CN113495227A - 一种电池系统内电气连接的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池系统内电气连接的测试系统，属于动力电池系统测试技术领域。包括测试设备，该测试设备包括处理器，和通信连接处理器的充电模块，处理器连接有电压电流采集接口，采集连接待测电池系统的输出端，以获取待测电池系统的输出端的电压和电流；处理器连接有通信接口，用于通信连接电池管理系统，用于获取待测电池系统中各电池的电压，结合待测电池系统的输出端的电压和电流，计算待测电池系统内电气连接的内阻值，以判断电气连接质量。本发明通过在线测量手段直接计算出电气连接内阻，能够直接反映电气件及其连接部分的电阻，实现了电池系统内电气连接的准确在线测量，可以快速、有效的识别电气件及其连接问题，判断的可靠性高。

Description

一种电池系统内电气连接的测试系统

技术领域

本发明属于动力电池系统测试技术领域，具体涉及一种电池系统内电气连接的测试系统。

背景技术

目前，应用锂离子电池系统的电动汽车越来越多，在锂离子电池系统能量密度日益提高的同时，也暴露出较多的安全问题，高压电气件在电池系统的电气安全中，占据重要一环。大多数安全事故的原因，除了电池本身的故障以外，主要集中在高压电气件电阻异常或连接不良的问题上，因此在锂离子电池系统的制造过程中，需要对高压电气件及其连接的质量进行评价。

高压电气件及其连接易出现连接质量问题的点，如图1电池系统中高压连接线/铜排、电气件和电池B1～Bn中虚线方框所指示的位置，这些电气件及其连接质量，可以通过电气件及其连接部分(简称电气连接)的电阻(用DCR_电气表示)来评价判断。目前行业内现有的检测电池系统电气件及其连接质量的方法，是直接测量电池系统的直流电阻DCR_系统，根据以往的实际测量数据，DCR_系统的数值一般是DCR_电气的6倍左右，因此通过测量直流电阻DCR_系统能够换算出电气连接的内阻，通过内阻值大小来评价电气件及其连接质量。

由此引发的问题是：

一方面，DCR_系统这一指标对电气件及其连接部分异常的敏感性也不足。原因在于，电池系统的直流内阻DCR_系统包含两部分，一部分是电气连接的内阻DCR_电气，另一部分是电池系统内n节电池的直流内阻之和

根据实际测量数据，DCR_系统的数值一般是DCR_电气的6倍左右。同时，一旦DCR_电气出现较大变化，

的数值同样也发生变化，会出现两部分变化抵消的情况，导致最后计算出DCR_电气的误差大，无法可靠识别出电气件及其连接的问题，造成安全隐患。

另一方面，DCR_系统这一指标无法直接反映电气件及其连接部分的电阻情况，DCR_电池随测量时电池的温度变化而显著变化。若产线环境温度控制不稳定，则DCR_系统的测量结果同样会不稳定，导致无法有效体现电气件及其连接质量，影响电气件及其连接质量的判断准确性。

综上，使用现有技术的方法检测评价电池系统的电气件及其连接质量，存在判断不准确的缺陷，若发生错判，导致没有及时发现电气件及其连接的内阻过大或过小，可能会引发电池故障或安全事故。为了解决上述问题，通常的做法是，需要拆解出电池系统中各电池，检测每个电池的内阻，从而求出电池系统内n节电池的直流内阻之和

在根据电池系统的直流内阻DCR_系统和

之差，得到可靠的电气连接的内阻DCR_电气，但是，存在测量过程麻烦，测试时间长的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池系统内电气连接的测试系统，用于解决现有电池系统内电气连接的测试方法准确性低或测试时间长的问题。同时，提出另一种电池系统内电气连接的测试系统，用于解决现有电池系统内电气连接的测试方法可靠性低或测试时间长的问题。

基于上述目的，一种电池系统内电气连接的测试系统的技术方案如下：

测试设备，该测试设备包括处理器，处理器连接有电压电流采集接口电路，所述电压电流采集接口电路用于采样连接待测电池系统的正、负极输出端，以获取待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流；

所述处理器连接有通信接口电路，用于通信连接所述待测电池系统中的电池管理系统，用于获取待测电池系统中各电池两端的电压，结合所述待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流，计算待测电池系统内电气连接的内阻值，进而判断待测电池系统内电气连接的质量；

所述测试设备还包括充放电模块，所述充放电模块连接所述电压电流采集接口电路，所述充放电模块用于通过所述电压电流采集接口电路向所述待测电池系统中的电池充电或放电。

额外的，所述测试设备的处理器通过通信线路与充放电模块连接，实现二者的通信交互，用于当处理器识别到通过电压电流采集接口电路和第一通信接口电路得到的待测电池系统电压、电流或电池电压超出正常范围时，通知充放电模块停止充放电测试程序的执行，以免发生危险。

上述技术方案的有益效果是：

本发明通过一个集成的测试设备实现了电池系统内电气连接的准确在线测量，即通过测试设备的充放电模块对待测电池系统进行充放电；通过测试设备的电压电流采集接口电路，实时获取待测电池系统的输出端的电压和电流；通过测试设备的通信接口电路，实时获取待测电池系统中各电池两端的电压；最后由测试设备中的处理器利用这些电压和电流进行计算，能够快速得到待测电池系统内电气连接的内阻值，且准确性高，再利用准确的电气连接内阻快速判断出电气件及其连接质量，从而实现了电池系统内电气连接的准确在线测量。与现有技术相比，本发明通过在线测量手段直接计算出电气连接内阻，能够直接反映电气件及其连接部分的电阻，可以快速、有效的识别电气件及其连接问题，判断(评价)的可靠性高。

为了通过处理器计算得到电池系统内电气连接的内阻值，进一步，所述待测电池系统内电气连接的内阻值的计算式如下：

式中，DCR_电气为所述待测电池系统内电气连接的内阻值，I₀为在第一检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，I₁为在第二检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，U₀为第一检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，U₁为第二检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，

为在第一检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，

为在第二检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，n为待测电池系统中的电池数量。

进一步，所述电压电流采集接口电路包括电压采集接口电路和电流采集接口电路，其中电流采集接口电路连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于检测连接所述待测电池系统的输出端。

进一步，所述测试设备内的充放电模块和处理器间连接有通信线路，所述处理器用于在检测到待测电池系统或充放电模块出现异常情况时，通过所述通信线路对充放电模块发出停止充放电的指令，起到保护待测电池系统的作用。

基于上述目的，另一种电池系统内电气连接的测试系统的技术方案如下：

测试设备，该测试设备包括处理器，处理器连接有电压电流采集接口电路，所述电压电流采集接口电路用于采样连接待测电池系统的正、负极输出端，以获取待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流；

所述处理器连接有通信接口电路，用于通信连接所述待测电池系统中的电池管理系统，用于获取待测电池系统中各电池的电压，结合所述待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流，计算待测电池系统内电气连接的内阻值，进而判断待测电池系统内电气连接的质量；

所述测试设备设置有用于连接充放电设备的充放电输入接口，所述充放电接口与所述电压电流采集接口电路连接。

本发明的测试设备实现了电池系统内电气连接的准确在线测量，即通过测试设备外接充放电设备对待测电池系统进行充放电；通过测试设备的电压电流采集接口电路，实时获取待测电池系统的输出端的电压和电流；通过测试设备的通信接口电路，实时获取待测电池系统中各电池两端的电压；最后由测试设备中的处理器利用这些电压和电流进行计算，能够快速得到待测电池系统内电气连接的内阻值，且准确性高，再利用准确的电气连接内阻快速判断出电气件及其连接质量，从而实现了电池系统内电气连接的准确在线测量。与现有技术相比，本发明通过在线测量手段直接计算出电气连接内阻，能够直接反映电气件及其连接部分的电阻，可以快速、有效的识别电气件及其连接问题，判断(评价)的可靠性高。

为了通过处理器计算得到电池系统内电气连接的内阻值，进一步，所述待测电池系统内电气连接的内阻值的计算式如下：

式中，DCR_电气为所述待测电池系统内电气连接的内阻值，I₀为在第一检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，I₁为在第二检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，U₀为第一检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，U₁为第二检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，

为在第一检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，

为在第二检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，n为待测电池系统中的电池数量。

进一步，所述电压电流采集接口电路包括电压采集接口电路和电流采集接口电路，其中电流采集接口电路连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于检测连接所述待测电池系统的输出端。

进一步，所述测试设备内的充放电模块和处理器间连接有通信线路，所述处理器用于在检测到待测电池系统或充放电模块出现异常情况时，通过所述通信线路对充放电模块发出停止充放电的指令，起到保护待测电池系统的作用。

附图说明

图1是现有技术的电池系统内电气连接图；

图2是本发明系统实施例1的测试系统连接示意图；

图3是本发明系统实施例1的测试设备示意图；

图4是本发明系统实施例2的测试系统连接示意图；

图5是本发明系统实施例2的测试设备示意图；

图6是本发明系统实施例2的电压电流采集接口电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

系统实施例1：

如图2所示的测试系统，包括一个设备监控屏幕(即显示监控设备)和一个集成式的测试设备，设备监控屏幕连接测试设备的通信接口PL2，测试设备的正极输出端(即设备输出正P+)连接待测电池系统的正极连接器K+，测试设备的负极输出端(即设备输出负P-)用于连接待测电池系统的负极连接器K-；测试设备的第一通信接口PL1(即设备通信)通过通信线连接待测电池系统的通信端口PL3，该通信端口连接电池管理系统(BMS)。

图3中的测试设备包括测试箱体和箱体内的充放电模块、处理器，其中，充放电模块通过电压电流采集接口电路连接充放电及电压电流采集接口(用于作为电压电流采集接口和充放电接口)，充放电模块用于通过所述电压电流采集接口电路向所述待测电池系统中的电池充电或放电，以获取待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流。

图3中，处理器通过电压电流采集接口电路连接充放电及电压电流采集接口，通过第一通信接口电路连接第一通信接口，通过第二通信接口电路连接第二通信接口，如图3所示，充放电及电压电流采集接口对应为图2中的设备输出正、设备输出负，第一通信接口对应为图2中的设备通信，第二通信接口对应为图2中的显示通信，用于通信连接图2中的设备监控屏幕，用于显示监控测试设备对待测电池系统内电气连接的质量的判断情况。本实施例中，处理器与电压电流采集接口电路、第一通信接口电路、第二通信接口电路均集成在PCB板上。

图3中，处理器与充放电模块之间连接有通信线路，处理器用于与充放电模块进行通信交互。

上述测试系统的工作原理为：

待测电池系统接入测试设备后，测试设备的充放电模块对待测电池系统实施预设的充放电测试程序，使电池系统中电池的电压和电流产生变化；测试设备的电压电流采集接口电路检测待测电池系统的输出端(即正极连接器、负极连接器之间)的电压和电流，将电压和电流的采样数据发送给测试设备的处理器；测试设备的第一通信接口电路与电池系统内的BMS通信，获取各电池的电压，将各电池的电压数据发送给处理器，处理器对上述数据进行处理和计算，得到待测电池系统内电气连接的内阻值，再根据电气连接的内阻值判断待测电池系统内电气连接的质量，一种判断方式为，将电气连接的内阻与设定内阻上限和下限比较，若高于上限，说明内阻过大，判为质量异常，可能发生断路或连接不良；若低于下限，说明内阻过小，判为质量异常，可能电气件已烧坏。

本实施例中，对待测电池系统的充放电控制过程包括两部分：

1、充放电测试程序执行过程：充放电模块按照预设的充放电测试程序执行充放电工步，充放电测试程序内设置有各充放电工步的充放电状态(充电、放电、静置)及其电流和持续时间，某个工步持续时间达到时，自动切换至下一工步，直至充放电测试程序执行完毕。

2、异常情况的保护过程：充放电测试程序执行过程中，处理器监控由电压电流采集接口电路传输的电压、电流数据和BMS传输的各电池电压数据。当处理器识别到待测电池系统电压、电流或电池电压超出正常范围时，通过通信线路，通知充放电模块停止充放电测试程序执行，以免发生危险。或者，处理器检测到充放电过程中的电压、电流超出正常范围时，立即通知充放电模块停止充电。

本实施例中，待测电池系统的电压、电流，在充放电过程中是需要持续采集。处理器用于捕捉过程数据中电流发生跳变前后时刻的电压值(含电压电流采集接口电路采集的电池系统电压和BMS传输来的各电池电压)，使用这些电压值和电流值进行计算。

具体的，处理器的数据处理和电气连接内阻值的计算过程如下：

处理器根据获取的数据找出两个时刻(第一时刻t0和第二时刻t1)对应的待测电池系统的输出端的电压和电流，以及各电池的电压；然后，根据第一时刻t0和第二时刻t1下待测电池系统的输出端的电压和电流，计算待测电池系统的总内阻值；计算式如下：

式中，DCR_系统为待测电池系统的总内阻值，U₀为第一检测时刻t0对应所述待测电池系统的输出端的电压，U₁为第二检测时刻t1对应待测电池系统的输出端的电压，I₀为在第一检测时刻t0待测电池系统的输出端的电流，I₁为在第二检测时刻t1待测电池系统的输出端的电流，

根据第一时刻t0和第二时刻t1下各电池的电压、电流，计算得到各电池的内阻值之和，计算式如下：

式中，

为各电池的内阻值之和，

为在第一检测时刻t0待测电池系统中各电池的电压，

为在第二检测时刻t1待测电池系统中各电池的电压，n为待测电池系统中的电池数量。

将待测电池系统的总内阻值与电池系统中各电池的内阻和作差，得到待测电池系统内电气连接的内阻值。计算式如下：

式中，DCR_电气为待测电池系统内电气连接的内阻值。

本发明通过一个集成的测试设备实现了电池系统内电气连接的准确在线测量，即通过测试设备的充放电模块实施猜测电池系统的充放电测试程序；通过测试设备的电压电流采集接口电路，实时获取待测电池系统的输出端的电压和电流；通过测试设备的第一通信接口电路，实时获取待测电池系统中各电池两端的电压；最后由测试设备中的处理器利用这些电压和电流进行计算，能够快速得到待测电池系统内电气连接的内阻值，且准确性高，再利用准确的电气连接内阻快速判断出电气件及其连接质量，从而实现了电池系统内电气连接的准确在线测量。与现有技术相比，本发明通过在线测量手段直接计算出电气连接内阻，能够直接反映电气件及其连接部分的电阻，不受环境温度影响，可以快速、有效的识别电气件及其连接问题，判断(评价)的可靠性高。

本实施例中，通过电压电流采集接口电路能够直接得到电压和电流采样数据，即电压电流采集接口电路与待测电池系统的输出端之间的线路中串设分流器，以检测电流，作为其他实施方式，电压电流采集接口电路分为电压采集接口电路和电流采集接口电路，通过电压采集接口电路采集电池系统输出端的电压，电流采集接口电路连接霍尔电流传感器的电流输出端，霍尔电流传感器套接在待测电池系统的输出端，用于检测待测电池系统的输出端的电流。

需要说明的是，本实施例中的设备监控屏幕，主要起到监控显示作用，而不是必须的；作为其他实施方式，测试设备的机箱上可设置显示屏，显示屏连接处理器，同样可起到监控显示作用。

系统实施例2：

与系统实施例1中具备充放电模块的测试设备不同，本实施例中的测试设备不集成充放电模块，需要利用现有的第三方充放电设备对电池系统中的电池充放电，如图4所示，基于此考虑，本实施例提出一种电池系统内电气连接的测试系统，包括测试设备、显示监控设备(即设备监控屏幕)。图5中的测试设备包括测试箱体和箱体内的处理器。其中，测试设备的设备输入正R+、设备输入负R-连接产线的电池系统充放电设备的充放电正r+、充放电负r-，借用产线的电池系统充放电设备对待测电池系统实施所需的充放电测试程序；测试设备的设备输出负、设备输出正连接电池系统的负极连接器、正极连接器，设备输出负、设备输出正即为充放电及电压电流采集接口，获取电池系统输出端的电压和电流并发送给处理器。处理器通过第一通信接口与BMS通信，获取各电池的电压。如此，处理器同样可以计算DCR_电气并判断电气件及其连接质量。

与系统实施例1中的测试设备不同，本实施例的测试设备利用了产线现有的电池系统充放电设备，与本测试设备一起搭建测试系统，实现电池系统内电气连接的准确在线测量，达到与系统实施例1中测试系统相同的测试效果。并且，在产线已具备现有充放电设备的情况下，测试用户仅利用本测试设备就能够快速搭建测试系统，不造成产线现有设备的浪费，成本低、容易实现。本实施例中的测试原理与系统实施例1中的记载相同，这里不再赘述。

一种电压电流采集接口电路如图6所示，该图中的电压采集接口电路中设置有电压测量模块，电压测量模块可以使用ADC芯片进行模数转换，数字信号传输给处理器处理，也可以采用可编程电压表，直接将测得的电压数值传输给处理器使用。

图6中的电压采集接口电路实际上也是电流采集接口电路，电流采集接口电路上设置有霍尔传感器(即霍尔电流传感器)，用于检测充放电回路中电流，并将电流信号传输给处理器；作为其他实施方式，电流采集接口电路中还可采用分流器，配合ADC芯片，由ADC芯片将分流器上的电压信号进行模数转换，该数字信号可由处理器根据分流器的电阻计算得到电流值。

另外，本实施例和系统实施例1中的处理器既可以是微处理器，如ARM等，也可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

测试设备，该测试设备包括处理器，处理器连接有电压电流采集接口电路，所述电压电流采集接口电路用于采样连接待测电池系统的正、负极输出端，以获取待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流；

所述处理器连接有通信接口电路，用于通信连接所述待测电池系统中的电池管理系统，用于获取待测电池系统中各电池的电压，结合所述待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流，计算待测电池系统内电气连接的内阻值，进而判断待测电池系统内电气连接的质量；

所述测试设备还包括充放电模块，所述充放电模块连接所述电压电流采集接口电路，所述充放电模块用于通过所述电压电流采集接口电路向所述待测电池系统中的电池充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述待测电池系统内电气连接的内阻值的计算式如下：

式中，DCR_电气为所述待测电池系统内电气连接的内阻值，I₀为在第一检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，I₁为在第二检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，U₀为第一检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，U₁为第二检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，

为在第一检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，

为在第二检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，n为待测电池系统中的电池数量。

3.根据权利要求1或2所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述电压电流采集接口电路包括电压采集接口电路和电流采集接口电路，其中电流采集接口电路连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于检测连接所述待测电池系统的输出端。

4.根据权利要求1所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述测试设备内的充放电模块和处理器间连接有通信线路，所述处理器用于在检测到待测电池系统或充放电模块出现异常情况时，通过所述通信线路对充放电模块发出停止充放电的指令。

5.一种电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

测试设备，该测试设备包括处理器，处理器连接有电压电流采集接口电路，所述电压电流采集接口电路用于采样连接待测电池系统的正、负极输出端，以获取待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流；

所述处理器连接有通信接口电路，用于通信连接所述待测电池系统中的电池管理系统，用于获取待测电池系统中各电池的电压，结合所述待测电池系统的正、负极输出端的电压和电流，计算待测电池系统内电气连接的内阻值，进而判断待测电池系统内电气连接的质量；

所述测试设备设置有用于连接充放电设备的充放电输入接口，所述充放电接口与所述电压电流采集接口电路连接。

6.根据权利要求5所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述待测电池系统内电气连接的内阻值的计算式如下：

式中，DCR_电气为所述待测电池系统内电气连接的内阻值，I₀为在第一检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，I₁为在第二检测时刻所述待测电池系统的正、负极输出端的电流，U₀为第一检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，U₁为第二检测时刻对应所述待测电池系统的正、负极输出端的电压，

为在第一检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，

为在第二检测时刻所述待测电池系统中各电池的电压，n为待测电池系统中的电池数量。

7.根据权利要求5或6所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述电压电流采集接口电路包括电压采集接口电路和电流采集接口电路，其中电流采集接口电路连接有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器用于检测连接所述待测电池系统的输出端。

8.根据权利要求5所述的电池系统内电气连接的测试系统，其特征在于，所述处理器连接有通信线路，该通信线路用于连接所述充放电设备，所述处理器用于在检测到待测电池系统或充放电模块出现异常情况时，通过所述通信线路对充放电模块发出停止充放电的指令。

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