CN112230166A - 模组线束通断测试装置及测试方法、模组下线测试系统 - Google Patents

模组线束通断测试装置及测试方法、模组下线测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种模组线束通断测试装置及测试方法，属于电池模组测试领域。所述测试装置包括：测试电路，与模组的模组线束连接，用于采集所述模组的静态数据，以及采集所述模组在放电状态下的动态数据；可编程逻辑控制器，与所述测试电路连接，用于：控制所述测试电路对所述模组进行静态测试和动态测试，获取所述模组的所述静态数据及所述动态数据；根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；以及输出所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻；所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻用以判断所述模组线束的通断情况。本发明能够快速获取测试电路的电信号，快速读取测试数据，大大提高了测试速度和测试效率。

Description

模组线束通断测试装置及测试方法、模组下线测试系统
技术领域
本发明涉及电池模组测试领域，具体地涉及一种模组线束通断测试装置、一种模组线束通断测试方法以及一种模组下线测试系统。
背景技术
汽车动力电池系统中的电池模块是由单体电池串并联组成的模组，模组的采样线束用于采集模组的每个单体电池的电压和温度监测点的温度，并通过标准接插件输出。由于焊接不良、端子压接不良、外力压断等原因造成模组线束接触不良或断路，导致电压和温度点的丢失，导致汽车无法上路行驶或出现行驶故障。因此，模组线束通断测试在电池模组(电池包)生产过程中非常重要。
目前，模组线束通断测试方法主要采用手工接线测试，测试人员需要频繁接线，测试速度慢、效率低。由于人员因素的影响，容易判断失误，且测试精度低，不能准确检测出虚焊等焊接质量问题。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种模组线束通断测试装置及测试方法，以提高测试速度和测试效率。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种模组线束通断测试装置，所述装置包括：
测试电路，与模组的模组线束连接，用于采集所述模组的静态数据，以及采集所述模组在放电状态下的动态数据；
可编程逻辑控制器，与所述测试电路连接，用于：
控制所述测试电路对所述模组进行静态测试和动态测试，获取所述模组的所述静态数据及所述动态数据；
根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；以及
输出所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻；所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻用以判断所述模组线束的通断情况。
进一步地，所述静态数据包括所述模组的静态电压和静态电流，所述动态数据包括所述模组的动态电压和动态电流。
进一步地，所述可编程逻辑控制器包括隔离型模拟量输入模块，所述隔离型模拟量输入模块用于将所述测试电路采集的模拟量数据转换为数字量数据输出。
进一步地，所述测试电路包括依次连接的第一接插件、第二接插件以及多个测试单元，所述第一接插件和所述第二接插件分别与所述模组线束的两端连接。
进一步地，所述隔离型模拟量输入模块有多个，多个所述隔离型模拟量输入模块通过插针式连接器与所述测试电路的多个测试单元对应相连。
进一步地，所述第一接插件与所述第二接插件之间连接有主正主负继电器开关，所述第二接插件与所述测试单元之间连接有电流传感器。
进一步地，所述第一接插件连接有IGBT模块，所述IGBT模块用于在所述动态测试过程中调节所述模组输出的电流大小以使所述模组保持恒流输出。
本发明另一方面提供一种模组线束通断测试方法，所述方法包括以下步骤：
S1)将测试电路与模组的模组线束连接；
S2)通过可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行静态测试，获得所述模组的静态数据；
S3)通过所述可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行动态测试，获得所述模组在放电状态下的动态数据，以及根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；
S4)根据所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻判断所述模组线束的通断情况。
进一步地，所述静态数据包括所述模组的静态电压和静态电流，所述动态数据包括所述模组的动态电压和动态电流。
本发明还提供一种模组下线测试系统，该系统包括计算机工作站以及上述的模组线束通断测试装置，所述计算机工作站与所述模组线束通断测试装置的可编程逻辑控制器连接；
所述模组线束通断测试装置用于获取所述模组的静态数据、动态数据以及直流电阻并作为数字量数据输出；
所述计算机工作站用于收集并处理所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻以判断所述模组线束的通断情况。
本发明提供的模组线束通断测试装置及测试方法通过可编程逻辑控制器控制测试电路对模组线束进行静态测试和动态测试，自动获取测试电路的静态测试数据和动态测试数据，从而判断模组线束的通断情况(是否焊接不良、端子是否压接不良、线束是否压断等)。依靠可编程逻辑控制器的快速反应能力，能够快速获取测试电路的电信号，快速读取测试数据，其测试响应速度可达到微秒级，大大提高了测试速度和测试效率。
此外，可编程逻辑控制器通过隔离型模拟量输入模块将测试电路的模拟信号转换为数字信号，使测试电路的多路信号相互隔离、互不干扰，提高了测试准确度。隔离型模拟量输入模块的采样频率高，可实现时间平均、次数平均、移动平均等滤波参数，具有良好的滤波效果，提高了测量精度。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的结构框图；
图2是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的可编程逻辑控制器的结构框图；
图3是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的测试电路的原理图；
图4是图3中的测试单元的电路原理图；
图5是本发明实施方式提供的电池模组的示意图；
图6是本发明实施方式提供的模组低压线束连接器的接口定义示意图；
图7是本发明实施方式提供的隔离型模拟量输入模块与测试电路各信号的对应关系图；
图8是本发明实施方式提供的模组线束通断测试方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的结构框图。如图1所示，本发明实施方式提供一种模组线束通断测试装置，所述装置包括测试电路和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)。所述测试电路与模组的模组线束连接，用于采集所述模组的静态数据，以及采集所述模组在放电状态下的动态数据。所述可编程逻辑控制器与所述测试电路连接，用于：控制所述测试电路对所述模组进行静态测试和动态测试，获取所述模组的所述静态数据及所述动态数据；根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；以及输出所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻；所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻用以判断所述模组线束的通断情况。所述静态数据包括所述模组的静态电压和静态电流，所述动态数据包括所述模组的动态电压和动态电流。
所述可编程逻辑控制器包括隔离型模拟量输入模块，所述隔离型模拟量输入模块用于将所述测试电路采集的模拟量数据转换为数字量数据输出。
图2是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的可编程逻辑控制器的结构框图。如图2所示，可编程逻辑控制器PLC采用模块化的结构形式，包括隔离型模拟量输入模块(型号Q64AD-GH)、开关量输入模块(型号QX40)、主基板(型号Q38B)、中央处理器(型号Q04UDEH)、输出模块(型号QY50)、通信模块(型号QJ71C24N-R4)以及电源模块(型号Q61P)。所述隔离型模拟量输入模块有多个，多个所述隔离型模拟量输入模块通过插针式连接器与所述测试电路的多个测试单元对应相连，对应测试电路的多路信号输入，且各路信号相互隔离，互不干扰。所述输出模块用于与所述计算机工作站连接，输出测试数据。
图3是本发明一种实施方式提供的模组线束通断测试装置的测试电路的原理图，图4是图3中的测试单元的电路原理图。如图3所示，所述测试电路包括依次连接的第一接插件、第二接插件以及多个测试单元，所述第一接插件和所述第二接插件分别与所述模组线束的两端连接。所述第一接插件为2P插拔式接插件，所述第二接插件为2P螺栓式接插件。所述第一接插件与所述第二接插件之间连接有主正主负继电器开关，所述第二接插件与所述测试单元之间连接有电流传感器。所述第一接插件连接有IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块，所述IGBT模块用于在动态测试过程中调节所述模组输出的电流大小以使所述模组保持恒流输出。
如图4所示，所述测试单元包括依次连接的电压表、热敏电阻、开关以及电流表，多个所述测试单元并联连接。多个测试单元分别用于测量多个电芯的电压、电流及温度信息。图3和图4的电路结构可集成设置到电路板，在电路板上设置相应的插针式接插件，通过插针式连接器与模组线束连接。
图5是本发明实施方式提供的电池模组的示意图，该电池模组由12个单体电芯组成，电芯容量50.8A.h，标称电压3.70V。模组的外框结构由端板1、侧板2和汇流排安装板6组成。每个单体电芯的电极与对应的汇流排焊接，将三种不同结构的汇流排(汇流排3、汇流排7、汇流排10)焊接连接，形成模组的串联结构。汇流排7和汇流排10连接到模组主电路(主正主负电路)，10s瞬时过流能力可达450A。FPC(Flexible and Rigid-Flex，柔性电路板)5、NTC(Negative Temperature Coefficient)采样电阻8、以及用于连接汇流排与FPC柔性电路板的镍片9通过激光脉冲焊接连接。FPC柔性电路板5、NTC采样电阻8、镍片9以及模组低压线束连接器11构成模组的低压及温度采样装置。模组低压线束连接器11的接口定义如图6所示。图4所示的测试单元线路与图6所示的模组低压线束连接器的接口线路相对应。
多个隔离型模拟量输入模块通过插针式连接器与多个测试单元对应相连，以获取测试电路的多路信号，并使各路信号相互隔离、互不干扰。本实施方式中，所述隔离型模拟量输入模块采用三菱隔离通道模拟量模块，型号为Q64AD-GH，利用5个Q64AD-GH模块实现PLC与测试电路的对接。图7是本发明实施方式提供的隔离型模拟量输入模块与测试电路各信号的对应关系图。如图7所示，5个隔离型模拟量输入模块分别为Q64AD-GH-1、Q64AD-GH-2、Q64AD-GH-3、Q64AD-GH-4、Q64AD-GH-5，对应获取图4所示的测试单元电路的多路模拟信号。
本实施方式提供的模组线束通断测试装置还包括扫码枪，所述扫码枪与所述可编程逻辑控制器连接，用于扫描模组的编号，方便数据记录。
图8是本发明实施方式提供的模组线束通断测试方法的流程图。
如图8所示，本发明实施方式提供一种模组线束通断测试方法，适用于上述的模组线束通断测试装置，所述方法包括以下步骤：
S1)将测试电路与模组的模组线束连接。
将测试电路的第一接插件和第二接插件分别与模组线束的两端连接。
S2)通过可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行静态测试，获得所述模组的静态数据。
具体地，可编程逻辑控制器根据预设的PLC控制程序控制测试电路的开关KA1-KA12闭合，15秒后读取并记录模组的静态数据，静态数据包括电压V1-V12、电流A1-A12、温度等数据，并统计电芯检测点数量，温度检测点数量，电芯最大电压与最小电压的压差，电芯温度检测点最高温度与最小温度的温差。
S3)通过所述可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行动态测试，获得所述模组在放电状态下的动态数据，以及根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻。
具体地，可编程逻辑控制器在判定所述模组的静态数据合格的情况下，控制所述测试电路的各测试单元的线路断开，所述测试电路的主正主负继电器开关闭合，所述测试电路的IGBT模块启动，通过所述IGBT模块调节所述模组输出的电流大小以使所述模组保持恒流输出。其中，根据步骤S2)获得的静态数据是否在规定的范围内判断静态数据是否合格，例如，通常单体电芯电压为3.800－3.830V,电芯温度和室温相差±5℃，若测得的电压和温度在上述范围内，则判定静态数据合格。
获取所述模组在放电状态下的动态数据，例如，电压V1-V12、电流A1-A12、温度等数据，并统计电芯检测点数量，温度检测点数量，电芯最大电压与最小电压的压差，电芯温度检测点最高温度与最小温度的温差。通过测试电路的电流传感器获得主电路的电流，即模组主电流。当模组主电流大于2A时，PLC通过开关量输入模块(QX40)自动切换到DCIR模式(DCIR是指在特定的载荷量和放电电流下的直流电阻，DCIR模式是指测试直流电阻的模式)，该模式下模组的放电电流达到300-450A，放电10-15s。此时控制开关KA1-KA12全部断开，电流表A1-A12指示显示为0A，电压表V1-V12显示对应的电芯电压。接下来进行DCIR模式的动态数据收集，采样频率10HZ(最高可达50000HZ)，采集测试电路的主电路电压和主电路电流(通过电流传感器测得)。
直流电阻的计算公式为Rdc＝U1-U2/I2-I1，其中U1是电池以恒定电流I1放电时电池两端的电压，U2是电池以恒定电流I2放电时电池两端的电压。根据动态测试数据依据上述公式即可计算出所述模组的直流电阻。
S4)根据所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻判断所述模组线束的通断情况。
若直流电阻值在标准值范围以内，表示模组线束连通性良好；若直流电阻值较大，超出标准值范围，表示模组线束连接有问题，例如，压接不良、外力压断或虚接、虚焊等问题。因为相邻单体电芯之间的连接是通过极柱与汇流排焊接连接，还可根据直流电阻判断电芯极柱与汇流排的焊接质量，若直流电阻大于标准值，表示电芯极柱与汇流排之间可能存在虚焊、漏焊等焊接质量问题。
本发明实施方式提供的模组线束通断测试装置及测试方法通过可编程逻辑控制器控制测试电路对模组线束进行静态测试和动态测试，自动获取测试电路的静态测试数据和动态测试数据，从而判断模组线束的通断情况，例如，是否焊接不良、端子是否压接不良、线束是否压断等。依靠可编程逻辑控制器的快速反应能力，能够快速获取测试电路的电信号，快速读取测试数据，其测试响应速度可达到微秒级，大大提高了测试速度和测试效率。此外，可编程逻辑控制器通过隔离型模拟量输入模块将测试电路的模拟信号转换为数字信号，使测试电路的多路信号相互隔离、互不干扰，提高了测试准确度。隔离型模拟量输入模块的采样频率高，可实现时间平均、次数平均、移动平均等滤波参数，具有良好的滤波效果，提高了测量精度。
本发明实施方式还提供一种模组下线测试系统，该系统包括计算机工作站以及上述的模组线束通断测试装置，所述计算机工作站与所述模组线束通断测试装置的可编程逻辑控制器连接。所述模组线束通断测试装置用于获取所述模组的静态数据、动态数据以及直流电阻并作为数字量数据输出。所述计算机工作站用于收集并处理所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻以判断所述模组线束的通断情况。
下线检测设备EOL(End of Line Testing Tool)从模组线束通断测试装置获取电池模组的静态数据和动态数据，以满足电池模组产品下线前的功能检测和产品配置。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种模组线束通断测试装置，其特征在于，所述装置包括：
测试电路，与模组的模组线束连接，用于采集所述模组的静态数据，以及采集所述模组在放电状态下的动态数据；
可编程逻辑控制器，与所述测试电路连接，用于：
控制所述测试电路对所述模组进行静态测试和动态测试，获取所述模组的所述静态数据及所述动态数据；
根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；以及
输出所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻；所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻用以判断所述模组线束的通断情况。
2.根据权利要求1所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述静态数据包括所述模组的静态电压和静态电流，所述动态数据包括所述模组的动态电压和动态电流。
3.根据权利要求1所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器包括隔离型模拟量输入模块，所述隔离型模拟量输入模块用于将所述测试电路采集的模拟量数据转换为数字量数据输出。
4.根据权利要求3所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述测试电路包括依次连接的第一接插件、第二接插件以及多个测试单元，所述第一接插件和所述第二接插件分别与所述模组线束的两端连接。
5.根据权利要求4所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述隔离型模拟量输入模块有多个，多个所述隔离型模拟量输入模块通过插针式连接器与所述测试电路的多个测试单元对应相连。
6.根据权利要求3所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述第一接插件与所述第二接插件之间连接有主正主负继电器开关，所述第二接插件与所述测试单元之间连接有电流传感器。
7.根据权利要求6所述的模组线束通断测试装置，其特征在于，所述第一接插件连接有IGBT模块，所述IGBT模块用于在所述动态测试过程中调节所述模组输出的电流大小以使所述模组保持恒流输出。
8.一种模组线束通断测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1)将测试电路与模组的模组线束连接；
S2)通过可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行静态测试，获得所述模组的静态数据；
S3)通过所述可编程逻辑控制器控制所述测试电路对所述模组进行动态测试，获得所述模组在放电状态下的动态数据，以及根据所述动态数据计算所述模组的直流电阻；
S4)根据所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻判断所述模组线束的通断情况。
9.根据权利要求8所述的模组线束通断测试方法，其特征在于，所述静态数据包括所述模组的静态电压和静态电流，所述动态数据包括所述模组的动态电压和动态电流。
10.一种模组下线测试系统，其特征在于，该系统包括计算机工作站以及权利要求1-7中任一项所述的模组线束通断测试装置，所述计算机工作站与所述模组线束通断测试装置的可编程逻辑控制器连接；
所述模组线束通断测试装置用于获取所述模组的静态数据、动态数据以及直流电阻并作为数字量数据输出；
所述计算机工作站用于收集并处理所述静态数据、所述动态数据以及所述直流电阻以判断所述模组线束的通断情况。
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