CN115064793B

CN115064793B - 一种电池替换装置、电池模组以及电池替换方法

Info

Publication number: CN115064793B
Application number: CN202210889393.0A
Authority: CN
Inventors: 李荐; 周琦
Original assignee: Hunan Zhengyuan Institute For Energy Storage Materials And Devices
Current assignee: Hunan Zhengyuan Institute For Energy Storage Materials And Devices
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2042-07-27
Also published as: CN115064793A

Abstract

本发明涉及电池管理领域，并公开了一种电池替换装置、电池模组以及电池替换方法，该电池替换装置应用在电池模组中，该电池模组至少包括失效电池和未失效电池，该电池替换装置包括：第一电路和第二电路，其中，第一电路和第二电路之间无导线连接；第一电路与电池模组中任意未失效电池连接，用于接收所连接的未失效电池提供的第一电压信号，并将第一电压信号通过无导线连接下的预设方式转换成第二电路中的第二电压信号；第二电路，连接于电池管理系统中用于检测失效电池的电压检测电路，用于将第二电压信号提供给电池管理系统。如此，使得电池管理系统能够检测到电压信号，从而使得整个电池模组不会因为失效电池的存在而报废，节省了成本。

Description

一种电池替换装置、电池模组以及电池替换方法

技术领域

本发明涉及电池管理领域，具体地，涉及一种电池替换装置、电池模组以及电池替换方法。

背景技术

进年来，随着新能源的大力发展，电动汽车行业也快速发展起来。而电动汽车的发展也离不开电池管理技术的发展。为了保障电动汽车的电池的稳定性，一般都将所有单体电池端接入到电池管理系统中，由电池管理系统统一进行电池的监控和管理。相关技术中，如果电动汽车的电池模组的多个电池中，若出现一个电池失效或者损坏，则电池管理系统就会检测到电池模组异常而停止工作；如果直接去掉失效电池，则会导致电池管理系统由于少了电池而报错；虽然可找个同型号的电池替换掉失效电池，但通常同型号的电池并不容易寻找，而且即使找到同型号的电池，也无法保证其衰减程度与电池包中的其他电池相同，仍将由于新旧电池电压差大或温度差大而导致电池管理系统报错；如果将整个电池模组进行更换，则将显著提高维修成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池替换装置、电池模组以及电池替换方法，从而使得电池替换装置能够代替失效电池，以便电池管理系统能够检测到电压信号，从而使得整个电池模组不会因为一个或多个失效电池的存在二报废，节省了整体更换电池的更换成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电池替换装置，应用在电池模组中，所述电池模组至少包括失效电池和未失效电池，所述电池替换装置包括：

第一电路与第二电路，其中，所述第一电路与所述第二电路之间无导线连接；

所述第一电路，与所述电池模组中任意所述未失效电池连接，用于接收所连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，并将所述第一电压信号通过无导线连接下的预设方式转换成所述第二电路中的第二电压信号；

所述第二电路，连接于电池管理系统中用于检测所述失效电池的电压检测电路，用于将所述第二电压信号提供给所述电池管理系统。

可选的，所述第一电路包括：发光器；所述第二电路包括：受光器，所述第一电路与所述第二电路之间通过光电流感应；

所述发光器，用于将所述第一电压信号转换成光信号；

所述受光器，用于将所述光信号转换成所述第二电压信号。

可选的，所述发光器包括：发光二极管；所述受光器，包括：光敏半导体和/或光敏电阻。

所述第二电路，还包括：电压调节器，连接于所述受光器与所述失效电路的电压检测电路之间，用于对所述第二电压信号进行调节，使得所述第二电压信号与所述第一电压信号的电压差小于预设差值。

可选的，所述电压调节器，包括：

同相放大器，包括：运算放大器和电阻器；

其中，所述运算放大器的正相输入端与所述运算放大器的反向输入端之间输入有所述第二电压信号；所述运算放大器的输出端与所述电阻器连接。

可选的，所述电阻器包括：可变电阻器，其中，所述可变电阻器包括：

第一端，用于连接所述运算放大器的输出端；

第二端，用于接地；

可变端，用于连接所述运算放大器的反相输入端。

为了实现上述目的，本发明还提供一种电池模组，包括：

至少两电池；其中，各个所述电池彼此串联连接；

至少两电压检测电路，各个电压检测电路分别连接于对应的所述电池与电池管理系统之间，且分别用于为所述电源管理提供所对应检测的电池的电池检测结果；

所述至少两电池，还包括：至少一失效电池以及至少一未失效电池；

所述电池模组还包括：至少上述任一项所述的电池替换装置，所述电池替换装置中的所述第一电路，与任意所述未失效电池连接，所述电池替换装置中的所述第二电路，与对应的用于检测所述失效电池的所述电压检测电路连接。

为了实现上述目的，本发明还提供一种电池替换方法，所述方法应用于上述所述的电池模组中，所述方法包括：

响应于所述电池模组中存在失效电池，利用所述电池替换装置将与所述第一电路连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，通过无导线连接下的预设方式转换成所述第二电路中的第二电压信号；

由所述第二电路将所述第二电压信号提供给电池管理系统，以使所述电池管理系统能够检测到与所述第二电路连接的用于检测所述失效电池的电压检测电路上的电压信号。

可选的，所述第一电路包括：发光器；所述第二电路包括：受光器，所述第一电路与所述电路之间通过光电路连接；

所述利用所述电池替换装置将与所述第一电路连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，通过无导线连接下的预设方式转换成所述第二电路中的第二电压信号，包括：

所述利用所述电池替换装置将与所述第一电路连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，通过所述第一电路中的所述发光器转换成光信号；并通过第二电路中的受光器，将光信号转换成第二电压信号。

可选的，所述方法还包括：对所述第二电压信号进行调节，使得所述第二电压信号与所述第一电压信号的电压差小于预设差值。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明实施例，通过电池替换装置中的第一电路和第二电路，其中第一电路与第二电路之间由于无导线连接，可以使得未失效电池的电压检测电路与失效电池的电压检测电路之间可以完全的隔离，从而使得电池管理系统能够分别检测未失效电池的检测信号与检测出失效电池的检测信号；另外，即使第一电路与第二电路之间无导线连接而隔离，但是第一电路与第二电路之间通过无导线连接下的预设方式可以将第一电压的第一电压信号转换成第二电路的第二电压信号，从而为与失效电池的电压检测电路连接的第二电路提供第二电压信号，进而使得电池管理系统能够检测到第二电路上存在电压。基于此，电池替换装置能够代替失效电池，让电池管理系统能够检测到电压信号，使得整个电池模组不会因为一个或多个失效电池的存在而需要整体报废更换，节省了电池的更换成本。

本发明实施例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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术提供的电池模组与电池管理系统的电路连接示意图；

图2是根据本发明实施例所提供的电池替换装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例所提供的电池替换装置的电路原理示意图；

图4是根据本发明实施例所提供的电池替换装置的另一电路原理示意图；

图5是根据本发明实施例所提供的电池模组的结构示意图；

图6是根据本发明实施例所提供的电池替换方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明方法，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的述语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据再适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了图示或者描述的内容意外的顺序实施。此外，述语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备不必限于清楚地列出那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本发明目的的实现、功能特别及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与述语本发明的技术领域的技术人员通过理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限于本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，BMS（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统），是储能电池管理系统的关键组成部分。随着电动汽车行业的快速发展，电动汽车对电池管理系统的要求也越来越高。BMS主要是为了管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的装置。相关技术中，电动汽车的电池模组的多个电池中每个电池都通过电压检测电路与电池管理系统连接，从而能够由电池管理系统检测出各个电池的使用参数。示例性的，请参阅图1，图1是现有技术提供的电池模组与电池管理系统的电路连接示意图，如图1所示，电池模组1中的各个电池10分别与电池管理系统2连接，电池管理系统2用于检测各个电池10的电压参数。可知地，如果其中一个电池10失效了，那么该电池10对应的电压检测电路上的电压参数会出现异常，从而由BMS检测到。当检测到电池模组1存在电压参数异常的情况下，现在的做法通常是将整个电池模组1进行更换，原因是：如果只更换失效电池，那么新更换的电池因无法保证其衰减程度与电阻模组1中的其他电池相同，即无法保证该更换的电池与旧电池的电压参数的一致性，从而即使更换了新的电池，但是由于新的电池与旧电池之间的电压参数的差异较大或者温度特性等相差较大而导致BMS系统报错，从而影响到整个电动汽车系统的正常运行。

然而，如果将整个电池模组都进行更换，那么原来旧的电池显然就会被浪费，从而大大增加了整个电池模组的更换成本，进而不利于电动汽车的维修成本。

基于此，为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电池替换装置。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2是根据本发明实施例所提供的电池替换装置的结构示意图，如图2所示，电池替换装置3，应用在电池模组1中，电池模组1至少包括失效电池102和未失效电池101，电池替换装置3包括：

第一电路31和第二电路32，其中，第一电路31与第二电路32之间无导线连接；

第一电路31，与电池模组1中任意未失效电池101连接，用于接收所连接的未失效电池101提供的第一电压信号，并将第一电压信号通过无导线连接下的预设方式转换成第二电路32中的第二电压信号；

第二电路32，连接于电池管理系统2中用于检测失效电池的电压检测电路，用于将第二电压信号提供给电池管理系统2。

需要说明的是，第一电路31和第二电路32之间虽然无导线，但是第一电路31能够将其电能传输给第二电路32，从而为第二电路32提供电能，使得第二电路32上能够有电流和电压信号。

这里的预设方式转换，可以是光电转换，也可以是电磁转换等，不同的预设方式对应有不同的转换电路，只要第一电路31和第二电路32之间能够在无导线连接的情况下实现电能传递即可，在此不作任何限定。

需要说明的是，用于检测失效电池的电压检测电路，可以是与失效电池连接的导线组成的电路，该电路的输出端直接与电池管理系统2连接，电池管理系统2能够检测出该电压检测电路上的电压信号。可以理解的是，对于串联的多个电池来说，电池管理系统2通过连接到各个电池上的电压检测电路能够检测到各个电池在整个电池模组分压情况，从而检测出失效电压。示例性的，请再参考图1，电池模组1包括三个串联的电池10，正常情况下，由于三个电池10串联，那么流经每个电池10的电流相等，在电池使用状态正常的情况下，由于电池型号和电池新旧程度以及电池大小相同的情况下，V1和V2和V3是相同的；若其中一个电池失效，例如加入V2对应的电池失效，那么此时如果将V2对应的失效电池取出直接让与V2对应的失效电池的相邻两未失效电池串联，或者用新的电池来取代V2对应的失效电池的话，BMS2检测出的V2与V1以及V2与V3之间的电压差则会相差较大，从而导致BMS上报电池模组1异常。

基于此，由于第一电路31与第二电路32之间由于无导线连接，可以使得未失效电池101的电压检测电路与失效电池的电压检测电路之间实现完全的隔离，那么在将失效电池的电压检测电路进行断开的情况下，将第二电路接入到失效电池的电压检测电路中，以供BMS2进行检测，从而使得未失效电池101的电压检测电路与失效电池的电压检测电路之间可以隔离以检测出两个检测信号报给BMS2，从而使得BMS2能够分别检测出未失效电池的检测信号与检测出失效电池的检测信号；另外，即使第一电路31与第二电路32之间无导线连接而隔离，但是第一电路31与第二电路32之间通过无导线连接下的预设方式，例如光电转换的方式或者电磁转换的方式等，可以将第一电压31的第一电压信号转换成第二电路32的第二电压信号，从而为与失效电池的电压检测电路连接的第二电路32提供第二电压信号，进而使得BMS2能够检测到第二电路32上存在电压。

上述实施例中，电池替换装置3能够代替失效电池，让BMS2能够检测到电压信号，使得整个电池模组1不会因为一个或多个失效电池的存在而需要整体报废更换，节省了电池的更换成本。

在一个可选的实施例中，请参阅图3和图4，如图3和/或图4所示，第一电路31包括：发光器311；第二电路32包括：受光器321，第一电路31与第二电路32之间通过光电流感应；

发光器311，用于将第一电压信号转换成光信号；

受光器321，用于将光信号转换成第二电压信号。

如此，可以简便地实现第一电路31与第二电路32的隔离，且实现第一电路31与第二电路32之间的电信号传递。

在另一可选的实施例中，发光器311可以包括：发光二极管；受光器321可以包括：光敏半导体和/光敏电阻。

示例性的，光敏半导体，可以是光敏三极管。

需要补充的是，第二电路还包括：电源VCC；所述电源VCC连接光敏三极管的集电极；所述光敏三极管的发射级接BMS；所述光敏三极管的基级朝向所述第一电路31中的发光二极管；如此，光照强弱变化时，电极之间的电阻也随之变化，光敏三极管可以根据发光二极管的光照强度控制集电极电流的大小，从而使得光敏三极管处于不同的工作状态。本实施例中，由于第一电路31的电信号流经接入其中的发光二极管，由发光二极管将该电信号转换成光信号之后，再由光敏三极管的基极作为光接收窗口，控制第二电路32的电流，从而使得与第二电路32连接的失效电池的电压检测电路上也有了电流，进而使得BMS对失效电池具有检测信号，从而能够使得上述电池替换装置能够代替失效电池为BMS输出检测信号，从而保证BMS不会上报电池异常。如此一来，在电池模组1中即使有一个或少量电池存在失效的情况下，都可以通过接入到未失效电池与BMS之间的电池替换装置来使得BMS针对电池检测保持正常，从而不需要整体更换电池模组的同时，让其他未失效电池也能尽用，减少电池的浪费，节省了电池更换成本，进而保证了电动汽车的维修成本。

需要补充的是，为了保证发光二极管的电压的稳定性，可以在第一电路上串联一个电阻312。

在另一可选的实施例中，请继续参照图3和图4，第二电路32，还包括：电压调节器322，连接于受光器321与失效电池的电压检测电路之间，用于对第二电压信号进行调节，使得第二电压信号与第一电压信号的电压差小于预设差值。

这里，预设差值，是指BMS检测到正常电池与异常电池之间的平均电压差值，或者中位电压差值。总之，这里的预设差值，是指如果失效电池的电压检测电路的电压信号与未失效电池的电压检测电路的电压信号大于或等于预设差值，则BMS仍然会上报电池异常，从而使得影响电动汽车的正常使用。

为了能够更精准地将第二电路（主要用于替代失效电池电路）的检测电压信号能够更接近于失效电池在未失效状态下的电压信号，从而在本实施例中通过增加一个电压调节器322，通过电压调节器322的调节，使得第二电路的检测电压信号即输出的第二电压信号能够更接近于未失效电池的检测电压信号，即第一电压信号。如此一来，通过电压调节器322的加入，能够更精准地对失效电池进行输出替换。

在一些可选的实施例中，电压调节器322，包括：同相放大器，其中，同相放大器又包括：运算放大器和电阻器；其中，所述运算放大器的正相输入端与运算放大器的反相输入端之间输入有第二电压信号；运算放大器的输出端与电阻器连接。

示例性的，电阻器可以包括第一电阻和第二电阻；其中，第一电阻一端接地，另一端与运算放大器的反相输入端连接；第二电阻的一段与运算放大器的反相输入端连接，另一端与所述运算放大器的输出端连接。

需要说明的是，在一些实施例中，所述发光器311和所述受光器321可以集成在同一个电学器件中，例如集成在同一半导体器件中，示例性的，该半导体器件可以为光电耦合器。

在另一些实施例中，为了简化器件，请参阅图3，电阻器包括：可变电阻器3222；可变电阻器3222，包括：

第一端，用于连接运算放大器3221的输出端；

第二端，用于接地；

可变端，用于连接运算放大器3221的反相输入端。

如此，通过移动可变端，可以调节第二电压信号，以使第二电压信号与第一电压信号的电压差小于预设差值。

当然，在另一些实施例中，请参阅图4，可变电阻器3222，包括：

第一端，用于连接运算放大器3221的输出端；

第二端，用于连接运算放大器3221的反向输出端；

可变端，用于接地。

如此，通过移动可变端，也可以调节第二电压信号，以使第二电压信号与第一电压信号的电压差小于预设差值。

本发明实施例还提供一种电池模组，请参阅图5，图5是根据本发明实施例所提供的电池模组的结构示意图，如图5所示，电池模组1包括：

至少两个电池10，其中，各个电池彼此串联；

至少两电压检测电路40，各个电压检测电路40分别连接于对应的电池与电池管理系统2之间，且分别用于为电池管理系统提供所对应检测的电池的电池检测结构；

至少两电池10，还包括：至少一失效电池102和至少一未失效电池101；

电池模组1还包括：至少上述任意实施例所述的电池替换装置3，该电池替换装置3中的第一电路31，与任意未失效电池101连接，电池替换装置3中的第二电路32，与对应的用于检测失效电池102的检测电路连接。

本实施例相对于现有技术的优点和贡献，如电池替换装置的实施例所述的优点和贡献相同。即通过设置有上述实施例的电池替换装置的电池模组，能够使得电池替换装置能够代替失效电池，以便电池管理系统能够检测到电压信号，从而使得整个电池模组不会因为一个或多个失效电池的存在二报废，节省了整体更换电池的更换成本。

图6是根据本发明所提供的电池替换方法的流程示意图，如图6所示，所述方法应用于上述所述的电池模组中，所述方法包括：

步骤61：响应于所述电池模组中存在失效电池，利用所述电池替换装置将与所述第一电路连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，通过无导线连接下的预设方式转换成所述第二电路中的第二电压信号；

步骤62：由所述第二电路将所述第二电压信号提供给电池管理系统，以使所述电池管理系统能够检测到与所述第二电路连接的用于检测所述失效电池的电压检测电路上的电压信号。

在一些可选的实施例中，所述第一电路包括：发光器；所述第二电路包括：受光器，所述第一电路与所述第二电路之间通过光电流感应；

所述利用所述电池替换装置将与所述第一电路连接的所述未失效电池提供的第一电压信号，通过所述第一电路中的所述发光器转换成光信号；并通过第二电路中的受光器，将所述光信号转换成第二电压信号。

在一些可选的实施例中，所述方法还包括：

对所述第二电压信号进行调节，使得所述第二电压信号与所述第一电压信号的电压差小于预设差值。

这里需要指出的是：以上电池替换方法实施例的描述，与上述电池替换装置实施例的描述是类似的，同方法的有益效果描述，不做赘述。对于本发明电池替换方法实施例中未披露的技术细节，请参照本发明电池替换装置的实施例的描述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种电池替换装置，其特征在于，应用在电池模组中，所述电池模组至少包括失效电池和未失效电池，所述电池替换装置包括：

2.根据权利要求1所述电池替换装置，其特征在于，所述第一电路包括：发光器；所述第二电路包括：受光器，所述第一电路与所述第二电路之间通过光电流感应；

所述发光器，用于将所述第一电压信号转换成光信号；

所述受光器，用于将所述光信号转换成所述第二电压信号。

3.根据权利要求2所述的电池替换装置，其特征在于，所述发光器包括：发光二极管；所述受光器，包括：光敏半导体和/或光敏电阻。

4.根据权利要求2或3任一项所述的电池替换装置，其特征在于，所述第二电路，还包括：电压调节器，连接于所述受光器与所述失效电池的检测电路之间，用于对所述第二电压信号进行调节，使得所述第二电压信号与所述第一电压信号的电压差小于预设差值。

5.根据权利要求4所述的电池替换装置，其特征在于，所述电压调节器，包括：

同相放大器，包括：运算放大器和电阻器；

其中，所述运算放大器的正相输入端与所述运算放大器的反相输入端之间输入有所述第二电压信号；所述运算放大器的输出端与所述电阻器连接。

6.根据权利要求5所述的电池替换装置，其特征在于，所述电阻器包括：可变电阻器，其中，所述可变电阻器包括：

第一端，用于连接所述运算放大器的输出端；

第二端，用于接地；

可变端，用于连接所述运算放大器的反相输入端。

7.一种电池模组，其特征在于，包括：

至少两电池；其中，各个所述电池彼此串联连接；

至少两电压检测电路，各个所述电压检测电路分别连接于对应的所述电池与电池管理系统之间，且分别用于为所述电池管理系统提供所对应检测的电池的电池检测结果；

所述电池模组还包括：至少一权利要求1至6任一项所述的电池替换装置，所述电池替换装置中的所述第一电路，与任意所述未失效电池连接，所述电池替换装置中的所述第二电路，与对应的用于检测所述失效电池的所述电压检测电路连接。

8.一种电池替换方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求7所述的电池模组中，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的电池替换方法，其特征在于，所述第一电路包括：发光器；所述第二电路包括：受光器，所述第一电路与所述第二电路之间通过光电流感应；

10.根据权利要求8或9所述的电池替换方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述第二电压信号进行调节，使得所述第二电压信号与所述第一电压信号的电压差小于预设差值。