一种可控电池短路测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可控电池短路测试装置及其测试方法，装置包括n个短路支路、主回路继电器、电压传感器、示波器和电流传感器；每个短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，n个短路支路并联连接后的一端分别与主回路继电器的一端、电压传感器连接，n个短路支路并联连接后的另一端与电流传感器连接，主回路继电器的另一端与被测电池的正极连接，被测电池的负极分别与电流传感器和电压传感器连接，电流传感器和电压传感器还与示波器连接，示波器用于显示电流、电压波形。MOS管的开通与关断由单片机与Si8271AB

【技术实现步骤摘要】
一种可控电池短路测试装置及其测试方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种基于在电池外电路边界测试中可控电池短路测试装置及其测试方法。

技术介绍

[0002]电池外短路防护中，存在两条反时限的防护边界条件，分别为性能防护边界和安全防护边界。两条防护边界将熔断器的熔断特性划分为三个区间，分别对应熔断后电池无性能损伤、熔断后电池无安全风险但有性能损伤以及无法保证系统外短路场景熔断安全。针对电池系统外短路防护安全设计，需要明确电池性能防护边界和安全防护边界以作为防护设计的依据。对于特定电池类型，需要采用测试逼近法逐渐向两条边界条件靠近，即需要设计电流与熔断时间的正交测试试验，逐渐逼近并拟合出两条防护边界曲线。目前，可以进行大电流分断测试的设备主要包括充放电设备、短路测试设备以及熔断器等。
[0003]然而，在以上三种主要的大电流分断测试设备均存在各自问题：充放电设备可以实现可控的过流测试试验，但电流大小等级以及分断时间尺度无法满足短路防护测试需求；短路测试设备可以实现真实的电池短路测试，但短路分断时间太长，主要进行不控短路测试；熔断器可以实现短时大电流分断，但其熔断时间与电流大小耦合，也无法实现电流、时间的双重可控。因此，要进行电池外短路研究测试，关键在于搭建短路电流和短路时间双重可控的短路测试装置，来实现电池的电流与分断时间的正交测试试验。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于搭建一个切实可靠的短路电流和短路时间双重可控的短路测试装置，来实现电池的电流与分断时间的正交测试试验。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种可控电池短路测试装置，包括：n个短路支路、主回路继电器、电压传感器、示波器和电流传感器；
[0007]每个短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，
[0008]n个短路支路并联连接后的一端分别与主回路继电器的一端、电压传感器连接，n个短路支路并联连接后的另一端与电流传感器连接，主回路继电器的另一端与被测电池的正极连接，被测电池的负极分别与电流传感器和电压传感器连接，电流传感器和电压传感器还与示波器连接，示波器用于显示电流、电压波形。
[0009]在上述方案的基础上，所述MOS管的开通与关断由单片机与Si8271AB
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IS芯片相结合的方式实现，具体为：单片机产生的PWM波接入Si8271AB
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IS芯片，Si8271AB
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IS芯片产生的驱动信号控制MOS管的开通与关断。
[0010]一种基于可控电池短路测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1：选定被测电池为研究对象；
[0012]步骤S2：搭建短路支路，短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，利用
MOS管开关频率高的特性实现短时分断时间的可控；
[0013]采用n个MOS管并联形成的短路支路的原因为在模拟短路防护实验中需要极短的短路分断时间，而一般的短路测试设备暂时无法达到要求，所以应用到电力电子器件中的MOS管，其具有较高的开关频率，在需要时给予电路一个极短时间的通路，以此来完成模拟电池短路防护实验过程中的电路特征；
[0014]步骤S3：利用单片机与Si8271AB
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IS芯片设置短路时间和短路电流，对短时大电流熔断场景进行故障复现；在现实工业生产过程中由于各种电池的容量，短路电流，电压的不同，实验需要模拟各种电池尤其是大电流模拟熔断场景。由于短路场景对电池造成的影响可能存在累积效应，因此测试过程中可能需要进行多次短路，其中短路次数则需要根据安全防护等级和防护目标设定。熔断过程的模拟需要设置短路电流和短路时间，具体模拟方法见步骤S2与步骤S3所述；
[0015]所述设置短路电流的步骤具体为：利用单片机与Si8271AB
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IS芯片控制MOS管的通断个数，调整短路外电阻，进而得到不同大小的短路电流；
[0016]所述设置短路时间是将短路支路中所有的MOS管通过控制进行同时导通与关断。
[0017]调整短路外电阻，其意义就是控制被测电池的短路电流。原因为MOS管在通态时会有一个通态电阻，在导通时可以将其看成一个纯电阻来进行分析，在将其并联后根据电阻并联后阻值越并越小的原理，在不影响其外电路导通的前提下调节短路外电阻大小，进而调节被测电池短路时的短路电流大小；
[0018]步骤S4：结合被测电池性能评价测试方法，进行多次短路试验，对熔断过程被测电池损伤进行定量的分析和评价；
[0019]所述被测电池性能评价测试方法包括：容量测试、内阻测试、容量增量曲线分析(ICA)和交流阻抗分析(EIS)等；
[0020]对熔断过程被测电池损伤进行定量的分析和评价是结合后续被测电池内部材料表征结果，建立被测电池外部参数与内部材料变化之间的关系，从机理角度解释防护边界选定的原因，以实现通过有限数量试验对被测电池防护边界的准确拟合；
[0021]步骤S5：若被测电池经过短路测试后出现安全问题，则证明已经达到被测电池的安全防护边界；若无安全问题出现，则对被测电池进行相应的性能标定测试，研究被测电池是否存在性能损伤，以此判断是否达到电池的性能防护边界。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]在以往的电池外电路短路防护边界测试中主要应用的设备是充放电设备、短路测试设备以及熔断器，这三种设备各有优缺点存在，但是均无法满足短路电流和短路时间双重可控这一重要条件，导致在短路试验中经常导致电池短路测试无法控制。
[0024]本专利技术不仅通过控制MOS管的通断来控制短路外电阻的大小，进而控制短路电流大小，而且巧妙地利用了MOS管拥有较高开关频率的特点来进行电池短路时间的控制，通过对并联MOS管的使用有效地解决了实验中对短路时间和短路电流的双重控制。
附图说明
[0025]本专利技术有如下附图：
[0026]图1为本专利技术测试方法的流程图。
[0027]图2为本专利技术测试装置示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图1
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2对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]一种可控电池短路测试装置，如图2所示，包括：n个短路支路、主回路继电器、电压传感器、示波器和电流传感器；
[0030]每个短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，
[0031]n个短路支路并联连接后的一端分别与主回路继电器的一端、电压传感器连接，n个短路支路并联连接后的另一端与电流传感器连接，主回路继电器的另一端与被测电池的正极连接，被测电池的负极分别与电流传感器和电压传感器连接，电流传感器和电压传感器还与示波器连接，示波器用于显示电流、电压波形。
[0032]在上述方案的基础上，所述MOS管的开通与关断由单片机与Si8271AB
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IS芯片相结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控电池短路测试装置，其特征在于，包括：n个短路支路、主回路继电器、电压传感器、示波器和电流传感器；每个短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，n个短路支路并联连接后的一端分别与主回路继电器的一端、电压传感器连接，n个短路支路并联连接后的另一端与电流传感器连接，主回路继电器的另一端与被测电池的正极连接，被测电池的负极分别与电流传感器和电压传感器连接，电流传感器和电压传感器还与示波器连接，示波器用于显示电流、电压波形。2.如权利要求1所述的可控电池短路测试装置，其特征在于，所述MOS管的开通与关断由单片机与Si8271AB
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IS芯片相结合的方式实现，具体为：单片机产生的PWM波接入Si8271AB
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IS芯片，Si8271AB
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IS芯片产生的驱动信号控制MOS管的开通与关断。3.一种基于权利要求1或2所述的可控电池短路测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：选定被测电池为研究对象；步骤S2：搭建短路支路，短路支路由n个MOS管并联后再串联一个分流器组成，利用MOS管开关频率高的特性实现短时分断时间的可控；步骤S3：利用单片机与Si8271AB
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IS芯片设置短路时间和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢学彬，袁德强，张文忠，刘金柱，张维戈，王占国，龚敏明，周兴振，郑珺祥，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：