CN117250517A - 一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂电池管理系统技术领域，公开了一种基于电容变化检测的电池安全检测方法及系统，使用Ansys仿真软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证；在LTspice软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数；对搭建完成的电路模型，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，实现电容变化的检测。本发明的技术方案则是在电不使用传感器的条件下进行电池包的安全检测，节省了电路开发时间及产品成本。
Description
技术领域
本发明属于锂电池管理系统技术领域，尤其涉及一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法。
背景技术
目前，全球的能源缺乏，大气污染严重，人类面临着新的挑战，可持续发展的清洁能源越发引起人们的关注。此外，能源消耗往往伴随着严重的环境污染。为了应对当前所面临的严峻的经济和环境问题，近年来大力推行低污染高效率的新能源的发展，电动汽车(EV)、光伏、风能、智能电网等作为解决环境污染和能源危机问题的比较有前途的解决方案，越来越受到人们的关注。电池被广泛用作此类应用的储能系统。其中，锂离子蓄电池(简称锂电池)因其环保和较长的使用寿命作为主要使用的电池。因此，人们需要更加注重锂电池的消耗和污染问题。以现在的科技条件来看，锂电池的应用技术还不够成熟，依然存在着很多需要解决的问题，如鼓包、爆炸、着火等安全问题。因此，锂电池的应用和维护技术成为研究热点，进而对锂电池的可靠性、安全性和使用寿命的改善，也成为了锂电池的成大课题。
在锂电池的工作过程中，人们可以通过电池管理系统(Battery ManagementSystem,BMS)来检测电池的使用状态是否良好，以及锂电池的重要参数是否正常，如果锂电池在工作过程中发生了某种不正常的现象，电池管理系统可以进行报警，还可以及时地切掉电源，避免造成二次事故。它可以使得电池在使用的过程中更加安全可靠，并且可以延长电池的使用寿命。电池管理系统是对动力电池组进行监测、控制和保护的软硬件系统。电池管理系统由主控制器、参数采集和评估系统、均衡管理系统、能量管理系统、热管理系统、安全保护系统、通信与数据存储系统组成。其中，安全保护系统为电池管理系统的最后一道防线，负责对锂电池的安全状态监控，尽地保证锂电池安全的使用，因此尤为重要。目前市面上的安全检测系统主要是利用传感器对锂电池进行检测，每一块锂电池都需要一个传感器对其进行检测，但由于单个锂电池电压和容量的限制，为了满足能量和功率的要求，锂电池单体一般都采用并联和串联的方式，因此，对锂电池进行安全检测需要大量的传感器元器件，其成本和复杂性都阻碍了该方法在现实中的大规模应用。目前，亟待提出能解决上述问题的技术方案。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的对锂电池安全检测技术还不够成熟，技术深度和宽度都不足以满足市场需求。
(2)现有的安全检测技术需要大量的传感器，成本和复杂度太高，不利于维护和大规模应用。
(3)在复杂的电磁环境下传感器的容易受到电磁干扰，其灵敏度和检测效果会受到严重的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂电池管理系统中安全检测模块，尤其涉及一种基于电容变化的检测方法。
本发明提出一种基于电容变化的检测方法，该基于电容变化的检测方法包括：使用计算机辅助工程软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证；在电路仿真软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数；对搭建完成的电路模型，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，实现电容变化的检测。
进一步，基于电容变化的检测方法包括以下步骤：
步骤一，对电容决定式进行分析；
步骤二，使用计算机辅助工程软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律；
步骤三，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型；
步骤四，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；
步骤五，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平。
进一步，以下是对每个步骤的具体实现方案和详细工作原理的进一步描述：
步骤一：对电容决定式进行分析
1.电容决定式的理解：电容决定式是描述电容大小的公式，它由电极面积、电极间距、电极材料等因数决定。这个公式可以用来分析和理解电容的特性。
2.电极极化效应的分析：在充电和放电过程中，电极上的电荷会产生电场，这个电场反过来会影响电容的大小，即产生极化效应。理解并考虑这种效应是准确检测电容变化的关键。
3.电容变化规律的研究：通过研究电容决定式，本发明理解电容的变化规律。例如，增加电极间距会减小电容，而增加电极面积则会增加电容。
步骤二：使用Ansys仿真软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律
1.利用Ansys仿真软件建立电池包的等效模型：在Ansys中，本发明根据电池包的形状和结构，建立起电池包的等效模型。
2.在等效模型上模拟双极板间电容：在模型上定义好电极和电势后，就可以计算出双极板间的电容。
3.验证极板间电容变化规律：通过改变电极的距离或面积，本发明验证由电容决定式得出的电容变化规律。
步骤三：使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型
1.电路模型的构思：根据电容变化的特性，构思出相应的检测电路。常见的有RC滤波电路、电荷放大器等。
2.在LTspice中建立电路模型：在LTspice中，根据构思的电路，设置相应的电子元件和连接方式，建立起电路模型。
3.电路模型的仿真：接通电源后，观察输出电压或电流的变化，以验证电路模型的正确性。
步骤四：根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数
1.实际电容的测量：通过实验，实际测量锂电池包之间的电容。
2.根据实际电容调整电路参数：将实际测量的电容值代入电路模型中，根据需要调整电路元件的参数(如电阻、电容等)，使得电路模型更贴近实际情况。
步骤五：根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平
1.确定检测灵敏度：根据实际需要的安全检测精度要求，确定所需检测的灵敏度。这个灵敏度决定了电压比较器的阈值电平。
2.选择合适的电压比较器：根据所需的灵敏度和电路的实际需求，选择合适的电压比较器型号。
3.设置电压比较器的阈值电平：将电压比较器的阈值电平设置为适当的值，这个值需要根据实际需要的检测灵敏度来确定。阈值电平决定了检测电路的灵敏度，阈值电平设置得越低，检测电路的灵敏度就越高。
4.验证电压比较器阈值电平的正确性：通过实验验证电压比较器阈值电平的正确性，确保检测方法具有更高的灵敏度和可靠性。如果检测电路的实际输出与预期不符，需要重新调整电压比较器的阈值电平。
通过以上步骤的具体实现方案和详细工作原理的介绍，本发明了解到基于电容变化检测的电池包安全检测方法需要多方面的知识和技能，包括电容器的基本原理、仿真软件的使用、电路设计和参数调整以及检测灵敏度的控制等。通过这些步骤，本发明建立起有效的电池包安全检测方法，保障电池包的安全使用。
进一步，步骤一中，采用双平行极板的形式反应工程应用中电池包间电容的实际形式，由电容决定式：
其中，ε为极板间介质的介电常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k是静电力常量。
当平行板电容处于空气中，有
此时，
由此可以得到一个基本结论：当双极板的正对面积S不变时，电容C随着极板间距离d的减小而增大。
进一步，步骤二中，分析电容决定式后，将电池理想为一个六面体后建立模型，并设置仿真参数如下：
1.创建上极板六面体
上极板起点：(X,Y,Z)>(0,0,3)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(25,25,0)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(0,0,2)；
材料设置为铝aluminum。
2.创建下极板六面体
下极板起点：(X,Y,Z)＝(0,0,0)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(25,25,0)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(0,0,2)；
材料设置为铝aluminum。
3.创建中间的介质六面体
介质板起点：(X,Y,Z)>(0,0,2)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(25,25,0)；
坐标偏置：(dX,dY,dZ)>(0,0,1)；
材料设置为空气vacuum
4.创建计算区域
Padding Percentage：0％；忽略电场的边缘效应。
5.设置激励
上极板电压设置为4.2V，下极板电压设置0V。
6.设置自适应计算参数
每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass>50％。
设置完成后运行仿真得到结果，再多次改变两极板之间的距离后得到的结果曲线与理论相符。
进一步，步骤三中，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型。
进一步，步骤四中，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数，将电路的输出电压控制在一个合适的范围内。
进一步，步骤五中，根据接入电池包之间的板间电容以及对整个系统的灵敏度要求设置检测阈值电平。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述的锂电池管理系统中安全检测模块，尤其涉及一种基于电容变化的检测方法构建得到的锂电池分析模型。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的锂电池管理系统中基于电容变化的安全检测系统，基于电容变化的安全检测系统包括：
电池包间电容模型分析模块，用于使用多种仿真软件对电池包间实际电容分析简化成双极板电容进行建模，构建得到电池包间电容分析模型；
模拟电路设计模块，根据构建出的分析模型在LTspice中建立电路模型，电路模型由选频部分，放大部分以及电压比较部分构成；
电路性能与经济优化模块，用于将电路通过优化设计使电路简单、经济、可靠，实现性能与经济的优化。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，本发明提供的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法基于锂电池实际工作环境能够准确、灵敏地检测锂电池由于过充、过放、过热等原因产生的物理形变，并基于检测结果作出反应。本发明提供了一种简单、有效的一种基于电容变化检测的电池安全检测电路，在无需使用大量传感器的电路中实现对锂电池的安全检测，并在电路设计阶段针对工作性能和经济性选用合适的电路元件参数可以在很大程度上提高电路在工作时的性能以及工业上的实用价值。另外，本发明的基于电容变化检测的电池安全检测方法在检测多个电池时只需要先测量电池之间电容的并将这些电容并联的容值代入到电路中，并修改电路参数即可，无需重新设计电路结构。
本发明提供的基于电容变化检测的电池安全检测方法与传统的电池安全检测方法相比，简化了电路，以简单的物理理论为基础提出了一种新的电池安全检测方式，尽地减少了传感器的使用，使得电路的成本和复杂度更加符合实用；并且该电路适用于大多情况下的电池安全检测，对工作环境要求不高。
第二，本发明提供的基于电容变化检测的电池安全检测方法理论上不需要大量的传感器就能对锂电池在工作时的安全进行检测，并且该检测电路对工作环境的要求不高，环境对电路正常工作的影响不大。不仅在实际应用的场合下节省了成本，而且增加了检测系统的稳定性。
第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
本发明的技术方案转化后，将可以根据不同的工作场合针对性地调整电路参数，应用到不同的领域中，如：新能源汽车、电动车、以及各种利用到电池的消费电子等、甚至还可以应用到电厂中。传统的安全检测电路往往采用大量的传感器，由于传感器属于敏感器件，对于工作环境的变化非常敏感，所以其在某些应用场合中很因较差的工作环境而失效导致检测系统失灵。不仅如此，大量使用传感器不可避免地提高了成本。本发明的技术方案转化后，可以在不使用传感器的条件下进行电池包的安全检测，解决了检测系统失灵的问题，节省了电路开发时间及产品成本。
本发明的技术方案克服了技术偏见：针对电池包安全检测问题，传统的解决方案一般选用大量的传感器，本发明的技术方案则是在电不使用传感器的条件下进行电池包的安全检测，节省了电路开发时间及产品成本。
第四，这种基于电容变化检测的电池包安全检测方法具有显著的技术进步，具体表现在以下几个方面：
1.使用Ansys仿真软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证，能够准确地模拟电池包的电容特性，为后续的电容变化检测提供可靠的理论依据。
2.在电路仿真软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型，能够有效地模拟电容变化检测电路的工作原理和性能，为实验研究和实际应用提供有效的工具。
3.根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数，能够使电路更好地适应实际电池包的情况，提高电容变化的检测精度和可靠性。
4.搭建好电路模型后，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，能够使检测方法具有更高的灵敏度和可靠性，能够及时发现电池包的安全隐患，从而保障电池包的安全使用。
因此，这种基于电容变化检测的电池包安全检测方法具有先进性和实用性，值得推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的电池包形变示意图；
图2是本发明实施例提供的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法流程图；
图3是本发明实施例提供的双极板间电容模型示意图；
图4是本发明实施例提供的双极板间距离由0.5mm至2mm的电容容值变化仿真结果曲线图；
图5是本发明实施例提供的电池包安全检查电路框图；
图6是本发明实施例提供的当电池包间电容小于检测阈值时的波形图；
图7是本发明实施例提供的当电池包间电容大于检测阈值时的波形图；
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，以下结合实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图2所示，本发明实施例提供的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法包括以下步骤：
S101，使用Ansys仿真软件对建立的等效电容模型按照电容决定式进行理论验证；
S102，在LTspice软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；
S103，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；
S104，在搭建好电路模型后，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平实现电容变化的检测。
对于基于电容变化检测的电池包安全检测方法，每个步骤的具体实现方案如下：
步骤一：对电容决定式进行分析
1.了解电容的基本概念和定义，包括电容量、电容单位等。
2.分析电容的决定式，掌握电容与电极面积、距离等因素的关系。
3.了解电极极化效应对电容的影响，以及如何减小极化效应的影响。
步骤二：使用Ansys仿真软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律
1.根据电池包的形状和结构，利用Ansys仿真软件建立电池包的3D模型。
2.在电池包的电极表面设置相应的电势，并利用Ansys仿真软件计算双极板间的电容。
3.分析双极板间电容随电极距离、电极面积等因素的变化规律，验证极板间电容变化规律的正确性。
步骤三：使用LTspice软件建立电容变化检测仿真电路模型
1.根据双极板间电容的变化规律，设计相应的电容变化检测电路。
2.利用LTspice软件建立相应的电容变化检测仿真电路模型，并进行仿真实验。
3.根据仿真实验结果，优化电路设计，提高检测精度和可靠性。
步骤四：根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数
1.通过实验测量得到实际锂电池包之间的电容值。
2.根据实验测量的电容值，调整电路模型中的元件参数，使得电路模型更贴近实际情况。
3.确认电路模型的正确性和可行性后，进行批量生产或实际应用。
步骤五：根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平
1.根据实际需要的安全检测精度要求，确定所需检测的灵敏度。
2.选择合适的电压比较器型号，并根据灵敏度要求设置电压比较器的阈值电平。
3.通过实验验证电压比较器阈值电平的正确性，确保检测方法具有更高的灵敏度和可靠性。
4.在实际应用中，根据需要可对电压比较器的阈值电平进行动态调整，以适应不同的检测环境和要求。
通过以上步骤的具体实现方案，可以建立起基于电容变化检测的电池包安全检测方法，并对其进行全面评估和验证。这种方法通过实时监测电池包的安全状态，能够有效地预防和预警潜在的安全隐患，从而保障电池包的安全使用。
以下是对每个步骤的具体实现方案和详细工作原理的进一步描述：
步骤一：对电容决定式进行分析
1.电容决定式的理解：电容决定式是描述电容大小的公式，它由电极面积、电极间距、电极材料等因数决定。这个公式可以用来分析和理解电容的特性。
2.电极极化效应的分析：在充电和放电过程中，电极上的电荷会产生电场，这个电场反过来会影响电容的大小，即产生极化效应。理解并考虑这种效应是准确检测电容变化的关键。
3.电容变化规律的研究：通过研究电容决定式，本发明理解电容的变化规律。例如，增加电极间距会减小电容，而增加电极面积则会增加电容。
步骤二：使用Ansys仿真软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律
1.利用Ansys仿真软件建立电池包的等效模型：在Ansys中，本发明根据电池包的形状和结构，建立起电池包的等效模型。
2.在等效模型上模拟双极板间电容：在模型上定义好电极和电势后，就可以计算出双极板间的电容。
3.验证极板间电容变化规律：通过改变电极的距离或面积，本发明验证由电容决定式得出的电容变化规律。
步骤三：使用LTspice软件建立电容变化检测仿真电路模型
1.电路模型的构思：根据电容变化的特性，构思出相应的检测电路。常见的有RC滤波电路、电荷放大器等。
2.在LTspice中建立电路模型：在LTspice中，根据构思的电路，设置相应的电子元件和连接方式，建立起电路模型。
3.电路模型的仿真：接通电源后，观察输出电压或电流的变化，以验证电路模型的正确性。
步骤四：根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数
1.实际电容的测量：通过实验，实际测量锂电池包之间的电容。
2.根据实际电容调整电路参数：将实际测量的电容值代入电路模型中，根据需要调整电路元件的参数(如电阻、电容等)，使得电路模型更贴近实际情况。
步骤五：根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平
1.确定检测灵敏度：根据实际需要的安全检测精度要求，确定所需检测的灵敏度。这个灵敏度决定了电压比较器的阈值电平。
2.选择合适的电压比较器：根据所需的灵敏度和电路的实际需求，选择合适的电压比较器型号。
3.设置电压比较器的阈值电平：将电压比较器的阈值电平设置为适当的值，这个值需要根据实际需要的检测灵敏度来确定。阈值电平决定了检测电路的灵敏度，阈值电平设置得越低，检测电路的灵敏度就越高。
4.验证电压比较器阈值电平的正确性：通过实验验证电压比较器阈值电平的正确性，确保检测方法具有更高的灵敏度和可靠性。如果检测电路的实际输出与预期不符，需要重新调整电压比较器的阈值电平。
通过以上步骤的具体实现方案和详细工作原理的介绍，本发明了解到基于电容变化检测的电池包安全检测方法需要多方面的知识和技能，包括电容器的基本原理、仿真软件的使用、电路设计和参数调整以及检测灵敏度的控制等。通过这些步骤，本发明建立起有效的电池包安全检测方法，保障电池包的安全使用。
作为优选实施例，本发明实施例提供的基于电容变化的检测的锂电池管理系统中安全检测方法具体包括：首先使用理论分析的方法对电池包实际形状进行简化建模，其形状如图3所示，该形状能够反映工程应用中电池包的实际形状，其中初始上极板起点：(X,Y,Z)＝(0,0,3)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(25,25,0)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(0,0,2)；材料设置为铝aluminum。初始下极板起点：(X,Y,Z)＝(0,0,0)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(25,25,0)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(0,0,2)；材料设置为铝aluminum。初始介质板起点：(X,Y,Z)＝(0,0,2)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(25,25,0)；坐标偏置：(dX,dY,dZ)＝(0,0,1)；材料设置为空气vacuum。通过改变上极板的Z轴坐标以及介质板的厚度，就可以完成对板间距的控制，经过多次改变间距得到的仿真结果曲线如图4所示，从图中可以清楚的看到，随着极板间距的减小，电容的容值迅速提高，完全符合理论研究。图5为电池包安全检测电路框图，可以看到其由三部分组成：选频部分，放大部分，电压比较部分，其中选频部分，放大部分组成正弦波产生部分，用以产生稳定的正弦波。图6、图7为检测波形结果图，当被检测板件电容的容值小于设定阈值时，检测电路的输出电压为0，此时不产生警报；当被检测板件电容的容值大于设定阈值时，检测电路的输出电压为3V的脉冲，此时发出警报。
传统的安全检测电路往往采用大量的传感器，由于传感器属于敏感器件，对于工作环境的变化非常敏感，所以其在某些应用场合中很因较差的工作环境而失效导致检测系统失灵。不仅如此，大量使用传感器不可避免地提高了成本。本发明实施例提供的检测电路可以在不使用传感器的条件下进行电池包的安全检测，解决了检测系统失灵的问题，节省了电路开发时间及产品成本。
本发明实施例提供的基于电容变化的锂电池安全管理检测系统，包括：
电池包间电容模型分析模块，用于使用多种仿真软件对电池包间实际电容分析简化成双极板电容进行建模，构建得到电池包间电容分析模型；
模拟电路设计模块，根据构建出的分析模型在LTspice中建立电路模型，电路模型由选频部分，放大部分以及电压比较部分构成；
电路性能与经济优化模块，用于将电路通过优化设计使电路简单、经济、可靠，实现性能与经济的优化。
为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明提供的基于电容变化检测的电池安全检测方法理论上不需要大量的传感器就能对锂电池在工作时的安全进行检测，并且该检测电路对工作环境的要求不高，环境对电路正常工作的影响不大。不仅在实际应用的场合下节省了成本，而且增加了检测系统的稳定性。
本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
本发明提出一种基于电容变化的检测方法，该基于电容变化的检测方法包括：使用Ansys仿真软件对建立的等效电容模型按照电容决定式进行理论验证，如图3、图4所示所示；在LTspice软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型，如图5所示；根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；在搭建好电路模型后，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，如图6、图7所示，本发明实施例设置的阈值电平为3V，阈值电平可以根据不同的应用环境进行调整，从而实现电容变化的检测。
实施例一：测量电池包内部的电容变化
1.使用Ansys仿真软件，根据电池包的形状和结构，建立电池包的等效电容模型。
2.根据电容决定式，分析电池包的电容变化规律，确定不同情况下的电容变化。
3.在LTspice软件中，根据第一步的等效电容模型，建立相应的电容变化检测电路模型。
4.根据实验测量得到的实际电池包之间的电容，确定电路模型的参数。
5.在电路模型中，根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。
6.通过电路模型的仿真结果，评估和验证电池包的电容变化检测效果。
实施例二：检测电池包内部的温度变化
1.在电池包内部安装温度传感器，实时监测电池包的温度变化。
2.将温度传感器输出的温度信号转换为电信号，通过A/D转换器将电信号转换为数字信号。
3.根据数字信号的变化，通过算法分析电池包的温度变化情况。
4.在LTspice软件中，建立相应的温度检测电路模型，根据实验测量得到的实际电池包之间的温度确定电路模型的参数。
5.根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。
6.通过电路模型的仿真结果，评估和验证电池包的温度检测效果。
对于本技术方案的两个实施例的每个步骤的详细工作原理，具体为：
实施例一：测量电池包内部的电容变化
1.使用Ansys仿真软件，根据电池包的形状和结构，建立电池包的等效电容模型。
在这一步中，本发明利用Ansys仿真软件对电池包的形状和结构进行建模，并通过一定的方法将电池包的特性转化为等效的电容模型。这个模型能够模拟电池包的实际电容特性，为后续的电容变化检测提供理论依据。
2.根据电容决定式，分析电池包的电容变化规律，确定不同情况下的电容变化。
根据电容决定式，本发明分析电池包的电容变化规律，了解不同情况(如电池的状态、温度、环境条件等)下电容的变化情况。这一步帮助本发明理解电池包的电容特性，并为后续的检测提供基础。
3.在LTspice软件中，根据第一步的等效电容模型，建立相应的电容变化检测电路模型。
在这一步中，本发明使用LTspice软件根据第一步中建立的等效电容模型来建立相应的电容变化检测电路模型。这个电路模型能够模拟电容变化的检测过程，为后续的实际应用提供有效的工具。
4.根据实验测量得到的实际电池包之间的电容，确定电路模型的参数。
根据实验测量得到的实际电池包之间的电容，本发明能够确定电路模型的参数。这一步使得电路模型更贴近实际情况，提高电容变化的检测精度和可靠性。
5.在电路模型中，根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。
在电路模型中，本发明根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。这个步骤能够使检测方法具有更高的灵敏度和可靠性，使得本发明能够及时发现电池包的安全隐患，从而保障电池包的安全使用。
6.通过电路模型的仿真结果，评估和验证电池包的电容变化检测效果。
最后，本发明通过电路模型的仿真结果，评估和验证电池包的电容变化检测效果。这一步帮助本发明理解检测方法的可行性和效果，为实际应用提供依据。
实施例二：检测电池包内部的温度变化
1.在电池包内部安装温度传感器，实时监测电池包的温度变化。
在这一步中，本发明在电池包内部安装温度传感器，以实时监测电池包的温度变化。温度传感器通常会直接测量电池包的表面温度或内部温度，并将温度信息转化为电信号。
2.将温度传感器输出的温度信号转换为电信号，通过A/D转换器将电信号转换为数字信号。
温度传感器输出的电信号通常为模拟信号，本发明需要通过A/D转换器将其转换为数字信号，以便于后续的信号处理和数据分析。
3.根据数字信号的变化，通过算法分析电池包的温度变化情况。
将数字信号输入到控制系统中，通过特定的算法对这些信号进行分析和处理。通过比较连续时间段的信号变化，可以推断出电池包的温度变化情况。如果温度异常升高或降低，系统会发出警报。
4.在LTspice软件中，建立相应的温度检测电路模型，根据实验测量得到的实际电池包之间的温度确定电路模型的参数。
在LTspice软件中，本发明根据实际电池包的温度特性，建立相应的温度检测电路模型。该模型能模拟温度变化的检测过程，为实际应用提供参考。根据实验测量得到的实际电池包之间的温度确定电路模型的参数，使得电路模型更贴近实际情况，提高温度变化的检测精度和可靠性。
5.根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。
在电路模型中，本发明根据实际需要的检测灵敏度，调整电压比较器的阈值电平。这个步骤能够使检测方法具有更高的灵敏度和可靠性，使得本发明能够及时发现电池包的温度异常变化情况从而保障电池包的安全使用。
6.通过电路模型的仿真结果，评估和验证电池包的温度检测效果。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，包括：使用计算机辅助工程软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证；在电路仿真软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数；在搭建好电路模型后，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，实现电容变化的检测。
2.如权利要求1所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，基于电容变化检测的电池包安全检测方法包括以下步骤：
步骤一，对电容决定式进行分析；
步骤二，使用计算机辅助工程软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律；
步骤三，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型；
步骤四，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；
步骤五，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平。
3.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤二的实现方法为：
利用计算机辅助工程软件建立电池包的等效模型：在Ansys中，本发明根据电池包的形状和结构，建立起电池包的等效模型；
在等效模型上模拟双极板间电容：在模型上定义好电极和电势后，就可以计算出双极板间的电容；
验证极板间电容变化规律：通过改变电极的距离或面积，本发明验证由电容决定式得出的电容变化规律。
4.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤三的实现方法为：
电路模型的构思：根据电容变化的特性，构思出相应的检测电路；
在LTspice中建立电路模型：在LTspice中，根据构思的电路，设置相应的电子元件和连接方式，建立起电路模型；
电路模型的仿真：接通电源后，观察输出电压或电流的变化，以验证电路模型的正确性。
5.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤四的实现方法为：
实际电容的测量：通过实验，实际测量锂电池包之间的电容；
根据实际电容调整电路参数：将实际测量的电容值代入电路模型中，根据需要调整电路元件的参数，使得电路模型更贴近实际情况。
6.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤五的实现方法为：
确定检测灵敏度：根据实际需要的安全检测精度要求，确定所需检测的灵敏度；这个灵敏度决定了电压比较器的阈值电平；
选择合适的电压比较器：根据所需的灵敏度和电路的实际需求，选择合适的电压比较器型号；
设置电压比较器的阈值电平：将电压比较器的阈值电平设置为适当的值，这个值需要根据实际需要的检测灵敏度来确定；阈值电平决定了检测电路的灵敏度，阈值电平设置得越低，检测电路的灵敏度就越高；
验证电压比较器阈值电平的正确性：通过实验验证电压比较器阈值电平的正确性，确保检测方法具有更高的灵敏度和可靠性；如果检测电路的实际输出与预期不符，需要重新调整电压比较器的阈值电平。
7.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤一中，采用双平行极板的形式反应工程应用中电池包间电容的实际形式；步骤二中，分析电容决定式后，将电池理想为一个六面体后建立模型。
8.如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤三中，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型；
步骤四中，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数，将电路的输出电压控制在一个合适的范围内；步骤五中，根据接入电池包之间的板间电容以及对整个系统的灵敏度要求设置检测阈值电平。
9.一种实施如权利要求1～8任意一项所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法构建得到的电容变化检测仿真电路模型。
10.一种应用如权利要求1～8任意一项所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方系统，其特征在于，包括：
电池包间电容模型分析模块，用于使用多种仿真软件对电池包间实际电容分析简化成双极板电容进行建模，构建得到电池包间电容分析模型；
模拟电路设计模块，根据构建出的分析模型在LTspice中建立电路模型，电路模型由选频部分，放大部分以及电压比较部分构成；
电路性能与经济优化模块，用于将电路通过优化设计使电路简单、经济、可靠，实现性能与经济的优化。
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