CN218974539U - 一种电池电芯短路测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池电芯短路测试装置，涉及电池电芯领域，该电池电芯短路测试装置包括：电源板，用于将市电转换为各个功能板的供电电源；主控制板，用于控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输；与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型充分考虑电池电芯各个测试点位的物理特性，通过高压回路切换板快速切换测试项目，将电池电芯正、负、壳三类测试点位的接触不良问题准确识别；在保证产线效率前提下，对产线机构异常导致的电芯正负极容性接触、电芯壳体物理接触的开路问题进行识别，保证每一只电芯在生产过程中均可进行有效的短路测试，保证产品短路检测过程可靠性，提高生产电池产品的安全性。

Description

一种电池电芯短路测试装置

技术领域

本实用新型涉及电池电芯领域，具体是一种电池电芯短路测试装置。

背景技术

动力电池在新能源行业发展中拥有十分重要的地位，动力电池的短路问题的识别是决定电池安全十分关键的环节。动力电池的短路问题根据电池的不同设计、生产工艺会存在于电池电芯正极与负极之间、正极与壳体（或铝塑膜）之间、负极与壳体（或铝塑膜）之间。

在实际生产过程中，当短路测试回路探针断裂故障、测试线束断裂故障等问题发生时，因测试回路断路，被测对象由电芯转变为空气，空气自身并不短路，此时短路测试仪会因测试对象为绝缘良好不短路的空气而将测试过程判定为合格，但是电芯自身因测试线束断裂而并未有效施加高压激励进行短路测试，电芯自身短路情况是未知不确定的状态，该种生产过程的故障现象将对电池生产造成极大的安全隐患和经济成本压力。

现有的测试技术往往可通过传统的绝缘电阻式短路测试仪测试并统计被测品电芯的阻值分布范围，进而设置较大的阻值上限值，当生产过程电芯测试阻值超过设置上限值时即认为测试过程开路异常。该种测试过程有非常多的不可控因素，一方面电池电芯的阻值受环境温度、湿度及隔离膜材质批次性差异影响测试阻值会在较大区间内发生偏移，当阻值范围发生偏移后，不可避免会出现误判、漏判的问题；另外当测试电芯正极与壳体（或铝塑膜）之间、负极与壳体（或铝塑膜）之间的短路情况时，因极耳同壳体（或铝塑膜）之间绝缘电阻本身极为大于10GΩ等级阻值，同空气绝缘阻值参数接近，故无法通过设置阻值上限方式识别，需要改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池电芯短路测试装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电池电芯短路测试装置，包括：

电源板，用于将市电转换为各个功能板的供电电源；

主控制板，用于控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输；

按键板，用于通过按键信息输入实现测试条件设置，输出给主控制板；

LCD显示板，用于接收主控制板的输入信息，显示设置信息、测试结果参数；

远程控制板，用于构建上位机和主控制板之间的通信；

高压输出板，用于接受主控制板的控制，输出高压脉冲信号实现短路测试功能；

高压回路切换板，用于改变高压输出端子和高压输出板的接线状况，切换电芯测试项目，测试项目包括电芯正负极测试、电芯正极壳体间短路测试、电芯负极壳体间短路测试、电芯正负极容性接触检测测试、电芯壳体物理接触检测测试；

波形数据采集板，用于采集电芯短路测试电压波形参数，输出给主控制板；

容性接触检测板，用于实现电芯正负极容性接触检测测试，输出给主控制板；

物理接触检测板，用于实现电芯壳体物理接触检测测试，输出给主控制板；

电源板连接主控制板，按键板连接主控制板，LCD显示板连接主控制板，远程控制板连接主控制板，主控制板连接高压输出板、波形数据采集板、容性接触检测板、物理接触检测板，高压输出板连接高压回路切换板，波形数据采集板连接高压回路切换板，容性接触检测板连接高压回路切换板，物理接触检测板连接高压回路切换板。

作为本实用新型再进一步的方案：高压输出端子包含4个高压端子，分别为被测电池电芯正极HV1、负极HV2、壳体RETURN、壳体CHECK。

作为本实用新型再进一步的方案：电源板包括隔离变压器、整流器、三端稳压器，隔离变压器的输入端连接市电，隔离变压器的输出端连接整流器的输入端，整流器的输出端连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接主控制板。

作为本实用新型再进一步的方案：远程控制板包括RS232和RS485串行通信接口、带光电耦合器隔离的IO接口、GPIB并行通信接口。

作为本实用新型再进一步的方案：高压输出板包括半桥变换器、高频升压变压器、全桥整流器，半桥变换器的输入端连接主控制板，半桥变换器的输出端连接高频升压变压器的输入端，高频升压变压器的输出端连接全桥整流器的输入端，全桥整流器的输出端连接高压回路切换板。

作为本实用新型再进一步的方案：波形数据采集板包括纯阻性电压衰减器、档位切换模拟开关、运算放大器、模拟数字转换芯片，纯阻性电压衰减器的输入端连接高压回路切换板，纯阻性电压衰减器的输出端连接档位切换模拟开关的一端，档位切换模拟开关的另一端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接模拟数字转换芯片的输入端，模拟数字转换芯片的输出端连接主控制板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型充分考虑电池电芯各个测试点位的物理特性，通过高压回路切换板快速切换测试项目，将电池电芯正、负、壳三类测试点位的接触不良问题准确识别；在保证产线效率前提下，对产线机构异常导致的电芯正负极容性接触、电芯壳体物理接触的开路问题进行识别，保证每一只电芯在生产过程中均可进行有效的短路测试，保证产品短路检测过程可靠性，提高生产电池产品的安全性。

附图说明

图1为一种电池电芯短路测试装置的原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种电池电芯短路测试装置，包括：

电源板，用于将市电转换为各个功能板的供电电源；

主控制板，用于控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输；

按键板，用于通过按键信息输入实现测试条件设置，输出给主控制板；

LCD显示板，用于接收主控制板的输入信息，显示设置信息、测试结果参数；

远程控制板，用于构建上位机和主控制板之间的通信；

高压输出板，用于接受主控制板的控制，输出高压脉冲信号实现短路测试功能；

高压回路切换板，用于改变高压输出端子和高压输出板的接线状况，切换电芯测试项目，测试项目包括电芯正负极测试、电芯正极壳体间短路测试、电芯负极壳体间短路测试、电芯正负极容性接触检测测试、电芯壳体物理接触检测测试；

波形数据采集板，用于采集电芯短路测试电压波形参数，输出给主控制板；

容性接触检测板，用于实现电芯正负极容性接触检测测试，输出给主控制板；

物理接触检测板，用于实现电芯壳体物理接触检测测试，输出给主控制板；

电源板连接主控制板，按键板连接主控制板，LCD显示板连接主控制板，远程控制板连接主控制板，主控制板连接高压输出板、波形数据采集板、容性接触检测板、物理接触检测板，高压输出板连接高压回路切换板，波形数据采集板连接高压回路切换板，容性接触检测板连接高压回路切换板，物理接触检测板连接高压回路切换板。

在具体实施例中：配置容性接触检测板和物理接触检测板的短路测试装置内部集成了两种典型的识别测试回路开路的功能，在完成短路测试的同时，对测试回路完整性进行检测，保证短路测试过程准确、可靠。

电池电芯正极与负极之间具有明显的较大电容性（动力电池电容值分布范围在100nF~12000nF），阻值分布范围不确定性大（1MΩ~9999MΩ），可通过识别容性下限特征方式稳定获得测试回路是否存在测试回路断开导致的开路问题；

电池电芯正极与壳体（或铝塑膜）之间几乎无容性，阻值极大，近似于空气的绝缘状态；

电池电芯负极与壳体（或铝塑膜）之间几乎无容性，阻值极大，也近似于空气的绝缘状态；

针对电芯正负极之间的容性状态，在进行正负极短路测试时，检测分析充电速率以识别被测品是否具备容性特征，从而识别电芯的正负极短路测试回路是否可靠接触；

电芯正负极同壳体若为绝缘设计时，其正负极对壳体间状态为无容性状态，无法通过充电速率识别，本实用新型采用双探针（壳体RETURN、壳体CHECK）方式，对电池壳体短路检测点设计双探针，在进行正负极对壳体间短路测试时，先通过识别独立的双探针是否接触到导电壳体而呈现导通状态，当双探针导通后，即壳体回路接触可靠，启动短路测试；当双探针在执行短路测试时仍未可靠导通接触，则为壳体测试回路接触不良。

实现电池正、负、壳体的测试回路接触检测和各个测试点之间的短路测试的具体步骤为：

1.通过按键板录入测试信息后，可在LCD显示板确认信息，主控板控制高压回路切换板将高压输出板、波形数据采集板、容性接触检测板至HV1、HV2电池正负测试回路；高压输出板施加高压激励，波形数据采集板采集检测短路测试电压波形参数，容性接触检测板检测电压爬升速率，计算和识别被测品的容性范围，从而实现电芯正负极之间短路和接触的同步检测；

2.正负极短路测试完成后，主控板控制高压回路切换板将物理接触检测板切换至RETURN、CHECK测试回路，首先物理接触检测板施加激励识别RETURN、CHECK是否通过壳体接触导通，未可靠接触导通进行壳体开路报警指示；

3.测试可靠接触导通，则主控板控制高压回路切换板将高压输出板、波形数据采集板切换至HV1、RETURN电池正壳测试回路，进行正壳间短路测试，从而实现壳体的接触检测和正极与壳体间的短路测试；

4.正极与壳体短路测试及壳体物理接触测试完成后，主控板控制高压回路切换板将高压输出板、波形数据采集板切换至HV2、RETURN电池正壳测试回路，进行负壳间短路测试，从而实现负极与壳体间的短路测试。

在本实施例中：请参阅图1，高压输出端子包含4个高压端子，分别为被测电池电芯正极HV1、负极HV2、壳体RETURN、壳体CHECK。

主控板集成CPU核心处理芯片，通过总线方式控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输和控制功能。高压回路切换板，配置有高压隔离继电器及其控制和吸收保护器件，可根据设置要求，进行电芯正负极短路测试时，回路控制板将高压输出板的输出正负测试线切换至HV1，HV2高压输出端子；进行电芯正负极容性接触检测测试时，回路控制板将高压输出板的正负测试线、容性接触检测板正负线均切换至HV1，HV2高压输出端子；进行电芯正极壳体间短路测试时，回路控制板将高压输出板的输出正负测试线切换至HV1、RETURN；进行电芯负极壳体间短路测试时，回路控制板将高压输出板的输出正负测试线切换至HV2、RETURN；进行电芯壳体物理接触检测测试时，回路控制板将物理接触检测板的正负测试线连接至高压输出端子RETURN、CHECK。

电芯正负极间呈现电容性状态，进行接触检测时采用的是容性接触检测方式；电芯正极与壳体间、负极与壳体间呈现纯阻性的物理状态，进行接触检测时，采用的是物理接触检测方式。

在本实施例中：请参阅图1，电源板包括隔离变压器、整流器、三端稳压器，隔离变压器的输入端连接市电，隔离变压器的输出端连接整流器的输入端，整流器的输出端连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接主控制板。

隔离变压器将市电电源降压处理，经过整流器转化为直流电，经过三端稳压器输出稳定电压，经过主控制板为各个功能板供电。

在本实施例中：请参阅图1，远程控制板包括RS232和RS485串行通信接口、带光电耦合器隔离的IO接口、GPIB并行通信接口。

主控制板和上位机可通过RS232通信，RS485通信、IO通信、GPIB通信等方式进行信息交互。

在本实施例中：请参阅图1，高压输出板包括半桥变换器、高频升压变压器、全桥整流器，半桥变换器的输入端连接主控制板，半桥变换器的输出端连接高频升压变压器的输入端，高频升压变压器的输出端连接全桥整流器的输入端，全桥整流器的输出端连接高压回路切换板。

高压输出板的输出直流电由主控制板控制，输出直流电经过半桥保护器将直流电转化为交流电，经过高频升压变压器获取高压直流电，经过全桥整流器输出高压直流电，为电芯测试工具直流电压。

在本实施例中：请参阅图1，波形数据采集板包括纯阻性电压衰减器、档位切换模拟开关、运算放大器、模拟数字转换芯片，纯阻性电压衰减器的输入端连接高压回路切换板，纯阻性电压衰减器的输出端连接档位切换模拟开关的一端，档位切换模拟开关的另一端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接模拟数字转换芯片的输入端，模拟数字转换芯片的输出端连接主控制板。

由于电芯测试电压较大，经过纯阻性电压衰减器获取低压采样信号，经过档位切换模拟开关输出给运算放大器放大采样信号，经过模拟数字转换芯片将模拟采样信号转化为数字采样信号输出给主控制板，主控制板根据数字采样信号判断电芯该项测试是否合格。

本实用新型的工作原理是：电源板将市电转换为各个功能板的供电电源，主控制板控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输，按键板通过按键信息输入实现测试条件设置，输出给主控制板，LCD显示板接收主控制板的输入信息，显示设置信息、测试结果参数，远程控制板构建上位机和主控制板之间的通信，高压输出板接受主控制板的控制，输出高压脉冲信号实现短路测试功能，高压回路切换板改变高压输出端子和高压输出板的接线状况，切换电芯测试项目，测试项目包括电芯正负极测试、电芯正极壳体间短路测试、电芯负极壳体间短路测试、电芯正负极容性接触检测测试、电芯壳体物理接触检测测试，波形数据采集板采集电芯短路测试电压波形参数，输出给主控制板，容性接触检测板实现电芯正负极容性接触检测测试，输出给主控制板，物理接触检测板实现电芯壳体物理接触检测测试，输出给主控制板。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种电池电芯短路测试装置，其特征在于：

该电池电芯短路测试装置包括：

电源板，用于将市电转换为各个功能板的供电电源；

主控制板，用于控制各个功能板工作或同各个功能板之间进行数据传输；

按键板，用于通过按键信息输入实现测试条件设置，输出给主控制板；

LCD显示板，用于接收主控制板的输入信息，显示设置信息、测试结果参数；

远程控制板，用于构建上位机和主控制板之间的通信；

高压输出板，用于接受主控制板的控制，输出高压脉冲信号实现短路测试功能；

高压回路切换板，用于改变高压输出端子和高压输出板的接线状况，切换电芯测试项目，测试项目包括电芯正负极测试、电芯正极壳体间短路测试、电芯负极壳体间短路测试、电芯正负极容性接触检测测试、电芯壳体物理接触检测测试；

波形数据采集板，用于采集电芯短路测试电压波形参数，输出给主控制板；

容性接触检测板，用于实现电芯正负极容性接触检测测试，输出给主控制板；

物理接触检测板，用于实现电芯壳体物理接触检测测试，输出给主控制板；

电源板连接主控制板，按键板连接主控制板，LCD显示板连接主控制板，远程控制板连接主控制板，主控制板连接高压输出板、波形数据采集板、容性接触检测板、物理接触检测板，高压输出板连接高压回路切换板，波形数据采集板连接高压回路切换板，容性接触检测板连接高压回路切换板，物理接触检测板连接高压回路切换板。

2.根据权利要求1所述的电池电芯短路测试装置，其特征在于，高压输出端子包含4个高压端子，分别为被测电池电芯正极HV1、负极HV2、壳体RETURN、壳体CHECK。

3.根据权利要求1所述的电池电芯短路测试装置，其特征在于，电源板包括隔离变压器、整流器、三端稳压器，隔离变压器的输入端连接市电，隔离变压器的输出端连接整流器的输入端，整流器的输出端连接三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端连接主控制板。

4.根据权利要求2所述的电池电芯短路测试装置，其特征在于，远程控制板包括RS232和RS485串行通信接口、带光电耦合器隔离的IO接口、GPIB并行通信接口。

5.根据权利要求1所述的电池电芯短路测试装置，其特征在于，高压输出板包括半桥变换器、高频升压变压器、全桥整流器，半桥变换器的输入端连接主控制板，半桥变换器的输出端连接高频升压变压器的输入端，高频升压变压器的输出端连接全桥整流器的输入端，全桥整流器的输出端连接高压回路切换板。

6.根据权利要求1所述的电池电芯短路测试装置，其特征在于，波形数据采集板包括纯阻性电压衰减器、档位切换模拟开关、运算放大器、模拟数字转换芯片，纯阻性电压衰减器的输入端连接高压回路切换板，纯阻性电压衰减器的输出端连接档位切换模拟开关的一端，档位切换模拟开关的另一端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接模拟数字转换芯片的输入端，模拟数字转换芯片的输出端连接主控制板。

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