CN114578252A - 一种车辆电池健康度在线检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：包括检测主机、检测信号发射线和检测信号接收线，检测主机具有信号输出口和信号输入口，检测主机用于产生并通过其信号输出口向外输出不同频率的交流信号，检测信号发射线的一端与检测主机的信号输出口连接，各个电池单体的正极通过第一跳线与检测信号发射线连接，第一跳线上装有第一阻隔模块，检测信号接收线的一端与检测主机的信号输入口连接，各个电池单体的负极通过第二跳线与检测信号接收线连接，第二跳线上装有第二阻隔模块，第一阻隔模块和第二阻隔模块均用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线。

Description

一种车辆电池健康度在线检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及电池检测技术领域，更具体地说，它涉及一种车辆电池健康度在线检测装置及检测方法。

背景技术

随着能源问题的日益突出和环保意识的日渐普及，越来越多的车企逐渐由传统的燃油车阵地转移到新能源汽车阵地。

电动汽车以其使用成本低、驾驶安静舒适度以及政府政策的补贴等独特优势越来越受到车主的青睐。

目前，续航里程、续航稳定性和充电的便利性是制约电动汽车普及的最大障碍。电动汽车的电池续航里程不仅受到气温的影响，还受到电池健康度的直接影响，电池健康度下降后其容量和导电率也会下降。

现有技术中，对电池健康度的检测一般是通过对电池的导电率来实现的，即在电池的正极输入一检测信号，检测信号会从电池的负极流出，将输出电池的检测信号强度与电池输出的检测信号强度进行比对和计算，导电率越低则信号衰减越严重，通过检测信号的衰减程度来间接判断电池的健康度。

对于配备有几十甚至上百块电池的电动汽车，由于电池是串联的，当其中一块电池的健康度明显衰退时，会对整个电池包的放电和充电性能都造成不利影响，使电池包的整体性能下降。

为节省更换电池的成本，当电池包内的某一块电池的健康度衰减较快时，需要单独将其更换。

而采取传统的检测方式，只适用于单体电池，并不能快速对电池包内的某一健康度衰退严重的电池单体进行快速定位，导致需要人工对各个电池单体进行测试来找出该电池单体，然后将其更换，费时费力、效率低，有待改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种车辆电池健康度在线监测装置及检测方法，其能够对车辆电池包内的健康度严重衰退的的电池单体进行快速定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种车辆电池健康度在线检测装置，包括检测主机、检测信号发射线和检测信号接收线，所述检测主机具有信号输出口和信号输入口，所述检测主机用于产生并通过其信号输出口向外输出不同频率的交流信号，所述检测信号发射线的一端与检测主机的信号输出口连接，各个电池单体的正极通过第一跳线与检测信号发射线连接，所述第一跳线上装有第一阻隔模块，所述检测信号接收线的一端与检测主机的信号输入口连接，各个电池单体的负极通过第二跳线与检测信号接收线连接，所述第二跳线上装有第二阻隔模块，第一阻隔模块和第二阻隔模块均用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线，各个电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块具有相同的过滤频段，且沿着电池单体的排布方向各组电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块的过滤频段顺次升高，所述检测主机依次产生并向检测信号发射线输出与各个电池单体的阻隔模块的过滤频段频率相同的交流信号，并接收检测信号接收线反馈的交流信号，所述检测主机将发射的交流信号强度值和接收到的交流信号强度值进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机生成包含有该电池单体识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

作为优选方案：还包括电压采集电路，所述电压采集电路的一端与电池包的正极连接，所述电压采集电路的另一端与检测主机的电压采样端口连接。

作为优选方案：所述第一阻隔模块和第二阻隔模块均包括开关单元和阻隔单元，其中阻隔单元用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线，所述开关单元与阻隔单元并联，开关单元与检测主机连接并受检测主机控制。

作为优选方案：所述阻隔单元为由电容等元器件构成的滤波电路。

作为优选方案：所述开关单元为由三极管组成的开关电路。

作为优选方案：所述检测主机包括主控模块、D/A转换模块、信号放大电路、通信模块、存储模块和电源模块，其中主控模块为MCU模块，D/A转换模块的输入端与主控模块的PWM信号输出端连接，D/A转换模块的输出端与检测信号发射线连接，D/A转换模块用于将PWM信号转换为交流模拟信号；信号放大电路的输入端与检测信号接收线连接，信号放大线路的输出端与主控模块的I/O端连接，所述通信模块与主控模块的通信口连接；所述电源模块用于向整个检测装置供电。

一种适用于实施例一中的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、沿电池单体的排布方向铺设检测信号发射线和检测信号接收线，通过第一跳线将各个电池单体的正极与检测信号发射线连接，通过第二跳线将各个电池单体的负极与检测信号接收线连接，在第一跳线和第二跳线上分别安装用于阻挡直流信号并允许一定频段的交流信号通过的第一阻隔模块和第二阻隔模块，各个电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块具有相同的过滤频段，且沿着电池单体的排布方向各组电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块的过滤频段顺次升高；

S2、通过检测主机逐次向检测信号发射线发送与各个电池单体的阻隔模块的过滤频段频率相同的交流信号，并接收检测信号接收线反馈回来的交流信号；

S3、将发送的交流信号强度与接收的交流信号强度进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机生成包含有该电池单体识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

作为优选方案，在S3步骤还还包括对电池单体健康度二次确认的步骤，具体为：通过采集电池包的端电压判断电池包处于充电还是放电状态，并在充电和放电状态下均对各个电池单体进行检测，并将两种状态下的检测结果进行比对，当某一电池单体在两种状态下的检测结果都是健康度严重衰退时，才认为该电池单体健康度不足，需要更换。

作为优选方案，在S3步骤还还包括对电池单体健康度二次确认的步骤，具体为：第一阻隔模块和第二阻隔模块均包括开关单元和阻隔单元，开关单元与阻隔单元并联，对电池包整体完成一次检测后，当检测到电池包处于充电状态时，控制目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对目标电池单体的端电压进行采集，且控制非目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对非目标电池单体的端电压进行采集，将该目标电池单体的前后两次采集的端电压增量与该非目标单体的前后两次采集的端电压增量进行比较，当前者小于后者且两者的差值大于预设值时，确定该目标电池单体健康度不足，需要及时更换。

与现有技术相比，本发明的优点是：该检测装置可以自动对电池包内的所有电池单体健康度进行快速检测，并能对健康度衰减较严重的电池单体进行快速定位，使得维护人员能够在第一时间找到该电池单体并将其更换，省时省力、可以极大地提高电池检测和维护的效率。

附图说明

图1为实施例一中的检测装置的接线示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为实施例一中的阻隔模块的原理图；

图4为实施例一中的检测主机的电路框图；

图5为实施例一中的实施例一中的线缆的层结构示意图。

附图标记说明:1、电池单体；2、正极；3、负极；4、导线；5、检测主机；6、检测信号发射线；7、检测信号接收线；8、第一跳线；9、第二跳线；10、第一阻隔模块；11、第二阻隔模块；12、限流电阻；13、线缆；14、第一绝缘层；15、铝箔层；16、第二绝缘层；17、编织铜网层；18、绝缘外皮。

具体实施方式

实施例一：

参照图1和图2，一种车辆电池健康度在线检测装置，包括检测主机5、检测信号发射线6和检测信号接收线7。

其中检测主机5具有信号输出口和信号输入口，检测主机5用于产生并通过其信号输出口向外输出不同频率的交流信号，检测信号发射线6的一端与检测主机5的信号输出口连接，各个电池单体1的正极2通过第一跳线8与检测信号发射线6连接，在第一跳线8上装有第一阻隔模块10，检测信号接收线7的一端与检测主机5的信号输入口连接，各个电池单体1的负极3通过第二跳线9与检测信号接收线7连接，在第二跳线9上装有第二阻隔模块11。

第一阻隔模块10用于阻挡流经第一跳线8的直流信号并允许一定频段的交流信号流过第一跳线8；第二阻隔模块11用于阻挡流经第二跳线9的直流信号并允许一定频段的交流信号流过第二跳线9。

阻隔模块可以是由电容等元器件构成的滤波电路。

各个电池单体1对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11具有相同的过滤频段，且沿着电池单体1的排布方向各组电池单体1对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的过滤频段顺次升高。

例如对于电池单体1D1，其对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的过滤频段为m1——m2Hz(即第一频段)；电池单体1D2，其对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的过滤频段为m3——m4Hz(即第二频段)；电池单体1D3，其对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的过滤频段为m5——m6Hz(即第二频段)……依此类推。

该检测装置的工作原理为：

检测主机5依次产生第一频段、第二频段……第N频段的交流信号，第一频段的交流信号通过信号输出口向检测信号发射线6传输，由于第一频段的交流信号只能流过第一阻隔模块10和第二阻隔模块11，所以第一频段的交流信号先是从检测信号发射线6上通过第一跳线8流入电池单体1D1的正极2，再从电池单体1的D1的负极3流出，接着从第二跳线9上流出到检测信号接收线7上，最后流回检测主机5的信号输入口。

检测主机5将发射的交流信号强度值和接收到的交流信号强度值进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机5生成包含有该电池单体1识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

完成上述步骤后，检测主机5后续依次发射第二频段、第三频段……第N频段的交流信号，直至将完成对所有电池单体1的自动检测。

通过上述技术方案，可以自动对电池包内的所有电池单体1健康度进行快速检测，并能对健康度衰减较严重的电池单体1进行快速定位，使得维护人员能够在第一时间找到该电池单体1并将其更换，省时省力、可以极大地提高电池检测和维护的效率。

参照图4，本实施例中的检测主机5包括主控模块、D/A转换模块、信号放大电路、通信模块、存储模块和电源模块。

其中主控模块为MCU模块，D/A转换模块的输入端与主控模块的PWM信号输出端连接，D/A转换模块的输出端与检测信号发射线6连接，D/A转换模块用于将PWM信号转换为交流模拟信号；信号放大电路的输入端与检测信号接收线7连接，信号放大线路的输出端与主控模块的I/O端连接，信号放大电路的作用是将比较微弱的交流信号放大，使主控模块能够识别到该交流信号，主控模块识别到该交流信号后根据信号放大电路的放大倍数对该交流信号进行还原，再计算该交流信号的实际信号强度，如此可以确保在某一电池单体1严重受损时也能顺利对其完成检测；通信模块与主控模块的通信口连接，其用于主控模块与在线检测平台之间的通信；电源模块用于向整个检测装置供电。

本实施例中，检测主机5还包括电压采集电路，电压采集电路的一端与整个电池包的正极2连接，电压采集电路的另一端与主控模块的采样端口连接。

通过对电池包正极2电压的采集判断电池包处于充电还是放电状态，电池包充电时其正极2电压为稳定在充电电压，电池包放电时，其正极2的电压是会慢慢降低的，因此根据采集到的电压判断电池包处于充电还是放电状态。

本实施例中检测主机5在充电状态和放电状态下均对整个电池包内电池单体1进行一次检测，并将两种状态下的检测结果进行比对，当某一电池单体1在两种状态下的检测结果都是健康度严重衰退时，才认为该电池单体1健康度不足，需要更换。如此能够消除充放电状态对检测结果的干扰，提高检测的准确度。

如图1所示，在电压采集电路上装有限流电阻12，限流电阻12的阻值远大于整个电池包的阻抗，使得电池包在充电状态下，不会有过大的电流通过电压采集电路流向主控模块，从而保护检测主机5。

参照图3，本实施例中的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11均包括开关单元和阻隔单元，其中阻隔单元用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线，开关单元与阻隔单元并联，开关单元与主控模块的I/O端连接并受主控模块控制。

在初始状态下，开关单元处于关断状态，阻隔模块只允许交流信号通过；当主控模块向开关单元发送一电平信号后，开关单元变为导通状态，此时阻隔模块可以允许直流信号通过。

开关单元可以是由三极管组成的开关电路。

当检测主机5对电池包整体进行第一次检测后，若检测到电池包处于充电状态，则主控模块根据第一次检测的结果对目标电池单体1(目标电池单体1即为第一次检测出的健康度衰减严重的电池单体1)对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11进行控制，使得第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的开关单元均由关断状态变为导通状态，此时目标电池单体1的正极2有直流电通过第一跳线8流向检测信号发射线6，且该目标电池单体1的负极3有直流电通过第二跳线9流向检测信号接收线7，主控模块通过将该目标电池单体1的正极2电压与负极3电压相减得到其端电压；主控模块再控制某一非目标电池单体1(非目标电池单体1即为第一次检测出的健康度正常的电池单体1)对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11，使其对应的第一阻隔模块10和第二阻隔模块11的开关单元均由关断状态变为导通状态，此时非目标电池单体1的正极2有直流电通过第一跳线8流向检测信号发射线6，且该非目标电池单体1的负极3有直流电通过第二跳线9流向检测信号接收线7，主控模块通过将该非目标电池单体1的正极2电压与负极3电压相减得到其端电压；之后主控模块将该目标电池单体1的前后两次采集的端电压增量与该非目标单体的前后两次采集的端电压增量进行比较，当前者小于后者且两者的差值大于预设值时，确定该目标电池单体1健康度不足，需要及时更换，此时检测主机5生成包含有该目标电池单体1识别号的预警信息，并将预警信息上传至在线检测平台。

对于健康度受损的电池单体1，在相同的充电电压下，正常的电池单体1的端电压上升得更快，而健康度不足得电池单体1的端电压上升得很慢甚至会停止上升，出现不能充满情况。

通过上述手段可以对电池包内的所有电池单体1进行初检和二次检测确认，通过双重检测提高检测的准确度。

由于阻隔模块对直流信号的开关状态可以改变，所以无需额外布线来挤压电池单体1的端电压，可以简化布线，降低成本，使用更灵活。

参照图5，本实施例中的检测信号发射线6和检测信号接收线7均为多层式结构，其由内向外依次包括线缆13、第一绝缘层14、铝箔层15、第二绝缘层16、编织铜网层17和绝缘外皮18。如此结构既能有效保护线缆13也能使得线材具有良好的电磁屏蔽性能，可以避免交流信号对电池单体1的电磁干扰，保证电池包整体稳定运行。

实施例二：

一种适用于实施例一中的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、沿电池单体的排布方向铺设检测信号发射线和检测信号接收线，通过第一跳线将各个电池单体的正极与检测信号发射线连接，通过第二跳线将各个电池单体的负极与检测信号接收线连接，在第一跳线和第二跳线上分别安装用于阻挡直流信号并允许一定频段的交流信号通过的第一阻隔模块和第二阻隔模块，各个电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块具有相同的过滤频段，且沿着电池单体的排布方向各组电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块的过滤频段顺次升高；

S2、通过检测主机逐次向检测信号发射线发送与各个电池单体的阻隔模块的过滤频段频率相同的交流信号，并接收检测信号接收线反馈回来的交流信号；

S3、将发送的交流信号强度与接收的交流信号强度进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机生成包含有该电池单体识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

本实施例中，在S3步骤还还包括对电池单体健康度二次确认的步骤，具体为：通过采集电池包的端电压判断电池包处于充电还是放电状态，并在充电和放电状态下均对各个电池单体进行检测，并将两种状态下的检测结果进行比对，当某一电池单体在两种状态下的检测结果都是健康度严重衰退时，才认为该电池单体健康度不足，需要更换。

对电池健康度二次确认的另一种方法为：第一阻隔模块和第二阻隔模块均包括开关单元和阻隔单元，开关单元与阻隔单元并联，对电池包整体完成一次检测后，当检测到电池包处于充电状态时，控制目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对目标电池单体的端电压进行采集，且控制非目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对非目标电池单体的端电压进行采集，将该目标电池单体的前后两次采集的端电压增量与该非目标单体的前后两次采集的端电压增量进行比较，当前者小于后者且两者的差值大于预设值时，确定该目标电池单体健康度不足，需要及时更换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：包括检测主机、检测信号发射线和检测信号接收线，所述检测主机具有信号输出口和信号输入口，所述检测主机用于产生并通过其信号输出口向外输出不同频率的交流信号，所述检测信号发射线的一端与检测主机的信号输出口连接，各个电池单体的正极通过第一跳线与检测信号发射线连接，所述第一跳线上装有第一阻隔模块，所述检测信号接收线的一端与检测主机的信号输入口连接，各个电池单体的负极通过第二跳线与检测信号接收线连接，所述第二跳线上装有第二阻隔模块，第一阻隔模块和第二阻隔模块均用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线，各个电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块具有相同的过滤频段，且沿着电池单体的排布方向各组电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块的过滤频段顺次升高，所述检测主机依次产生并向检测信号发射线输出与各个电池单体的阻隔模块的过滤频段频率相同的交流信号，并接收检测信号接收线反馈的交流信号，所述检测主机将发射的交流信号强度值和接收到的交流信号强度值进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机生成包含有该电池单体识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

2.根据权利要求1所述的车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：还包括电压采集电路，所述电压采集电路的一端与电池包的正极连接，所述电压采集电路的另一端与检测主机的电压采样端口连接。

3.根据权利要求1所述的车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：所述第一阻隔模块和第二阻隔模块均包括开关单元和阻隔单元，其中阻隔单元用于阻挡流经跳线的直流信号并允许一定频段的交流信号流过跳线，所述开关单元与阻隔单元并联，开关单元与检测主机连接并受检测主机控制。

4.根据权利要求3所述的车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：所述阻隔单元为由电容等元器件构成的滤波电路。

5.根据权利要求3所述的车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：所述开关单元为由三极管组成的开关电路。

6.根据权利要求3所述的车辆电池健康度在线检测装置，其特征是：所述检测主机包括主控模块、D/A转换模块、信号放大电路、通信模块、存储模块和电源模块，其中主控模块为MCU模块，D/A转换模块的输入端与主控模块的PWM信号输出端连接，D/A转换模块的输出端与检测信号发射线连接，D/A转换模块用于将PWM信号转换为交流模拟信号；信号放大电路的输入端与检测信号接收线连接，信号放大线路的输出端与主控模块的I/O端连接，所述通信模块与主控模块的通信口连接；所述电源模块用于向整个检测装置供电。

7.一种适用于实施例一中的检测装置的检测方法，其特征是，包括以下步骤：

S1、沿电池单体的排布方向铺设检测信号发射线和检测信号接收线，通过第一跳线将各个电池单体的正极与检测信号发射线连接，通过第二跳线将各个电池单体的负极与检测信号接收线连接，在第一跳线和第二跳线上分别安装用于阻挡直流信号并允许一定频段的交流信号通过的第一阻隔模块和第二阻隔模块，各个电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块具有相同的过滤频段，且沿着电池单体的排布方向各组电池单体对应的第一阻隔模块和第二阻隔模块的过滤频段顺次升高；

S2、通过检测主机逐次向检测信号发射线发送与各个电池单体的阻隔模块的过滤频段频率相同的交流信号，并接收检测信号接收线反馈回来的交流信号；

S3、将发送的交流信号强度与接收的交流信号强度进行比对，计算两者的差值，并将差值与预设的报警值进行比较，当前者大于后者时，检测主机生成包含有该电池单体识别号的预警信息，并将预警信号上传至在线检测平台。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征是，在S3步骤还还包括对电池单体健康度二次确认的步骤，具体为：通过采集电池包的端电压判断电池包处于充电还是放电状态，并在充电和放电状态下均对各个电池单体进行检测，并将两种状态下的检测结果进行比对，当某一电池单体在两种状态下的检测结果都是健康度严重衰退时，才认为该电池单体健康度不足，需要更换。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征是，在S3步骤还还包括对电池单体健康度二次确认的步骤，具体为：第一阻隔模块和第二阻隔模块均包括开关单元和阻隔单元，开关单元与阻隔单元并联，对电池包整体完成一次检测后，当检测到电池包处于充电状态时，控制目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对目标电池单体的端电压进行采集，且控制非目标电池单体的阻隔模块的开关单元使其由关断状态变为导通状态，通过第一跳线和第二跳线对非目标电池单体的端电压进行采集，将该目标电池单体的前后两次采集的端电压增量与该非目标单体的前后两次采集的端电压增量进行比较，当前者小于后者且两者的差值大于预设值时，确定该目标电池单体健康度不足，需要及时更换。

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