本发明涉及一种充电检测电池组中电芯内阻的方法及应用。
背景技术：
本发明与电池组6的充电检测直流内阻有关，特别是由多个电芯相串联所构成的电池组6中的所有电芯的充电检测直流内阻。这样的电池组6在通信基站、数据中心、储能和电动汽车等行业有着日益增多的使用。电池组6中任何单个电芯的故障或者提前退化，都可能造成严重后果。所以定期的或者是在线的对电池组6中的所有电芯的测试，是安全运行的保障。另一方面，大量的退役的电动汽车动力电池组6将进入梯次利用的市场，目前主流倾向是尽可能采用原先的整体电池包，在不施行整体拆卸的前提下，仅替换有问题的电芯。这样，就需要对电池组6中的所有电芯的阻值进行检测确定每个电芯的健康状态。
本发明与电池的充电和检测技术有关，特别是在充电时进行直流电阻测试技术(dcload)。比较其他的一些测试技术，如交流电导测试(acconductance)和电化学阻抗谱(eis)。在充电时进行直流电阻检测技术一方面采用了接近于实际的工作电流，更能反映出电池的运行时的实际状况；另一方面直接在电池/电池组6充电过程中检测直流内阻的操作更加方便快捷。本发明与电池管理系统5(batterymanagementsystem,bms)有关，其能够循环测试所有电芯的电压，并且能够将这些电压值按一定的次序和某种协议以有线或者无线的通信方式传递给充电装置。目前的动力电池都配备有这样的bms(有些还分为主控和从控)，并且按can的通信协议传递电芯的电压值，重复周期不少于250毫秒。本发明通过截获这些通信报文，解析得出所有电芯的电压值。对未配置带有电芯电压的bms，本发明的实施需要为其添加配置相应的bms。
公开号为us7212006的美国专利《methodandapparatusformonitoringtheconditionofabatterybymeasuringitsinternalresistance》采用固定值的电阻负载对一个电池组6经过一个功率晶体管的电子开关进行放电，同时采集电池组6两端以及固定电阻负载两端的电压数值。结合后者计算出回路电流值可得到电池组6的直流电阻。但是这个方法无法得到电池组6中每个电芯的直流电阻。
公开号为cn101339230的中国专利《电池内阻测量装置和方法》和公开号为cn101359035的中国专利《一种测量电池内阻的方法及装置》采用不同的固定阻值的电阻分别作为负载接入待测电池，从而得到某个直流内阻的差值。但是这些方法无法得到电池组6的电芯的直流电阻。
公开号为us7782061的美国专利《batteryohmicresistancecalculationsystemandmethod》提出用一个含有估算功能的控制采样盒，依次对一个串联回路电池组6中的某个电芯采集两次在线的电压和电流数值，从这两次数值的变化，企图得到直流电阻的变化值，再对初始的直流电阻的估计值进行某种修正，但是从这些变化值，即使是累计的变化值，是不能得到绝对的直流直流内阻值的。
公开号为cn102116847a的中国专利《用于电池组6的电芯性能参数采集系统》提出了为采集电芯的参数专门制作的电池管理系统5，相比通用的为动力电池配套的bms，其声称有更高的精度和更快的速度。但是对充电时对动力电池包的直流内阻检测是应该利用电池包中原有的bms作为电芯的数据来源。
公开号为us8159228的美国专利《methodfordeterminingbatteryinternalresistance》提出在电池组6的在线运行中，采用一个电池管理系统5，对电芯采集电压和电流数值，将这些前后时间的数值相结合，得到直流电阻的变化值。但是从这些变化值，即使是累计的变化值，是不能得到绝对的直流直流内阻值的。
公开号为cn104330636a的中国专利《一种锂离子电池直流内阻推测方法》对于一个样板电池做出来直流电阻和交流电阻的测试，并找出其中的关联函数；之后只需要对待测电池作一次交流电阻的测试，就可推算出了其直流电阻，而不需要进行实际测试，从而减少了一次放电。这个方法对于多电芯的电池组6，误差太大，并不合适。
公开号为cn105891603a的中国专利《基于充电器的测量电池直流内阻的方法》提出了在充电器中测试电池组6总直流内阻的方法。该方法通过充电器自带的电压采集模块7采集电池组6的总电压，测试后只能得到电池组6的总直流内阻，无法得到所有电芯的直流内阻。这样的结果无法对电池组6内部所有的电芯状态进行评估。
公开号为cn107367635a的中国专利《直流充电桩现场测试仪》通过arm主控模块中设置有bms模拟单元，用于生成并输出bms模拟参数信号，通过电池模拟器获取bms模拟参数信号并输出模拟测试电能脉冲。通过模拟电动汽车bms协议和内阻变化等流程充电过程，实现直流充电桩的计量和检定。该方法是通过模拟器生成的测试电能脉冲，不能直接反映电池的直流内阻值。
公开号为cn108226787a的中国专利《电池内阻检测方法和检测装置》通过设定电流电压差值阈值来多次采集电流电压值,直到采集的数据满足设置的阈值数据才对电池阻值进行计算，该方法数据获取方法有严格的条件限制。
公开号为cn104880605b的中国专利《电池管理系统5及电池单体的直流内阻的测量方法》提出了对于动力电池电芯的一种采用电池管理系统5测试直流内阻的方法。该系统是在一般的电池管理系统5(bms)之外增加一个优先级别的“测内阻模式”，构造了一个测试专用bms,在每次接受到上位机调用该模式的指令后，才能执行电芯和电压和电流的测试。该方法是从两个相邻时间的测试，计算得出的是该时段的直流电阻的差值，并不是测试所需要的直流内阻的绝对值。对电池组6的便捷检测要求，对动力电池包的检测，更需要利用电池包中原有的一般的bms而不是另外重新接线换用一个测试专用的bms。而一般的bms的自动采样，发送测试数值的功能已经能够胜任测试要求，并不存在和需要一个“测内阻模式”。
技术实现要素：
本发明的目的在于为了克服上述现有技术所存在的不足，提供一种充电检测电池组中所有电芯电芯内阻的方法及对检测到的电芯内阻的应用。
本发明采用的技术方案是，一种充电检测电池组中电芯内阻的方法，对电池组充电过程中，通过改变充电电流，测电流变化参数，通过电池管理系统测电池组因充电电流改变引起的所有电芯电压变化参数，根据电流变化参数、电压变化参数求得所有的电芯内阻。
进一步说，包括一充电检测装置，所述充电检测装置包括充电模块、电流采集模块、电压采集模块、控制模块，所述电池组包括电池管理系统，所述充电模块电连接所述电池组，电流采集模块检测充电电流，电压采集模块检测电池组的电压，控制模块对充电模块的充电过程进行控制，电池管理系统与控制模块之间通讯连接。
进一步说，控制模块采用总线控制收发器对电池管理系统传输过来的报文进行处理。
进一步说，电池组采用若干数量的电芯串联组成，电池管理系统检测各电芯的电压，控制模块解析电池管理系统，得到各电芯的电压值。
进一步说，所述控制模块包括数字滤波器模块、运算存储模块、人机交互模块和充电控制模块，数字滤波器模块分别接收来自总线控制收发器、电流采集模块、电压采集模块的输入信息，并做滤波处理，人机交互模块可以人为输入充电指令，运算存储模块对数字滤波模块传过来的信息进行解析,并将人机交互模块输入的充电控制信息进行更新存储，充电控制模块从运算存储模块中得到充电参数值对充电模块的充电流程进行控制。
进一步说，记录各电芯电压值，电压的记录频率为0.25s-60s。
进一步说，在充电过程中，改变充电电流大小，依据变化的电流和电压参数，测得各电芯的电阻值。
进一步说，所述电流采集模块为非接触式霍尔、磁阻或磁阻抗磁传感器件或者是串联于回路的分压或者分流元件，所测电流值的范围为0a至500a，响应时间在100ms以内。
进一步说，所述控制模块具有与总线控制收发器相匹配的接口、与电流采集模块相匹配的输入接口、与电压采集模块相匹配的输入接口、与充电模块相匹配的输入输出接口。
进一步说，各电芯电压的范围为0v至15v，电池管理系统检测各电芯电压的响应时间是1-250ms，电池管理系统向控制模块输出各电芯电压值的频率为0.1-1s。
一种充电检测电池组中电芯内阻的方法及应用，根据充电过程中检测到电池组中的电芯内阻，当检测到任意一颗电芯内阻快速持续上升时，判断电池充满电了，需要结束充电。
本发明的优点在于：1.在电池组正常充电过程中完成电芯内阻的检测；2.检测能得到所有串联回路中电芯的电芯内阻值；3.直接利用动力电池包中所包含的bms(中文译文：电池管理系统)，不需要重接繁杂的联线，缩短测试前的准备时间；4.若电池组未包括电池管理系统，而为测试所添加的电池管理系统可以是无特别要求的通用的电池管理系统5；5.电芯内阻值的计算不含有假设和推测，精准可靠；6.在充电末端，通过电芯电芯内阻值快速上升作为充电结束判断条件。
附图说明
图1为本发明实施一的原理图。
图2为本发明实施所述控制模块的原理图。
图3为本发明实施过程中充电电压和电流值随时间变化的示意图。
图4为本发明在整个soc区间内电芯电芯内阻随soc变化的示意图。
图5为本发明soc处于高位时电芯电芯内阻随soc变化的示意图。
具体实施方式
一种充电检测电池组中电芯电芯内阻值的方法，对电池组6充电过程中，改变充电电流，测电流变化参数，测电池组6所有电芯因充电电流改变引起的电压变化参数，根据电流变化参数、电压变化参数求得所有电芯电芯内阻值。
本实施例还包括一充电检测装置，所述充电检测装置包括充电模块1、电流采集模块3、电压采集模块7、控制模块2，所述电池组6包括电池管理系统5，所述充电模块1电连接所述电池组6，电流采集模块3检测充电电流，电压采集模块7检测电池组6的电压，控制模块2对充电模块1的充电过程进行控制，电池管理系统5与控制模块2之间通讯连接。本实施例所述控制模块2对充电进程控制，控制模块2在充电过程中改变充电模块1的充电电流，根据变化的电流和电压测得所有电芯电芯内阻值。具体到本实施例是，充电模块1先以电流i1正常充电，正常充电到一定阶段时，充电模块1对电池组6的充电电流变为i2，i2大小与i1不同，i2在0a到500a之间，包含0a和500a；i2电流充电时间在1秒至10小时之间；电压采集模块7采集电池组6中所有电芯的电流变化前后的电压，根据电流变化参数、电压变化参数求得所有电芯电芯内阻值。
本实施例所述控制模块2采用总线控制收发器4对电池管理系统5传输过来的报文进行处理。
本实施例所述电池组6由若干数量的电芯串联组成，电池管理系统5检测各电芯的电压，控制模块2解析电池管理系统5，得到各电芯的电压值，并记录各电芯电压值，对各电芯电压的记录频率为0.25s至60s，根据电流值的改变和电压值的改变，测得各电芯的电芯内阻值。
本实施例所述控制模块2包括数字滤波器模块2.2、运算存储模块2.1、人机交互模块2.3和充电控制模块2.4，数字滤波器模块2.2分别接收来自总线控制收发器4、电流采集模块3、电压采集模块7的输入信息，并做滤波处理，人机交互模块2.3可以人为输入充电指令，运算存储模块2.1对输入信息解析，并将人机交互模块2.3输入的充电控制信息进行更新存储，充电控制模块2.4从运算存储模块2.1中得到充电参数值对充电模块1的充电流程进行控制。
本实施例记录各电芯电压值，电压的记录频率为0.25s-60s。
本实施例充电过程中，改变充电电流大小，依据变化的电流和电压参数，测得各电芯的电芯内阻值。
本实施例所述电流采集模块3为非接触式霍尔、磁阻或磁阻抗磁传感器件或者是串联于回路的分压或者分流元件等所构成，所测电流值的范围为0安培至500安培，响应时间在50毫秒以内。
本实施例所述控制模块2具有与总线控制收发器4相匹配的接口、与电流采集模块3相匹配的输入接口、与电压采集模块7相匹配的输入接口、与充电模块1相匹配的输入输出接口。
本实施例所述各电芯电压的范围为0v至15v，电池管理系统5检测各电芯电压的响应时间是1-50毫秒，电池管理系统5向控制模块2输出各电芯电压值的频率为0.1-1秒。
具体实施案例1：
如图3所述的充电过程中显示，电池组6以正常充电流程进行充电，此时充电电流为i1，i1电流大小为25a，持续充电过程中检测电池的荷电状态soc值大小，当soc值达到35％时，即图3中标记的t1时刻，记录各电芯电压值vi1,i表示第i号电芯；此时充电控制模块2.4接收到运算存储模块2.1中的测试电芯内阻测试流程命令，充电电流在t2时刻降为0a，记为i2，0a电流时间持续15秒，以0.5s的频率记录各电芯的电压值v2，即图3中t3时刻，这时电芯内阻测试流程命令结束，然后继续以正常充电流程进行充电，即图3中的t4时刻，直至电池组6充电结束。运算存储模块2.1对各电芯的电芯内阻值进行计算。程序设置的是选取选用v2中第10s的所有单体电压值计算电芯内阻值，该电压值记为vi2,i表示第i号电芯。第i号电芯的电芯内阻值记为ri，计算公式如下：
具体实施案例2：
电池组6以正常充电流程进行充电，持续充电过程中检测电池的荷电状态soc值大小，当soc值达到50％时，记录此时所有单体电压值v1，控制充电电流变为500a，时间持续10秒，以bms报文发送频率0.25s的频率记录所有电芯的电压值v2，然后继续以正常充电流程进行充电，直至电池组6充电结束。运算存储模块2.1对所有的电芯内阻值进行计算。程序设置的是选取选用v2中第10s的所有单体电压值计算电芯内阻值。
具体实施案例3：
电池组6以正常充电流程进行充电，持续充电过程中检测电池的荷电状态soc值大小，当soc值达到70％时，记录此时所有单体电压值v1，控制充电电流变为200a，时间持续30秒，以5s的频率记录所有电芯的电压值v2，然后继续以正常充电流程进行充电，直至电池组6充电结束。运算存储模块2.1对所有的电芯内阻值进行计算。程序设置的是选取选用v2中第15s的所有单体电压值计算电芯内阻值。
用上述具体实施案例的测试方法对锂电池在不同soc区间测试的电芯内阻值如图4。图4的电芯内阻值是从soc等于5％开始测试，每隔5％取点进行测试，一直测试到soc等于95％。图4中横坐标是电池的soc，即电池的荷电状态，纵坐标是电池的电芯内阻值，单位为毫欧。在电池在电量不足状态，即soc较低时，图4中soc值低于20％，和电池在电量较高状态，即soc较高时，图4中soc值在高于90％时电池的电芯内阻值较大，在中间阶段，即soc在20％到90％之间时，电池阻值相对较低，且数值相对平稳。图5中的电芯内阻值也是按照具体实施案例1的测试方法进行测试得到的结果图，图5具体的测试步骤是在电池充电过程中检测soc值大小，当soc达到85％时，开始以具体实施案例1的测试方法进行测试，每隔1％soc进行同样步骤的测试，测试结果如图5。图4和图5电芯内阻随soc变化曲线图都显示出电池在快充满电，即soc接近100％时，电池的电芯内阻值会相应增大。
一种充电检测电池组中电芯内阻的方法及应用是，在充电过程中对电池组中所有的电芯内阻值进行检测，当检测到任意一颗电芯的电芯内阻值快速持续上升表示电池充满电了，需要结束充电，能很好的避免造成电池的过充电危险。
在此说明书中，应当指出，以上事实例仅是本发明较有代表性的例子。显然本发明不局限于上述具体实施例还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和附图应该是说明性的而非限制性的，凡是依据本发明的技术对实施例所做的任何简单修改、等同变化与修身，均应认为属于本发明的保护。