负金属插脚5，正金属插脚6和负金属插脚5与辅助继电器连接，正金属插脚6位于壳体1底部一端焊接有金属弹片7并注塑至壳体1底部内，探测杆2上设有金属探针8，且金属探针8与金属弹片7的位置相对应，金属探针8与负金属插脚5导线连接，正金属插脚6和负金属插脚5与辅助继电器电连接。当微型位移传感器4失效，无法检测出电池组9鼓胀状态，则通过机械方式保护，当电池组9膨胀至保护极限，金属探针8接触至金属弹片7，正金属插脚6与负金属插脚5导通，把连接在正金属插脚6的控制信号如12V+传至负金属插脚5，使辅助继电器线圈得电工作，辅助继电器触点断开，从而保护整个检测系统。

一种电池组鼓胀保护检测系统，如图3和图4所示，包括电池组9和与电池组9依次串联的BMS主控制器，主继电器和辅助继电器，形成主回路，其中，辅助继电器与电池组鼓胀保护装置中的微处理器电连接，电池组鼓胀保护装置安装在电池组9外框内且探测头2-1与电池组9表面贴合。通过监测电池鼓胀数据，控制辅助继电器通断。在主回路上串联了一个常闭的辅助继电器，电池组9没有鼓胀或合理鼓胀区间，电池组鼓胀保护装置不执行动作，整个回路主要依靠主继电器进行回路保护，一旦达到电池鼓胀保护装置的保护上限，微控制器输出信号控制辅助继电器，断开辅助继电器，切断主回路，防止对电池或电池组造成更严重破坏或出现安全性等问题。

在一实施例中，GPRS模块通过通信接口对外通信，便于向电池系统后台监控发送相关数据，便于后台及时了解状态，做出响应。另外，输出的控制信号线用来控制串联在主回路上的辅助继电器通断，保护整个检测系统。

一种电池鼓胀的检测方法，如图5和图6所示，包括如下步骤：

步骤一：探测头2-1与电池组9表面贴合，微型位移传感器4标定检测板2-2的初始位置。

步骤二：计算电池组9单侧表面鼓胀尺寸，当电池组9外表面鼓胀时，通过微型位移传感器4检测检测板2-2的位移量，其中，位移量等于探测头2-1内缩长度△L，探测头2-1内缩长度△L即为电池组9单侧表面鼓胀尺寸。

步骤三，探测头2内缩长度△L与电池单侧鼓胀保护阀值的对比判定，其中，电池单侧鼓胀保护阈值的设定方式为：0.5*(t1-t0)*宽放系数，其中，t0为检测电池初始厚度尺寸，t1为电池合理鼓胀厚度区间上限值，宽放系数为110%或120%。

根据不同宽放系数进行前期预警或切断主回路进行保护，分为三级保护。

一级保护，宽放系数设定为110%，预警提示，方便工作人员了解电池目前状态信息，同时通过GPRS模块向后台发出故障指令，在鼓胀前期方便发现问题并及时进行故障排除。

二级保护，宽放系数设定为120%，一旦电池组9达到该触发阀值，通过电池组鼓胀保护装置主动断开主回路上的辅助继电器，防止对电池或电池组9造成更严重破坏或出现安全性问题。

三级保护，当一级保护和二级保护出现故障，如微型位移传感器4失效，无法检测电池组鼓胀状态，通过机械接触式进行终极保护，即金属探针8接触金属弹片7，负金属插脚5与正金属插脚6导通，把连接在正金属插脚6的控制信号如12V+传至负金属插脚5，使辅助继电器线圈得电工作，辅助继电器触点断开，对整个检测系统进行保护。

本发明的电池组鼓胀保护装置、检测系统和检测方法，通过监测电池组鼓胀数据，可对电池组使用情况进行提前预警，一旦监测到电池组鼓胀数据到达设定的阀值上限时，切断电池组主回路的辅助继电器，防止对电池组造成更严重破坏或出现安全性等问题。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池组鼓胀保护检测系统，其特征在于，所述系统包括电池组(9)和与所述电池组(9)依次串联的BMS主控制器，主继电器和辅助继电器，所述辅助继电器与电池组鼓胀保护装置电连接，所述电池组鼓胀保护装置固定安装在电池组(9)框体内且探测头(2-1)与电池组(9)表面贴合连接；

所述电池组鼓胀保护装置包括壳体(1)，所述壳体(1)内设有探测杆(2)、弹簧(3)、微型位移传感器(4)和微处理器，所述壳体(1)内壁上设有与探测杆(2)配合连接的限位导槽，所述探测杆(2)顶部设有探测头(2-1)，探测杆(2)安装在限位导槽上且探测头(2-1)穿过壳体(1)顶部，所述探测杆(2)底部通过弹簧(3)连接壳体(1)底部，且探测杆(2)底部端面上设有检测板(2-2)，所述微型位移传感器(4)位于检测板(2-2)正对面并固定安装在壳体(1)上，所述微型位移传感器(4)与微处理器电连接，微型位移传感器(4)用于接收微处理器的发光控制电压信号并输出模拟量位移信号，微处理器经运算处理后对外输出控制指令；

所述壳体(1)底部设有正金属插脚(6)和负金属插脚(5)，所述正金属插脚(6)位于壳体(1)底部一端焊接有金属弹片(7)且注塑至壳体(1)底部内，所述探测杆(2)底部设有金属探针(8)，且金属探针(8)与金属弹片(7)的位置相对应，所述金属探针(8)与负金属插脚(5)导线连接。

2.根据权利要求1所述的电池组 鼓胀保护检测系统，其特征在于：所述检测板(2-2)采用表面镀覆处理，包括电镀、热喷涂。

3.根据权利要求1所述的电池组 鼓胀保护检测系统，其特在在于：还包括GPRS模块，所述GPRS模块与微处理器电连接，用于对外通信。

4.一种电池组鼓胀的检测方法，利用权利要求1-3任一项所述的电池组鼓胀保护检测系统进行，其特征在于，包括如下步骤：

S1：探测头(2-1)与电池组(9)表面贴合，标定初始位置；

S2：计算电池组(9)单侧表面鼓胀尺寸，当电池组(9)外表面鼓胀时，通过微型位移传感器(4)检测检测板(2-2)的位移量，其中，位移量等于探测头(2-1)内缩长度△L，探测头(2-1)内缩长度△L即为电池组(9)单侧表面鼓胀尺寸；

S3，内缩长度△L与电池单侧鼓胀保护阀值的对比判定，其中，电池单侧鼓胀保护阈值T的设定方式为：T＝0.5*(t1-t0)*宽放系数，其中，t0为检测电池初始厚度尺寸，t1为电池合理鼓胀厚度区间上限值，宽放系数为110％或120％。

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