一种具有通讯功能的电芯及电芯参数检测方法

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其是涉及一种具有通讯功能的电芯及电芯参数检测方法。

背景技术

电芯是指电池中最基本的组成部分，电芯是储存和释放电能的基本单元。电芯的种类很多，分铅酸电芯/锂离子电芯/钠离子电芯等。离子型电芯主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，外加正负极引线，安全阀等。锂离子电芯的锂离子以电解液为介质在正负极间运动，实现电池的充放电。充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，经过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中，放电则相反。多个电芯、连接片等拼装组成电池。

电池或电池系统的能量单元为电芯，在由多个电芯组成的电池或电池系统，一般需要外加测试检测单元，必要时需要增加电池保护电源。对电芯进行检测时，目前主要是在电芯外部增加检测单元，外部检测单元需要接入电芯的正负极才能获得电芯的电压，需要额外安装传感器才能获得电池的温度或电流数据。缺点是，当并联电芯个数较多时，外部检测单元获得的电压数据为多个电芯综合电压数据，非单个电芯的数据。温度传感器也未能及时传递每个电芯的内部温度数据，这给获取电池或电池系统每个电芯的具体参数带来了一定的困难，留下一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种具有通讯功能的电芯及电芯参数检测方法，解决多电芯并联使用时无法检测到单个电芯的数据和单个电芯是否断开回路的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种具有通讯功能的电芯，包括电芯本体，电芯本体上集成有半导体芯片、传感器和有线通讯接口，半导体芯片信号连接传感器，半导体芯片对传感器所传递的信息进行转换、并将转换数据通过有线通讯接口对外传输。

本发明采用上述技术方案，电芯本体上集成的半导体芯片为具备检测模拟量和通讯接口的集成电路，半导体芯片利用内部的模数转换器可以检测电芯的电压数据，传感器为具备将物理量转化为半导体芯片能识别的信号器件，可用于传递电芯的温度、电流值、SOC(荷电状态)等特征，由半导体芯片对传感器所传递的温度特征进行转换计算，可得到电芯的温度等数据。结合检测到电芯的电压数据、电流数据及荷电状态值编成数字编码的格式，通过有线通讯接口进行协议传输。电芯并联使用时的单个电芯的相关数据是由电芯上的半导体芯片检测完成，并通过有线通讯接口可读取获得。通过系统数据比较，当其他电芯有电流或者电压变化时，某个或部分电芯无电流或者电压变化时，系统判断该电芯或该部分电芯断开了回路。实现在并联使用时检测单电芯的数据和判断电芯是否断开回路。

上述的具有通讯功能的电芯，电芯本体由正负极材料、隔膜及电解液组成，电芯本体外设有电芯正极耳和电芯负极耳，电芯正极耳与电芯负极耳分别与电芯本体内部的正极材料和负极材料导通。

上述的具有通讯功能的电芯，半导体芯片的电源输入端分别线连接在电芯正极耳与电芯负极耳上。

上述的具有通讯功能的电芯，传感器包括电流传感器，电流传感器线连接在电芯负极耳上，半导体芯片与电流传感器信号连接。电流传感器用于检测运行时的电芯流过的电流。

上述的具有通讯功能的电芯，传感器包括温度传感器，温度传感器可集成安装在电芯本体内部或表面，半导体芯片与温度传感器信号连接。温度传感器用于检测电芯在运行中的温度。

上述的具有通讯功能的电芯，半导体芯片线路连接有芯片外围电路，该芯片外围电路由匹配芯片工作的电阻和电容组成，用于滤波与限流。

本发明还提供另一技术方案是：一种电芯参数检测方法，检测上述的电芯的相关参数，包括利用半导体芯片和传感器获取电芯本体的相关物理参数，并将该参数信息传递至半导体芯片中进行转换处理，半导体芯片将所转换处理的信息传输至有线通讯接口向外传输，半导体芯片、传感器和有线通讯接口集成在电芯本体上。

本发明的方法，利用传感器可获取电芯本体的电流值、温度数据、SOC荷电状态值等相关参数，并将参数信息传递至半导体芯片中，半导体芯片将所接收的传感器传输的信息进行转换处理，可得到电芯的电流值、电压值、温度等数据，并通过有线通讯接口进行对外协议传输，通过连接有线通讯接口即可获取到电芯的相关信息，在多个电芯并联和串联使用时，能够获取单电芯的数据和判断电芯是否断开回路。

上述的电芯参数检测方法，半导体芯片利用内部的模数转换可用于检测电芯的电压数据。

上述的电芯参数检测方法，半导体芯片根据在一定时间t0-t1内的电压变化值V1-V0与电流值I1的比值，得出电芯的电芯内阻。

上述的电芯参数检测方法，多个电芯并联使用时，通过通讯线连接在有线通讯接口上，当有个别或部分电芯无电流或电压变化时、判断该个别或部分电芯断开回路。

本发明取得的有益效果是：通过半导体芯片及传感器检测单个电芯的物理参数如电流值、电压值、荷电状态值、电芯本体的温度等，由半导体芯片进行转换，将其转换成可以直接读取的数据，并通过有线通讯接口对外协议传输，在多个电芯并联使用时，连接有线通讯接口可获取单电芯的物理参数。外部系统可不再需要检测接入，节省了检测硬件和工程安装。有利于电池系统后续的维护、梯次利用检测，有利于提高电池系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明实施例一种具有通讯功能的电芯的结构框图；

图2是本发明实施例一种具有通讯功能的电芯的具体连接结构框图；

图3是本发明实施例多个电芯串联的结构示意图；

图4是本发明实施例多个电芯并联的结构示意图。

附图标记说明：电芯本体1，电芯正极耳11，电芯负极耳12，半导体芯片2，传感器3，有线通讯接口4，芯片外围电路5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参照图1至图2所示，一种具有通讯功能的电芯，包括电芯本体1，电芯本体1上集成有半导体芯片2、传感器3和有线通讯接口4，半导体芯片2信号连接传感器3，半导体芯片2对传感器3所传递的信息进行转换、并将转换数据通过有线通讯接口4对外传输。

在图1中，连接1、连接2、连接3、连接4表示线路连接。

电芯本体1由正负极材料、隔膜及电解液组成，电芯本体1外设有电芯正极耳11和电芯负极耳12，电芯正极耳11与电芯负极耳12分别与电芯本体1内部的正极材料和负极材料导通。

半导体芯片2的电源输入端分别线连接在电芯正极耳11与电芯负极耳12上。

传感器3包括电流传感器，电流传感器线连接在电芯负极耳12上，半导体芯片2与电流传感器信号连接。

传感器3包括温度传感器，温度传感器可集成安装在电芯本体1内部或表面，半导体芯片2与温度传感器信号连接。

半导体芯片2线路连接有芯片外围电路5，该芯片外围电路5用于滤波与限流。芯片外围电路5可以是匹配芯片工作的电阻/电容等，电容的作用是滤波，让芯片的工作电压更稳定，电阻的作用是限流，以免芯片的输入或者额输出过电流，起到保护芯片的作用。

本发明还公开一种电芯参数检测方法，检测上述具体实施方式所述的电芯的相关参数，包括利用半导体芯片2和传感器3获取电芯本体1的相关物理参数，并将该参数信息传递至半导体芯片2中进行转换处理，半导体芯片2将所转换处理的信息传输至有线通讯接口4向外传输，半导体芯片2、传感器3和有线通讯接口4集成在电芯本体1上。

半导体芯片2利用内部的模数转换可用于检测电芯的电压数据。

半导体芯片2根据在一定时间t0-t1内的电压变化值V1-V0与电流值I1的比值，得出电芯的电芯内阻。

多个电芯并联使用时，通过通讯线连接在有线通讯接口4上，当有个别或部分电芯无电流或电压变化时、判断该个别或部分电芯断开回路。

半导体芯片2采用ASIC芯片，主要包括内核、数模转换器、时钟电路、ART电路等。基于该芯片，通过一定算法实现相关检测和通讯功能。

电芯并联使用时，单个电芯的数据通过电芯本体1上的半导体芯片2结合传感器3检测完成，并通过有线通讯接口4建立通讯连接，连接通讯线可以读取获得。多个电芯并联，并联时各芯片采集的各个电芯的电压值接近，无明显差别。在刚并联芯片采集各个电芯的电压差别比较明显时，电芯经过环流后，最后各个电芯的电芯电压恢复相同或接近的状态。在实际应用过程中，采集的电芯内阻为电芯的直流内阻，其可通过电压与电流比值确定。R＝△V/I1(△V为电芯在电流I0时的电压V0与电流I1时的电压V1差，即电芯从I0到I1时变化的电压：△V＝V1-V0)；SOC是估算出来的，主要通过安时积分(电流对时间的积分)为主，OCV(开路电压)结合电芯电流、温度做修正为辅的估算法。

电芯并联使用时的每个电芯的数据是通过各个电芯上的半导体芯片2及传感器3检测完成，通过对所采集的各个电芯的数据比较，当其他电芯有电流或电压变化时，其中一个电芯或其中部分电芯的电流或电压无变化，则系统可确定该电芯或该部分电芯断开回路。可实时，直观的检测电芯运行状态。

综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。