CN206945924U - 一种多串联动力电池组电性能检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多串联动力电池组电性能检测设备，包括控制器和采样电路，所述控制器包括相互连接的主机和从机，所述从机连接有用于与单体电芯串联序号C为1至N的串联电池组连接并输出电流脉冲的电流驱动模块，所述采样电路为与主机连接且用于分别采样串联电池组中各单体电芯空载电压组数和负载电压组数的电路，主机设有能与智能设备连接的接口，从机连接有显示器。本实用新型提供的多串联动力电池组电性能检测设备，其能检测出电池组中单体电芯内部隐含的连接缺陷，更容易发现接触电阻偏大及内阻一致性偏差的问题。

Description

一种多串联动力电池组电性能检测设备

技术领域

本实用新型涉及动力电池、储能电池的检测领域，尤其涉及一种适合电动车、中大型自动门禁系统等多串联锂电池的连接组合检测、过电流能力检测及电压配组一致性检测方面、能提升电池组的品质和出厂合格率的检测设备。

背景技术

目前市面上一般采用机械方式检测电池组中各颗单体电芯的连接情况，但是这种技术不能根本地检测出连接部位的接触电阻和内部隐含的连接缺陷，不容易发现接触电阻偏大及内阻一致性偏差的问题，不能精确量化和直观地挑选分析连接缺陷品。过流能力检测，一般采用保护值上下限的简单测试，不能按照脉冲时间和数量来测试输出器件的可靠性，无法加严测试热关断性能。电压一致性检测一般采用多表头同时测量方式或逐个测量方式，导致测试工位凌乱，测试时间长甚至漏测发生。这三个工序分开测试，不仅费时、费人工、增加制造成本，还存在许多潜在的失效缺陷不能及时发现，导致品质下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多串联动力电池组电性能检测设备，其能检测出电池组中单体电芯内部隐含的连接缺陷，更容易发现接触电阻偏大及内阻一致性偏差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种多串联动力电池组电性能检测设备，包括控制器和采样电路，所述控制器包括相互连接的主机和从机，所述从机连接有用于与单体电芯串联序号C为1至N的串联电池组连接并输出电流脉冲的电流驱动模块，所述采样电路为与主机连接且用于分别采样串联电池组中各单体电芯空载电压组数和负载电压组数的电路，主机设有能与智能设备连接的接口，从机连接有显示器。

作为本实用新型的进一步改进，所述采样电路包括采样模块A和采样模块B，所述采样模块A中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为奇数的单体电芯两端连接的引脚a，所述采样模块B中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为偶数的单体电芯两端连接的引脚b。

作为本实用新型的更进一步改进，所述采样模块A和采样模块B中分别包括一个第一电池监视器和一个第二电池监视器，所述引脚a设置在第一电池监视器上，所述引脚b设置在第二电池监视器上。

作为本实用新型的更进一步改进，所述采样模块A和采样模块B中分别包括至少两个依次串联的第一电池监视器和第二电池监视器，第一电池监视器和第二电池监视器的数量相同，所述引脚a设置在第一电池监视器上，所述引脚b设置在第二电池监视器上。

作为本实用新型的更进一步改进，所述第一电池监视器上的引脚a包括多个正极引脚am(j)和一个负极引脚a0(j)，所述第二电池监视器上的引脚b包括多个正极引脚bm(j)和一个负极引脚b0(j)，m为正极引脚序号且为大于0的整数，j为第一电池监视器和第二电池监视器的串联序号且为大于0的整数。

作为本实用新型的更进一步改进，所述采样模块A中包括连接在所述第一电池监视器与从机之间的第一静电保护电路，采样模块B中包括连接在所述第二电池监视器与从机之间的第二静电保护电路。

作为本实用新型的更进一步改进，所述从机连接有用于进行电池组保护电路过流能力检测与热关断性能测试的的电池探测IC。

作为本实用新型的更进一步改进，所述电池探测IC内设有运算放大器U12A。

作为本实用新型的更进一步改进，所述从机与电流驱动模块之间连接有电流信号转换端，从机设有与电流驱动模块连接的用于采样其实际电流大小的内部ADC。

作为本实用新型的更进一步改进，所述从机连接有电流校准段位切换开关和电流校准启动开关，所述主机连接有检测启动开关。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的多串联动力电池组电性能检测设备的优点为：

1、能根本地检测出单体电芯内部电阻和隐含的连接缺陷，容易发现接触电阻偏大及内阻一致性偏差的问题，从而精确量化和直观地挑选分析缺陷品；而且，其能将测试数据上传到PC服务器供日后追溯分析使用，避免了人工操作过多导致纰漏和二次损伤，从而实现高效率、高品质的双赢效果，大幅提升电池组整体出厂良率；

2、通过采用两个采样电路，检测出电池组中相邻单体电芯之间的连接缺陷，从而精确量化和直观地挑选分析连接缺陷品；而且测试过程中不采用多表头方式，测试工位整洁，不容易出现漏测现象；

3、电池探测IC对电池组保护电路过流能力检测与热关断性能测试时，能按照脉冲时间和数量来测试输出器件的可靠性，加严测试热关断性能；通过一个设备对这三个工序依次进行测试，不仅效率高、人工成本和制造成本低，且很容易发现电池组的隐藏缺陷，及时进行排除。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为多串联动力电池组电性能检测设备的控制部分原理图；

图2为采样模块中序号j为1的电池监视器与电池组连接的原理图；

图3为采样模块中序号j为2的电池监视器与电池组连接的原理图；

图4为采样模块中最后一个电池监视器与电池组连接的原理图；

图5为电池组电性能检测工作流程图；

图6为电池组电性能检测工作流程图中数值超限或不足时显示器显示结果；

图7为电流驱动模块部分之一和电池探测IC的电路图；

图8为电流驱动模块部分之二、电流信号转换端和操作按钮的电路图；

图9为从机的芯片电路图；

图10为显示器的电路接线图；

图11为电流校准段位切换开关和电流校准启动开关；

图12为报警指示灯电路图；

图13为主机供电部分电路图；

图14为检测启动开关；

图15为主机与电脑之间连接部分的电路图；

图16为主机的芯片电路图之一；

图17为主机的芯片电路图之二；

图18为采样模块B的电路图之一；

图19为采样模块B的电路图之二；

图20为采样模块B的电路图之三；

图21为采样模块A的电路图之一。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例。

实施例

本实用新型的具体实施方式如图1至图21所示，一种多串联动力电池组电性能检测设备，包括控制器和采样电路，所述控制器包括相互连接的主机1和从机2，所述从机2连接有用于与单体电芯串联序号C为1至N的串联电池组连接并输出电流脉冲的电流驱动模块3，所述采样电路为与主机1连接且用于分别采样串联电池组中各单体电芯空载电压组数和负载电压组数的电路，主机1设有能与智能设备连接的接口，从机2连接有显示器7，显示器7为LCD。本实施例中，主机1连接有智能设备8，所述智能设备8为电脑PC。所述主机1为ATMEGA64微控制器，所述从机2为ATMEGA16微控制器。主机1为UZ，从机2为UC。

所述采样电路包括采样模块A4和采样模块B5，所述采样模块A4中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为奇数的单体电芯两端连接的引脚a，所述采样模块B5中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为偶数的单体电芯两端连接的引脚b。

所述采样模块A4和采样模块B5中分别包括至少两个依次串联的第一电池监视器41和第二电池监视器51，第一电池监视器41和第二电池监视器51的数量相同，所述引脚a设置在第一电池监视器41上，所述引脚b设置在第二电池监视器51上。本实施例中，第一电池监视器41和第二电池监视器51均为LTC6803高压电池监视器，其最多能测量12个串联连接的单体电芯。

所述第一电池监视器41上的引脚a包括多个正极引脚am(j)和一个负极引脚a0(j)，所述第二电池监视器51上的引脚b包括多个正极引脚bm(j)和一个负极引脚b0(j)，m为正极引脚序号且为大于0的整数，j为第一电池监视器41和第二电池监视器51的串联序号且为大于0的整数。本实施例中，每个第一电池监视器41和第二电池监视器51均对8个串联的单体电芯进行测量，第一电池监视器41的正极引脚为a1(j)至a8(j)，第二电池监视器51的正极引脚为b1(j)至b8(j)。

所述采样模块A4中包括连接在所述第一电池监视器41与从机2之间的第一静电保护电路42，采样模块B5中包括连接在所述第二电池监视器51与从机2之间的第二静电保护电路52。

所述从机2连接有用于进行电池组保护电路过流能力检测与热关断性能测试的的电池探测IC13。所述电池探测IC13内设有运算放大器U12A。运算放大器U12A为LM358AP，其输出端BT与从机2连接。

所述从机2与电流驱动模块3之间连接有电流信号转换端6，电流信号转换端6为DAC1 541。从机2设有与电流驱动模块3连接的用于采样其实际电流大小的内部ADC，从机2的内部ADC与电流驱动模块3之间连接有运算放大器UIT，运算放大器UIT的输入端与电流驱动模块3连接，运算放大器UIT的输出端与从机2的内部ADC连接。

所述从机2连接有电流校准段位切换开关10和电流校准启动开关11，所述主机1连接有检测启动开关9。从机2还连接有操作按钮12。

单体电芯为B(C)，C为单体电芯串联序号1至N。单体电芯内阻DCR[C]包括通过采样模块A和采样模块B分别获得的内阻DCRA[C]和DCRB[C]，电池组包括依次相连的单体电芯B(1)-B(N)，相邻两个单体电芯B(N-1)和B(N)之间连接件的连接内阻为R(N-1)；采样模块A中设有接在电池组正负极和序号C为奇数的单体电芯B(C)两端的引脚a，引脚a包括正极引脚am和负极引脚a0；采样模块B中设有接在电池组正负极和序号C为偶数的单体电芯B(C)两端的引脚b，所述引脚b包括正极引脚bm和负极引脚b0，m为正极引脚序号且为大于0的整数。

本实施例中，第一电池监视器41的正极引脚为a1(j)至a8(j)，第二电池监视器51的正极引脚为b1(j)至b8(j)。相邻两个第一电池监视器41的正极引脚a8(j-1)与负极引脚a0(j)相连，相邻两个第二电池监视器51的正极引脚b8(j-1)与负极引脚b0(j)相连。序号j＝1的第一电池监视器41和第二电池监视器51，两者的负极引脚a0(1)和b0(1)与电池组的负极连接；序号j最靠后的第一电池监视器41和第二电池监视器51，两者的正极引脚a8(j)和b8(j)均与电池组的正极连接。

相邻两个引脚a之间对应的内阻为DCRA[C]，相邻两个引脚b之间对应的内阻为DCRB[C]。

如图18至图21所示，采样模块A和采样模块B的电路结构一致，只是两者连接至主机1上不同的引脚。其中，采样模块A上的CSBI、SDO、SDI、SCKI四个接口分别与主机1上的PB0、PB3、PB2和PB1引脚连接；采样模块B上的CSBI2、SDO2、SDI2、SCKI2四个接口分别与主机1上的PA0、PA3、PA2和PA1引脚连接。

一种多串联动力电池组电性能检测方法，其包括以下步骤：

1)设定判定标准：设定单体电芯内阻DCR[C]数值的上限和下限、电芯内阻一致性极差△DCR的标准值、测试电流Ir大小、单体电芯电压的上限和下限、空载电压一致性极差△V的判定标准；

设定连接内阻R[C]的判定标准；

设定过流保护上限Imax和下限Imin、过流脉冲时间Tp和脉冲步进幅度Ii；一般Imax设置在保护点附近；

2)空载电压采样：主机1发送广播指令给第一电池监视器41和第二电池监视器51，使两者同时对电池组中各单体电芯B(C)的空载电压进行采样，并存入空载电压数组KVi[C]；

3)负载电压采样：主机1与从机2通讯，通过电流驱动模块3向电池组提供测试电流Ir，持续时间25mS，然后主机1发送广播指令给第一电池监视器41和第二电池监视器51，使两者同时对电池组中各单体电芯B(C)的负载电压进行采样，并存入负载电压组数LVi[C]；

4)多次采样：循环空载电压采样步骤和负载电压采样步骤，获得多组KVi[C]和LVi[C]，其中,i为采样的组数，本实施例中，i＝9，即采样次数为9次；

5)取中间值：将多组KVi[C]和LVi[C]分别排序并取中间值，得到KV[C]和LV[C]；

6)单体电芯内阻计算：主机1通讯发送所得数据给从机2存储，从机2通过公式DCR[C]＝(KV[C]-LV[C])/Ir得出DCR[C]的实际值；

7)两个单体电芯之间连接内阻的计算步骤：从机2根据公式进行计算，当序号C＝1时，两个单体电芯之间连接内阻R[1]＝DCRA[1]-DCRB[1]；当C＞1时，连接内阻R[C]＝|DCRA[C]-DCRB[C]|-R[C-1]；

7)判定是否超限：通过DCR[C]数值的上限和下限判定DCR[C]的实际值是否超限，通过极差△DCR的标准值判定极差△DCR的实际值是否超限，通过空载电压一致性极差△V的判定标准判定空载电压一致性极差△V的实际值是否超限；根据连接内阻R[C]的判定标准判定连接内阻R[C]的实际值是否超限。

若超限，显示器7显示对应的超限项目：电压超限，或压差超限，或内阻超限，或阻差超限。从机2输出不良提示音上传数据给电脑PC服务器。

当判定是否超限步骤7)中各数据均不超限，则进入以下步骤。

8)过流能力检测与热关断性能测试步骤：电池组保护电路开关元件在一个脉冲周期内的平均内阻为Rp，每次的脉冲电流Ix＝Imin+Ii*x，x＝0至n，n＝取整INT[(Imax-Imin)/Ii]+2，首次脉冲电流I0＝Imin，末次脉冲电流In＝Imax，发热值按照能量如果电池在Imin至Imax之间出现保护，电池组保护电路过流能力检测与热关断性能合格。

所述n实际值为出现保护之前产生的脉冲次数与首次预热脉冲个数之和。所述过流能力检测与热关断性能测试步骤包括依次设置的过流能力不足判定步骤和过流能力超限判定步骤；

8-1)第一次消除尖峰脉冲：从机2启动5段爬梯程序，约300uS内达到设定脉冲幅值，通过CPU软件手段监控时序与电流大小反馈，消除启动前端尖峰脉冲，使脉冲电流Ix为平顶方波；

8-2)过流能力不足判定步骤：电流驱动模块首先发出若干个过流保护下限值Imin脉冲预热电池组。此时，若运算放大器U12A的输出端为高电平，则代表未出现保护，搁置过流脉冲同等时间；若运算放大器U12A的输出端为低电平，则代表出现保护，表明保护值偏低，判定为过流能力不足或输出能力异常，显示器7显示：过流能力不足或输出能力异常，从机2输出不良提示音上传数据给电脑PC服务器；

8-3)第二次消除尖峰脉冲：从机2启动5段爬梯程序，约300uS内达到设定脉冲幅值，通过CPU软件手段监控时序与电流大小反馈，消除启动前端尖峰脉冲，使脉冲电流Ix为平顶方波；

8-4)过流能力超限判定步骤：脉冲电流Ix持续增大，若过流脉冲递增到在达到过流保护上限Imax前，运算放大器U12A的输出端出现低电平，则代表出现保护，则判定为合格，此时得到的电流IG即为过流保护接近值,上传数据给电脑PC服务器，显示器7显示检测数据及OK提示，UC输出合格提示音；若过流脉冲递增到大于过流保护上限Imax时，运算放大器U12A的输出端仍然为高电平，则代表未出现保护，则判定为保护关断失效、保护值超限或保护漏电异常，显示器7显示：过流保护失效或输出关断漏电，从机2输出不良提示音上传数据给电脑PC服务器。

在生产首检前，利用校准模式点检，从机2通过运算放大器UIT采样电流驱动模块3的实际电流，并用从机2内部ADC进行监控，确保实际电流符合发送给电流信号转换端2中DAC1 541的程控值；若测得与程控值范围超差，则自动冷却静置10S后进行重新检测，如若重测再次发生超差，则锁定设备，显示设备异常请维修调校。该部分通过电流校准段位切换开关10和电流校准启动开关11控制。

进行检测前，还通过检测启动开关9对主机1进行启动检测。

上述实施例中，所述采样模块A4和采样模块B5中还可以分别只包括一个第一电池监视器41和一个第二电池监视器51，所述引脚a设置在第一电池监视器41上，所述引脚b设置在第二电池监视器51上。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种多串联动力电池组电性能检测设备，包括控制器和采样电路，其特征在于，所述控制器包括相互连接的主机(1)和从机(2)，所述从机(2)连接有用于与单体电芯串联序号C为1至N的串联电池组连接并输出电流脉冲的电流驱动模块(3)，所述采样电路为与主机(1)连接且用于分别采样串联电池组中各单体电芯空载电压组数和负载电压组数的电路，主机(1)设有能与智能设备连接的接口，从机(2)连接有显示器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述采样电路包括采样模块A(4)和采样模块B(5)，所述采样模块A(4)中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为奇数的单体电芯两端连接的引脚a，所述采样模块B(5)中设有多个用于与电池组正负极连接、且与序号C为偶数的单体电芯两端连接的引脚b。

3.根据权利要求2所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述采样模块A(4)和采样模块B(5)中分别包括一个第一电池监视器(41)和一个第二电池监视器(51)，所述引脚a设置在第一电池监视器(41)上，所述引脚b设置在第二电池监视器(51)上。

4.根据权利要求2所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述采样模块A(4)和采样模块B(5)中分别包括至少两个依次串联的第一电池监视器(41)和第二电池监视器(51)，第一电池监视器(41)和第二电池监视器(51)的数量相同，所述引脚a设置在第一电池监视器(41)上，所述引脚b设置在第二电池监视器(51)上。

5.根据权利要求3或4所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述第一电池监视器(41)上的引脚a包括多个正极引脚am(j)和一个负极引脚a0(j)，所述第二电池监视器(51)上的引脚b包括多个正极引脚bm(j)和一个负极引脚b0(j)，m为正极引脚序号且为大于0的整数，j为第一电池监视器(41)和第二电池监视器(51)的串联序号且为大于0的整数。

6.根据权利要求3或4所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述采样模块A(4)中包括连接在所述第一电池监视器(41)与从机(2)之间的第一静电保护电路(42)，采样模块B(5)中包括连接在所述第二电池监视器(51)与从机(2)之间的第二静电保护电路(52)。

7.根据权利要求1所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述从机(2)连接有用于进行电池组保护电路过流能力检测与热关断性能测试的电池探测IC(13)。

8.根据权利要求2所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述电池探测IC(13)内设有运算放大器U12A。

9.根据权利要求1所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述从机(2)与电流驱动模块(3)之间连接有电流信号转换端(6)，从机(2)设有与电流驱动模块(3)连接的用于采样其实际电流大小的内部ADC。

10.根据权利要求1所述的一种多串联动力电池组电性能检测设备，其特征在于，所述从机(2)连接有电流校准段位切换开关(10)和电流校准启动开关(11)，所述主机(1)连接有检测启动开关(9)。