[发明专利]检测电池组荷电状态和健康状态的集成装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种实时检测电池组荷电状态和健康状态的集成装置、系统及方法，属于储能锂电池性能监测领域，集成装置包括换能片、带槽铝片、无槽铝片以及信号线，每两个软包电芯之间均设置有无槽铝片，换能片嵌装在有槽铝片中，有槽铝片贴合固定在整个软包电芯组的相对两侧面，信号线与换能片的两极相连，本发明还提供了一种具有实时检测软包电池组荷电状态和健康状态的集成系统，其包括如上所述的集成装置，超声信号收发单元、电池测试仪、任意函数波形发生器和示波器。还提供了一种集成装置与待检测的软包电池组组装方法。本发明装置和方法可以对电池组SOC/SOH进行实时监测和数据的采集。

技术领域

本发明属于储能锂电池性能监测领域，尤其是涉及一种可检测软包电池组荷电状态和健康状态的集成装置、测试系统及其方法。

背景技术

目前，在对锂离子电池相关材料进行研究的同时，电池性能的检测手段与评价方法也越来越受到了人们的重视。锂离子电池的性能指标包括容量、功率、循环寿命和安全性等诸多参数，如何快速有效的对其中的重要指标进行测定并由此合理的评价电池性能，是电池成组设计的基础，也是实现高效的电池管理的基础。

对锂电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的主要判断依据是当前的静态容量。锂电池内部是一个复杂的电化学体系，其性能由诸多因素共同影响和决定，研究电池内部的微观机理有利于人们从根本上了解电池性能衰减的原因，更准确的对电池进行评价。

但是，由于研究微观参数要对电池进行拆解，电池内部的封闭体系必然会遭到破坏，电池极片以及电解液在遇到空气后会产生物理或化学变化，影响测试的准确性，而且对于商品电池来说，利用微观参数来表征电池的性能也需要对电池进行不可逆拆解，这意味着对大批量的电池而言只能进行取样测试，并不能确保所有电池性能一致，然而在电池组中单一电池的性能不稳定很可能会被逐渐放大，造成整个电池组性能的快速衰减甚至发生爆炸等危险。因此，微观参数的评价手段并不适用于大批量商业电池检测。

在锂电池的全生命周期内，SOC/SOH估算的误差大小直接影响了锂电池组的使用性能以及使用寿命。传统的估算是通过采集蓄电池组的电压、电流以及温度，采用开路电压结合安时积分法的算法来实现，这种算法不仅精度不高(一般在10％左右)，而且存在比较大的累积误差。

目前，对电池SOC和SOH的估算，主要是通过采用多种方案和算法的综合方式来减少误差，这使得检测传感器系统复杂，软件算法也十分冗余。超声作为一种成熟的无损检测手段，有别于传统的电化学手段，能直接获得电池内部的物理变化。从锂电池的内部结构以及充放电的化学反应入手，使用超声波检测技术直接读取与锂电池SOC/SOH相关的物理量。初步研究发现，该物理量与锂电池的SOC/SOH有着非常良好的线性关系，该线性关系受温度影响很小，受锂电池组负载电流大小的影响也非常小，其测量精度最高可达1％。该测量方法还能检测锂电池的漏液，鼓包等故障现象，大大提高了锂电池储能系统的可靠性。在研究初期阶段，已完成对单个电芯全生命周期下的超声信号特征数据的采集和处理，但由于超声检测装置由多部件构成，无法直接嵌入电池组中进行不同充放电状态下的实时检测，并且目前暂无任何将超声实时检测装置集成到电池组上的实例。

因此，需要开发一种能够检测电池组的无损检测装置、系统或者方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种实时检测电池组荷电状态和健康状态的集成装置、系统及方法，其目的在于，在不破坏软包电池组原有结构功能且不增加原有体积的前提下，将超声检测装置集成到软包电池组中，对电池组SOC/SOH进行实时监测和数据的采集，以获得电池组的性能评判结果。