CN113270657A - 基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统及检测方法，利用单个圆柱状电池所产生的磁场在汽车运行会发生变化，在电池上方嵌入磁感应发电单元，由于电磁感应产生感应电压，通过整流后，输出的电压波形可监测电池状态。如果电池断路或损坏，则不会有感应电压产生，即可判断该发电单元对应的电池损坏。本发明不仅操作简单，而且灵敏度高，能及时反馈电池是否出现坏点以及出现坏点的位置，进而避免整个电池组的报废。

Description

基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统及检测方法
技术领域
本发明属于新能源动力电池检测技术领域，具体地说，涉及一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统及检测方法。
背景技术
电动车使用的锂离子电池组会发生部分故障，虽然整体系统不会崩溃，仍可以继续行驶，但电动车性能会降低，影响实际的行驶里程。当电池矩阵中某几节电池发生故障以后，如何检测出电池矩阵中的坏点是一个亟待解决的问题。快速找出损坏的单只电池，不仅便于检修，大大降低成本，还可及时进行维修和保养。一旦实时获得运行参数，建立一个完备的检测系统，便可监测电动车的续航里程、单公里耗电量等参数。
发明内容
本发明基于现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统及检测方法，利用单个圆柱状电池所产生的磁场在汽车运行会发生变化，在电池上方嵌入磁感应发电单元，由于电磁感应产生感应电压，通过整流后，输出的电压波形可监测电池状态。如果电池断路或损坏，则不会有感应电压产生，即可判断该发电单元对应的电池损坏。
本发明具体实现内容如下：
本发明提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，用于对锂离子电池组中的电池矩阵的电池进行监测，其特征在于，包括弹性聚合物膜；
所述弹性聚合物膜设置两层，铺设在电池矩阵的一个电极面上；在两层弹性聚合物膜之间设置有磁感应发电单元；所述磁感应发电单元的数量与电池矩阵的电池对应；且每一个磁感应发电单元设置在对应电池通电状态下所形成的磁场路径上；
所述电池矩阵坏点检测系统还设置有连接导线、电压指示装置；
所述电压指示装置通过连接导线与所述磁感应发电单元连接；
所述电压指示装置设置有用于显示电压波形的显示装置。
为了更好地实现本发明，进一步地，还包括整流电路和运放电路；所述磁感应发电单元的输出端依次连接整流电路和运放电路后再通过连接导线与所述电压指示装置连接。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述整流电路为桥式整流电路。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述磁感应发电单元包括感应线圈以及设置在感应线圈中心内的中心软铁；所述感应线圈的两端为磁感应发电单元的连接端。
本发明还提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测方法，基于上述的一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，包括以下操作：
步骤1：在电池矩阵上铺设第一层弹性聚合物膜；
步骤2：在第一层弹性聚合物膜上设置磁感应发电单元，设置磁感应发电单元的方式为：一个磁感应发电单元对应一个电池矩阵中的电池，将每一个磁感应发电单元设置在第一层弹性聚合物膜上，且位于对应的电池通电状态下所形成的磁场路径上；
步骤3：在设置好所有磁感应发电单元后，通过连接导线将电压指示装置与所述磁感应发电单元连接；
步骤4：在磁感应发电单元的上端铺设第二层弹性聚合物膜；
步骤5：通过磁感应发电单元感应对应电池的电极端的磁场变化产生电流传输到电压指示装置的显示装置上，通过所述显示装置上的显示结果判断对应电池是否损坏；具体判断方法为：若在显示装置上显示电压波形，则判定为电池未损坏，若没有显示出电压波形，则判断为电池损坏。
本发明还提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测方法，基于上述的一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，包括以下操作：
步骤1：在电池矩阵上铺设第一层弹性聚合物膜；
步骤2：在第一层弹性聚合物膜上设置磁感应发电单元，设置磁感应发电单元的方式为：一个磁感应发电单元对应一个电池矩阵中的电池，将每一个磁感应发电单元设置在第一层弹性聚合物膜上，且位于对应的电池通电状态下所形成的磁场路径上；
步骤3：在设置好所有磁感应发电单元后，通过连接导线将电压指示装置与所述磁感应发电单元连接；
步骤4：在磁感应发电单元的上端铺设第二层弹性聚合物膜；
步骤5：通过磁感应发电单元感应对应电池的电极端的磁场变化产生交变的感应电动势，然后将交变的感应电动势通过整流电路整流为直流电压，然后将整流得到的直流电压输入到运放电路中得到矩形波，并传输到电压指示装置的显示装置上进行显示，通过所述显示装置上的显示结果判断对应电池是否损坏；具体判断方法为：若在显示装置上显示电压矩形波，则判定为电池未损坏，若没有显示出电压矩形波，则判断为电池损坏。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
本发明不仅操作简单，而且灵敏度高，能及时反馈电池是否出现坏点以及出现坏点的位置，进而避免整个电池组的报废。
附图说明
图1为本发明系统装置结构示意图；
图2为本发明磁感应发电单元结构示意图；
图3为本发明磁感应发电单元与电池对应的安装位置示意图；
图4为本发明桥式整流电路原理示意图；
图5为本发明电池的磁场分布示意图；
图6为整流和运放后的波形状态示意图。
其中：1、弹性聚合物膜，2、磁感应发电单元，3、电池矩阵，4、连接导线，5、感应线圈，6、中心软铁。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
参照图1、图2和图3，本实施例提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，安装在电动车的锂离子电池组上，用于对锂离子电池组中的电池矩阵3的电池进行监测，所述电池矩阵坏点检测系统包括弹性聚合物膜1；所述电池可为圆柱形电池，正负极分别设置于圆柱形电池的顶端和底端。
所述弹性聚合物膜1设置两层，铺设在电池矩阵3的统一的一个电极面上；在两层弹性聚合物膜1之间设置有磁感应发电单元2；所述磁感应发电单元2的数量与电池矩阵3的电池对应；且每一个磁感应发电单元2设置在位于对应的唯一的电池的电极侧边，具体地，所述磁感应发电单元2设置于对应电池的磁场路径上，该磁场路径为电池通电状态下，输出电流时电池所形成的磁场；
所述电池矩阵坏点检测系统还设置有连接导线4和电压指示装置；
所述电压指示装置通过连接导线4与所述磁感应发电单元2连接；
所述电压指示装置设置有用于显示电压波形的显示装置。
实施例2：
本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，还包括整流电路和运放电路；所述磁感应发电单元2的输出端依次连接整流电路和运放电路后再通过连接导线4与所述电压指示装置连接。
进一步地，所述整流电路为桥式整流电路，如图4所示。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述磁感应发电单元2包括感应线圈5以及设置在感应线圈5中心内的中心软铁6，所述中心软铁6为软磁材料制成，即剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料，如硅钢片等，能够汇聚磁场，增强感应线圈5中的感应精度；所述感应线圈5的两端为磁感应发电单元2的连接端。
本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例还提出了一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测方法，基于上述的一种基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，包括以下操作：
步骤1：在电池矩阵3上铺设第一层弹性聚合物膜1；
步骤2：在第一层弹性聚合物膜1上设置磁感应发电单元2，设置磁感应发电单元2的方式为：一个磁感应发电单元2对应一个电池矩阵3中的电池，将每一个磁感应发电单元2设置在第一层弹性聚合物膜1上，且位于对应的电池的电极端侧旁的位置处，具体地，所述磁感应发电单元2设置于对应电池的磁场路径上，该磁场路径为电池通电状态下，输出电流时电池所形成的磁场；
步骤3：在设置好所有磁感应发电单元2后，通过连接导线4将电压指示装置与所述磁感应发电单元2连接；
步骤4：在磁感应发电单元2的上端铺设第二层弹性聚合物膜1；
步骤5：通过磁感应发电单元2感应对应电池在输出不同电流时电极端的磁场变化产生交变的感应电动势，然后将交变的感应电动势通过整流电路整流为直流电压，然后将整流得到的直流电压输入到运放电路中得到矩形波，并传输到电压指示装置的显示装置上进行显示，通过所述显示装置上的显示结果判断对应电池是否损坏；具体判断方法为：若在显示装置上显示电压矩形波，则判定为电池未损坏，若没有显示出电压矩形波，则判断为电池损坏。
工作原理：发热单元2由感应线圈5、中心软铁6以及整流电路组成，发热单元2放置于电池电极一侧，此时磁感应线穿过感应线圈5并被中心软铁6强化。汽车行驶时，感应线圈5中磁场发生变化，产生感应电动势。当有电池损坏时，对应的发热单元2没有电压输出。感应电压经过整流电路转换为规则波形，输出到电压指示装置或转换为数字信号。弹性聚合物膜1起保护作用，保证整个检测过程发生在密闭环境下，避免受外界环境因素的影响。
本发明以电磁感应为理论基础。电磁感应理论是指由于穿过感应线圈5的磁通量发生变化从而产生感应电动势的现象。通过监测电池矩阵3的实时工作状况，从而判断发生断路或损坏的电池位置。汽车行驶过程中电池中流经的电流I并不是保持不变的，而是会在一定范围内波动。这是因为汽车在刹车、加速或者减速过程中功率都会有所变化，汽车在不同行驶状态下接入的负载电阻是不同的。而每一节电池所提供的电压是基本不变的，故汽车内部的电池矩阵上流过的电流I会处于一种波动的状态。当电动车处于行驶状态以后，单个电池内部流过的电流I不是一个固定的值，而是处于不断波动过程中，故而电池本身产生的磁场也处于变化中；电池的磁场分布如图5所示。为强化感应线圈5中的磁场，本发明在每个感应线圈中放置一块中心软铁6。根据电磁感应理论，感应线圈5中会产生交变的感应电动势，即图6（a）；将输出的交变电压通过桥式整流电路整流，可得到图6（b）的直流电压，将得到的直流电压再一次输入到运放电路中，可得到规则较均匀的矩形波，如图6（c），便于进行数字化识别判断。最后，通过电压指示装置上的波形可进行判断，若该节电池完好无损，则可在示波器上看到清晰的波形；若该节电池发生故障，即断路，则示波器上不显示波形。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，用于对锂离子电池组中的电池矩阵（3）的电池进行监测，其特征在于，包括弹性聚合物膜（1）；
所述弹性聚合物膜（1）设置两层，铺设在电池矩阵（3）的一个电极面上；在两层弹性聚合物膜（1）之间设置有磁感应发电单元（2）；所述磁感应发电单元（2）的数量与电池矩阵（3）的电池对应；且每一个磁感应发电单元（2）设置在对应电池通电状态下所形成的磁场路径上；
所述电池矩阵（3）坏点检测系统还设置有连接导线（4）、电压指示装置；
所述电压指示装置通过连接导线（4）与所述磁感应发电单元（2）连接；
所述电压指示装置设置有用于显示电压波形的显示装置。
2.如权利要求1所述的基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，其特征在于，还包括整流电路和运放电路；所述磁感应发电单元（2）的输出端依次连接整流电路和运放电路后再通过连接导线（4）与所述电压指示装置连接。
3.如权利要求2所述的基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，其特征在于，所述整流电路为桥式整流电路。
4.如权利要求1或2或3所述的基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，其特征在于，所述磁感应发电单元（2）包括感应线圈（5）以及设置在感应线圈（5）中心内的中心软铁（6）；所述感应线圈（5）的两端为磁感应发电单元（2）的连接端。
5.基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测方法，基于权利要求1所述的基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，其特征在于，包括以下操作：
步骤1：在电池矩阵（3）上铺设第一层弹性聚合物膜（1）；
步骤2：在第一层弹性聚合物膜（1）上设置磁感应发电单元（2），设置磁感应发电单元（2）的方式为：一个磁感应发电单元（2）对应一个电池矩阵（3）中的电池，将每一个磁感应发电单元（2）设置在第一层弹性聚合物膜（1）上，且位于对应的电池通电状态下所形成的磁场路径上；
步骤3：在设置好所有磁感应发电单元（2）后，通过连接导线（4）将电压指示装置与所述磁感应发电单元（2）连接；
步骤4：在磁感应发电单元（2）的上端铺设第二层弹性聚合物膜（1）；
步骤5：通过磁感应发电单元（2）感应对应电池的电极端的磁场变化产生电流传输到电压指示装置的显示装置上，通过所述显示装置上的显示结果判断对应电池是否损坏；具体判断方法为：若在显示装置上显示电压波形，则判定为电池未损坏，若没有显示出电压波形，则判断为电池损坏。
6.基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测方法，基于权利要求2所述的基于电磁感应效应的电池矩阵坏点检测系统，其特征在于，包括以下操作：
步骤1：在电池矩阵（3）上铺设第一层弹性聚合物膜（1）；
步骤2：在第一层弹性聚合物膜（1）上设置磁感应发电单元（2），设置磁感应发电单元（2）的方式为：一个磁感应发电单元（2）对应一个电池矩阵（3）中的电池，将每一个磁感应发电单元（2）设置在第一层弹性聚合物膜（1）上，且位于对应的电池通电状态下所形成的磁场路径上；
步骤3：在设置好所有磁感应发电单元（2）后，通过连接导线（4）将电压指示装置与所述磁感应发电单元（2）连接；
步骤4：在磁感应发电单元（2）的上端铺设第二层弹性聚合物膜（1）；
步骤5：通过磁感应发电单元（2）感应对应电池的电极端的磁场变化产生交变的感应电动势，然后将交变的感应电动势通过整流电路整流为直流电压，然后将整流得到的直流电压输入到运放电路中得到矩形波，并传输到电压指示装置的显示装置上进行显示，通过所述显示装置上的显示结果判断对应电池是否损坏；具体判断方法为：若在显示装置上显示电压矩形波，则判定为电池未损坏，若没有显示出电压矩形波，则判断为电池损坏。
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Address before: No. 601, 6 / F, block d2-c, science and technology innovation center, No. 7, shaping Road, Guoxing Avenue, Lingang Economic Development Zone, Yibin City, Sichuan Province, 644000

Patentee before: Sichuan new energy automobile Innovation Center Co.,Ltd.