CN204666795U - 一种动力电池组一致性检测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动力电池组一致性检测装置及设备，属于动力电池技术领域。所述装置包括：数据获取单元，用于在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差；检测单元，将每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对动力电池组的一致性进行检测。本实用新型能有效表示电池之间的内在差异，将相应参数与阈值进行比较以对动力电池组的一致性进行检测，具有操作简便、检测过程稳定可靠及评判结果准确的特点。

Description

一种动力电池组一致性检测装置及设备

技术领域

本实用新型涉及一种动力电池组一致性检测装置及设备，属于动力电池技术领域。

背景技术

由于动力电池容量和端电压的限制，在电动车辆采用的动力电池应用中通常需要多个电池进行串联、并联组合来达到较高的电压和较大的容量。而由于电池特性的高度非线性，同时电池组中众多电池之间存在制造工艺、材质、使用环境、连接方式等差异，单个电池之间存在容量、端电压和内阻的不一致在所难免。因此电动汽车动力电池组在长期的充放电过程中，由于电池组内各单体电池间充电接受能力的差异、自放电率的差异、容量衰减速率的差异，可能会导致各电芯在充放电时的实时电压分配不均，呈发散趋势，容易造成电池组内部电池离散性加大，个别电池性能衰减加剧，从而导致整组电池失效，因此将影响整个电池系统的可靠性。

为解决上述问题，当前的电池管理系统均衡设计大多数都是通过单体压差来判断电池的不一致性，由于单体压差只能反映整个电池组中最高单体电压与最低单体电压的差值，无法反映所有单体电压的分布情况，导致对一致性判断较片面，判断结果也不准确。动力电池组的一致性检测直接影响到电池组的使用性能，并且是电池均衡控制的理论基础，因此如何对成组后的动力电池组进行一致性检测是电池成组应用技术中需要解决的主要问题。

实用新型内容

本实用新型为解决现有的电池管理技术存在的只能反映整个电池组中最高单体电压与最低单体电压的差值，无法反映所有单体电压的分布情况的问题，进而提出了一种动力电池组一致性检测装置及设备。本实用新型提出的技术方案包括：

一种动力电池组一致性检测装置，所述动力电池组由多个电池单体串及/或并联组成，并通过采样线束与电池管理装置连接，所述电池管理装置用于控制所述动力电池组充电或放电，所述装置包括：

数据获取单元，用于在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差；

检测单元，将所述每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测。

本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置的数据获取单元还用于在SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的电压变异系数。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置中，所述装置还包括电池控制单元，所述电池控制单元包括：

放电子单元，用于通过放电装置对所述动力电池组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到所述电池管理装置自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对所述动力电池组按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，所述电池管理装置将所述动力电池组的SOC修正为100％。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置中，所述电池控制单元还用于在所述动力电池组的充放电过程中，若某个电池单体的参数超过阈值，停止对该电池单体的能量供给。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置中，在所述数据获取单元中包括：

采集子单元，用于采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

SOC估算子单元，用于通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正；

计算子模块，用于根据所述动力电池组电压的特性参数，计算预定百分数的SOC状态下的所述动力电池组电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置中，所述装置还包括：

存储单元，用于存储所述动力电池组在预设SOC状态下的电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差等参数。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测装置中，所述装置还包括：

通信单元，用于通过采样线束连接所述动力电池组和所述电池管理装置。

一种动力电池组一致性检测设备，包括检测装置和电源管理装置；所述电源管理装置包括用于检测动力电池组充放电状态的充/放电测试仪、用于控制充/放电测试仪和充/放电机的控制单元以及用于对动力电池组执行充放电操作的充/放电机；所述电源管理装置通过总线与所述检测装置连接，所述检测装置用于在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差，并将每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测设备中，所述检测装置包括：

采集子单元，用于采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

SOC估算子单元，用于通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正；

计算子模块，用于根据所述动力电池组电压的特性参数，计算预定百分数的SOC状态下的所述动力电池组电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差。

在本实用新型所述的动力电池组一致性检测设备中，所述检测装置还包括：

放电子单元，用于通过放电装置对所述动力电池组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到所述电池管理装置自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对所述动力电池组按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，所述电池管理装置将所述动力电池组的SOC修正为100％。

本实用新型的有益效果是：通过获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差作为参数，从而能够有效地表示电池之间的内在差异，再将相应参数与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测，具有操作简单方便、检测过程稳定可靠以及评判结果准确性较高的特点。

附图说明

图1以示例的方式示出了动力电池组一致性检测装置的结构图。

图2以示例的方式示出了动力电池组一致性检测设备的详细结构图。

图3以示例的方式示出了实施例一中的动力电池组电压标准差与变异系数的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“◆”表示电压标准差，右侧纵坐标和“□”表示离散系数。

图4以示例的方式示出了实施例一中的动力电池组极端单体电压偏差的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“▲”表示极端电压正偏差(单位为mV)，右侧纵坐标和“□”表示极端电压负偏差(单位为mV)。

图5以示例的方式示出了实施例一中的动力电池组极端单体电压相对偏差的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“▲”表示极端电压相对正偏差(单位为mV)，右侧纵坐标和“□”表示极端电压相对负偏差(单位为mV)。

图6以示例的方式示出了实施例二中的动力电池组电压标准差与变异系数的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“◆”表示电压标准差，右侧纵坐标和“□”表示离散系数。

图7以示例的方式示出了实施例二中的动力电池组极端单体电压偏差的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“▲”表示极端电压正偏差(单位为mV)，右侧纵坐标和“□”表示极端电压负偏差(单位为mV)。

图8以示例的方式示出了实施例二中的动力电池组极端单体电压相对偏差的坐标图，其中的横坐标表示SOC值，左侧纵坐标和“▲”表示极端电压相对正偏差(单位为mV)，右侧纵坐标和“□”表示极端电压相对负偏差(单位为mV)。

具体实施方式

本具体实施方式提出了一种动力电池组一致性检测装置，所述动力电池组由多个电池单体串及/或并联组成，并通过采样线束与电池管理装置连接，结合图1所示，所述装置包括：

数据获取单元11，用于在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差；

检测单元12，将所述每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测。

优选的，所述数据获取单元还用于在SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的电压变异系数。

优选的，在所述数据获取单元11中可以包括：

采集子单元，用于采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

SOC估算子单元，用于通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正；

计算子模块，用于根据所述动力电池组电压的特性参数，计算预定百分数的SOC状态下的所述动力电池组电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差。

所述动力电池组一致性检测装置还可以包括：电池控制单元13、存储单元14和通信单元15。

所述电池控制单元13可以包括：

放电子单元，用于通过放电装置对所述动力电池组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到所述电池管理装置自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对所述动力电池组按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，所述电池管理装置将所述动力电池组的SOC修正为100％。

所述存储单元14用于存储所述动力电池组在预设SOC状态下的电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差等参数。

进一步优选的，所述电池控制单元13还可以用于在所述动力电池组的充放电过程中，若某个电池单体的参数超过阈值，停止对该电池单体的能量供给。

在本实用新型另一实施例还提出了一种动力电池组一致性检测设备，结合图2所示，该设备包括检测装置10和电源管理装置22；电源管理装置22包括用于检测动力电池组充放电状态的充/放电测试仪221、用于控制充/放电测试仪和充/放电机的控制单元222以及用于对动力电池组执行充放电操作的充/放电机223；电源管理装置22通过总线与检测装置10的通信单元15连接，检测装置10用于在SOC为100％的动力电池组21的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取动力电池组21中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差，并将每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对动力电池组21的一致性进行检测。

进一步优选的，结合图2所示，在本实用新型所述的动力电池组一致性检测设备中，检测装置21可以包括数据获取单元11，该数据获取单元11可以包括：

采集子单元，用于采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

SOC估算子单元，用于通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正；

计算子模块，用于根据所述动力电池组电压的特性参数，计算预定百分数的SOC状态下的所述动力电池组电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差。

进一步优选的，结合图2所示，在本实用新型所述的动力电池组一致性检测设备中，所述检测装置还可以包括电池控制单元13，该电池控制单元13可以包括：

放电子单元，用于通过放电装置对动力电池21组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到电池管理装置22自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对动力电池组21按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，电池管理装置22将动力电池组21的SOC修正为100％。

进一步优选的，结合图2所示，在本实用新型所述的动力电池组一致性检测设备中，所述检测装置还可以包括通信单元15，通信单元15用于通过采样线束连接动力电池组21和电池管理装置22。

下面通过具体的实施例对本实用新型提出的动力电池组一致性检测装置进行详细说明。

实施例一

本实施例中的动力电池组采用磷酸铁锂动力电池，单体电池的标称电压为3.20V，标称容量为66Ah，该动力电池系统的基本参数如表1所示：

表1

单体电压/V	3.20	单体容量/Ah	66
				电池总电压/V	339.2	电池总容量/Ah	66
电池总电量/kWh	22.38	成组方式	1P106S

该动力电池组包括106节单体电池，分别为v1～v106，在预设环境温度为25℃下，使用放电装置对该动力电池组按1/3C放电倍率进行恒流放电，直至达到电池管理装置自动终止放电后，再静止一段时间。然后使用充电装置对电池组按1/3C充电倍率进行恒流充电，当总电压达到380V时，变为恒压充电。当充电倍率降为0.05C时，充电终止，电池管理装置将该动力电池组的SOC值修正为100％；将该动力电池组按照放电倍率为1/3C倍率从SOC值为100％开始进行放电，每当放电10％的SOC后搁置1小时，记录各个单体电池在不同SOC状态下的电压值。

根据各个单体电池在不同SOC状态下的电压值，计算在不同SOC状态下电池组平均电压、单体最高电压和单体最低电压，然后根据在不同SOC状态下的电池组平均电压和各个单体电池电压计算电池组的电压标准偏差，从而建立参考图3所示的电压标准差和离散系数与SOC值的坐标图、建立参考图4所示的电压标准偏差与SOC值的坐标图以及建立参考图5所示的电压相对偏差与SOC值的坐标图。根据各个单体电池在不同SOC状态下电池组平均电压、单体最高电压和单体最低电压计算极端单体电压偏差和相对偏差，计算结果如表2所示：

表2

从表2可以看出，当SOC在10％～100％范围内，单体电压的标准差小于标准差阈值0.02，电压变异系数小于电压变异系数阈值0.5％，极端单体电压偏差小于极端单体电压偏差阈值30mV，极端单体电压相对偏差小于所述极端单体电压相对偏差阈值1％，从而判断该动力电池组具有良好的一致性。当SOC在0～10％范围内，单体电压的标准差小于标准差阈值0.07，电压变异系数小于电压变异系数阈值3％，极端单体电压偏差小于极端单体电压偏差阈值100mV，极端单体电压相对偏差小于所述极端单体电压相对偏差阈值12％，从而判断该动力电池组具有良好的一致性。

实施例二

本实施例中的动力电池系统采用锰酸锂动力电池，单体电池的标称电压为3.60V，标称容量为90Ah，该动力电池系统的基本参数如表3所示：

表3

单体电压/V	3.60	单体容量/Ah	90
				电池总电压/V	374.4	电池总容量/Ah	360
电池总电量/kWh	134.78	成组方式	4P104S

该动力电池组包括104节单体电池，分别为v1～v104，在预设环境温度为25℃下，使用放电装置对电池组按1/3C放电倍率进行恒流放电，直至达到电池管理装置自动终止放电，静止一段时间。然后使用充电装置对电池组按1/3C充电倍率进行恒流充电，当总电压达到390V，变为恒压充电。当充电倍率降为0.05C时，充电终止，电池管理装置将SOC修正为100％；将该动力电池组按照预设放电倍率为1/3C倍率从为100％开始进行放电，每当放电10％SOC后搁置1h，记录各个单体电池在不同SOC状态下的电压值。

根据各个单体电池在不同SOC状态下的电压值，计算在不同SOC状态下电池组平均电压、单体最高电压和单体最低电压，然后根据在不同SOC状态下的电池组平均电压和各个单体电池电压计算电池组的电压标准偏差，从而建立参考图6所示的电压标准差和离散系数与SOC值的坐标图、参考图7所示的电压标准偏差与SOC值的坐标图以及参考图8所示的电压相对偏差与SOC值的坐标图。根据各个单体电池在不同SOC状态下电池组平均电压、单体最高电压和单体最低电压计算极端单体电压偏差和相对偏差，如表4所示：

表4

从表4可以看出，当SOC在10％～100％范围内，单体电压的标准差小于标准差阀值0.025，电压变异系数小于电压变异系数阀值0.8％，极端单体电压偏差小于极端单体电压偏差阀值30mV，极端单体电压相对偏差小于所述极端单体电压相对偏差阀值1.2％，从而判断该动力电池组具有良好的一致性。当SOC在0～10％范围内，单体电压的标准差小于标准差阀值0.08，电压变异系数小于电压变异系数阀值3％，极端单体电压偏差小于极端单体电压偏差阀值500mV，极端单体电压相对偏差小于所述极端单体电压相对偏差阀值20％，从而判断该动力电池组具有良好的一致性。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差作为参数，从而能够有效地表示电池之间的内在差异，再将相应参数与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测，具有操作简单方便、检测过程稳定可靠以及评判结果准确性较高的特点。

虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (8)

1.一种动力电池组一致性检测装置，所述动力电池组由多个电池单体串及/或并联组成，并通过采样线束与电池管理装置连接，所述电池管理装置用于控制所述动力电池组充电或放电，其特征在于，所述装置包括：

数据获取单元，所述数据获取单元与所述动力电池组连接，所述数据获取单元在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差；

所述检测单元与所述数据获取单元与连接，所述检测单元将所述每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测。

2.如权利要求1所述的动力电池组一致性检测装置，其特征在于，所述装置还包括电池控制单元，所述电池控制单元包括：

放电子单元，用于通过放电装置对所述动力电池组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到所述电池管理装置自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对所述动力电池组按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，所述电池管理装置将所述动力电池组的SOC修正为100％。

3.如权利要求1所述的动力电池组一致性检测装置，其特征在于，在所述数据获取单元中包括：采集子单元、计算子单元和SOC估算子单元；

所述采集子单元与所述动力电池组连接，采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

所述计算子单元与所述采集子单元连接，所述计算子单元根据所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度，计算预定百分数的SOC状态下的电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差；

所述SOC估算子单元通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正。

4.如权利要求1所述的动力电池组一致性检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

存储单元，用于存储所述动力电池组在预设SOC状态下的电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差。

5.如权利要求1所述的动力电池组一致性检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

通信单元，用于通过采样线束连接所述动力电池组和所述电池管理装置。

6.一种动力电池组一致性检测设备，其特征在于，包括检测装置和电源管理装置；所述电源管理装置包括用于检测动力电池组充放电状态的充/放电测试仪、用于控制充/放电测试仪和充/放电机的控制单元以及用于对动力电池组执行充放电操作的充/放电机；所述电源管理装置通过总线与所述检测装置连接，所述检测装置用于在荷电状态SOC为100％的动力电池组的放电过程中，每隔预定百分数的SOC获取所述动力电池组中每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差，并将每个电池单体的极端电压偏差和极端电压相对偏差中的任意一种以及每个电池单体的电压标准差与阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行检测。

7.如权利要求6所述的动力电池组一致性检测设备，其特征在于，所述检测装置包括：采集子单元、计算子单元和SOC估算子单元；

所述采集子单元与所述动力电池组连接，采集所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度；

所述计算子单元与所述采集子单元连接，所述计算子单元根据所述动力电池组的总电压、总电流、所有单体电池的电压、所有采样点的温度，计算预定百分数的SOC状态下的电压标准差、电压变异系数、极端电压偏差和极端电压相对偏差；

所述SOC估算子单元通过电流积分和相电压稳态修正实时估算SOC值，并对所述估算的SOC值进行修正。

8.如权利要求6所述的动力电池组一致性检测设备，其特征在于，所述检测装置还包括：

放电子单元，用于通过放电装置对所述动力电池组按预定放电倍率进行恒流放电，直至达到所述电池管理装置自动终止放电，静止预定时间；

充电子单元，用于通过充电装置对所述动力电池组按预定充电倍率进行恒流充电，当总电压达到预定值时变为恒压充电，当充电倍率降为预定充电值时充电终止，所述电池管理装置将所述动力电池组的SOC修正为100％。