CN113281676B - 电池内部漏电流的判断装置及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种电池内部漏电流的判断方法,包括:获取电池的路端电压的起始电压值;使得电池进行电流输出,以使得电池的路端电压由起始电压值变化至目标电压值,获取电池在电流输出期间的输出电荷量;以及至少基于电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在内部漏电流。本公开还提供了电池内部漏电流的判断装置以及电池管理系统。
Description
技术领域
本公开属于电池技术领域,本公开尤其涉及一种电池内部漏电流的判断方法、装置及电池管理系统。
背景技术
由于锂电池的广泛使用,锂电池的安全问题就显得越来越突出。
锂电池的失效模式比较多,其中老化是一种周期较长的失效模式。
伴随着老化的过程,锂电池会出现内部阻抗增加和内部漏电流增加的现象。但是由于锂电池内部漏电流为<μA级别的电流,因此测试困难。
现有技术中的测试方法对于锂电池的测试方案包括电压降法、容量衰减法、自放电电流法、副反应消耗Li+摩尔计数法。
现有技术中的方法测量时间长,测试条件复杂,并且测量的时间长,精度差。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个,本公开提供了一种电池内部漏电流的判断方法、装置及电池管理系统。
根据本公开的一个方面,提供一种电池内部漏电流的判断方法,包括:
获取电池的路端电压的起始电压值;
使得所述电池进行电流输出,以使得所述电池的路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值,获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量;以及
至少基于所述电池在电流输出期间的输出电荷量,判断所述电池是否存在内部漏电流。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,使得所述电池进行电流输出,为使得所述电池进行恒定电流输出。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量,包括:
使用所述电池对电容器进行充放电,基于电容器的充放电次数获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,使用所述电池对电容器进行充放电,基于电容器的充放电次数获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量,包括:
使用所述电池对所述电容器进行充电,当所述电容器达到预设电压时,对所述电容器进行放电并累计所述电容器的充放电次数;以及
至少基于累计的所述电容器的充放电次数以及所述电容器的电容值获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,至少基于所述电池在电流输出期间的输出电荷量,判断所述电池是否存在内部漏电流,包括:
将所述电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下所述电池在路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量进行比较,基于比较的结果判断所述电池是否存在内部漏电流。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,将所述电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下所述电池在路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量进行比较,包括:
获取所述电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下所述电池在路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量之间的比值或者差值。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,通过所述电容器的累计充放电次数表征所述电容器获取的所述电池在电流输出期间的输出电荷量。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,至少基于所述电池在电流输出期间的输出电荷量,判断所述电池是否存在内部漏电流,包括:
将所述电池在电流输出期间的电容器的累计充放电次数与无漏电流情况下所述电池在路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值的过程中电容器的累计充放电次数进行比较,基于比较的结果判断所述电池是否存在内部漏电流。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法,所述目标电压值被预先设定。
根据本公开的另一个方面,提供一种电池内部漏电流的判断装置,包括:
恒流源装置,所述恒流源装置使得电池输出恒定电流;
电容器,所述恒流源装置以所述恒定电流对所述电容器充电;
触发装置,所述电容器被充电至预设电压时,所述触发装置输出触发信号;
计数装置,所述计数装置对所述触发装置输出触发信号的次数进行计数;以及
放电装置,所述放电装置基于所述触发装置输出的触发信号对所述电容器进行放电以清除所述电容器存储的电荷。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置,所述触发装置包括第一比较器、第二比较器以及触发器;
当所述电容器被充电至所述预设电压时,所述第一比较器输出第一电信号至所述触发器,所述触发器基于所述第一电信号输出触发信号;
当所述电容器存储的电荷被清除时,所述第二比较器输出第二电信号至所述触发器,所述触发器基于所述第二电信号复位,以使得所述放电装置停止对所述电容器进行放电。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置,所述触发器为RS触发器。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置,所述放电装置为MOS场效应晶体管。
根据本公开的至少一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置,还包括处理器,所述处理器将所述电池在电流输出期间的电容器的累计充放电次数与无漏电流情况下所述电池在路端电压由所述起始电压值变化至目标电压值的过程中电容器的累计充放电次数进行比较,基于比较的结果判断所述电池是否存在内部漏电流。
根据本公开的又一个方面,提供一种电池管理系统,包括:
上述任一项所述的电池内部漏电流的判断装置。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本公开的原理,其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是锂电池内部的物理模型示意图。
图2是本公开的一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法的流程示意图。
图3是本公开的又一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法的流程示意图。
图4是本公开的一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置的结构示意框图
附图标记说明
1000 电池内部漏电流的判断装置
1002 恒流源装置
1004 电容器
1006 触发装置
1008 计数装置
1010 放电装置
200 电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容,而非对本公开的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明,否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此,除非另有说明,否则在不脱离本公开的技术构思的情况下,各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此,除非说明,否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外,在附图中,为了清楚和/或描述性的目的,可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时,可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如,可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外,同样的附图标记表示同样的部件。
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时,该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件,或者可以存在中间部件。然而,当部件被称作“直接在”另一部件“上“、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时,不存在中间部件。为此,术语“连接”可以指物理连接、电气连接等,并且具有或不具有中间部件。
本文使用的术语是为了描述具体实施例的目的,而不意图是限制性的。如这里所使用的,除非上下文另外清楚地指出,否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时,说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组,但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是,如这里使用的,术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语,如此,它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
为了更清楚的对本公开的电池内部漏电流的判断方法进行说明,首先结合图1对锂电池内部的物理模型进行说明。
图1中,dod表示锂电池放电深度(depth of discharge),T为电池温度(Temperature of battery),COCV(dod,T)为锂电池自身开路电压等效电容,Rleak(dod,T)为锂电池内部由于工艺和化学反应等因素导致的内部漏电的电阻,Zpolar(d d,T)为锂电池内部极化电阻,Rdc(dod,T)为锂电池内部直流电阻。
由于Rdc(dod,T)和Zpolar(dod,T)远远小于Rleak(dod,T),因此,在测量锂电池的内部漏电流Ileak的过程中可以忽略Rdc(dod,T)和Zpolar(dod,T)。
图1是本公开的一个实施方式的电池内部漏电流的判断方法的流程示意图。
如图1所示,本实施方式的电池内部漏电流的判断方法100,包括:
102、获取电池的路端电压的起始电压值;
104、使得电池进行电流输出,以使得电池的路端电压由起始电压值变化至目标电压值,获取电池在电流输出期间的输出电荷量;以及
106、至少基于电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在内部漏电流。
其中,本公开的电池内部漏电流的判断方法中的目标电压值被预先设定。
例如获得电池的路端电压的起始电压值,开始使得电池进行电流输出,直到电池的路端电压下降例如10毫伏,基于此期间电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在漏电流。
对于锂电池而言,内部的漏电流和外部的电容放电都会直接影响锂电池的电压下降。
如果内部漏电流小,那么需要更多的外部放电,才能够达到预定的电压下降,如果内部漏电流大,则较之内部漏电流小,需要较少的外部放电就可以达到预定的电压下降。
因此,基于电池在电流输出期间的输出电荷量,可以判断电池是否存在内部漏电流。
根据本公开的优选实施方式,如图2所示的电池内部漏电流的判断方法,电池内部漏电流的判断方法100,包括:
102、获取电池的路端电压的起始电压值;
104、使得电池进行恒定电流输出,以使得电池的路端电压由起始电压值变化至目标电压值,获取电池在电流输出期间的输出电荷量;以及
106、至少基于电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在内部漏电流。
上述实施方式中,使得电池进行恒定电流输出,可以通过恒流源装置使得电池进行恒定电流输出。
上述各个实施方式中,电池的路端电压的起始电压值优选地在锂电池完全处于静止状态时测量,例如充电、放电完成后经过预设地等待时间且电池电压稳定之后,开始锂电池内部漏电流测量。
上述各个实施方式中,获取电池在电流输出期间的输出电荷量,优选地,包括:
使用电池对电容器进行充放电,基于电容器的充放电次数获取电池在电流输出期间的输出电荷量。
上述各个实施方式中,获取电池在恒定电流输出期间的输出电荷量,优选地,包括:
使用电池对电容器进行充放电,基于电容器的充放电次数获取电池在恒定电流输出期间的输出电荷量。
上述各个实施方式中,使用电池对电容器进行充放电,基于电容器的充放电次数获取电池在电流输出期间的输出电荷量,包括:
使用电池对电容器进行充电,当电容器达到预设电压时,对电容器进行放电并累计电容器的充放电次数;以及
至少基于累计的电容器的充放电次数以及电容器的电容值获取电池在电流输出期间的输出电荷量。
其中,电容器完成一次充放电过程,电容器的充放电次数+1。
上述各个实施方式中,优选地,至少基于电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在内部漏电流,包括:
将电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下电池在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量进行比较,基于比较的结果判断电池是否存在内部漏电流。
上述各个实施方式中,优选地,将电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下电池在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量进行比较,包括:
获取电池在电流输出期间的输出电荷量与无漏电流情况下电池在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量之间的比值或者差值。
其中,无漏电流情况下电池在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中的输出电荷量可以预先测量进行标定。
根据本公开的优选实施方式,本公开的电池内部漏电流的判断方法中,通过电容器的累计充放电次数表征电容器获取的电池在电流输出期间的输出电荷量。
如果电池内部漏电流小,那么需要更多的外部放电,才能够达到规定的电压下降,因此,电容器的累计充放电次数就会更大。如果电池内部漏电流增加,达到相同的电压降的情况下,电容器的累计充放电次数就会越小。
根据本公开的优选实施方式,本公开的电池内部漏电流的判断方法中,至少基于电池在电流输出期间的输出电荷量,判断电池是否存在内部漏电流,包括:
将电池在电流输出期间的电容器的累计充放电次数与无漏电流情况下电池在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中电容器的累计充放电次数进行比较,基于比较的结果判断电池是否存在内部漏电流。
图4是本公开的一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置的结构示意框图
如图4所示,电池内部漏电流的判断装置1000,包括:
恒流源装置1002,恒流源装置1002使得电池输出恒定电流;
电容器1004,恒流源装置1002以恒定电流对电容器1004充电;
触发装置1006,电容器1004被充电至预设电压时,触发装置1006输出触发信号;
计数装置1008,计数装置1008对触发装置1006输出触发信号的次数进行计数;以及
放电装置1010,放电装置1010基于触发装置1006输出的触发信号对电容器1004进行放电以清除电容器1004存储的电荷。
根据本公开的优选实施方式,电池内部漏电流的判断装置1000的触发装置1006包括第一比较器、第二比较器以及触发器;
当电容器1004被充电至预设电压时,第一比较器输出第一电信号至触发器,触发器基于第一电信号输出触发信号;
当电容器1004存储的电荷被清除时,第二比较器输出第二电信号至触发器,触发器基于第二电信号复位,以使得放电装置1010停止对电容器1004进行放电。
上述实施方式中的第一比较器的正相输入端与电容器1004的第一端连接,该第一端与恒流源装置1002连接,第一比较器的负相输入端接预设电压。
上述实施方式中的第二比较器的正相输入端与电容器1004的第二端连接,第二比较器的负相输入端与电容器1004的第一端连接。
上述实施方式中,恒流源装置1002连接在电池200的正极端与电容器1004的第一端之间,电容器1004的第二端连接电池200的负极端。
根据本公开的优选实施方式,电池内部漏电流的判断装置1000的触发装置1006的触发器为RS触发器。
其中,第一比较器的输出端连接RS触发器的S端,第二比较器的输出端连接RS触发器的R端,RS触发器的Q端(输出端)与计数装置1008连接,RS触发器的Q端还与放电装置1010的控制端连接,以使得放电装置1010基于RS触发器输出的触发信号对电容器1004进行放电以清除电容器1004存储的电荷。
根据本公开的优选实施方式,电池内部漏电流的判断装置1000的放电装置1010为MOS场效应晶体管。
其中,MOS场效应晶体管的栅极端(即控制端)与RS触发器的Q端连接,MOS场效应晶体管的源极端和漏极端分别连接电容器1004的第一端和第二端。
根据本公开的优选实施方式,电池内部漏电流的判断装置1000还包括处理器,处理器将电池200在电流输出期间的电容器1004的累计充放电次数(通过计数装置1008获得)与无漏电流情况下电池200在路端电压由起始电压值变化至目标电压值的过程中电容器1004的累计充放电次数(通过计数装置1008获得)进行比较,基于比较的结果判断电池是否存在内部漏电流。
处理器可以是单片机或者微处理器等等。
本公开的电池管理系统可以包括上述任一个实施方式的电池内部漏电流的判断装置1000。
本公开的电池内部漏电流的判断方法以及电池内部漏电流的判断装置利用电流积分能够短时间准确的测量出锂电池内部的漏电流,可以快速通过对锂电池漏电流变化的判断,实现对锂电池的健康状况进行实时监控,提高锂电池使用的安全性。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式/方式”、“一些实施方式/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式/方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须的是相同的实施方式/方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式/方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式/方式或示例以及不同实施方式/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解,上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开,而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言,在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型,并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (4)
1.一种电池内部漏电流的判断装置,其特征在于,包括:
恒流源装置,所述恒流源装置使得电池输出恒定电流;
电容器,所述恒流源装置以所述恒定电流对所述电容器充电;
触发装置,所述电容器被充电至预设电压时,所述触发装置输出触发信号;
计数装置,所述计数装置对所述触发装置输出触发信号的次数进行计数;以及
放电装置,所述放电装置基于所述触发装置输出的触发信号对所述电容器进行放电以清除所述电容器存储的电荷;
其中,所述触发装置包括第一比较器、第二比较器以及触发器;
当所述电容器被充电至所述预设电压时,所述第一比较器输出第一电信号至所述触发器,所述触发器基于所述第一电信号输出触发信号;
当所述电容器存储的电荷被清除时,所述第二比较器输出第二电信号至所述触发器,所述触发器基于所述第二电信号复位,以使得所述放电装置停止对所述电容器进行放电;
所述判断装置还包括处理器,所述处理器将所述电池在电流输出期间的电容器的累计充放电次数与无漏电流情况下所述电池在路端电压由起始电压值变化至预先设定的目标电压值的过程中电容器的累计充放电次数进行比较,基于比较的结果判断所述电池是否存在内部漏电流。
2.根据权利要求1所述的电池内部漏电流的判断装置,其特征在于,所述触发器为RS触发器。
3.根据权利要求1所述的电池内部漏电流的判断装置,其特征在于,所述放电装置为MOS场效应晶体管。
4.一种电池管理系统,其特征在于,包括:权利要求1至3中任一项所述的电池内部漏电流的判断装置。
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