一种电池模组的检测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及电池检测技术领域，尤其涉及一种电池模组的检测系统及方法。

背景技术

随着现代社会的发展，能源危机和环保压力等相关问题日益加剧，传统燃油汽车在能源消耗和尾气排放方面对人类生活产生重大影响。电动汽车作为一种特殊的新能源汽车在节能减排方面很好的解决了一系列问题，成为汽车行业未来发展的趋势。

电动汽车的动力来源是车辆动力电池包，典型的电池包由电池模组、电池管理系统、高压配电盒、高压线束、冷却系统及相关机械结构件组成。而电池模组作为一组电芯单体的集合体，是整个电池包的核心部分，模组产品质量对电池包整体性能具有重要影响。

电池模组在成包前需进行精密的检测及筛选，判断其是否存在故障及异常。对于具备成包条件的模组，需要对部分差异电芯单体进行电压微调，以保证产品一致性，同时需对每一个电池模组进行数据管理以实现产品追溯。

发明内容

本发明实施例提供一种电池模组的检测系统及方法，以实现对电池模组的检测，提高检测效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池模组的检测系统，包括：监控上位机、主控单元、至少一个从控单元以及与所述从控单元一一对应的电池模组；

所述监控上位机与所述主控单元通过CAN协议转换线缆相连；当从控单元为多个时，所述主控单元与多个从控单元采用级联的方式相连，且主控单元与从控单元之间以及从控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连；所述从控单元与所述电池模组间采用转接线束相连；

所述监控上位机用于数据显示、参数设置及数据管理；所述主控单元用于根据所述监控上位机的参数设置生成检测信号，并将所述检测信号发送至所述至少一个从控单元中；所述从控单元用于根据所述检测信号对所述电池模组进行检测。

进一步地，所述数据显示包括：测试结果显示、单体电压信息、模组温度信息、模组总压信息、电流参数信息、从控单元状态参数信息及故障信息显示；所述参数设置包括：系统均衡总控制开关设置、均衡参数设定设置、充放电控制开关设置及故障判断阈值设置；所述数据管理包括：测试报告模板管理、存储数据项管理、本地数据存储管理、云端数据存储管理及测试报告管理。

进一步地，所述主控单元包括：微控制器MCU、电源模块、CAN通信模块、隔离SPI通信模块、IO接口模块、充电控制模块、放电控制模块、电路故障检测模块、电池状态估算模块及测试判断模块；所述从控单元包括：单体电压采集模块、温度采集模块、从控单元监测模块、均衡维护模块、电路故障检测模块。

进一步地，主控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连包括：主控单元的第一MIP管脚与从控单元的第一SIP管脚相连，主控单元的第一MIM管脚与从控单元的第一SIM管脚相连；

从控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连包括：当前从控单元的第二SIP管脚与下一个从控单元的第一SIP管脚相连，当前从控单元的第二SIM管脚与下一个从控单元的第一SIM管脚相连。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池模组的检测方法，由上述本发明实施例所述的系统执行，包括：

主控单元上电后，进行初始化及自检，判断是否存在故障；

若不存在，则向从控单元发送唤醒指令；

从控单元根据所述唤醒指令进行参数配置；

主控单元向从控单元发送检测逻辑，所述从控单元根据所述检测逻辑对电池模组进行功能检测。

进一步地，所述参数配置包括：电压转换通道参数的配置、状态位的配置、工作频率转换模式类别的设置、单体电压欠压阈值配置、单体电压过压阈值设置、均衡通道参数配置。

进一步地，所述功能检测包括：基础功能检测、第一条件功能检测和第二条件功能检测；

所述基础功能检测包括：电芯单体电压检测、温度采样点检测、不进行均衡电路检测及关闭均衡通道；第一条件功能检测：包括从控单元芯片状态检测及导线开路状态检测；第二条件功能检测包括：均衡电路检测及开启均衡通道。

进一步地，所述检测逻辑包括：

循环执行所述基础功能检测中的各功能检测第一设定数量；

执行一次所述第一条件功能检测中的其中一个功能检测；

循环执行所述基础功能检测中的各功能检测第一设定数量，执行一次所述第一条件功能检测的另一个功能检测；

当所述基础功能中的不进行均衡电路检测执行的次数达到第二设定数量时，在下一周期执行一次均衡电路检测；

当执行完均衡电路检测时，判断是否满足均衡通道开启条件，若满足，则执行一次开启均衡通道；直到满足检测停止条件。

进一步地，所述均衡通道开启条件包括：接收到均衡通道开启指令、均衡电路检测的结果为通过且均衡判断算法判断的结果为开启。

进一步地，开启均衡通道的实现方式为：

对于每个从控单元，判断是否有相邻通道收到均衡指令；

若不存在，则按照均衡指令开启均衡通道；

若存在，则采用奇偶通道分别均衡的策略开启均衡通道。

本发明实施例公开了一种电池模组的检测系统及方法。包括：监控上位机、主控单元、至少一个从控单元以及与从控单元一一对应的电池模组；监控上位机与主控单元通过CAN协议转换线缆相连；当从控单元为多个时，主控单元与多个从控单元采用级联的方式相连，且主控单元与从控单元之间以及从控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连；从控单元与电池模组间采用转接线束相连；监控上位机用于数据显示、参数设置及数据管理；主控单元用于根据监控上位机的参数设置生成检测信号，并将检测信号发送至至少一个从控单元中；从控单元用于根据检测信号对电池模组进行检测。可以实现对电池模组的检测，提高检测效率。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种电池模组的检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的一种电池模组的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种电池模组的检测系统的结构示意图，本实施例可适用于对电池模组的性能进行检测的情况，如图1所示，该系统包括：监控上位机110、主控单元120、至少一个从控单元130以及与所述从控单元130一一对应的电池模组140。

监控上位机110与主控单元120通过CAN协议转换线缆相连；当从控单元130为多个时，主控单元120与多个从控单元130采用级联的方式相连，且主控单元120与从控单元130之间以及从控单元130与从控单元130之间采用隔离SPI通信总线相连；从控单元130与电池模组140间采用转接线束相连。

监控上位机110用于数据显示、参数设置及数据管理；主控单元120用于根据监控上位机110的参数设置生成检测信号，并将检测信号发送至至少一个从控单元中130；从控单元130用于根据检测信号对电池模组进行检测。

其中，监控上位机110可以运行于PC机上，具有数据显示功能、参数设置功能和数据管理功能等。数据显示功能包括：测试结果显示、单体电压信息、模组温度信息、模组总压信息、电流参数信息、从控单元状态参数信息及故障信息显示等功能。所述参数设置功能包括：系统均衡总控制开关设置、均衡参数设定设置、充放电控制开关设置及故障判断阈值设置等功能。所述数据管理功能包括：测试报告模板管理、存储数据项管理、本地数据存储管理、云端数据存储管理及测试报告管理等功能。

主控单元120包括：微控制器MCU、电源模块、CAN通信模块、隔离SPI通信模块、IO接口模块、充电控制模块、放电控制模块、电路故障检测模块、电池状态估算模块及测试判断模块。

从控单元130包括：单体电压采集模块、温度采集模块、从控单元监测模块、均衡维护模块、电路故障检测模块。

本实施例中，主控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连包括：主控单元的第一MIP管脚与从控单元的第一SIP管脚相连，主控单元的第一MIM管脚与从控单元的第一SIM管脚相连。从控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连包括：当前从控单元的第二SIP管脚与下一个从控单元的第一SIP管脚相连，当前从控单元的第二SIM管脚与下一个从控单元的第一SIM管脚相连。具体的，主控单元MIP1管脚与1号从控单元的SIP11管脚连接，主控单元MIM1管脚与1号从控单元SIM11连接。从控单元之间可进行级联以实现扩展，系统设计最多可扩展12个从控单元，具体连接关系为：1号从控单元SIP12管脚与2号从控单元SIP21管脚连接，1号从控单元SIM12与2号从控单元SIM21管脚连接，以此类推。

本实施例中，转接线束实现从控单元与电池模组间的连接，包括固定接口和可变接口两部分，通过对插件实现相互连接，针对不同电池模组的测试需求，通过调整可变接口部分以适配检测需求。

本实施例提供的电池模组的检测系统，包括：监控上位机、主控单元、至少一个从控单元以及与从控单元一一对应的电池模组；监控上位机与主控单元通过CAN协议转换线缆相连；当从控单元为多个时，主控单元与多个从控单元采用级联的方式相连，且主控单元与从控单元之间以及从控单元与从控单元之间采用隔离SPI通信总线相连；从控单元与电池模组间采用转接线束相连；监控上位机用于数据显示、参数设置及数据管理；主控单元用于根据监控上位机的参数设置生成检测信号，并将检测信号发送至至少一个从控单元中；从控单元用于根据检测信号对电池模组进行检测。可以实现对电池模组的检测，提高检测效率。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种电池模组的检测方法的流程图，以上述实施例为基础，该方法由上述实施例提供的电池模组的检测系统执行。如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤210，主控单元上电后，进行初始化及自检，判断是否存在故障。

具体的，主控单元上电后，由电路故障检测模块对主控单元进行自检，若存在故障则提示系统异常并进行下电。若无故障，执行步骤220。

步骤220，若不存在，向从控单元发送唤醒指令。

本实施例中，主控单元单元可以向从控单元发送连续设定次数的唤醒指令，以实现对从控单元的唤醒及初始化参数设置，并确定从控单元的工作模式。

步骤230，从控单元根据唤醒指令进行参数配置。

其中，参数配置包括：GPIO电压转换通道参数的配置、REFON状态位的配置、ADCOPT工作频率转换模式类别的设置、VUV单体电压欠压阈值配置、VOV单体电压过压阈值设置、DCC均衡通道参数配置。完成参数配置后，从控单元进入周期检测阶段。

步骤240，主控单元向从控单元发送检测逻辑，从控单元根据检测逻辑对电池模组进行功能检测。

其中，功能检测包括：基础功能检测、第一条件功能检测和第二条件功能检测。基础功能检测包括：电芯单体电压检测、温度采样点检测、不进行均衡电路检测及关闭均衡通道；第一条件功能检测：包括从控单元芯片状态检测及导线开路状态检测；第二条件功能检测包括：均衡电路检测及开启均衡通道。

其中，均衡电路检测和不进行均衡电路检测在满足一定条件时可以互相切换，开启均衡通道和关闭均衡通道在满足一定条件时可以互相切换。

其中，检测逻辑可以是：循环执行基础功能检测中的各功能检测第一设定数量；执行一次第一条件功能检测中的其中一个功能检测；循环执行基础功能检测中的各功能检测第一设定数量，执行一次第一条件功能检测的另一个功能检测；当基础功能中的不进行均衡电路检测执行的次数达到第二设定数量时，在下一周期执行一次均衡电路检测；当执行完均衡电路检测时，判断是否满足均衡通道开启条件，若满足，则执行一次开启均衡通道；直到满足检测停止条件。

其中，第一设定数量可以是100，第二设定数量可以是500。均衡通道开启条件包括：接收到均衡通道开启指令、均衡电路检测的结果为通过且均衡判断算法判断的结果为开启。

示例性的，按照设定顺序轮询基础功能检测中的电芯单体电压检测、温度采样点检测、不进行均衡电路检测及关闭均衡通道，当循环次数达到100次时，执行一次从控单元芯片状态检测，然后再循环轮询基础功能检测中的电芯单体电压检测、温度采样点检测、不进行均衡电路检测及关闭均衡通道100次，执行一次导线开路状态检测，继续轮询基础功能检测中的各功能检测。当不进行均衡电路检测执行的次数达到500次时，在下一个周期中执行一次均衡电路检测。即每执行500次不进行均衡电路检测，执行一次均衡电路检测。在执行完均衡电路检测功能后，判断是否满足均衡通道开启条件，若不满足，则继续关闭均衡通道，若满足，在执行一次开启均衡通道。

本实施例中，开启均衡通道的实现方式为：对于每个从控单元，判断是否有相邻通道收到均衡指令；若不存在，则按照均衡指令开启均衡通道；若存在，则采用奇偶通道分别均衡的策略开启均衡通道。

本实施例中，电芯单体电压检测和开启均衡通道可以在一个函数体F1中实现。开启均衡通道功能需要判断是否满足均衡通道开启条件。函数体F1有主控单元执行，具体的，F1的实现过程为：1)发送指令对从控单元参数进行配置，并关闭全部电芯均衡通道；2)发送指令复位电压寄存器组；3)发送指令启动全部电芯单体电压采集通道采集转换功能；4)转换延时等待，确保电芯单体电压测量及转换完成；5)发送指令对从控单元参数进行配置，并根据均衡算法判断结果设置电芯均衡通道；6)发送指令读取电压寄存器组转换结果；7)对单体电芯电压采集结果进行滤波、故障判断及数据转存等综合处理。

温度采样点检测可以在函数体F2中执行，该功能下，温度采集通过NTC电阻和模拟采样电路实现，软件通过查找“电压-温度”转换表实现温度采集功能。主要应用为采集模组温度状态和电路板温度状态。具体实施过程可描述为：1)发送指令复位辅助寄存器组；2)发送指令启动全部温度采集通道采集转换功能；3)转换延时等待，确保温度采集测量及转换完成；4)发送指令读取辅助寄存器组转换结果；5)对温度采集结果进行滤波、故障判断、数据转存及电压-温度变换等综合处理。

从控单元芯片状态检测可以在函数体F3中实现，该功能下，从控单元电压总压SOC、从控芯片温度ITMP、从控模拟电源VA、从控数字电源VD、各通道过压及欠压状态、多路复用器状态及芯片温度故障状态。具体实施过程可描述为：1)发送指令复位芯片状态寄存器组；2)发送指令启动全部芯片状态采集通道采集转换功能；3)转换延时等待，确保芯片状态采集测量及转换完成；4)发送指令读取辅助寄存器组转换结果；5)发送指令启动多路复用器状态检测功能；6)发送指令读取多路复用器状态监测结果；7)芯片状态数据采集结果故障判断、功能状态更新等综合处理。

导线开路状态检测可以由函数体F4实现，该组功能下，通过分别对采集回路进行上拉测试及下拉测试，根据压差范围判断是否存在开路故障。具体实施过程可描述为：1)发送指令启动上拉测试条件注入，同时发送指令复位电压寄存器组；2)发送指令启动全部芯片状态采集通道采集转换功能，转换延时等待，确保电芯单体电压采集测量及转换完成；3)发送指令读取电压寄存器组上拉测试转换结果；4)发送指令启动下拉测试条件注入，同时发送指令复位电压寄存器组；5)发送指令启动全部芯片状态采集通道采集转换功能，转换延时等待，确保电芯单体电压采集测量及转换完成；6)发送指令读取电压寄存器组下拉测试转换结果；7)导线开路算法实施，计算上拉参数组与下拉参数组压差，根据设定阈值条件综合判断。其中，对于第1通道，如果上拉转换结果小于10mV，则判定为导线开路；对于第2至11通道，如果上拉转换结果与下拉转换结果之差小于300mV，则判定对应通道导线开路，并且相邻的两通道会存在采样数据异常，可定位到该复用导线的开路状态；对于第12通道，如果下拉转换结果小于10mV，则判定导线开路。

均衡电路检测可以由函数体F5实现，其中，不进行均衡电路检测可以理解为停止均衡电路检测并发送总线唤醒保持命令。F5的具体实现过程可以是：1)发送指令对从控单元参数进行配置，并关闭全部电芯均衡通道；2)发送指令复位电压寄存器组；3)发送指令同时闭合电芯单体电压采集第(i)号通道和第(i+6)号通道的均衡开关，其中i＝1,2,3,4,5,6；4)发送指令同时启动电芯单体电压采集第(i)号通道和第(i+6)号通道采集转换功能，并等待转换延时，其中i＝1,2,3,4,5,6；5)发送指令同时断开电芯单体电压第(i)号通道和第(i+6)号通道的均衡开关，其中i＝1,2,3,4,5,6；6)循环执行F5-3至F5-5，直至6组12个通道全部检测完成；7)发送指令读取电压寄存器组均衡电路检测测试结果；8)执行均衡电路检测判断算法，将均衡电路检测测试结果参数组1与上一周期基础序列A功能采集的单体电芯电压采集结果参数组2进行比较，判断参数组1中数据是否为参数组2中数据的60％至80％范围区间内，若满足条件则均衡电路相关通道无故障，若不满足条件则均衡电路相关通道存在故障，并禁止F电芯被动均衡功能实施。

检测系统周期性对采集系统上传的数据进行计算，并根据上位机用户配置参数进行判断比较，给出评价结果，同时监控系统故障状态，定位异常状态模组，将测试参数结果与故障检测结果按测试模板内容进行更新上报。

本实施例中，用户可通过上位机数据管理功能，实现对线下模组的数据管理及报告导出。通过测试报告模板设定模块可根据相应项目要求规定模板，可对产品编号、模组信息、班次信息、人员信息等进行选项设定。通过存储项设定模块和本地存储模块可实现对用户指定数据的本地存储配置，并通过测试报告导出模块完成模组下线报告的导出，配合产品下线，提升了工作效率。通过云端存储模块，可将数据存储至用户指定服务器，以实现数据管理、数据仓库及产品追溯功能，提升了产品维护工作效率。

本实施例的技术方案，主控单元上电后，进行初始化及自检，判断是否存在故障；若不存在，则向从控单元发送唤醒指令；从控单元根据唤醒指令进行参数配置；主控单元向从控单元发送检测逻辑，从控单元根据检测逻辑对电池模组进行功能检测。可以实现对电池模组的检测，提高检测效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。