本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、石油能源的消耗以及汽車排放造成的大氣污染和地球的溫室效應(yīng)，使得發(fā)展汽車新能源、開發(fā)汽車新動(dòng)力成為世界汽車產(chǎn)業(yè)面臨十分緊迫的任務(wù)。目前的新型的綠色環(huán)保電動(dòng)車通常使用鋰離子電池組作為動(dòng)力源，在綠色環(huán)保電動(dòng)車上十串以上甚至上百串的鋰離子電池組的應(yīng)用取得了很大的發(fā)展，且應(yīng)用前景廣闊。在實(shí)際應(yīng)用中，鋰電池往往需要串并聯(lián)使用形成串并聯(lián)電池組以達(dá)到電壓、電流的要求，目前由于電池的成組技術(shù)不夠好、電池的一致性難以得到保證，并且隨著充放電循環(huán)次數(shù)的増加，電池之間的差異也會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致電池管理系統(tǒng)在SOC計(jì)算和控制策略方面存在很多問(wèn)題，進(jìn)而影響動(dòng)力電池組的使用壽命。通常把動(dòng)力電池組中和其他單體電池一致性差很多的單體電池稱為失效電池，如果能把失效電池找出來(lái)或者提前預(yù)測(cè)出來(lái)，對(duì)動(dòng)力電池組的使用和管理都將有非常大的好處。但是，由于電池的內(nèi)在屬性參數(shù)比較難以測(cè)量，目前應(yīng)對(duì)失效電池的處理業(yè)內(nèi)還沒有行之有效的方法，現(xiàn)有的失效檢測(cè)方法主要有內(nèi)阻測(cè)量、充放電容量測(cè)量等方法，上述測(cè)量方法等存在各自的局限性，例如實(shí)用性、有效性以及便易性等，并且上述方法都不能很好地解決失效檢測(cè)的準(zhǔn)確性以及檢測(cè)效率；更進(jìn)一步，在動(dòng)力電池組中通常采用先并聯(lián)后串聯(lián)的電池成組方案，目前電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的單體電壓也只是并聯(lián)成組后的總電壓，無(wú)法監(jiān)測(cè)到并聯(lián)成組后動(dòng)力電池組中各單體電池的真實(shí)容量變化和單體電池性能變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的失效檢測(cè)方法存在的檢測(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作復(fù)雜、實(shí)用性較差，檢測(cè)的準(zhǔn)確性以及檢測(cè)效率較差，并且無(wú)法檢測(cè)動(dòng)力電池組中各單體電池狀態(tài)等問(wèn)題，提供一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法，采用在并聯(lián)的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應(yīng)定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向，進(jìn)而判斷單體電池是否失效，該檢測(cè)方法簡(jiǎn)單進(jìn)而降低成本預(yù)算，實(shí)用性較高，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池組中各并聯(lián)單體失效電池高效快速檢測(cè)，同時(shí)提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。本發(fā)明還涉及一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法，用于并聯(lián)的各單體電池的失效檢測(cè)，其特征在于，在并聯(lián)的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型，根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，基于所述電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

基于所述電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效具體是指：比對(duì)當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結(jié)合比對(duì)的電流的大小變化引起所述當(dāng)前單體電池的容量變化以及比對(duì)的電流的方向變化引起所述當(dāng)前單體電池的性能變化以判斷所述當(dāng)前單體電池是否失效。

在采樣所述單體電池中電流的大小和方向后，將所述電流進(jìn)行預(yù)處理，然后基于預(yù)處理后的電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

在采樣所述單體電池中電流的大小和方向后，將所述電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，所述電池管理模塊基于所述電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告電池狀態(tài)。

將所述電流進(jìn)行預(yù)處理后，將所述預(yù)處理后的電流的大小和方向信息輸出至電池管理模塊，所述電池管理模塊基于所述電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告電池狀態(tài)。

所述電流進(jìn)行預(yù)處理包括：去噪處理，和/或，A/D轉(zhuǎn)換處理。

一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置，用于并聯(lián)的各單體電池的失效檢測(cè)，其特征在于，包括若干個(gè)螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，各所述螺線圈分別相應(yīng)單向繞制在并聯(lián)的各單體電池的外表面，各螺旋圈均與電流信息采集處理模塊相連接，所述電流信息采集處理模塊利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型并根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，所述通信模塊用于電流信息采集處理模塊與電池管理模塊之間通信與數(shù)據(jù)傳輸，所述電池管理模塊基于所述通信模塊傳輸?shù)乃鲭娏鞯拇笮『头较驒z測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷所述單體電池是否失效。

所述電池管理模塊還實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告電池狀態(tài)；

和/或，所述電池管理模塊比對(duì)當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結(jié)合比對(duì)的電流的大小變化引起所述當(dāng)前單體電池的容量變化以及比對(duì)的電流的方向變化引起所述當(dāng)前單體電池的性能變化以判斷所述當(dāng)前單體電池是否失效。

所述電流信息采集處理模塊包括依次連接的信息采樣模塊、關(guān)系模型計(jì)算處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信息采樣模塊與各螺線圈相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與通信模塊相連接，所述信息采樣模塊采集各螺線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信息，所述關(guān)系模型計(jì)算處理模塊利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型并根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣所述單體電池中電流的大小和方向，所述A/D轉(zhuǎn)換器將采樣的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

所述電流信息采集處理模塊還包括去噪處理模塊，所述去噪處理模塊設(shè)置于關(guān)系模型計(jì)算處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換器之間，所述去噪處理模塊將采樣的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理后傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器將去噪處理后的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

本發(fā)明涉及的一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法，采用在并聯(lián)的各單體電池的外表面均單向繞制螺線圈，利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型，根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣單體電池中電流的大小和方向，即實(shí)現(xiàn)了單體電池中電流的大小和方向的間接采樣，進(jìn)而基于采樣的電流的大小和方向信息判斷單體電池是否失效，該檢測(cè)方法簡(jiǎn)單進(jìn)而降低成本預(yù)算，且實(shí)用性較高，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池組中各并聯(lián)單體失效電池高效快速檢測(cè)，同時(shí)提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。本發(fā)明巧妙地通過(guò)在每個(gè)單體電池上繞制螺線圈，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)并聯(lián)電池組中每一節(jié)電池的電流值及其方向，這樣可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)并聯(lián)電池組中每個(gè)單體電池工作中的電流大小和方向，有效地實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)電池組中每個(gè)單體電池的快速檢測(cè)，提高整體檢測(cè)的安全性、有效性以及電池性能預(yù)測(cè)的能力。

本發(fā)明還涉及一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置，包括若干個(gè)螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，電流信息采集處理模塊還與若干個(gè)螺線圈均相連接。本發(fā)明涉及的失效快速檢測(cè)裝置與上述的串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法相對(duì)應(yīng)，可理解為是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的上述串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法所采用的失效快速檢測(cè)裝置，該失效快速檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性高，可以實(shí)現(xiàn)高效、快速、準(zhǔn)確地并聯(lián)單體電池失效檢測(cè)，且提高了整體檢測(cè)的安全性、有效性以及電池性能預(yù)測(cè)的能力，適合于新型綠色環(huán)保電動(dòng)車動(dòng)力電池組檢測(cè)的推廣與使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明涉及的串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法或裝置的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置的另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)列示如下：

1－并聯(lián)單體電池；2－螺線圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明公開了一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)方法，用于并聯(lián)的各單體電池的失效檢測(cè)，如圖1所示，在并聯(lián)的各單體電池(即并聯(lián)單體電池1，也可簡(jiǎn)稱單體電池1)的外表面均單向繞制螺線圈2，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)可以使得螺線圈2中磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，先建立螺線圈2中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池1中電流的關(guān)系計(jì)算模型，根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣單體電池1中電流的大小和方向，故而可以實(shí)現(xiàn)利用法拉第電磁感應(yīng)定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向，基于電流的大小和方向檢測(cè)單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，其中，電流的大小取決于負(fù)載的大小，而負(fù)載的大小通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求配置。上述基于電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效具體是指：檢測(cè)(或者說(shuō)是比對(duì))當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結(jié)合比對(duì)的電流的大小變化引起當(dāng)前單體電池的容量變化(進(jìn)而影響當(dāng)前單體電池的性能變化)以及比對(duì)的電流的方向變化引起當(dāng)前單體電池的性能變化以判斷當(dāng)前單體電池是否失效。具體舉例來(lái)說(shuō)即，在電池充放電過(guò)程中，假設(shè)并聯(lián)的其他單體電池的電流大小為1A，而當(dāng)前單體電池的電流大小為0.5A(或1.5A)，則當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的大小變化不一致，故而當(dāng)前單體電池的真實(shí)容量發(fā)生變化，進(jìn)而影響當(dāng)單體電池的性能發(fā)生變化，從而判斷當(dāng)前單體電池為失效電池；進(jìn)一步假設(shè)，在電池充放電過(guò)程中，并聯(lián)的其他單體電池和當(dāng)前單體電池的電流大小均為1A，而當(dāng)前單體電池的電流方向與并聯(lián)的其他單體電池的電流方向相反，則雖然并聯(lián)的其他單體電池和當(dāng)前單體電池的電流大小相同，但是方向不同，當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的方向變化不一致，故而當(dāng)前單體電池的性能發(fā)生變化，從而同樣判斷當(dāng)前單體電池為失效電池。

優(yōu)選地，可以在利用法拉第電磁感應(yīng)定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向后，將電流進(jìn)行預(yù)處理(可以進(jìn)行去噪處理，或者A/D轉(zhuǎn)換處理，或者兩者相結(jié)合)，然后基于預(yù)處理后的電流的大小和方向檢測(cè)單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效。

更優(yōu)選地，在利用法拉第電磁感應(yīng)定律間接采樣單體電池中電流的大小和方向后，將電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測(cè)單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，并且可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告串并聯(lián)電池組中各電池的狀態(tài)；或?qū)㈦娏鬟M(jìn)行預(yù)處理(可以進(jìn)行去噪處理，和/或，A/D轉(zhuǎn)換處理)后，將預(yù)處理后的電流的大小和方向信息輸出至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測(cè)所述單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告電池狀態(tài)。

本發(fā)明涉及的利用法拉第電磁感應(yīng)定律間接采樣單體電池中電流的大小的原理具體說(shuō)明如下：

在動(dòng)力電池組中，各單體電池的一致性通常難以保證，隨著充放電次數(shù)的增加，失效電池的電池電動(dòng)勢(shì)、電池內(nèi)阻、電池容量將發(fā)生很大變化，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池組在放電過(guò)程中，極易產(chǎn)生例如其他單體電池對(duì)當(dāng)前失效電池進(jìn)行充電的情況，使得失效電池中的電流大小和電流方向發(fā)生變化。

參考圖1，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，建立螺線圈2中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和并聯(lián)單體電池1中的電流大小的關(guān)系計(jì)算模型如下：

$E=n\frac{d\mathrm{\φ}}{dt}---\left(1\right)$

φ＝BS (2)

將公式(2)代入公式(1)可以得出螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的值，其中，E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值，φ為螺線圈2中磁通量，B為并聯(lián)單體電池1在螺線圈2中產(chǎn)生中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為螺線圈2橫截面積。

由于并聯(lián)單體電池1產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流i成正比例關(guān)系，所以磁通量φ與電流i成正比關(guān)系，即：

nφ＝Li (3)

其中，L為電感系數(shù)。

將公式(3)代入公式(1)可以得出，螺線圈2中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與并聯(lián)單體電池1中電流i變化成正比關(guān)系，即：

$E=n\frac{d\mathrm{\φ}}{dt}=L\frac{di}{dt}---\left(4\right)$

從公式(4)可以看出，對(duì)于給定的螺線圈2，由于其阻值是固定不變的，根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣并聯(lián)單體電池1中電流的大小和方向，所以也可以理解為是通過(guò)檢測(cè)螺線圈2中感應(yīng)電流的大小間接得出并聯(lián)單體電池1的電流大小，從而進(jìn)一步可以判斷并聯(lián)單體電池1是否失效。

本發(fā)明還涉及一種串并聯(lián)電池組中并聯(lián)單體失效快速檢測(cè)裝置，用于并聯(lián)的各單體電池的失效檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括若干個(gè)螺線圈，還包括依次連接的電流信息采集處理模塊、通信模塊和電池管理模塊，各螺線圈分別相應(yīng)單向繞制在并聯(lián)的各單體電池的外表面，各螺旋圈均與電流信息采集處理模塊相連接，電流信息采集處理模塊利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型并根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣單體電池中電流的大小和方向，通信模塊用于實(shí)現(xiàn)電流信息采集處理模塊與電池管理模塊之間通信與數(shù)據(jù)傳輸，例如將控制指令傳輸至電流信息采集處理模塊以實(shí)現(xiàn)電流采樣控制，以及將電流信息采集處理模塊采樣的電流的大小和方向信息傳輸至電池管理模塊，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測(cè)單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效。

電池管理模塊還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)告串并聯(lián)電池組中各電池的狀態(tài)。

優(yōu)選地，電池管理模塊基于電流的大小和方向檢測(cè)單體電池的容量變化和性能變化以判斷單體電池是否失效具體是指：比對(duì)當(dāng)前單體電池與其他單體電池充放電過(guò)程中的電流的大小變化和方向變化是否一致，結(jié)合比對(duì)的電流的大小變化引起當(dāng)前單體電池的容量變化進(jìn)而引起當(dāng)前單體電池的性能變化以及比對(duì)的電流的方向變化引起當(dāng)前單體電池的性能變化以判斷當(dāng)前單體電池是否失效。

優(yōu)選地，電流信息采集處理模塊可以包括依次連接的信息采樣模塊、關(guān)系模型計(jì)算處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換器，如圖3所示本發(fā)明檢測(cè)裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，信息采樣模塊還與各螺線圈相連接，A/D轉(zhuǎn)換器還與通信模塊相連接，信息采樣模塊采集各螺線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信息，關(guān)系模型計(jì)算處理模塊利用法拉第電磁感應(yīng)定律建立螺線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單體電池中電流的關(guān)系計(jì)算模型并根據(jù)關(guān)系計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果采樣單體電池中電流的大小和方向，A/D轉(zhuǎn)換器將采樣的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)更利于通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸。

更優(yōu)選地，在圖3所示基礎(chǔ)上，電流信息采集處理模塊還可以包括去噪處理模塊，如圖4所示本發(fā)明檢測(cè)裝置的另一優(yōu)選結(jié)構(gòu)，去噪處理模塊設(shè)置于關(guān)系模型計(jì)算處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換器之間，去噪處理模塊將采樣的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理后傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將去噪處理后的電流的大小和方向數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說(shuō)明書參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。