CN111149269A - 蓄电池包的检查方法及检查装置 - Google Patents

Abstract

检查装置包括充电器(2)和检查单元(3)，获取恒流充电的开始初期的第一电池单体电压(V1)和在充电有所进展的阶段的第二电池单体电压(V2)，求出它们与全部电池单体组(C’)的平均值之间的偏差(DV1、DV2)，由此检测出连接异常。第一电池单体电压(V1)的偏差(DV1)小且第二电池单体电压(V2)的偏差(DV2)大的电池单体组(C’)被判定为并联连接异常(步骤13)。如果偏差(DV1、DV2)都大且彼此相等，则判定为串联连接异常(步骤21)。

Description

蓄电池包的检查方法及检查装置

技术领域

本发明涉及一种针对在包装盒内收容了多个二次电池的单体的蓄电池包、特别是作为电动汽车的驱动源等使用的容量比较大的蓄电池包的检查方法和检查装置。

背景技术

由于例如在电动汽车中需要容量大且电压高的蓄电池包，因此大多采用如下结构：将多个由锂离子电池等构成的电池单体并联连接，在此基础上将多个进行该并联连接所得到的电池单体组串联连接，将它们与进行充放电控制、电压监视的蓄电池控制器一起收容于包装盒内。例如，在一例中，以两并联两串联的方式连接的4个电池单体构成为具备正负的输出端子和中间电压端子的1个蓄电池模块，该蓄电池模块被收容于多个包装盒内。而且，这些蓄电池模块的输出端子例如通过母线而串联连接。

像这样被组装为蓄电池包的电池单体在各个电池单体的制造工序中已经经过各种检查，且只有还包括电压特性等在内正常的电池单体被用于蓄电池模块。另外，在组装为蓄电池模块的阶段，也进行了各种检查，且只有基本上正常的蓄电池模块被用于蓄电池包的组装。因此，在组装为蓄电池包之后，基本上不需要进行各个电池单体是否正常等的检查。

然而，在组装为蓄电池包的阶段，还有时发生各蓄电池模块之间的连接不良、例如与母线连接的蓄电池模块的螺钉式端子的松动、蓄电池模块内部的电池单体间的端子焊接部的剥离等，近年来要求了在作为蓄电池包完成之后进行最终的检查。

作为这种检查的方法，例如在专利文献1中公开了如下针对电池的检查方法：预先获取在将未发生劣化的正常的二次电池在各种温度下及以各种电流进行充放电时测量出的电池电压等基础数据，通过将针对实际使用的二次电池检测出的测量值与上述基础数据进行对比，来判定出二次电池的短路、内部电阻增加等。

但是，在这种检查方法中，由于电池单体的特性根据温度而变化，因此难以设定用于判别为异常的阈值。另外，为了进行考虑了温度的异常判定，需要通过温度传感器实际检测出每个电池单体的温度，应用于大量的电池单体已经收容于包装盒内的蓄电池包的检查是不现实的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-50410号公报

发明内容

本发明涉及一种用于对蓄电池包进行检查的检查方法和检查装置，在该蓄电池包中，多个能够充放电的电池单体并联连接，并且多个进行该并联连接所得到的电池单体组串联连接。

在本发明中，以恒流对上述蓄电池包进行充电，并且获取充电开始初期的各个电池单体组的电压作为第一电池单体电压，获取充电进展到规定水平的阶段的各个电池单体组的电压作为第二电池单体电压，将各个第一电池单体电压与多个电池单体组的该第一电池单体电压的平均值进行比较，来求出第一偏差，将各个第二电池单体电压与多个电池单体组的该第二电池单体电压的平均值进行比较，来求出第二偏差，基于这两个偏差来检测出各电池单体的连接异常。

例如，如果在多个电池单体并联连接所得到的电池单体组中存在并联连接的连接异常(例如一个电池单体的端子焊接部的剥离)，则虽然充电开始初期的第一电池单体电压与其它电池单体组的第一电池单体电压相同，但是随着充电的进展发生的电压上升比其它电池单体组的电压上升快，且第二电池单体电压变高。

或者，如果在某一电池单体组中存在串联连接的连接异常(例如螺钉式端子的松动)，则第一电池单体电压和第二电池单体电压双方随着电阻的增加而上升。

因而，能够基于上述的两个偏差容易地检测出这些并联连接异常、串联连接异常。

在本发明的其它方式中，在以恒流对蓄电池包进行放电的期间，同样地进行连接异常的检测。

附图说明

图1是示出蓄电池包的检查装置的一个实施例的结构说明图。

图2是一个模块M的电路图。

图3是检查单元执行的检查的流程图。

图4是继图3之后的流程图。

图5是继图3之后的流程图。

图6是示出恒流充电时的电池单体电压的特性的特性图。

图7是示出恒流放电时的电池单体电压的特性的特性图。

具体实施方式

图1示出了本发明所涉及的蓄电池包的检查装置的结构。该检查装置是用于对在未图示的组装线上完成的电动汽车用蓄电池包1进行最终检查、特别是对包装盒内部的电池单体间的连接异常进行检查的装置。检查装置构成为包括：充电器2，其经由电源线缆8连接于商用电源(例如三相200V交流)；以及检查单元3，其形成为介于该充电器2与蓄电池包1之间。检查单元3具备：充电线4，其经由充电线缆连接于蓄电池包1的充电端子；以及信号线5，其经由具备连接器的信号线缆连接于蓄电池包1的信号端子。上述信号端子连接于蓄电池包1内部的蓄电池控制器(未图示)，在车载时连接于车辆用网络的连接器，以与车两侧的控制器进行通信。蓄电池控制器用于对各个电池单体进行电压监视、充放电控制，经由信号线5而与上述检查单元3连接，由此根据来自检查单元3的请求例如从蓄电池控制器向检查单元3供给各电池单体的电压数据。检查单元3与充电器2同样地经由充电线6和信号线7而相互连接，能够在检查单元3的控制下利用充电器2对蓄电池包1进行充电。

在一个实施例中，蓄电池包1构成为：将以层压膜为外包装的扁平的锂离子电池用作电池单体(二次电池)，4个电池单体形成为1个模块收容于扁平的箱状的模块盒内，并且多个模块(在一例中为48个模块)收容于包装盒内。

图2示出1个模块M的电路结构，将2个电池单体C相互并联连接，并且将2个进行该并联连接所得到的电池单体组C’串联连接。而且，各模块M具备正负的输出端子OUT1、OUT2和连接于中间连接点的中间输出端子OUT3。这3个输出端子OUT1～OUT3例如作为螺钉式端子设置于模块盒的侧面。此外，在模块M的内部，各电池单体C的端子(所谓的电极片)例如通过激光焊接而相互连接，从而构成了如图2所示的电路。

收容于包装盒内的多个模块M例如48个模块M以全部的模块M串联连接的方式经由母线相互连接。即，某一模块M的输出端子OUT1与下一个模块M的输出端子OUT2经由母线依次连接。另外，包括中间输出端子OUT3的3个输出端子OUT1～OUT3的电位同时被输入到蓄电池控制器，由此，蓄电池控制器对96个电池单体组C’各自的电压(电池单体电压)进行监视。

接着，按照图3～图5的流程图来说明上述检查单元3进行的检查。

在检查蓄电池包1时，首先，如作为步骤1所示的那样，检查单元3向充电器2输出充电开始信号，开始对蓄电池包1进行充电。此外，蓄电池包1中使用的电池单体C在各个电池单体C的制造工序中已经被进行过各种检查，并且经过首次充电和试验用的充电放电，在蓄电池包1的组装完成阶段，电池单体C被调制为接近空的固定的SOC(State of Charge：充电状态)、例如5％的SOC。

在步骤2中，判别当前的充电是否为恒流充电，如果是恒流，则进行步骤3及步骤3之后的处理，如果不是恒流，则进行步骤25及步骤25之后的处理。关于利用充电器2进行的充电，基本上是以恒流充电开始，当达到接近充满电的某个水平的SOC时，控制为与SOC相应的电流值。本发明的检查是在恒流充电下进行的。

在步骤3中，经由蓄电池控制器获取紧挨着充电开始之后也就是充电开始初期的各电池单体组C’的电压。将该充电开始初期的电池单体组C’的电压称为“第一电池单体电压”。在一例中，存在96个电池单体组C’，因此获取96个第一电池单体电压V1的数据。在步骤4中，计算该96个第一电池单体电压V1的平均值Vav1。然后，在步骤5中，针对各个电池单体组C’，求出作为该电池单体组C’的第一电池单体电压V1与平均值Vav1之差的第一电池单体电压的偏差DV1。也就是，以DV1＝V1-Vav1的方式，针对全部电池单体组C’求出偏差DV1。

在步骤6中，判定偏差DV1是否为规定的阈值DVth1以下。在一个实施例中，阈值DVth1例如是0.18V。针对全部电池单体组C’进行该步骤6的处理。

接着，在步骤7或步骤14中，持续进行恒流充电直到SOC达到某个水平为止。该充电水平为比较低的值即可，例如SOC为20％。当然，需要是持续进行恒流充电的范围内的SOC值。此外，也可以待机固定的充电时间，来替代SOC的值。待机时间例如预先设定为相当于达到20％的SOC所需要的时间。

在像这样充电进展到规定的水平的阶段，在步骤8或步骤15中，经由蓄电池控制器获取各电池单体组C’的电压。将该规定的充电进展阶段的电池单体组C’的电压称为“第二电池单体电压”。在一例中，存在96个电池单体组C’，因此获取96个第二电池单体电压V2的数据。在步骤9或步骤16中，计算该96个第二电池单体电压V2的平均值Vav2。

然后，在步骤10或步骤17中，针对各个电池单体组C’，求出作为该电池单体组C’的第二电池单体电压V2与平均值Vav2之差的第二电池单体电压的偏差DV2。也就是说，以DV2＝V2-Vav2的方式求出偏差DV2。

在此，在步骤10中，既可以针对全部电池单体组C’求出偏差DV2，或者也可以仅针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1为阈值DVth1以下的电池单体组C’求出偏差DV2。同样地，在步骤17中，既可以针对全部电池单体组C’求出偏差DV2，或者也可以仅针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1大于阈值DVth1的电池单体组C’求出偏差DV2。

在步骤11中，针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1为阈值DVth1以下的电池单体组C’，判定该电池单体组C’的偏差DV2是否为规定的阈值DVth2a以下。在一个实施例中，阈值DVth2a使用与步骤6中的阈值DVth1相同的值，例如是0.18V。阈值DVth2a能够使用与阈值DVth1基本相同的值或者近似的值。

针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1为阈值DVth1以下的全部电池单体组C’进行步骤11的判定。然后，如果针对全部电池单体组C’判定为偏差DV2为阈值DVth2a以下，则进入步骤12，判定为全部电池单体C的连接状态正常，结束检查。

如果在步骤11中某一电池单体组C’的偏差DV2大于阈值DVth2a，则进入步骤13，判定为该电池单体组C’为并联连接异常。即，如果存在第一电池单体电压V1的偏差DV1为阈值DVth1以下且第二电池单体电压V2的偏差DV2大于阈值DVth2a的电池单体组C’时，则判定为在该电池单体组C’中存在并联连接异常。所谓并联连接异常例如相当于在像图2那样将一对电池单体C并联连接所得到的电池单体组C’中某一方的电池单体C由于焊接部的剥离等而从电路分离的状态。

另一方面，在步骤18中，针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1大于阈值DVth1的电池单体组C’，判定该电池单体组C’的偏差DV2是否为规定的阈值DVth2b以下。在一个实施例中，阈值DVth2b使用与步骤11中的阈值DVth2a及步骤6中的阈值DVth1相同的值，例如是0.18V。阈值DVth2b能够使用与阈值DVth1及阈值DVth2a基本相同的值或者近似的值。

针对在步骤6中第一电池单体电压V1的偏差DV1大于阈值DVth1的全部电池单体组C’进行步骤18的判定。然后，如果某一电池单体组C’的偏差DV2为阈值DVth2b以下，则进入步骤19，判定为该电池单体组C’的连接不稳定，并再次进行试验。也就是说，如果存在第一电池单体电压V1的偏差DV1大于阈值DVth1且第二电池单体电压V2的偏差DV2为阈值DVth2b以下的电池单体组C’，则某些错误或者端子等的连接状态由于振动等而发生了变化的可能性高，因此再次进行试验。换言之，保留最终的诊断。

在步骤18中某一电池单体组C’的偏差DV2大于阈值DVth2b的情况下，通过步骤20和步骤22，将2个偏差DV1、DV2的大小进行比较。在2个偏差DV1、DV2彼此相等的情况下，从步骤20进入步骤21，判定为该电池单体组C’为串联连接异常。即，在第一电池单体电压V1的偏差DV1和第二电池单体电压V2的偏差DV2分别大于阈值DVth1、DVth3且2个偏差DV1、DV2彼此相等的情况下，判定为该电池单体组C’为串联连接异常。所谓串联连接异常相当于在图2那样的串联电路中例如用于将邻接的2个模块M之间连接的母线与端子的连接部处的端子的松动、该连接部处的异物的咬入、或1个模块M内部的2个电池单体组C’之间的端子焊接部的接合不良等。此外，在此，偏差DV1、DV2“彼此相等”包括某个适当的范围，例如如果偏差DV2处于“DV1±α”(α为适当的微小量)的范围内，则视作两者彼此相等。

如果偏差DV2大于偏差DV1，则从步骤22进入步骤23，判定为该电池单体组C’具有串联连接和并联连接这两方的异常。也就是说，这相当于充电开始初期的偏差DV1大且该偏差DV1随着充电的进展而扩大的情况。

相反，如果偏差DV1大于偏差DV2，则从步骤22进入步骤24，判定为该电池单体组C’的连接不稳定，再次进行试验。也就是说，这意味着充电开始初期的偏差DV1大且该偏差DV1随着充电的进展而缩小，某些错误或者端子等的连接状态由于振动等而发生了变化的可能性高，因此再次进行试验。换言之，保留最终的诊断。

图5的步骤25～步骤30示出在步骤2中判定为不是恒流充电时的预备处理。如上所述，在使用该检查装置进行的检查时基本上控制为恒流充电。此外，也可以构成为在不是恒流充电的情况下不进行任何处理。

在步骤25中，与步骤3同样地经由蓄电池控制器获取充电中的各电池单体组C’的电压(将此称为第三电池单体电压V3)。在一例中，存在96个电池单体组C’，因此获取96个第三电池单体电压V3的数据。在步骤26中，计算该96个第三电池单体电压V3的平均值Vav3。然后，在步骤27中，针对各个电池单体组C’，求出作为该电池单体组C’的第三电池单体电压V3与平均值Vav3之差的第三电池单体电压V3的偏差DV3。也就是说，以DV3＝V3-Vav3的方式，针对全部电池单体组C’求出偏差DV3。

在步骤28中，判定偏差DV3是否为规定的阈值DVth3以下。在一个实施例中，阈值DVth3与阈值DVth1相同，例如是0.18V。针对全部电池单体组C’进行步骤28的处理。

如果全部电池单体组C’的偏差DV3为阈值DVth3以下，则进入步骤29，判定为全部电池单体C的连接状态正常，结束检查。如果某一电池单体组C’的偏差DV3大于阈值DVth3，则进入步骤30，判定为虽然无法确定出原因但在该电池单体组C’中存在电池单体电压的异常。

图6示出对蓄电池包1充电时的充电电流和电池单体电压(1个电池单体组C’的两端的输出端子间的电压)。

在时间t1开始利用充电器2进行充电。然后，获取紧挨着充电开始之后也就是充电开始初期的电池单体电压(也就是第一电池单体电压V1)。如图所示，以恒流(例如120A)进行充电。然后，在SOC达到例如20％的时间t2获取电池单体电压(也就是第二电池单体电压V2)。

如果模块M的内部、模块M间的连接正常，则各电池单体组C’的电池单体电压如用线S1表示的那样变化。也就是说，随着充电开始而一下子上升，之后，随着充电的进展而缓慢上升。此外，如上述的那样，在该充电开始时间点，各电池单体C的SOC都被设为5％左右。

在并联连接异常、也就是电池单体组C’中的一方的电池单体C从电路分离的状态下，该电池单体组C’的电极面积为其它的电池单体组C’的电极面积的一半，因此随着充电而发生的电压上升比上述那样的正常的特性(S1)的电压上升快。也就是说，如用线S2表示的那样示出如下特性：充电开始初期的电池单体电压(第一电池单体电压V1)与正常的电池单体组C’的电池单体电压之差不大，随着充电的进展，电压变得比正常的电池单体组C’的电池单体电压高。该特性(S2)相当于上述的图3的流程图的步骤13。

另外，在串联连接异常、也就是由于串联连接的部位处的端子的松动、异物的咬入或者焊接不良等导致局部电阻增大的状态下，包括该电阻的电池单体组C’的充电中的电池单体电压由于电阻的存在而变高。由于是恒流充电，因此随着电阻的存在而产生的电压上升量基本上是恒定的。因而，如用线S3表示的那样示出如下特性：从充电开始初期起电压变得比正常的电池单体组C’的电池单体电压高，且随着充电的进展，与正常的电池单体组C’同样地缓慢地上升。换言之，串联连接异常时的特性(S3)为与正常的特性(S1)大致平行的线。该特性(S3)相当于上述的图4的流程图的步骤21。

另外，当串联连接和并联连接双方异常时，例如用线S4表示的那样示出如下特性：充电开始初期的电池单体电压(第一电池单体电压V1)比正常的电池单体组C’的电池单体电压高，且随着充电的进展而发生的电压上升比正常的电池单体组C’的电压上升快。该特性(S4)相当于上述的图4的流程图的步骤23。

此外，在1个电池单体组C’或构成电池单体组C’的一方的电池单体C短路的情况下，该电池单体组C’的电池单体电压变得比正常的电池单体组C’的电池单体电压低，第一电池单体电压V1的偏差DV1和第二电池单体电压V2的偏差DV2均变为负的比较大的值。因而，在图3～图5的流程图中，最终进入步骤21，诊断为串联连接异常。如果判定出偏差DV1、DV2的正负，则还能够进一步将电池单体C的短路与串联连接异常的其它方式区分开。

如以上那样，根据上述实施例的检查装置和检查方法，在完成蓄电池包1之后，能够在进行恒流充电的期间检测出模块M间的连接异常、模块M内部的连接异常等，能够进一步提高作为产品出厂的蓄电池包1的品质。另外，能够容易地确定存在异常的模块M和电池单体组C’，并且能够辨别出异常的种类(并联连接异常、串联连接异常以及双方的异常)，因此易于进行检测出异常之后的应对。例如，串联连接异常大多能够通过再次紧固连接于母线的模块M的螺钉式端子而消除。另外，如果为模块M内部的并联连接异常，则能够通过更换模块M来迅速地进行应对。

以上，针对在恒流充电下进行检查的实施例说明了本发明，但是还能够同样地在恒流放电下进行检查。

图7是示出恒流放电中的电池单体电压的特性，当在时间t1开始放电时，正常的电池单体组C’的电压如用线S5表示的那样，在放电开始时一下子下降之后，缓慢地上升。

与此相对，线S6示出并联连接异常的情况下的电池单体电压的特性，相比于正常的电池单体组C’的特性(S5)而言，电压上升快。

另外，线S7示出串联连接异常的情况下的电池单体电压的特性，成为如下特性：电池单体电压相比于正常的电池单体组C’的特性(S5)而言低与电池单体组C’包括的电阻相应的量。

因而，与上述实施例同样地，获取放电开始初期的电池单体电压(第一电池单体电压V1)和放电到规定的SOC的时间t2的电池单体电压(第二电池单体电压V2)，将它们与全部电池单体组C’的平均值进行比较，能够确定出连接异常的电池单体组C’以及分辨出异常的种类。

此外，本发明的针对蓄电池包1的检查还能够在蓄电池包1搭载于车辆的状态下进行。

在上述实施例中，将2个电池单体C并联连接构成了1个电池单体组，但是在将3个以上的电池单体C并联连接的情况下，也能够应用本发明。另外，在上述实施例中，作为与各电池单体电压进行比较的对象，使用了全部电池单体组C’的平均值，但是也可以是适当个数的电池单体组C’的平均值。

Claims (7)

1.一种蓄电池包的检查方法，在该蓄电池包中，多个能够充放电的电池单体并联连接，并且多个进行该并联连接所得到的电池单体组串联连接，在所述检查方法中，

以恒流对所述蓄电池包进行充电，并且获取充电开始初期的各个电池单体组的电压作为第一电池单体电压，

获取充电进展到规定水平的阶段的各个电池单体组的电压作为第二电池单体电压，

将各个第一电池单体电压与多个电池单体组的该第一电池单体电压的平均值进行比较，来求出第一偏差，

将各个第二电池单体电压与多个电池单体组的该第二电池单体电压的平均值进行比较，来求出第二偏差，

基于这两个偏差来检测各电池单体的连接异常。

2.根据权利要求1所述的蓄电池包的检查方法，其中，

求出串联连接的全部电池单体组的电池单体电压的平均值作为所述第一电池单体电压的平均值或第二电池单体电压的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池包的检查方法，其中，

针对某一电池单体组，在所述第一偏差为规定值以下且所述第二偏差大于规定值的情况下，判定为该电池单体组的并联连接异常。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蓄电池包的检查方法，其中，

针对某一电池单体组，在所述第一偏差和所述第二偏差都大于规定值且所述第一偏差与所述第二偏差为相等水平时，判定为该电池单体组的串联连接异常。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蓄电池包的检查方法，其中，

针对某一电池单体组，在所述第一偏差和所述第二偏差都大于规定值且所述第二偏差大于所述第一偏差时，判定为该电池单体组的串联并联连接异常。

6.一种蓄电池包的检查方法，在该蓄电池包中，多个能够充放电的电池单体并联连接，并且多个进行该并联连接所得到的电池单体组串联连接，在所述检查方法中，

以恒流对所述蓄电池包进行放电，并且获取放电开始初期的各个电池单体组的电压作为第一电池单体电压，

获取放电进展到规定水平的阶段的各个电池单体组的电压作为第二电池单体电压，

将各个第一电池单体电压与多个电池单体组的该第一电池单体电压的平均值进行比较，来求出第一偏差，

将各个第二电池单体电压与多个电池单体组的该第二电池单体电压的平均值进行比较，来求出第二偏差，

基于这两个偏差来检测出各电池单体的连接异常。

7.一种蓄电池包的检查装置，在该蓄电池包中，多个能够充放电的电池单体并联连接，并且多个进行该并联连接所得到的电池单体组串联连接，且该蓄电池包中内置有用于监视各个电池单体组的电压的蓄电池控制器，所述检查装置构成为包括：

检查单元，其充电线连接于所述蓄电池包的电池单体，并且其信号线连接于所述蓄电池控制器；以及

充电器，其连接于商用电源，能够经由所述检查单元以恒流对所述蓄电池包进行充电，

其中，所述检查单元进行以下动作：

利用所述充电器以恒流进行充电，

并且从所述蓄电池控制器获取充电开始初期的各个电池单体组的电压作为第一电池单体电压，

在充电进展到规定水平时从所述蓄电池控制器获取各个电池单体组的电压作为第二电池单体电压，

将各个第一电池单体电压与多个电池单体组的该第一电池单体电压的平均值进行比较，来求出第一偏差，

将各个第二电池单体电压与多个电池单体组的该第二电池单体电压的平均值进行比较，来求出第二偏差，

基于这两个偏差来检测出各电池单体的连接异常。

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