CN106324519A - 一种电池系统连接可靠性的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池系统连接可靠性的测试方法，包括：1)静态下，测量电池系统各电池包的交流电阻；交流内阻满足合格标准，进行步骤2)；2)对电池系统进行充放电，测量电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差；压差满足合格标准，进行步骤3)；3)计算电气回路的直流内阻；直流内阻满足合格标准，该电池系统连接可靠。该方法将电池系统分为电池组及电气回路两部分进行评测，覆盖全面，同时方便故障定位，能够简单方便的排查螺栓漏拧、滑丝、漏焊等问题，及电池组部分的氧化、紧固扭矩不达标、虚焊等连接问题，且确保电气回路部分连接可靠；实现了电池系统连接可靠性的准确、快速评测，保证电池系统的安全性及可靠性。

Description

一种电池系统连接可靠性的测试方法

技术领域

本发明属于动力电池系统技术领域，具体涉及一种电池系统连接可靠性的测试方法。

背景技术

近年来，电动汽车的发展突飞猛进，越来越多的电动汽车逐步走入人们的生活。随着新能源汽车的不断推广，电动汽车的安全性备受瞩目。作为电动汽车动力之源的电池系统，其安全性及可靠性也极其重要，是整车安全的重要保障之一。

一般的，如图1所示，电池系统由多个电池包1#、2#、···K#串联而成，一端为系统正极，另一端为系统负极。如图2所示，电池包由电池组1和电气回路2这两部分组成，电池组1由单体电池经过串并联连接组成，一般采用螺栓连接或焊接方式；电池组1的两端均连接电气回路2，一端的电气回路2末端设有负极接口4，另一端的电气回路上设有保护类元器件3，末端设有正极接口5(一般的，保护类元器件也可连接于负极回路)。电气回路由动力航插、熔断器、接触器、导电排、动力线等连接组成，通常采用螺栓连接方式。电池系统连接的可靠性对系统的性能及安全性影响重大。若电池系统连接不可靠，轻者会降低系统放电容量，减少整车续驶里程，重者将导致连接点烧蚀、系统短路，从而引发起火事故。

充放电过程的温升可作为动力回路连接可靠性的评测指标，但是需要较长的测试时间，并且由于不是每个连接点都有温度监控，因此无法实现全面评测。对于电池系统的电连接可靠性的问题，目前的一般处理手段是采用交流内阻测试仪逐个对各个连接点进行连接内阻测试，并根据各连接点的内阻值判断电连接质量。该方法工作量大，效率低，且存在安全隐患，不适合快速评测的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池系统连接可靠性的测试方法，以解决现有技术不能实现电池系统动力回路的连接故障快速、有效检测的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电池系统连接可靠性的测试方法，包括下列步骤：

1)静态下，测量电池系统各电池包的交流电阻；

如交流内阻满足合格标准，则进行步骤2)；

2)对电池系统进行充放电，测量电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差；如压差满足合格标准，则进行步骤3)；

3)计算电气回路的直流内阻；

如直流内阻满足合格标准，则该电池系统连接可靠。

本发明的电池系统连接可靠性的测试方法，采用电池包的交流内阻、电池组的压差及电气回路的直流内阻作为表征电池系统各部分连接可靠性的评测指标。首先在静态下，使用测量仪器测量系统中各电池包的交流内阻，并与其对应的合格标准进行比较；交流内阻的评测标准用于排查电池包内存在的螺栓漏拧、滑丝、漏焊接等问题。将电池系统分为电池组和电气回路两部分，电池组在要求SOC下进行短时间的充电或放电过程中的整组压差评测，压差满足要求时表明电池组部分连接可靠；电气回路部分的连接可靠性通过直流内阻评测，直流内阻满足要求时表明电气回路部分连接可靠；电池组压差及电气回路直流内阻的评测指标用于排查电池包内存在的氧化、紧固力矩不达标、虚焊等问题。

本发明的电池系统连接可靠性的测试方法，首先在静态下测量各电池包的交流内阻，能够简单方便的排查螺栓漏拧、滑丝、漏焊等问题，该步骤无需对系统进行充放电，简单便捷；接着对电池系统进行充放电，测量电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差，能够直观快速的排查电池组部分的氧化、紧固扭矩不达标、虚焊等连接问题；充放电结束后计算电气回路的直流内阻，保证电气回路部分连接可靠。该测试方法将电池系统分为电池组及电气回路两部分进行评测，覆盖全面，同时方便故障定位；可以有效排查动力回路的连接异常，实现了电池系统连接可靠性的准确、快速评测，保证了电池系统的安全性及可靠性。

步骤1)中，电池包交流内阻合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池包样本交流内阻的平均值u和方差v；其次根据交流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定交流内阻的合格标准为(u-mv，u+mv)，其中m的取值由设定的生产合格率确定。

步骤2)中，电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差的合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池系统样本中包含的单体电池直流内阻的方差δ，其次根据直流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定压差的合格标准为(0，2mδ×I)，其中m的取值由设定的生产合格率确定，I为充电或放电的电流值。

步骤2)中，所述要求SOC为30％SOC～70％SOC；短时充电或放电过程是指充电或放电0.5～5min。

步骤3)中，电气回路的直流内阻等于电池系统的直流内阻减去电池组的直流内阻；电池组的直流内阻等于系统内各单体电池的直流内阻之和。

步骤3)中，电气回路直流内阻合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池系统样本中电气回路的直流内阻的平均值μ与方差σ；其次根据直流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定直流内阻的合格标准为(μ-mσ，μ+mσ)，其中m的取值由设定的生产合格率确定。

直流内阻的测试方法为：

首先对电池系统使用I₁进行放电或充电T₁秒，然后静置T₂秒；记录T₁秒结束时刻的电池系统总压为U₀₁，各单体电池的电压为U₁₁，…，U_N1；T₂秒结束时刻的电池系统总压为U₀₂，各单体电池的电压为U₁₂，…，U_N2；其中N为电池系统中的电池串数；

则电池系统和各单体电池的直流内阻分别为：

电池系统的直流内阻DCR₀＝∣U₀₁-U₀₂∣/I₁；

单体电池的直流内阻DCR₁＝∣U₁₁-U₁₂∣/I₁，…，DCR_N＝∣U_N1-U_N2∣/I₁。

进一步的，本发明的电池系统连接可靠性的测试方法，结合对生产的不良率控制，制定了电池包的交流内阻、电池组的压差及电气回路部分的直流内阻这3项指标的合格标准的确定方法，科学合理，对电池系统的连接可靠性判定准确，进一步提高了连接可靠性的评测效率；该方法能够全面、快速、有效的排查电池系统中动力回路的连接故障，提高电池系统的安全性能。

附图说明

图1为电池系统组成示意图；

图2为电池包组成示意图；

图3为正态分布概率图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式提供一种电池系统连接可靠性的测试方法，该方法包括两部分，一部分时能够评判电池系统各部分连接可靠性的评测指标及其测试方法；另一部分是针对各项评测指标的合格标准的制定方法。

假设电池系统样本共包含K个相同的电池包，电池组的串数为N；选取M套电池系统样本进行测试。

实施例1的电池系统连接可靠性的测试方法，包括如下步骤：

1)静态下，使用测试仪表分别测量电池系统中各个电池包的交流电阻，并与相应的合格标准进行比较；

如交流内阻满足合格标准，则进行步骤2)；

如交流内阻超出合格标准，则表明电池包的连接存在异常；

2)在50％SOC下，使用电流I对电池系统进行放电或充电1min，查看电池组部分的最大压差，记为ΔU；

如压差满足合格标准，表明电池组部分的连接可靠性正常，则进行步骤3)；

如压差超出合格标准，表明电池组部分的连接存在异常；

3)按照表1中的测试工步进行放电测试；

表1直流内阻测试工步

序号	工步名称	电流	时间
				1	恒流放电	I1	T1
2	搁置	---	T2

按如下步骤计算电气回路的直流内阻：

①提取工步1结束时刻的系统总压U₀₁，及各单体电池的电压U₁₁，U₂₁，…，U_N1(N为系统电池组的总串数)；

②提取工步2结束时刻的系统总压U₀₂，及各单体电池的电压U₁₂，U₂₂，…，U_N2(N为系统电池组的总串数)；

③提取工步1结束时刻的电流I₁；

④计算电池系统的直流电阻DCR₀＝∣U₀₁-U₀₂∣/I₁；

⑤计算各单体电池的直流内阻DCR₁＝∣U₁₁-U₁₂∣/I₁，…，DCR_N＝∣U_N1-U_N2∣/I₁；

⑥计算电池组部分的直流内阻DCR_电池组＝∑(DCR₁+…+DCR_N)；

⑦计算电气回路的直流内阻DCR_电气回路＝DCR₀-DCR_电池组；

对比电气回路的直流电阻与合格标准，如直流内阻满足合格标准，表明电气回路部分的连接无异常，则该电池系统连接可靠；

如电气回路的直流内阻超出合格标准，表明电气回路部分的连接异常。

上述的电池系统连接可靠性的测试方法中，所用的合格标准的确定方法如下：

一、电池包交流内阻合格标准的确定：

(1)统计M套样本中各电池包的交流内阻：ACR₁₁，…，ACR_1K，ACR₂₁，…，ACR_2K，…，ACR_M1，…，ACR_MK；

(2)计算电池包交流内阻的平均值u及标准差v；

(3)根据交流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，m＝3，则电池包交流内阻ACR_电池包的合格标准为：u-3v＜ACR_电池包＜u+3v；满足该标准时，判定合格。

二、电池组压差ΔU合格标准的确定：

(1)统计M套系统的单体电池直流内阻：DCR₁₁，…，DCR_1N，DCR₂₁，…，DCR_2N，…，DCR_M1，…，DCR_MN；

(2)计算各套系统内单体电池直流内阻的标准差：δ₁，…，δ_M；

(3)计算平均标准差：

(4)根据直流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，m取3，则50％SOC下放电或充电1min的压差ΔU的合格标准为：满足该标准时，判定合格。

三、电气回路的直流内阻DCR_电气回路合格标准的确定：

(1)统计M套系统电气回路部分的直流内阻：DCR_{1电气回路}，…，DCR_{M电气回路}；

(2)计算电气回路部分直流内阻的平均值μ及标准差σ；

(3)根据直流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，m取3，则电气回路部分的直流内阻DCR_电气回路的合格标准为：μ-3σ＜DCR_电气回路＜μ+3σ；满足该标准时，判定合格。

实验例

本实验例采用上述的电池系统连接可靠性测试方法的电源系统进行测试，包括如下内容：

所测电源系统由2并36串200Ah磷酸铁锂体系电池组成，共包含3个电池箱。下面给出3套测试系统的电池包交流内阻、电池组压差ΔU、电气回路直流内阻DCR_电气回路等的实测数据，判定标准、判定结果以及三项指标合格标准的确定方法。

三套测试系统的测试结果如表2所示。

表2三套测试系统的测试结果

上述电池系统连接可靠性的测试方法中，三项指标合格标准的确定方法如下：

一、电池包交流内阻合格标准的确定(如表3所示)：

表3电池包交流内阻(mΩ)统计表

根据交流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，m＝3，则电池包交流内阻ACR_电池包的合格标准(u-3v，u+3v)为：(3.53mΩ，4.08mΩ)；满足该标准时，判定合格。

二、电池组压差ΔU合格标准的确定(如表4所示)：

表4系统内单体电池直流内阻(mΩ)统计表

根据直流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合实际生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，对电池组DCR偏差取的范围，即：电池组DCR的偏差则电池组部分连接可靠性测试压差ΔU的合格标准为：即ΔU≤26mV。

三、电气回路的直流内阻DCR_电气回路合格标准的确定(如表5所示)：

表5电气回路的直流内阻DCR_电气回路的计算与统计表

根据直流内阻服从正态分布的概率区间(如图3所示)，并结合生产的不良率控制，设定99.73％的生产合格率，m取3，则电气回路部分的直流内阻DCR_电气回路的合格标准(μ-3σ，μ+3σ)为：(16.97mΩ，25.57mΩ)。满足该标准时，判定合格。

Claims (7)

1.一种电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)静态下，测量电池系统各电池包的交流电阻；

如交流内阻满足合格标准，则进行步骤2)；

2)对电池系统进行充放电，测量电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差；如压差满足合格标准，则进行步骤3)；

3)计算电气回路的直流内阻；

如直流内阻满足合格标准，则该电池系统连接可靠。

2.根据权利要求1所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：步骤1)中，电池包交流内阻合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池包样本交流内阻的平均值u和方差v；其次根据交流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定交流内阻的合格标准为(u-mv，u+mv)，其中m的取值由设定的生产合格率确定。

3.根据权利要求1所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：步骤2)中，电池组在要求SOC下短时充电或放电过程中的整组压差合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池系统样本中包含的单体电池直流内阻的方差δ，其次根据直流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定压差的合格标准为(0，2mδ×I)，其中m的取值由设定的生产合格率确定，I为充电或放电的电流值。

4.根据权利要求1或3所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：步骤2)中，所述要求SOC为30％SOC～70％SOC；短时充电或放电过程是指充电或放电0.5～5min。

5.根据权利要求1所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：步骤3)中，电气回路的直流内阻等于电池系统的直流内阻减去电池组的直流内阻；电池组的直流内阻等于系统内各单体电池的直流内阻之和。

6.根据权利要求1所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：步骤3)中，电气回路直流内阻合格标准采用如下方法确定：

首先计算电池系统样本中电气回路直流内阻的平均值μ与方差σ；其次根据直流内阻服从正态分布的概率区间，并结合生产的不良率控制，确定直流内阻的合格标准为(μ-mσ，μ+mσ)，其中m的取值由设定的生产合格率确定。

7.根据权利要求5或6所述的电池系统连接可靠性的测试方法，其特征在于：直流内阻的测试方法为：

首先对电池系统使用I₁进行放电或充电T₁秒，然后静置T₂秒；记录T₁秒结束时刻的电池系统总压为U₀₁，各单体电池的电压为U₁₁，…，U_N1；T₂秒结束时刻的电池系统总压为U₀₂，各单体电池的电压为U₁₂，…，U_N2；其中N为电池系统中的电池串数；

则电池系统和各单体电池的直流内阻分别为：

电池系统的直流内阻DCR₀＝∣U₀₁-U₀₂∣/I₁；

单体电池的直流内阻DCR₁＝∣U₁₁-U₁₂∣/I₁，…，DCR_N＝∣U_N1-U_N2∣/I₁。