电池测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气化车辆，且更具体地，但不排他地，涉及一种用于评估电池单元对意外刺穿或其他单元损坏的反应的电池测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)、燃料电池车辆和其它已知的电气化车辆不同于传统机动车辆，因为它们通过一个或多个电机(即，电动马达和/或发电机)替代内燃发动机，或者除了内燃发动机之外还使用一个或多个电机进行供电。高电压电流典型地通过一个或多个存储电力的电池提供给电机。
[0003]电气化车辆的电池可以采用一个或多个电池单元，比如锂离子电池单元。用于评估这些电池单元的安全性的测试是已知的。一个通常的评估测试称为穿钉测试。在这个测试期间，钉子被推动穿过电池单元来造成电池单元内的短路。响应于破坏性测试，电池温度和电压被测量。已知电池穿透测试的一个缺点是这些测试几乎没有揭露关于电池单元内部响应的细节。
【发明内容】
[0004]根据本发明的示例性方面，一种电池测试系统，除了其他方面以外包括，穿刺设备和电气连接到穿刺设备的阻抗计。
[0005]在前述系统的又一非限制性实施例中，穿刺设备是钉子。
[0006]在任一前述系统的又一非限制性设备中，穿刺设备在第一位置和第二位置之间可移动来刺穿和短路电池单元。
[0007]在任意前述系统的又一非限制性设备中，阻抗计连接到电池单元的正极端子或负极端子，并且配置为测量在穿刺设备和电池单元端子之间的阻抗和电压数据。
[0008]在任意前述系统的又一非限制性设备中，阻抗计连接到正极端子，和第二阻抗计连接到电池单元的负极端子。
[0009]在任意前述系统的又一非限制性设备中，电压表配置为测量电池单元的正极端子和负极端子两端的电压。
[0010]在任意前述系统的又一非限制性设备中，温度传感器配置为测量电池单元的温度。
[0011]在任意前述系统的又一非限制性设备中，工具在第一位置和第二位置之间移动穿刺设备来刺穿电池单元。
[0012]在任意前述系统的又一非限制性设备中，穿刺设备包括具有非导电涂层的第一部分和不含非导电涂层的第二部分。
[0013]在任意前述系统的又一非限制性设备中，穿刺设备的第二部分包括尖头。
[0014]根据本发明的另外一个示例性方面，一种电池测试系统，除了其他方面以外包括，电池单元、配置为短路电池单元的穿刺设备、以及电气连接到电池单元和穿刺设备且配置为至少测量在电池单元和穿刺设备之间的阻抗数据的阻抗计。
[0015]在前述系统的又一非限制性实施例中，阻抗计电气连接在电池单元的正极端子或负极端子和穿刺设备之间。
[0016]在任一前述系统的又一非限制性设备中，第二阻抗计电气连接到穿刺设备和电池单元的端子。
[0017]在任意前述系统的又一非限制性设备中，阻抗计连接到电池单元的正极端子，和第二阻抗计连接到电池单元的负极端子。
[0018]在任意前述系统的又一非限制性设备中，数据采集系统配置为收集和分析来自于阻抗计的阻抗数据。
[0019]根据本发明的另外一个示例性方面，一种方法，除了其他方面以外包括，在电池单元内造成短路和响应于造成短路的步骤而测量与电池单元相关联的阻抗数据。
[0020]在前述方法的又一非限制性实施例中，造成短路的步骤包括采用穿刺设备穿透电池单元。
[0021]在任一前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括测量与电池单元相关联的电压数据。
[0022]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括使用阻抗数据和电压数据计算通过短路的瞬时电流。
[0023]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括电气连接阻抗计到穿刺设备和电池单元。
[0024]前述段落、权利要求书、或下面的描述和附图中的实施例、实例和替代物，包括任何它们的各种方面或各自单独的特征，可以独立地或以任何组合使用。与一个实施例结合描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。
[0025]从下面的详细描述中，对于本领域技术人员而言，本发明的各种特征和优点将变得明显。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。
【附图说明】
[0026]图1示例性地说明了电气化车辆的动力传动系统。
[0027]图2说明了电池测试系统的第一个实施例。
[0028]图3说明了电池测试系统的第二个实施例。
[0029]图4说明了电池测试系统的第三个实施例。
[0030]图5说明了电池测试系统的第四个实施例。
[0031]图6说明了可以通过电池测试系统采用的示例性穿刺设备。
【具体实施方式】
[0032]本发明涉及一种用于评估电池单元的安全性和设计的电池测试系统及方法。本发明的电池测试系统收集在导电穿刺设备(比如钉子)和电池单元之间的交流阻抗数据。阻抗数据可以使用一个或多个阻抗计收集。阻抗数据被收集和分析来计算通过由穿刺设备在电池单元内造成的短路的瞬时电流。瞬时电流的计算可以因此用来提高电池单元的设计和安全性。
[0033]图1示例性地说明了用于电气化车辆12(比如HEV)的动力传动系统10。尽管描述为HEV，但应当理解的是，这里描述的概念不局限于混合动力车辆，且可以扩展到其它的电气化车辆，包括但不限制于，PHEV, BEV，和燃料电池车辆。
[0034]在一个实施例中，动力传动系统10是功率分流系统，其采用包括发动机14和发电机16 ( S卩，第一电机)组合的第一驱动系统和包括至少一个马达36 ( S卩，第二电机)、发电机16和电池50的第二驱动系统。例如，马达36、发电机16和电池50可以构成动力传动系统10的电驱动系统25。第一和第二驱动系统产生扭矩来驱动一组或多组电气化车辆12的车辆驱动轮30。
[0035]发动机14(比如内燃发动机)和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制性的实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，动力传输单元的其他类型，包括其他齿轮组和变速器，也可以用来连接发动机14到发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20，太阳齿轮22和托架组件24。发电机16在充当发电机时由动力传输单元18驱动，以将动能转换成电能。发电机16可以选择性地起到马达的作用来将电能转换成动能，由此输出扭矩到连接到动力传输单元18的托架组件24的轴26上。因为发电机16可以操作地连接到发动机14，所以发动机14的速度可以通过发电机16进行控制。
[0036]动力传输单元18的环形齿轮20可以连接到轴28上，其中轴28通过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E、和34F的齿轮组。其他动力传输单元也可以是合适的。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14传递到差速器38来提供牵引力到车辆驱动轮30。差速器38可以包括多个齿轮，其使扭矩能够传递到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32通过差速器38机械地耦接到轮轴40来将扭矩分配到车辆驱动轮30。
[0037]也可以采用马达36，通过输出扭矩到也被连接到第二动力传输单元32的轴46来驱动车辆驱动轮30。在一个实施例中，马达36和发电机16是再生制动系统的一部分，其中马达36和发电机16都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达36和发电机16可以各自输出电力到高电压总线48和电池50。
[0038]电池50可以是由一个或多个能够输出电力来操作马达36和发电机16的电池单元组成的高电压电池。能量储存设备和/或输出设备的其他类型也可以与电气化车辆12结合使用。
[0039]马达36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32 —般可以称为电气化车辆12的驱动桥42，或变速器。因此，当驾驶员选择特定换档位置时，驱动桥42被适当地控制来通过提供牵引力到车辆驱动轮30来提供相应的用于推进电气化车辆12的档位。
[0040]动力传动系统10可以额外地包括用于监测和/或控制电气化车辆12的各种方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电驱动系统25、动力传输单元18、32或其他部件通信来监测和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括执行用于操作电气化车辆12的必要控制功能的电子器件和/或软件。在一个实施例中，控制系统44是车辆系统控制器和动力传动系统控制模块的组合(VSC/PCM)。尽管它被显示为单个硬件设备，但是控制系统44可以包括以多个硬件设备、或在一个或多个硬件设备内的多个软件控制器的形式的多个控制器。
[0041]控制器区域网络(CAN) 52允许控制系统44与驱动桥42通信。例如，控制系统44可以接收来自于驱动桥42的信号来指示换档位置之间的转换是否正在发生。控制系统44还可以与电池50的电池控制模块或其他控制设备通信。
[0042]此外，电驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，比如逆变器系统控制器(ISC)。控制器54配置为控制驱动桥42