CN117013210A - 一种温感与电感集成式汇流排以及电池包内温度采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温感与电感集成式汇流排以及电池包内温度采集方法，所述温感与电感集成式汇流排包括汇流排本体，汇流排本体固定连接集成电路板，集成电路板通过控制芯片连接电压采样器、连接器插座和温度传感器；所述电池包内温度采集方法，包括汇流排的点阵分布、电池包封装前温度检测、电池包封装前电压检测、报警检测及封装后检测等步骤。本发明首先利用PCB与汇流排焊接构造一种集电压采集、温度采集、汇流排功能于一体的集成装置；本发明将该集成式汇流排进行点阵式布局，通过温度阈值与色彩范围的转换，构造点阵彩色图像和温度梯度线，可实时且直观地观察出热源发射点，彻底解决现有技术对汇流排管理较弱、监测不全面的问题。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池安全检测技术领域，尤其涉及一种温感与电感集成式汇流排以及电池包内温度采集方法。
背景技术
由于环境和资源问题的日益严峻，新能源汽车已经成为未来汽车行业发展的主流方向，动力电池组作为新能源汽车的主要动力来源，也已经成为电动汽车的核心部件和关键技术。
然而另一方面，由于电芯材料的限制，电池安全事故也时有发生，因此对电池安全运行与否的及时监测也是十分必要。动力汽车用电池安全主要体现在两个方面，一是电池内部结构的安全，这一点随着新材料（包括阴阳电极材料、电解液材料）的研发逐渐有些许眉目；二是连接线路的安全，尤其是电池组串并联连接线路常有事故发生。
传统电池组串并联连接线路是采用成型镍带点焊各电极进行电池串并联连接，后经逐步改进为采用金属汇流排的方式对锂离子电池组进行串并联，因此常需要对汇流排的温度及电压进行检测，并且汇流排的温度及电压也会及时反应电池内部结构的状态安全与否。
然而，现有动力电池组在生产过程中，在汇流排焊接在电芯上后，把电压采样线束、温度传感器焊接在回流排上或者是螺丝固定；此方法生产效率低，容易产生虚焊等不良情况，且售后不方便改装。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种温感与电感集成式汇流排以及电池包内温度采集方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种温感与电感集成式汇流排，包括汇流排本体，汇流排本体表面固定连接有集成电路板，集成电路板的上表面设有连接器插座，连接器插座通过匹配的插头构成一个完整的连接器，集成电路板表面刻蚀有导电线箔以构成控制芯片，用于设置并连接各种元器件，与控制芯片连接的元器件包括电压采样器、连接器插座和温度传感器，温度传感器设置在集成电路板下表面；
电压采样器和温度传感器的采样线束均与连接器插座电性连接，PACK组装生产简单，售后简单，后端线束出现问题可以直接拔掉线束更换；
汇流排本体表面设有安装孔，用于两个电池阴极电极柱和阳极电极柱的电连接，汇流排本体一边开设有供温度传感器放置的条形缺口，即温度传感器设置在汇流排本体内，保证温度传感器能够精确地采样到汇流排本体的实时温度。
优选地，电压采样器具体为电压采样电路，通过专门的引线测量所处电池的电压值，产生的电信号通过引脚线与控制芯片通讯。
优选地，电压采样电路中还设置有保险丝，保险丝设置在集成电路板上表面，起到对电压采样保护的作用，如果出现短路等情况可对后端采样线路起到保护作用。
优选地，与控制芯片连接的元器件还包括报警灯、信号接发单元及相关运算单元，即构造报警单元，通过设定温度阈值和电压阈值，当温度测量值超过设定温度阈值进行低频闪烁报警，电压测量值超过设定温度阈值进行高频闪烁报警，当温度测量值和电压测量值均超标则进行长亮报警。
优选地，电压采样器、温度传感器和连接器插座的脚线均通过点焊与集成电路板表面刻蚀的导电线箔连接，电压采样器和温度传感器的采样线束分别通过集成电路板表面刻蚀的导电线箔与连接器插座电性连接，便于多种电池的集中管理。
进一步地，在电池包内设置信号总线，将整个电池包内的多个连接器插座进行直接通讯；而各个连接器插座则可直接由临近的电池进行供电，也可在电池包内设置低功率的电路总线，对整个电池包内的多个连接器插座进行直接供电，便于集成化管理。
本发明还提出一种电池包内温度采集方法，采用前述的一种温感与电感集成式汇流排，包括以下步骤：
S1、汇流排的点阵分布：
按照串并联顺序，在电池包内的各相邻电池之间设置前述的一种温感与电感集成式汇流排，并使各温度传感器呈均匀的点阵分布态势，并标注各汇流排本体的坐标为；
S2、电池包封装前温度检测：
电池包封装前进行温度检测，进行负载试验，观察一段时间内不同功率运行条件下各个温度传感器的温度值及其随时间变化的曲线，记录，并按照各温度传感器实时温度值的高低对各点温度进行彩色点标记，将电池包内的各温度传感器转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制温度梯度线；
S3、电池包封装前电压检测：
通过实际设置，同一汇流排本体上的电压采样器至少能够检测临近9个电池的电压值，因此在电池包封装前进行各电池的电压检测，进行负载试验，观察一段时间内不同功率运行条件下各个电压采样器对应电池的电压值进行均值计算，绘制各电压采样器平均电压值随时间变化的曲线，并按照各电压采样器实时电压值的高低对各点电压进行彩色点标记，将电池包内的各电压采样器转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制电压梯度线；
S4、报警检测：
在各连接器插座插入报警单元的线束，设定温度阈值和电压阈值进行报警，将S1连接好的电池包进行负载试验，观察不同功率运行条件下的各报警灯情况，记录温度或电压异常的报警灯坐标，查找报警检测与S2温度检测及S3电压检测差别的原因，并对S2和S3的点阵彩色图像、温度梯度线或电压梯度线进行对比或修正；
S5、封装后检测：
拆除报警单元的线束，进行电池包封装，封装后重复S2和S3，测试封装前后温度及电压的差异变化。
优选地，S2中的点阵彩色图像按照“红橙黄绿青蓝紫”为各点温度从高到低进行标记，各色温度均设定温度阈值，如“红点”为大于60℃的超高温，“橙点”为40-60℃的较高温，“黄点”为30-40℃的高温，“绿点”表明该温度传感器温度为10-30℃的常温，“青点”为0-10℃的低温，“青点”为零下10-0℃的较低温，“紫点”为低于零下10℃的超低温，从而较为直观地观察出热源发射点，从而在封装前对问题电池进行清查更换或对该热源区域的散热结构进行改进。
优选地，S5的电池包封装后，采用红外热像仪进行封装壳体表面温度的测量，所得红外图像与S2和S5所得的点阵彩色图像及温度梯度线进行比较，即电池包内部温度与外观表现温度的差异性，进一步提高温度采集的准确性，有利于后续串并联连接、散热或封装方案的改善工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明首先利用PCB通过焊接与汇流排焊接在一起，构造一种简单实用的集电压采集、温度采集、汇流排功能于一体的集成装置，避免现有技术临时焊接温感和电感的不便及不安全性，易于生产安装及售后。
2.在前述集成式汇流排的设备支撑下，本发明通过将该集成式汇流排进行点阵式布局，通过温度阈值（或电压阈值）与色彩范围的转换，构造点阵彩色图像和温度梯度线（或电压梯度线），可实时且直观地观察出热源发射点，从而在封装前对问题电池进行清查更换或对该热源区域的散热结构进行改进，并在电池运行过程中对电池包内温度及电压进行实时监测，从而为动力汽车的电池安全性提供基本保障，彻底解决现有技术对汇流排管理较弱、监测不全面的问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种温感与电感集成式汇流排的结构示意图；
图2为本发明提出的一种温感与电感集成式汇流排中的汇流排本体的结构示意图；
图3为本发明提出的一种温感与电感集成式汇流排的安装示意图；
图4为本发明实施例1中涉及到电压采样器的电压采样电路原理框图。
图中：汇流排本体1、安装孔101、条形缺口102、集成电路板2、连接器插座3、保险丝4、温度传感器5。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：一种温感与电感集成式汇流排，包括汇流排本体1，汇流排本体1表面固定连接有集成电路板2，集成电路板2的上表面设有连接器插座3，连接器插座3通过匹配的插头构成一个完整的连接器，集成电路板2表面刻蚀有导电线箔以构成控制芯片，用于设置并连接各种元器件，与控制芯片连接的元器件包括电压采样器、连接器插座3和温度传感器5，温度传感器5设置在集成电路板2下表面；
电压采样器和温度传感器5的采样线束均与连接器插座3电性连接，PACK组装生产简单，售后简单，后端线束出现问题可以直接拔掉线束更换；
汇流排本体1表面设有安装孔101，用于两个电池阴极电极柱和阳极电极柱的电连接，汇流排本体1一边开设有供温度传感器5放置的条形缺口102，即温度传感器5设置在汇流排本体1内，保证温度传感器5能够精确地采样到汇流排本体1的实时温度。
在一些优选的方案中，电压采样器具体为电压采样电路，通过专门的引线测量所处电池的电压值，产生的电信号通过引脚线与控制芯片通讯。
如专利授权号为CN105445523B的“电池电压采样电路及采样方法、电池包电压检测系统”中描述的采样电路，参照图4，首先将电池的浮空电压(即电池未连接负载时的电压)通过电压转电流电流转换为采样电流，流经偏置电路后通过电流转电压电路将采样电流转换为对地电压，从而实现对每节电池电压的采样。
在一些优选的方案中，电压采样电路中还设置有保险丝4，保险丝4设置在集成电路板2上表面，起到对电压采样保护的作用，如果出现短路等情况可对后端采样线路起到保护作用。
在一些优选的方案中，与控制芯片连接的元器件还包括报警灯、信号接发单元及相关运算单元，即构造报警单元，通过设定温度阈值和电压阈值，当温度测量值超过设定温度阈值进行低频闪烁报警，电压测量值超过设定温度阈值进行高频闪烁报警，当温度测量值和电压测量值均超标则进行长亮报警。
在一些优选的方案中，电压采样器、温度传感器5和连接器插座3的脚线均通过点焊与集成电路板2表面刻蚀的导电线箔连接，电压采样器和温度传感器5的采样线束分别通过集成电路板2表面刻蚀的导电线箔与连接器插座3电性连接，便于多种电池的集中管理。
实施例2：在实施例1的基础上，在整个电池包内设置信号总线，将整个电池包内的多个连接器插座3进行直接通讯；而各个连接器插座3则可直接由临近的电池进行供电，也可在电池包内设置低功率的电路总线，对整个电池包内的多个连接器插座3进行直接供电，便于集成化管理。
至此，本发明利用PCB通过焊接与汇流排焊接在一起，构造一种简单实用的集电压采集、温度采集、汇流排功能于一体的集成装置，易于生产安装及售后。但如果仅限于此，本发明创造的作用并没有那么大，本发明提出一种温感与电感集成式汇流排，其目的是为了解决现有对汇流排管理较弱、监测不全面的问题，即：
实施例3：采用实施例1的一种温感与电感集成式汇流排进行测量布局，一种电池包内温度采集方法，包括以下步骤：
S1、汇流排的点阵分布：
按照串并联顺序，在电池包内的各相邻电池之间设置前述的一种温感与电感集成式汇流排，并使各温度传感器5呈均匀的点阵分布态势，并标注各汇流排本体1的坐标为（n，m）；
S2、电池包封装前温度检测：
电池包封装前进行温度检测，进行负载试验，观察一段时间测试时间一般为30min内不同功率运行条件（根据动力汽车的历史数据，包括动力汽车低速直线行驶、高速直线行驶、小曲率弯道行驶、大曲率弯道行驶以及各种紧急刹车或启动情况下的输出功率要求）下各个温度传感器5的温度值及其随时间变化的曲线（T-t曲线），记录，并按照各温度传感器5实时温度值的高低对各点温度进行彩色点标记，将电池包内的各温度传感器5转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制温度梯度线；
S3、电池包封装前电压检测：
通过实际设置，同一汇流排本体1上的电压采样器至少能够检测临近9个电池的电压值，因此在电池包封装前进行各电池的电压检测，进行负载试验，观察一段时间测试时间（一般为30min内）不同功率运行条件下各个电压采样器对应电池的电压值进行均值计算，绘制各电压采样器平均电压值随时间变化的曲线（V-t曲线），并按照各电压采样器实时电压值的高低对各点电压进行彩色点标记，将电池包内的各电压采样器转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制电压梯度线；
S4、报警检测：
在各连接器插座3插入报警单元的线束，设定温度阈值和电压阈值进行报警，将S1连接好的电池包进行负载试验，观察不同功率运行条件下的各报警灯情况，记录温度或电压异常的报警灯坐标，查找报警检测与S2温度检测及S3电压检测差别的原因，并对S2和S3的点阵彩色图像、温度梯度线或电压梯度线进行对比或修正；
S5、封装后检测：
拆除报警单元的线束，进行电池包封装，封装后重复S2和S3，测试封装前后温度及电压的差异变化。
优选地，S2中的点阵彩色图像按照“红橙黄绿青蓝紫”为各点温度从高到低进行标记，各色温度均设定温度阈值，如“红点”为大于60℃的超高温，“橙点”为40-60℃的较高温，“黄点”为30-40℃的高温，“绿点”表明该温度传感器5温度为10-30℃的常温，“青点”为0-10℃的低温，“青点”为零下10-0℃的较低温，“紫点”为低于零下10℃的超低温，从而较为直观地观察出热源发射点，从而在封装前对问题电池进行清查更换或对该热源区域的散热结构进行改进。
优选地，S5的电池包封装后，采用红外热像仪（测试范围与前述颜色设定温度相同）进行封装壳体表面温度的测量，所得红外图像与S2和S5所得的点阵彩色图像及温度梯度线进行比较，即电池包内部温度与外观表现温度的差异性，进一步提高温度采集的准确性，有利于后续串并联连接、散热或封装方案的改善工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种温感与电感集成式汇流排，包括汇流排本体（1），其特征在于，所述汇流排本体（1）表面固定连接有集成电路板（2），所述集成电路板（2）的上表面设有连接器插座（3），所述连接器插座（3）通过匹配的插头构成一个完整的连接器，所述集成电路板（2）表面刻蚀有导电线箔以构成控制芯片，用于设置并连接各种元器件，与所述控制芯片连接的元器件包括电压采样器、连接器插座（3）和温度传感器（5），所述温度传感器（5）设置在集成电路板（2）下表面；
所述电压采样器和温度传感器（5）的采样线束均与连接器插座（3）电性连接；
所述汇流排本体（1）表面设有安装孔（101），用于两个电池阴极电极柱和阳极电极柱的电连接，所述汇流排本体（1）一边开设有供温度传感器（5）放置的条形缺口（102）。
2.根据权利要求1所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，所述电压采样器具体为电压采样电路，通过专门的引线测量所处电池的电压值，产生的电信号通过引脚线与控制芯片通讯。
3.根据权利要求2所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，所述电压采样电路中还设置有保险丝（4），保险丝（4）设置在集成电路板（2）上表面，起到对电压采样保护的作用。
4.根据权利要求1所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，与所述控制芯片连接的元器件还包括报警灯、信号接发单元及相关运算单元，即构造报警单元，通过设定温度阈值和电压阈值，当温度测量值超过设定温度阈值进行低频闪烁报警，电压测量值超过设定温度阈值进行高频闪烁报警，当温度测量值和电压测量值均超标则进行长亮报警。
5.根据权利要求1所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，所述电压采样器、温度传感器（5）和连接器插座（3）的脚线均通过点焊与集成电路板（2）表面刻蚀的导电线箔连接，所述电压采样器和温度传感器（5）的采样线束分别通过集成电路板（2）表面刻蚀的导电线箔与连接器插座（3）电性连接，便于多种电池的集中管理。
6.根据权利要求5所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，在电池包内设置信号总线，将整个电池包内的多个连接器插座（3）进行直接通讯；而各个连接器插座（3）则由临近的电池进行供电。
7.一种电池包内温度采集方法，采用权利要求1-6任一所述的一种温感与电感集成式汇流排，其特征在于，包括以下步骤：
S1、汇流排的点阵分布：
按照串并联顺序，在电池包内的各相邻电池之间设置权利要求1所述的一种温感与电感集成式汇流排，并使各温度传感器（5）呈均匀的点阵分布态势，并标注各汇流排本体（1）的坐标为（n，m）；
S2、电池包封装前温度检测：
电池包封装前进行温度检测，进行负载试验，观察一段时间内不同功率运行条件下各个温度传感器（5）的温度值及其随时间变化的曲线，记录，并按照各温度传感器（5）实时温度值的高低对各点温度进行彩色点标记，将电池包内的各温度传感器（5）转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制温度梯度线；
S3、电池包封装前电压检测：
通过实际设置，同一汇流排本体（1）上的电压采样器至少能够检测临近9个电池的电压值，因此在电池包封装前进行各电池的电压检测，进行负载试验，观察一段时间内不同功率运行条件下各个电压采样器对应电池的电压值进行均值计算，绘制各电压采样器平均电压值随时间变化的曲线，并按照各电压采样器实时电压值的高低对各点电压进行彩色点标记，将电池包内的各电压采样器转换为实时的点阵彩色图像，且根据点阵色彩差别绘制电压梯度线；
S4、报警检测：
在各连接器插座（3）插入报警单元的线束，设定温度阈值和电压阈值进行报警，将S1连接好的电池包进行负载试验，观察不同功率运行条件下的各报警灯情况，记录温度或电压异常的报警灯坐标，查找报警检测与S2温度检测及S3电压检测差别的原因，并对S2和S3的点阵彩色图像、温度梯度线或电压梯度线进行对比或修正；
S5、封装后检测：
拆除报警单元的线束，进行电池包封装，封装后重复S2和S3，测试封装前后温度及电压的差异变化。
8.根据权利要求7所述的一种电池包内温度采集方法，其特征在于，所述S2中的点阵彩色图像按照“红橙黄绿青蓝紫”为各点温度从高到低进行标记，各色温度均设定温度阈值，从而较为直观地观察出热源发射点，在封装前对问题电池进行清查更换或对该热源区域的散热结构进行改进。
9.根据权利要求7所述的一种电池包内温度采集方法，其特征在于，所述S5的电池包封装后，采用红外热像仪进行封装壳体表面温度的测量，所得红外图像与S2和S5所得的点阵彩色图像及温度梯度线进行比较，即观察电池包内部温度与外观表现温度的差异性，进一步提高温度采集的准确性，有利于后续串并联连接、散热或封装方案的改善工作。
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