CN111948549B - 一种锂电池智慧诊断检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种锂电池智慧诊断检测系统，包括正极X向运动模块、正极Y向运动模块、正极气缸、正极气缸特制夹爪、正极切换导体、正极切换滚轮、电池组正极并联导电铜条、更换电池正极导电铜条、更换用单体电池、更换电池负极导电铜条、负极X向运动模块、负极Y向运动模块、负极气缸、负极气缸特制夹爪、负极切换导体、负极切换滚轮、电池组负极并联导电铜条、单体电池串联弹性接片、电池模组和总控制器等部件。通过二级预警机制，在现有依靠电子均压的技术现状下，实现了一种机械自动替换失效单体电池的技术路线。不仅使电池模组能在某一单体电池失效下继续工作，同时也给予车主更多的安全性，以及避免车载储能系统功能失效导致的拖车处理等问题。

Description

一种锂电池智慧诊断检测系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种锂电池智慧诊断检测系统。

背景技术

随着新能源汽车不断投入市场，作为车载储能装置的锂电池模块也得到越来越多地应用。由于构成锂电池模块的单体电池的性能在特殊工况下容易损坏甚至发生爆炸等危险，因此不允许过充电、过放电、高温和过电流使用。不过，由于制造误差和电池管理系统故障等原因，某个单体电池的失效是难免的。传统的做法一般采用电子控制方式进行均压，并且在无法均压下为了安全只能采取拆装维修作业。

为了能在某一单体电池电压差过大时能不需要拆装维修作业就恢复电池模组正常功能的目标，本发明引入二级机械方式对失效的单体电池进行自动更换，从而提高了车载电池模组的容错率和整体安全性。目前，暂无类似的发明或应用。

发明内容

针对目前尚未利用机械方式进行电池模组的自动修复的技术现状，发明人提供了一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于：所述一种锂电池智慧诊断检测系统包含正极X向运动模块、正极Y向运动模块、正极气缸、正极气缸特制夹爪、正极切换导体、正极切换滚轮、电池组正极并联导电铜条、更换电池正极导电铜条、更换用单体电池、更换电池负极导电铜条、负极X向运动模块、负极Y向运动模块、负极气缸、负极气缸特制夹爪、负极切换导体、负极切换滚轮、电池组负极并联导电铜条、单体电池串联弹性接片、电池模组和总控制器等部件。

进一步地，所述正极气缸安装在正极Y向运动模块上，正极Y向运动模块则安装在正极X向运动模块上，因此正极气缸可在正极X向运动模块和正极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组上平面内的相对坐标位置；所述负极气缸安装在负极Y向运动模块上，负极Y向运动模块则安装在负极X向运动模块上，因此负极气缸可在负极X向运动模块和负极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组下平面内的相对坐标位置。

进一步地，所述正极切换导体安装在正极切换滚轮回转销上，正极切换滚轮的外滚轮可相对正极切换导体转动，并与更换电池正极导电铜条接触；所述负极切换导体安装在负极切换滚轮回转销上，负极切换滚轮的外滚轮可相对负极切换导体转动，并与更换电池负极导电铜条接触。

进一步地，所述电池组正极并联导电铜条与电池模组中所有电池排的正极连接在一起，所述电池组负极并联导电铜条与电池模组中所有电池排的负极连接在一起；所述单体电池串联弹性接片的2端分别连接相邻2个单体电池的正极和负极。

进一步地，所述总控制器可采集电池模组中单体电池的电压信号，并设定第一电子均压阀值和第二机械修复阈值；所述总控制器设定的第一电子均压阀值为某一个与所有单体电池平均电压的绝对差值，并用于开启或关闭电子均压功能，比如当某一单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的第一电子均压阀值，则通过电路开关的方式实现均压；所述总控制器设定的第二机械修复阈值为第二个与所有单体电池平均电压的绝对差值，并用于开启或关闭机械修复阀值功能，比如当某一单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的机械修复阈值，则通过机械方式进行某一单体电池的替换，进而实现电池模组的功能修复。

进一步地，所述电池模组中某一个单体电池出现永久性失效时，总控制器可以通过机械方式实现电池模组的功能修复，避免整个电池模组短时间内无法正常工作；所述总控制器接启动机械方式进行功能修复时，通过CAN总线传递报警信息，以便其他具备CAN总线接收功能的控制单元可以接收，并向车主发提醒。

进一步地，所述电池模组中某一个单体电池出现永久性失效时，即某一个单体电池超过所设定的第二机械修复阈值，总控制器可实现不拆装维修下的该单体电池的自动更换；所述总控制器进行单体电池自动更换作业时，会将某一个已失效单体电池上的正负极从原电路切断，并且将更换用单体电池的正负极接入原电路。

进一步地，所述总控制器通过正极X向运动模块和正极Y向运动模块使正极气缸到达某一待更换的单体电池正极上方，再通过正极气缸上设置的正极气缸特制夹爪将该单体电池正极上的串联弹性接片进行分离，并且该串联弹性接片将与正极切换导体连接，进而依次通过正极切换滚轮、电池组正极并联导电铜条、更换电池正极导电铜条与更换用单体电池的正极相连，实现了正极端电路的更换；所述总控制器通过负极X向运动模块和负极Y向运动模块使负极气缸到达某一待更换的单体电池负极下方，再通过负极气缸上设置的负极气缸特制夹爪将该单体电池负极上的串联弹性接片进行分离，并且该串联弹性接片将与负极切换导体连接，进而依次通过负极切换滚轮、电池组负极并联导电铜条、更换电池负极导电铜条与更换用单体电池的负极相连，实现了负极端电路的更换。

区别于现有只依靠电子均压的技术现状，上述技术方案具有如下优点：所述一种锂电池智慧诊断检测系统除了一次电子均压之外，具有机械方式的电池模组失效单体电池的自动更换功能。不仅提高了车辆电池模组的安全性，也给予车主以缓冲时间去进行电池模组的维护，避免车载储能系统功能失效导致的拖车处理等问题。

附图说明

图1为一种锂电池智慧诊断检测系统的组成部件示意图；

图2为一种锂电池智慧诊断检测系统的组成部件俯视图；

图3为一种锂电池智慧诊断检测系统的组成部件左视图；

图4位一种锂电池智慧诊断检测系统的工作流程图。

附图标记说明：

1、正极X向运动模块；

101、正极X向运动模块驱动电机；

102、正极X向运动模块轴承座；

103、正极X向运动模块丝杆；

2、正极Y向运动模块驱动电机；

3、正极Y向运动模块齿轮齿条传动机构；

4、正极气缸；

5、正极切换导体；

6、正极切换滚轮；

7、正极气缸特制夹爪；

8、电池组正极并联导电铜条；

9、更换电池正极导电铜条；

10、更换用单体电池；

11、更换电池负极导电铜条；

12、负极Y向运动模块电机；

13、负极Y向运动模块齿轮齿条传动机构；

14、负极气缸；

15、负极气缸特制夹爪；

16、负极切换导体；

17、负极切换滚轮；

18、电池组负极并联导电铜条；

19、单体电池串联弹性接片；

20、负极X向运动模块；

21、电池模组；

22、总控制器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1、图2和图3，本实施例提供一种锂电池智慧诊断检测系统，主要包括正极X向运动模块1、正极Y向运动模块(包括正极Y向运动模块电机2和正极Y向运动模块齿轮齿条传动机构3)、正极气缸4、正极气缸特制夹爪7、正极切换导体5、正极切换滚轮6、电池组正极并联导电铜条8、更换电池正极导电铜条9、更换用单体电池10、更换电池负极导电铜条11、负极X向运动模块20、负极Y向运动模块(包括负极Y向运动模块电机12和负极Y向运动模块齿轮齿条传动机构13)、负极气缸14、负极气缸特制夹爪15、负极切换导体16、负极切换滚轮17、电池组负极并联导电铜条18、单体电池串联弹性接片19、电池模组21和总控制器22等部件。其中，正极气缸4安装在正极Y向运动模块上，正极Y向运动模块则安装在正极X向运动模块1上，因此正极气缸4可在正极X向运动模块1和正极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组21上平面内的相对坐标位置；负极气缸14安装在负极Y向运动模块上，负极Y向运动模块则安装在负极X向运动模块20上，因此负极气缸可在负极X向运动模块20和负极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组21下平面内的相对坐标位置。

进一步地，正极切换导体5安装在正极切换滚轮6回转销上，正极切换滚轮6的外滚轮可相对正极切换导体5转动，并与更换电池正极导电铜条9接触；负极切换导体16安装在负极切换滚轮17回转销上，负极切换滚轮17的外滚轮可相对负极切换导体16转动，并与更换电池负极导电铜条11接触。电池组正极并联导电铜条8与电池模组21中所有电池排的正极连接在一起，电池组负极并联导电铜条与电池模组中所有电池排的负极连接在一起；单体电池串联弹性接片的2端分别连接相邻2个单体电池的正极和负极。

本发明实施例中，主要实现电池模组单体电池一级电子均压及二级机械方式失效单体电池的自动更换功能，从而实现单体电池失效下的新能源车辆能继续使用的目的，具体实现原理如下：

(1)二级机械替换单体电池的作业请求：如图4所示，总控制器22先采集电池模组21中单体电池的电压信号，并进行相应的计算，主要进行平均电压的计算以及每个单体电压与平均电压的绝对差计算。总控制器22预先设定第一电子均压阀值和第二机械修复阈值，其中总控制器所设定的第一电子均压阀值为某一个与所有单体电池平均电压的绝对差值，主要用于开启或关闭电子均压功能；总控制器22设定的第二机械修复阈值为第二个与所有单体电池平均电压的绝对差值，并用于开启或关闭机械修复阀值功能。

具体地，当电池模组21中的某一单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的第一电子均压阀值，即出现一级阀值预警，总控制器22则启动电子方式实现均压。若该功能无法正常时单体电池实现均压，并且该单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的机械修复阈值，即出现二级阀值预警，总控制器22进入二级机械替换单体电池的作业请求，通过机械方式进行某一单体电池的替换，进而实现电池模组21的功能修复。

(2)二级机械替换单体电池的自动更换：如图1和图4所示，当总控制器22进入二级机械替换单体电池的作业请求时，一方面，总控制器22通过CAN总线传递报警信息，以便其他具备CAN总线接收功能的控制单元可以接收，并向车主发提醒；另一方面，总控制器22可实现不拆装维修下的该单体电池自动更换，即将某个已失效单体电池上的正负极从原电路切断，并且将更换用单体电池10的正负极接入原电路。

具体地，总控制器22先依据所得到的失效单体电池ID信息，通过计算和输出正极X向运动模块1和正极Y向运动模块的控制信号，使正极气缸4到达该待更换的单体电池正极上方。进一步地，总控制器22通过正极气缸4上设置的正极气缸特制夹爪7的伸出，使正极气缸特制夹爪7靠近与该单体电池正极接触连接的串联弹性接片19上的卡位，再通过微调正极Y向运动模块，使正极气缸特制夹爪7进入串联弹性接片19的正极卡位处。进一步地，总控制器22控制正极气缸特制夹爪7收缩，这样就实现了该单体电池的正极与串联弹性接片19的分离。并且，该串联弹性接片19将与正极切换导体5接触连接，进而依次通过正极切换滚轮6、电池组正极并联导电铜条8、更换电池正极导电铜条9与更换用单体电池10的正极相连，实现了正极端电路的更换。

进一步地，总控制器22先依据所得到的失效单体电池ID信息，通过计算和输出负极X向运动模块20和负极Y向运动模块的控制信号，使负极气缸14到达待更换的单体电池负极下方。进一步地，总控制器22通过负极气缸14上设置的负极气缸特制夹爪15的伸出，使负极气缸特制夹爪15靠近与该单体电池负极接触连接的串联弹性接片19上的卡位，再通过微调负极Y向运动模块，使负极气缸特制夹爪15进入串联弹性接片19的负极卡位处。进一步地，总控制器22控制负极气缸特制夹爪15收缩，这样就实现了该单体电池的负极与串联弹性接片19的分离。并且，该串联弹性接片19将与负极切换导体16连接，进而依次通过负极切换滚轮17、电池组负极并联导电铜条18、更换电池负极导电铜条11与更换用单体电池10的负极相连，实现了负极端电路的更换。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：所发明的一种锂电池智慧诊断检测系统，包括正极X向运动模块1、正极Y向运动模块(包括正极Y向运动模块电机2和正极Y向运动模块齿轮齿条传动机构3)、正极气缸4、正极气缸特制夹爪7、正极切换导体5、正极切换滚轮6、电池组正极并联导电铜条8、更换电池正极导电铜条9、更换用单体电池10、更换电池负极导电铜条11、负极X向运动模块20、负极Y向运动模块(包括负极Y向运动模块电机12和负极Y向运动模块齿轮齿条传动机构13)、负极气缸14、负极气缸特制夹爪15、负极切换导体16、负极切换滚轮17、电池组负极并联导电铜条18、单体电池串联弹性接片19、电池模组21和总控制器22等部件。通过二级预警机制，在现有依靠电子均压的技术现状下，实现了一种机械自动替换失效单体电池的技术路线。不仅使电池模组能在某一单体电池失效下继续工作，同时也给予车主更多的安全性，以及避免车载储能系统功能失效导致的拖车处理等问题。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于：

所述一种锂电池智慧诊断检测系统包含正极X向运动模块、正极Y向运动模块、正极气缸、正极气缸特制夹爪、正极切换导体、正极切换滚轮、电池组正极并联导电铜条、更换电池正极导电铜条、更换用单体电池、更换电池负极导电铜条、负极X向运动模块、负极Y向运动模块、负极气缸、负极气缸特制夹爪、负极切换导体、负极切换滚轮、电池组负极并联导电铜条、单体电池串联弹性接片、电池模组和总控制器部件；

所述正极气缸安装在正极Y向运动模块上，正极Y向运动模块则安装在正极X向运动模块上，因此正极气缸可在正极X向运动模块和正极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组上平面内的相对坐标位置；

所述负极气缸安装在负极Y向运动模块上，负极Y向运动模块则安装在负极X向运动模块上，因此负极气缸可在负极X向运动模块和负极Y向运动模块的共同作用下改变其电池模组下平面内的相对坐标位置；

所述正极切换导体安装在正极切换滚轮回转销上，正极切换滚轮的外滚轮可相对正极切换导体转动，并与更换电池正极导电铜条接触；

所述负极切换导体安装在负极切换滚轮回转销上，负极切换滚轮的外滚轮可相对负极切换导体转动，并与更换电池负极导电铜条接触；

所述电池组正极并联导电铜条与电池模组中所有电池排的正极连接在一起，所述电池组负极并联导电铜条与电池模组中所有电池排的负极连接在一起；

所述单体电池串联弹性接片的2端分别连接相邻2个单体电池的正极和负极。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于：

所述总控制器可采集电池模组中单体电池的电压信号，并设定第一电子均压阀值和第二机械修复阈值；

所述总控制器设定的第一电子均压阀值为某一个与所有单体电池平均电压的绝对差值，并用于开启或关闭电子均压功能，当某一单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的第一电子均压阀值，则通过电路开关的方式实现均压；

所述总控制器设定的第二机械修复阈值为第二个与所有单体电池平均电压的绝对差值，并用于开启或关闭机械修复阀值功能，比如当某一单体电池与所有单体电池的平均电压差值超过所设定的机械修复阈值，则通过机械方式进行某一单体电池的替换，进而实现电池模组的功能修复。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于：

所述电池模组中某一个单体电池出现永久性失效时，总控制器可以通过机械方式实现电池模组的功能修复，避免整个电池模组短时间内无法正常工作；

所述总控制器接启动机械方式进行功能修复时，通过CAN总线传递报警信息，以便其他具备CAN总线接收功能的控制单元可以接收，并向车主发提醒。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于：

所述电池模组中某一个单体电池出现永久性失效时，即某一个单体电池超过所设定的第二机械修复阈值，总控制器可实现不拆装维修下的该单体电池的自动更换；

所述总控制器进行单体电池自动更换作业时，会将某一个已失效单体电池上的正负极从原电路切断，并且将更换用单体电池的正负极接入原电路。

5.根据权利要求4所述的一种锂电池智慧诊断检测系统，其特征在于，

所述总控制器进行单体电池自动更换作业具体为：

所述总控制器通过正极X向运动模块和正极Y向运动模块使正极气缸到达某一待更换的单体电池正极上方，再通过正极气缸上设置的正极气缸特制夹爪将该单体电池正极上的串联弹性接片进行分离，并且该串联弹性接片将与正极切换导体接触连接，进而依次通过正极切换滚轮、电池组正极并联导电铜条、更换电池正极导电铜条与更换用单体电池的正极相连，实现了正极端电路的更换；

所述总控制器通过负极X向运动模块和负极Y向运动模块使负极气缸到达某一待更换的单体电池负极下方，再通过负极气缸上设置的负极气缸特制夹爪将该单体电池负极上的串联弹性接片进行分离，并且该串联弹性接片将与负极切换导体连接，进而依次通过负极切换滚轮、电池组负极并联导电铜条、更换电池负极导电铜条与更换用单体电池的负极相连，实现了负极端电路的更换。

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