CN117200402B - 一种电池模组充放电系统及其保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种电池模组充放电系统及其保护方法，其保护方法包括获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，并判断总电压是否满足条件，若否，将第i行标记为异常段，将异常段的电压标记为，并停止电池模组的充放电过程，对异常段内的电池进行处理。通过实时检测时刻t时第i行所有的电池的总电压，并判断总电压是否满足条件，一方面减少因电池自身原因引起的总电压波动而导致的判断误差，另一方面减少因电池长期使用或充放电引起的总电压波动而导致的判断误差，从而提高检测精度，减少损失。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种电池模组充放电系统及其保护方法。
背景技术
动力锂电池的内短路故障是指锂电池内部正负极极片直接接触的内部故障现象。锂电池内部出现大面积的正负极直接接触，会导致电池承受极高的电流，在短时间内释放出储存的化学能并转化为热量，是动力电池最严重的故障模式之一，也是引发电池现场热失控和爆炸事故的主要原因；引发动力锂电池内短路现象的主要机制是正负极之间的隔膜受到了高温融化损伤，或非标准工况引入了某些附加电化学过程产生的枝晶状物质；内短路初期，枝晶结构规模小、程度轻，对隔膜性能的影响有限，对电池的外特性也没有显著影响，被称为锂电池的微短路阶段。
微短路不像大规模内短路故障会直接引发锂电池严重的性能衰减甚至安全事故，但由于隔膜受损导致局部微短路，电流在电池正负极极片内的分布不均匀，发生微短路的位置电流密度更高，使电池内部存在局部过热以及内短路规模扩大的风险。特别对于长期静置的电池，如果存在微短路现象，静置期内会导致短路规模持续增加，同时带来的自放电现象会使电池静置电压下降，过低的电压区间会减少电池的存储寿命并带来潜在的故障风险，很多电池在长期放置后使用容易出现故障均与此机制有关。
公告号为CN108152755B的中国发明专利公开了一种在线定量诊断电池微短路故障的方法，该在线定量诊断电池微短路故障的方法通过预先建立电量与充放电电压的关系表格，并存储，然后在在线诊断过程中，将充电/放电结束时的电压在关系表格上进行查表或插值得到电池在充电/放电结束时的电量，进而根据电量随时间的变化估算微短路电流，根据微短路电流的大小诊断有无微短路及严重程度。
该在线定量诊断电池微短路故障的方法在应用时，需要建立庞大的数据库和实时诊断算法，而且由于电池在制造时受制造工艺影响，其统一性较差，所以在使用上述方法进行检测时，容易出现误判的问题。
发明内容
基于此，有必要针对目前的在线定量诊断电池微短路故障的方法所存在的需要建立庞大的数据库和实时诊断算法，而且由于电池在制造时受制造工艺影响，其统一性较差，所以在使用上述方法进行检测时，容易出现误判的问题，提供一种电池模组充放电系统及其保护方法。
上述目的通过下述技术方案实现：
一种电池模组充放电保护方法，电池模组包括N个电池，N个所述电池共排列成Y行，Y为大于1的奇数；所述电池模组充放电保护方法包括：
步骤S100，获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
步骤S200，判断是否成立，Q为第一预设值，t-1是t的前一时刻，例如t为秒数时，t-1是t的前一秒，当t为毫秒时，t-1为t的前一毫秒，t为分钟时，t-1为t的前一分钟,/>是t-1时刻第i行所有的电池的总电压；
步骤S210，若否，将第i行标记为异常段，将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
步骤S300，对异常段内的电池进行处理。对电池的处理可以是更换电池，也可以是对电池进行检修。
进一步地，N个所述电池呈正六边形排列；在步骤S300之后，还包括：
步骤S310，根据第一关系式计算除异常段之外的所有的电池数量m；
所述第一关系式为；
步骤S320，根据第二关系式计算除异常段之外的所有的电池的平均电压；
所述第二关系式为；
步骤S330，将N个所述电池组成的正六边形旋转一百二十度，并获取此时的第r行的所有的电池的总电压，r=1、2至Y；
步骤S331，判断是否成立，L为第二预设值；
步骤S332，若否，将第r行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
步骤S340，将N个所述电池组成的正六边形沿同一方向再次旋转一百二十度，并获取此时的第v行所有的电池的总电压，v=1、2至Y；
步骤S341，判断是否成立；
步骤S341a，若否，将第v行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
步骤S400，设定异常段、异常段/>和异常段/>共同经过的点为X，X在异常段/>的个数为A’，X在异常段/>的个数为B’，X在异常段/>的个数为C’，根据第三关系式计算其中一个X处的电压/>；
所述第三关系式为，，，/>；
步骤S410，判断是否成立；
步骤S411，若否，更换X处的电池。
进一步地，所述第二预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压允许的误差。
进一步地，所述第一预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压发生变化的数值。
进一步地，对异常段内的每一个电池均进行电压测试并获得电压参数/>，当小于第三预设值或大于第四预设值时，对该电池进行更换，所述第三预设值小于所述第四预设值。
进一步地，所述第三预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的下限值；所述第四预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的上限值。
本发明还提供了一种电池模组充放电系统，应用一种电池模组充放电保护方法，所述电池模组充放电系统包括：
第一获取模块，用以获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
第一判断模块，用以判断是否成立，Q为第一预设值；
第一执行模块，当不成立时，将第i行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
第二执行模块，用以对异常段内的电池进行处理。
进一步地，所述电池模组充放电系统还包括：
第三执行模块，对异常段内的每一个电池均进行电压测试并获得电压参数/>，当/>小于第三预设值或大于第四预设值时，对该电池进行更换，所述第三预设值小于所述第四预设值。
进一步地，所述电池模组充放电系统还包括报警模块，当第i行所有的电池的总电压大于第五预设值时，所述报警模块报警。
进一步地，所述第一获取模块包括电压传感器，所述电压传感器用以感应第i行所有的电池的总电压。
本发明的有益效果是：
本发明涉及一种电池模组充放电系统及其保护方法，通过实时检测时刻t时第i行所有的电池的总电压，并判断/>是否成立，一方面减少因电池自身原因引起的总电压/>波动而导致的判断误差，另一方面减少因电池长期使用或充放电引起的总电压/>波动而导致的判断误差，从而提高检测精度，减少损失。
进一步的，设置N个电池呈正六边形排列，且通过对三个角度的Y行电池进行分别测量，一方面可以更精准地确定有问题的电池，另一方面可以尽可能多地精确测量出有问题的电池，适用范围广。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的电池模组充放电保护方法的流程结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的电池模组充放电系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的电池模组充放电系统的工作原理图一；
图4为本发明一实施例提供的电池模组充放电系统的工作原理图二。
其中：
100、上压板；
200、下压板；210、接触压板；220、连通板；230、电压感应装置；
300、模组架；
400、电池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
电池模组包括N个电池，N个电池共排列成Y行，Y为大于1的奇数。
如图1所示，图1为本发明一实施例提供的电池模组充放电保护方法的流程结构示意图，电池模组充放电保护方法包括：
步骤S100，获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
具体的，可通过电压传感器实时获取时刻t时第i行所有的电池的总电压。
步骤S200，判断是否成立，Q为第一预设值，t-1是t的前一时刻，t+1是t的后一时刻，例如t为秒数时，t-1是t的前一秒，t+1是t的后一秒,/>是t-1时刻第i行所有的电池的总电压，/>是t+1时刻第i行所有的电池的总电压；
第一预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压发生变化的数值；具体的第一预设值的数值可根据电池的种类、规格和数量进行确定，在这里不做限定。
可以理解的是，正常情况下，当电池在工作或不工作时，其在两次测量的间隔时间段内的电压的差值不会超过第一预设值。
当成立时，说明第i行所有的电池的电压正常变化，未发生微短路故障或其他故障。
步骤S210，若否，将第i行标记为异常段，将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
当不成立时，说明第i行所有的电池的总电压异常变化，可能是由于部分电池微短路故障或其他故障引起的，此时将第i行标记为异常段/>，将异常段/>的电压标记为/>，并停止电池模组的充放电过程，避免对电池造成二次伤害。
步骤S300，对异常段内的电池进行处理。
在一些实施例中，N个电池呈正六边形排列；在步骤S300之后，还包括：
步骤S310，根据第一关系式计算除异常段之外的所有的电池数量m；
所述第一关系式为；
假设Y=5，N个电池呈正六边形排列，则电池的排列方式为3、4、5、4、3，即N=19。
假设有1个电池存在异常，且该电池位于第2行，则除异常段之外的所有的电池数量。
如图3所示，初始时，在A处分别测量五行中每一行的所有电池的总电压，五行中每一行的所有电池的总电压分别为、/>、/>、/>、/>，其中图3中a处的电池存在异常，则只有/>不满足/>，将第二行的电压标记为/>。
步骤S320，根据第二关系式计算除异常段之外的所有的电池的平均电压；
所述第二关系式为；
则除异常段之外的所有的电池的平均电压。
步骤S330，将N个所述电池组成的正六边形旋转一百二十度，并获取此时的第r行的所有的电池的总电压，r=1、2至Y；
可以理解的是，可以设置为电压传感器转动，电池不动，也可以设置为电压传感器不动，电池转动。
如图3所示，在B处分别测量五行中每一行的所有电池的总电压，五行中每一行的所有电池的总电压分别为、/>、/>、/>、/>。
步骤S331，判断是否成立，L为第二预设值；
则判断是否成立；当成立时，说明第r行所有的电池的电压正常变化，未发生微短路故障或其他故障。
第二预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压允许的误差；具体的第二预设值的数值可根据电池的种类、规格和数量进行确定，在这里不做限定。
步骤S332，若否，将第r行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
当不成立时，说明第r行所有的电池的总电压异常变化，可能是由于部分电池微短路故障或其他故障引起的，此时将第r行标记为异常段/>，将异常段/>的电压标记为/>。
其中图3中a处的电池存在异常，则只有不满足，将第三行的电压标记为/>。
步骤S340，将N个所述电池组成的正六边形沿同一方向再次旋转一百二十度，并获取此时的第v行所有的电池的总电压，v=1、2至Y；
如图3所示，在C处分别测量五行中每一行所有电池的总电压，五行中每一行所有电池的总电压分别为、/>、/>、/>、/>。
步骤S341，判断是否成立；
则判断是否成立；当成立时，说明第v行所有的电池的电压正常变化，未发生微短路故障或其他故障。
步骤S341a，若否，将第v行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
当不成立时，说明第v行所有的电池的总电压异常变化，可能是由于部分电池微短路故障或其他故障引起的，此时将第v行标记为异常段/>，将异常段/>的电压标记为/>。
其中a处的电池存在异常，则只有不满足，将第三行的电压标记为/>。
可以理解的是，当只有一个电池出现故障时，通过在A、B、C三处分别测得异常的行数，即可确定该电池的位置，即可对该电池进行更换。
可以理解的是，当有两个或三个电池出现故障时，通过分别在A、B、C三处分别测得异常的行数，即可确定异常电池的位置，即可对异常电池进行更换。
步骤S400，设定异常段、异常段/>和异常段/>共同经过的点为X，X在异常段/>的个数为A’，X在异常段/>的个数为B’，X在异常段/>的个数为C’，根据第三关系式计算其中一个X处的电压/>；
所述第三关系式为，，，/>；
如图4所示，当四个紧挨设置的电池出现故障时，则会出现两种情况，第一种情况为只有三个电池故障，第二种情况为四个电池均故障，且仅根据在A、B、C三处分别测得异常的行数，无法将上述两种情况区分开。
假设四个电池均故障，则除异常段之外的所有的电池数量，除异常段之外的所有的电池的平均电压/>。
异常段、异常段/>和异常段/>共同经过的点为X，X在第二行异常段/>的个数为2，X在第三行异常段/>的个数为2，X在第二行异常段/>的个数为2，X在第三行异常段/>的个数为2，X在第二行异常段/>的个数为1，X在第三行异常段/>的个数为2，X在第四行异常段的个数为1，则第三关系式为，/>，，/>，，/>，，/>，即可求出、/>和/>。
步骤S410，判断是否成立；
当成立时，说明该电池电压正常变化。
分别判断是否成立，/>是否成立，是否成立，/>是否成立。
步骤S411，若否，更换X处的电池。
当不成立时，说明该电池电压异常变化，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换。
当不成立时，说明a处的电池电压异常变化，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换；当/>不成立时，说明b处的电池电压异常变化，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换；当不成立时，说明c处的电池电压异常变化，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换；当/>不成立时，说明d处的电池电压异常变化，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换。
在一些实施例中，对异常段内的电池进行处理的方式还可以设置为包括对异常段/>内的每一个电池均进行电压测试并获得电压参数/>，当/>小于第三预设值或大于第四预设值时，对该电池进行更换，所述第三预设值小于所述第四预设值。
第三预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的下限值，当小于第三预设值时，说明该电池异常，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换；具体的第三预设值的数值可根据电池的种类、规格进行确定，在这里不做限定。
第四预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的上限值，当大于第四预设值时，说明该电池异常，为避免影响其他电池，减少二次伤害，需要对该电池进行更换；具体的第四预设值的数值可根据电池的种类、规格进行确定，在这里不做限定。
本发明一实施例还提供了一种电池模组充放电系统，电池模组充放电系统包括：
第一获取模块，用以获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
具体的，第一获取模块包括电压传感器，电压传感器用以感应第i行所有的电池的总电压。
第一判断模块，用以判断是否成立，Q为第一预设值；
具体的，当成立时，说明第i行所有的电池的电压正常变化，未发生微短路故障或其他故障。
第一执行模块，当不成立时，将第i行标记为异常段/>，并将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
当不成立时，说明第i行所有的电池的总电压异常变化，可能是由于部分电池微短路故障或其他故障引起的，此时将第i行标记为异常段/>，将异常段/>的电压标记为/>，并停止电池模组的充放电过程，避免对电池造成二次伤害。
第二执行模块，用以对异常段内的电池进行处理。
在一些实施例中，电池模组充放电系统还包括报警模块，当第i行所有的电池的总电压大于第五预设值时，报警模块报警。
第五预设值为设定的正常情况下，第i行所有的电池的总电压的最大值，具体的第五预设值的数值可根据电池的种类、规格和数量进行确定，在这里不做限定；当第i行所有的电池的总电压大于第五预设值时，说明第i行有较多的电池均处于异常状态，此时报警模块报警，以便于人员检修，减小损失。
如图2所示，本发明一实施例还提供了一种电池模组充放电系统应用的装置，该装置包括上压板100、下压板200和模组架300，在模组架300内设置有呈正六边形排列的N个电池400；在下压板200上设置有接触压板210、连通板220和电压感应装置230，接触压板210的数量和电池400的数量相同，接触压板210和电池400一一对应，接触压板210之间通过连通板220连接，接触压板210共排列成Y行，电压感应装置230设置在相邻的两行接触压板210之间，电压感应装置230用以测量第i行所有的电池400的总电压。
可以理解的是，连通板220可以设置为由熔点较低的材料制成。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种电池模组充放电保护方法，其特征在于，电池模组包括N个电池，N个所述电池共排列成Y行，Y为大于1的奇数；所述电池模组充放电保护方法包括：
步骤S100，获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
步骤S200，判断是否成立，Q为第一预设值；
步骤S210，若否，将第i行标记为异常段，将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
步骤S300，对异常段内的电池进行处理；
N个所述电池呈正六边形排列；在步骤S300之后，还包括：
步骤S310，根据第一关系式计算除异常段之外的所有的电池数量m；
所述第一关系式为；
步骤S320，根据第二关系式计算除异常段之外的所有的电池的平均电压；
所述第二关系式为；
步骤S330，将N个所述电池组成的正六边形旋转一百二十度，并获取此时的第r行的所有的电池的总电压，r=1、2至Y；
步骤S331，判断是否成立，L为第二预设值；
步骤S332，若否，将第r行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
步骤S340，将N个所述电池组成的正六边形沿同一方向再次旋转一百二十度，并获取此时的第v行所有的电池的总电压，v=1、2至Y；
步骤S341，判断是否成立；
步骤S341a，若否，将第v行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
步骤S400，设定异常段、异常段/>和异常段/>共同经过的点为X，X在异常段/>的个数为A’，X在异常段/>的个数为B’，X在异常段/>的个数为C’，根据第三关系式计算其中一个X处的电压/>；
所述第三关系式为，，，/>；
步骤S410，判断是否成立；
步骤S411，若否，更换X处的电池。
2.根据权利要求1所述的电池模组充放电保护方法，其特征在于，所述第二预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压允许的误差。
3.根据权利要求1所述的电池模组充放电保护方法，其特征在于，所述第一预设值为由于电池容量不同导致的不同电池的电压的微小差异引起的第i行所有的电池的总电压发生变化的数值。
4.根据权利要求1所述的电池模组充放电保护方法，其特征在于，对异常段内的每一个电池均进行电压测试并获得电压参数/>，当/>小于第三预设值或大于第四预设值时，对该电池进行更换，所述第三预设值小于所述第四预设值。
5.根据权利要求4所述的电池模组充放电保护方法，其特征在于，所述第三预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的下限值；所述第四预设值为设定的正常情况下，单个电池的电压的上限值。
6.一种电池模组充放电系统，其特征在于，应用如权利要求1至3任意一项所述的电池模组充放电保护方法，所述电池模组充放电系统包括：
第一获取模块，用以获取时刻t时第i行所有的电池的总电压，i=1、2至Y；
第一判断模块，用以判断是否成立，Q为第一预设值；
第一执行模块，当不成立时，将第i行标记为异常段/>，并将异常段/>的电压标记为/>，并停止所述电池模组的充放电过程；
第二执行模块，用以对异常段内的电池进行处理；
N个电池呈正六边形排列；
根据第一关系式计算除异常段之外的所有的电池数量m；
所述第一关系式为；
根据第二关系式计算除异常段之外的所有的电池的平均电压；
所述第二关系式为；
将N个所述电池组成的正六边形旋转一百二十度，并获取此时的第r行的所有的电池的总电压，r=1、2至Y；
判断是否成立，L为第二预设值；
若否，将第r行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
将N个所述电池组成的正六边形沿同一方向再次旋转一百二十度，并获取此时的第v行所有的电池的总电压，v=1、2至Y；
判断是否成立；
若否，将第v行标记为异常段，并将异常段/>的电压标记为/>；
设定异常段、异常段/>和异常段/>共同经过的点为X，X在异常段/>的个数为A’，X在异常段/>的个数为B’，X在异常段/>的个数为C’，根据第三关系式计算其中一个X处的电压；
所述第三关系式为，，，/>；
判断是否成立；
若否，更换X处的电池。
7.根据权利要求6所述的电池模组充放电系统，其特征在于，所述电池模组充放电系统还包括：
第三执行模块，对异常段内的每一个电池均进行电压测试并获得电压参数/>，当小于第三预设值或大于第四预设值时，对该电池进行更换，所述第三预设值小于所述第四预设值。
8.根据权利要求6所述的电池模组充放电系统，其特征在于，所述电池模组充放电系统还包括报警模块，当第i行所有的电池的总电压大于第五预设值时，所述报警模块报警。
9.根据权利要求6所述的电池模组充放电系统，其特征在于，所述第一获取模块包括电压传感器，所述电压传感器用以感应第i行所有的电池的总电压。
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| CN104685637A (zh) * | 2012-06-21 | 2015-06-03 | 挪威科技大学（Ntnu） | 太阳能电池 |
| CN104901611A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-09-09 | 上海空间电源研究所 | 一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法 |
| CN110350258A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-18 | 广东恒翼能科技有限公司 | 一种锂电池热失控预警保护系统及方法 |
| CN116819336A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-09-29 | 广东恒翼能科技股份有限公司 | 一种基于无监督学习的动力电池异常检测系统 |
-
2023
- 2023-11-07 CN CN202311466391.1A patent/CN117200402B/zh active Active
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