CN112114267A - 多串及变串数电池下电参数检测方法 - Google Patents

多串及变串数电池下电参数检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及多串及变串数电池下电参数检测方法。包括：主控制器、电压采集模块、连接组件和化成模块，主控制器的一侧设置有两个以上的电压采集模块，电压采集模块之间以菊花链的形式电连接，首个电压采集模块通过通用异步收发器接口与主控制器电连接，相邻的电压采集模块之间并联连接有两个连接组件，电压采集模块上分别电连接有化成模块。该电压采集的方法及装置具有外围电路简洁、成本较低和采集精度高的优点，利用电压采集模块来进行电压采集，以便在达到额定电压时将电池从回路上断开，解决了现有的电压采集装置存有的外围电路复杂、成本较高和采集精度较低的技术缺陷，满足了电池化成的需要。

Description

多串及变串数电池下电参数检测方法
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及多串及变串数电池下电参数检测方法。
背景技术
电池是能够将化学能转化成电能的装置，储能锂动力电池是目前较为常见的新型高能电池，它具有能量密度高、电池电压高、工作温度范围宽、循环寿命长和无记忆效应等优点，已在多个领域得到广泛的应用。电池在制造完成后，需要通过充放电的方式将电芯内部的正负极物质激活，改善电池的自放电、充放电和储存的性能，该过程被称为电池的“化成”工序。
传统的化成方法是对单体电池进行化成，即一个电池占用一个动力电池检测设备的充电通道，当需要进行化成的电池较多时，化成设备的数量也随之增长，导致占地面积较大，且电池检测设备的电源部分与安放电池的针床部分有一定的距离，导致连接电缆多、成本高、充放电效率低；此外，不同电池通道输出的电流精度不完全一致，导致电池的化成效果也不完全一致，难以使电池质量保持一致。
近些年的电池化成技术得到了快速发展，其中，能量回馈型的锂动力电池串联化成技术较为成熟，它一次性把大批量的动力电池串联起来，同时进行化成，能够保证化成电流的一致性，且提高了工作效率；对于串联起来的动力电池，在化成过程中需要实时采集单体电池的电压，以便根据采集到的电池电压来判断电池的状态，当电池的电压达到设定值时，需要及时从充放电主回路退出，避免电池过充和过放。
目前的电池串联化成技术仍存有一些不足，现有的电压采集装置是采用多片模数转换器芯片加外围电路的方式来实现，由于器件较多，外围电路复杂，PCB板布线面积较大，导致成本较高，此外，现有的电压采集装置受到电路结构的限制，其采集精度较低，工作可靠性差，因此需要一种新的电压采集的方法及装置来解决上述的不足。
发明内容
为了克服上述现有的电压采集装置存有的外围电路复杂、成本较高和采集精度较低的技术缺陷，本发明提供一种外围电路简洁、成本较低和采集精度高的多串及变串数电池下电参数检测方法。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，包括：主控制器、电压采集模块、连接组件和化成模块，其特征在于：主控制器的一侧设置有两个以上的电压采集模块，电压采集模块之间以菊花链的形式电连接，首个电压采集模块通过通用异步收发器接口与主控制器电连接，相邻的电压采集模块之间并联连接有两个连接组件，电压采集模块上分别电连接有化成模块。
所述的电压采集模块，包括模拟数字转换器、采集正极引线、采集负极引线、第一二极管和第二二极管，模拟数字转换器上间隔设置有两个以上的采集引脚，采集引脚上呈交替状电连接有采集正极引线和采集负极引线，采集正极引线和采集负极引线之间并联连接有第一二极管和第二二极管。
所述的采集正极引线和采集负极引线上分别串联连接有保护电阻，保护电阻一侧的采集正极引线和采集负极引线上分别电连接有旁路电容，旁路电容的一端接地。
所述的连接组件，包括电阻R1、R2、R3和R4、电容C1和C2、二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1和电阻R2之间串联连接有电容C1，电阻R3和电阻R4之间串联连接有电容C2，电阻R1、电阻R2、电容C1和电阻R3、电阻R4、电容C2之间并联连接有二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4，其中，二极管D1和二极管D2串联连接，二极管D1和二极管D2之间接地，二极管D3和二极管D4串联连接，二极管D3和二极管D4之间接地。
所述的化成模块由一个以上的化成子模块串联构成，相邻的化成子模块之间串联连接有串联开关，相邻的化成子模块之间并联连接有并联开关。
所述的化成子模块的数量为8个，化成子模块包括化成正极引线和化成负极引线，化成正极引线和化成负极引线分别电连接在待化成的电池两端。
本发明所述的多串及变串数电池下电参数检测的方法，其特征在于，应用于所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，所述电压采集方法包括：
将各个待化成的电池依次放入化成模块中；
向化成模块施加电压以进行化成工序；
电压采集模块实时采集电池电压并发送给主控制器分析；
当电池的电压达到额定值时，即将对应的电池断路；
当所有的电池均已完成化成工序，即停止施加电压并关闭化成模块。
所述的电压采集模块实时采集电池电压并发送给主控制器分析，具体为：模拟数字转换器通过采集正极引线和采集负极引线获得电池的电压。
所述的当电池的电压达到额定值时，即将对应的电池断路，具体为：打开串联开关，闭合并联开关，使电池从供电回路上断开，即可停止对电池的供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的多串及变串数电池下电参数检测方法具有外围电路简洁、成本较低和采集精度高的优点，通过化成模块来对待化成的电池进行供电，同时利用电压采集模块来进行电压采集，主控制器接收到电压信息后，将其与额定的电压值进行对比，即可确定电池的当前状态，以便在达到额定电压时将相应的电池从充电回路上断开，该装置结构紧凑，显著减少了外围电路，元器件占用的PCB板面积较小，节约了生产成本，且通过主控制器与模拟数字转换器的交互来提高了工作精度，解决了现有的电压采集装置存有的外围电路复杂、成本较高和采集精度较低的技术缺陷，满足了电池化成的需要。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电压采集模块的结构示意图；
图3是本发明的电压采集模块的连接示意图；
图4是本发明的主控制器的连接示意图；
图5是本发明的化成模块的结构示意图；
图6是本发明的方法流程示意图。
图中：1、主控制器，2、电压采集模块，21、模拟数字转换器，22、采集正极引线，23、采集负极引线，24、第一二极管，25、第二二极管，26、保护电阻，27、旁路电容，3、连接组件，4、化成模块，41、化成子模块，411、化成正极引线，412、化成负极引线，42、串联开关，43、并联开关，5、电池。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～图6所示，本发明所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，包括：主控制器1、电压采集模块2、连接组件3和化成模块4，所述主控制器1为基于ARM控制系统的微处理器(型号为Cortex-M3)，主控制器1上设置有控制和通信接口，包括但不限于USB接口、CAN接口、以太网接口和SPI接口等，作为本发明一种较佳的实施方式，所述主控制器1还连接有上位机，以便将工作信息传输给上位机。
主控制器1的一侧设置有两个以上的电压采集模块2，所述电压采集模块2，包括模拟数字转换器21、采集正极引线22、采集负极引线23、第一二极管24和第二二极管25，模拟数字转换器21上集成有高速接口、差分接口和电容隔离式通信接口，可监视和检测电池5的故障状态；模拟数字转换器21上间隔设置有两个以上的采集引脚，采集引脚用于进行电压采集，具体的，所述采集引脚的数量为17个，模拟数字转换器21上的各采集引脚由下至上依次标记为VSENSE0、VSENSE1…VSENSE16。
采集引脚上呈交替状电连接有采集正极引线22和采集负极引线23，具体的，采集正极引线22的数量为8个，各采集正极引线22分别电连接在VSENSE1、VSENSE3、VSENSE5、VSENSE7、VSENSE9、VSENSE11、VSENSE13和VSENSE15采集引脚上；采集正极引线22的数量为9个，各采集负极引线23分别电连接在VSENSE0、VSENSE2、VSENSE4、VSENSE6、VSENSE8、VSENSE10、VSENSE12、VSENSE14和VSENSE16采集引脚上，其中，除VSENSE16采集引脚所连接的采集负极引线23外，其余的采集正极引线22和采集负极引线23均为一一配对，依次为：VSENSE0与VSENSE1、VSENSE2与VSENSE3…VSENSE14与VSENSE15，共计8对，每一对采集正极引线22和采集负极引线23可对单个电池5进行电压采集工作，即，可同时对8个电池5进行电压采集。
采集正极引线22和采集负极引线23上分别串联连接有保护电阻26，保护电阻26用于提高采集正极引线22和采集负极引线23的电阻值，防止电流过大导致引线过热烧毁，保护电阻26一侧的采集正极引线22和采集负极引线23上分别电连接有旁路电容27，旁路电容27的一端接地，以便消除电信号对采集信号的影响，采集正极引线22和采集负极引线23之间并联连接有第一二极管24和第二二极管25，第一二极管24和第二二极管25用于防止在工作过程中出现电压击穿的情况。
电压采集模块2之间以菊花链的形式电连接，菊花链为一种网络拓扑结构，具体到本发明中，电压采集模块2的数量为16个，16个电压采集模块2呈线性排列，相邻的电压采集模块2之间可进行双向通信，以使信号能在整条链上传输，首个电压采集模块2通过通用异步收发器接口与主控制器1电连接，该设置的优点在于：主控制器1只需要与单个的电压采集模块2连接，然后通过菊花链传递数据，无需与各个电压采集模块2分别建立连接，该结构显著缩小了电压采集装置的外围电路，且无需大面积的PCB板，节省了生产成本，且简化了传输逻辑，提高了工作精度。
相邻的电压采集模块2之间并联连接有两个连接组件3，连接组件3用于实现相邻的电压采集模块2之间的双向通信，所述连接组件3，包括电阻R1、R2、R3和R4、电容C1和C2、二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1和电阻R2之间串联连接有电容C1，电阻R3和电阻R4之间串联连接有电容C2，电阻R1、电阻R2、电容C1和电阻R3、电阻R4、电容C2之间并联连接有二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4，其中，二极管D1和二极管D2串联连接，二极管D1和二极管D2之间接地，二极管D3和二极管D4串联连接，二极管D3和二极管D4之间接地。
电压采集模块2上分别电连接有化成模块4，化成模块4用于对电池5进行供电，在工作过程中，给化成模块4施加电压即可进行化成工序，所述化成模块4由一个以上的化成子模块41串联构成，具体的，所述化成子模块41的数量为8个，各化成子模块41分别容纳一个电池5，相邻的化成子模块41之间串联连接有串联开关42，相邻的化成子模块41之间并联连接有并联开关43，化成子模块41包括化成正极引线411和化成负极引线412，化成正极引线411和化成负极引线412分别电连接在待化成的电池5两端，化成正极引线411与采集正极引线22电连接，化成负极引线412与采集负极引线23电连接，以使模拟数字转换器21能获取到各个电池5的电压。
本发明所述的多串及变串数电池下电参数检测方法，其特征在于，应用于所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，所述电压采集方法包括：
101、将各个待化成的电池5依次放入化成模块4中；
具体的，各化成子模块41分别容纳一个电池5，每个化成模块4可放入8个电池5，电池5的两端分别与化成正极引线411和化成负极引线412电连接。
102、向化成模块4施加电压以进行化成工序；
103、电压采集模块2实时采集电池5电压并发送给主控制器1分析；
所述的电压采集模块2实时采集电池5电压并发送给主控制器1分析，具体为：模拟数字转换器21通过采集正极引线22和采集负极引线23获得电池5的电压，进一步的，模拟数字转换器21还可以获得电池5的多种故障状态，包括过压、欠压、过热和通信故障，电压采集模块2通过通用异步收发器接口将信息发送给主控制器1。
104、当电池5的电压达到额定值时，即将对应的电池5断路；
所述的当电池5的电压达到额定值时，即将对应的电池5断路，断路的具体操作为：打开串联开关42，使对应的电池5从供电回路上断开，即可停止对电池5进行供电，然后闭合并联开关43，使化成模块4保持连通。
105、当所有的电池5均已完成化成工序，即停止施加电压并关闭化成模块4。
具体的，断开所有的串联开关42和并联开关43即可关闭化成模块4。
本发明具有外围电路简洁、成本较低和采集精度高的优点，通过化成模块4来对待化成的电池5进行供电，同时利用电压采集模块2来进行电压采集，主控制器1接收到电压信息后，将其与额定的电压值进行对比，即可确定电池5的当前状态，以便在达到额定电压时将相应的电池5从充电回路上断开，该装置结构紧凑，显著减少了外围电路，元器件占用的PCB板面积较小，节约了生产成本，且通过主控制器1与模拟数字转换器21的交互来提高了工作精度，解决了现有的电压采集装置存有的外围电路复杂、成本较高和采集精度较低的技术缺陷，满足了电池化成的需要。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.多串及变串数电池下电参数检测的装置，包括：主控制器(1)、电压采集模块(2)、连接组件(3)和化成模块(4)，其特征在于：主控制器(1)的一侧设置有两个以上的电压采集模块(2)，电压采集模块(2)之间以菊花链的形式电连接，首个电压采集模块(2)通过通用异步收发器接口与主控制器(1)电连接，相邻的电压采集模块(2)之间并联连接有两个连接组件(3)，电压采集模块(2)上分别电连接有化成模块(4)。
2.根据权利要求1所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，其特征在于：所述的电压采集模块(2)，包括模拟数字转换器(21)、采集正极引线(22)、采集负极引线(23)、第一二极管(24)和第二二极管(25)，模拟数字转换器(21)上间隔设置有两个以上的采集引脚，采集引脚上呈交替状电连接有采集正极引线(22)和采集负极引线(23)，采集正极引线(22)和采集负极引线(23)之间并联连接有第一二极管(24)和第二二极管(25)。
3.根据权利要求2所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，其特征在于：所述的采集正极引线(22)和采集负极引线(23)上分别串联连接有保护电阻(26)，保护电阻(26)一侧的采集正极引线(22)和采集负极引线(23)上分别电连接有旁路电容(27)，旁路电容(27)的一端接地。
4.根据权利要求1所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，其特征在于：所述的连接组件(3)，包括电阻R1、R2、R3和R4、电容C1和C2、二极管D1、D2、D3和D4，电阻R1和电阻R2之间串联连接有电容C1，电阻R3和电阻R4之间串联连接有电容C2，电阻R1、电阻R2、电容C1和电阻R3、电阻R4、电容C2之间并联连接有二极管D1、二极管D2和二极管D3、二极管D4，其中，二极管D1和二极管D2串联连接，二极管D1和二极管D2之间接地，二极管D3和二极管D4串联连接，二极管D3和二极管D4之间接地。
5.根据权利要求1所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，其特征在于：所述的化成模块(4)由一个以上的化成子模块(41)串联构成，相邻的化成子模块(41)之间串联连接有串联开关(42)，相邻的化成子模块(41)之间并联连接有并联开关(43)。
6.根据权利要求5所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，其特征在于：所述的化成子模块(41)的数量为8个，化成子模块(41)包括化成正极引线(411)和化成负极引线(412)，化成正极引线(411)和化成负极引线(412)分别电连接在待化成的电池(5)两端。
7.多串及变串数电池下电参数检测的方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的多串及变串数电池下电参数检测的装置，所述电压采集方法包括：
将各个待化成的电池(5)依次放入化成模块(4)中；
向化成模块(4)施加电压以进行化成工序；
电压采集模块(2)实时采集电池(5)的电压并发送给主控制器(1)分析；
当电池(5)的电压达到额定值时，即将对应的电池(5)断路；
当所有的电池(5)均已完成化成工序，即停止施加电压并关闭化成模块(4)。
8.根据权利要求7所述的多串及变串数电池下电参数检测的方法，其特征在于：所述的电压采集模块(2)实时采集电池(5)电压并发送给主控制器(1)分析，具体为：模拟数字转换器(21)通过采集正极引线(22)和采集负极引线(23)获得电池(5)的电压。
9.根据权利要求7所述的多串及变串数电池下电参数检测的方法，其特征在于：所述的当电池(5)的电压达到额定值时，即将对应的电池(5)断路，具体为：打开串联开关(42)，闭合并联开关(43)，使电池(5)从供电回路上断开，即可停止对电池(5)的供电。
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