一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备技术方案

本发明专利技术公开了一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备，包括控制采样单元、可调负载单元、可恢复断路装置、不可恢复断路装置、供电单元和交互单元以及内置的短路保护功能验证控制算法。本发明专利技术以完善的采样能力和控制算法，控制省去大电流消纳能力的可调负载及可恢复断路装置，配合灵活的供电和交互方式，实现了一套便携式短路保护功能测试解决方案；在对锂电池系统的短路保护功能进行合格判定时，可以替代传统固定式短路试验机，具有方便现场测量、节约测试时间的优势。本发明专利技术填补了该测试领域便携、灵活、高效测试方法及系统的空白，可为锂电池生产企业、检测机构及质量监管部门高效开展工作提供技术支撑。监管部门高效开展工作提供技术支撑。监管部门高效开展工作提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备


[0001]本专利技术属于锂电池安全测试
，具体涉及一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备。

技术介绍

[0002]近年来，由于具备大容量、长寿命、高能量密度及快速充电等优点，锂电池在电子电器、电动汽车、新能源储能等领域广泛应用，相关行业发展迅猛；然而，锂电池引起的安全事故层出不穷，有些事故甚至会严重威胁用户生命健康，带来极大的经济损失。因此，对锂电池样品展开快速、准确的安全检测，成为了提升锂电池产品质量，保障用户与公众安全的重要环节。
[0003]目前，锂电池产品在设计研发、检测认证、运输鉴定等环节，需要依据不同的标准进行安全检测，如《GB 31241
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2014便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》、《GB 38031
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2020电动汽车用动力蓄电池安全要求》、联合国危险货物运输手册第38.3条款(UN38.3)等。由于外部短路是锂电池出现安全事故的主要原因之一，主流锂电池安全标准中均规定了锂电池系统外部短路的试验要求，用以判断锂电池样品在意外短路情况下的安全表现。
[0004]在实际应用中，锂电池系统通常由几个至几千个单体锂电池与具有多种监测保护功能的电池管理系统(BMS)或功率变换系统(PCS)共同组成，锂电池系统是否具备短路保护功能，决定了其测试样品在外部短路试验中的表现出巨大差异。对于不具有短路保护功能的单体锂电池和部分锂电池系统，样品在外部短路试验时会将内部存储的所有化学能转换为电能释放出来，较大的短路电流会维持至样品能量释放完毕；在此过程中，如果放电倍率较大，样品会出现显著温升，若样品存在设计缺陷或质量问题，可能出现热失控现象。
[0005]对于具有短路保护功能的锂电池系统，当样品BMS或PCS检测到超过阈值的大电流，可迅速关断输出端口停止对外供电；短路电流仅有短暂的尖峰，随后马上归零或限制为很小的值，从而避免样品出现热失控等不良现象。
[0006]由于外部短路试验是主流锂电池标准中均有涉及的重要试验，已有许多研究和专利技术围绕这一试验提出了不同的解决方案。例如公开号为CN111413633A的中国专利提出一种动力电池短路试验机，包括机箱、真空泵以及接触器，以实现大电流、长寿命的短路测试；公开号为CN110764008A的中国专利在传统短路试验机的基础上增加至少一个试验仓，提升了短路测试效率；公开号为CN114384420A的中国专利提出利用吸热板和散热鳞片对测试电池快速吸热，提升测试的安全性；公开号为CN113514777A的中国专利则通过大电流短路开关装置替代传统真空箱进行短路试验，使得短路试验机的设计更为紧凑。然而，现有的外部短路试验设备，为了吸收和消纳电池样品长时间大电流放电产生的巨大能量，均采用了体积较大的机箱搭配具有足够散热能力的电阻箱的固定式设计，在安装调试完毕后只能在实验室固定位置展开测试。
[0007]实际上，UN38.3.3(g)条款中规定，对于由多个电池模组构成的电池集合(或称为
电池系统)，仅需验证其短路保护功能有效即可判定为合格；GB 40165
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2021标准第8章也针对短路保护功能的测试方法也规定“BMS发现短路并动作切断电路”即判定该项目合格。也就是说，在类似测试项目中，短路试验设备无需消纳电池样品长时间大电流短路产生的所有能量，只需应对短路保护功能响应前短暂的电流尖峰能量即可。
[0008]在上述场景中，传统短路试验机无法充分利用其大型电阻箱强大的散热优势，反而由于其固定式设计所限，无法方便地开展现场测试，增加了样品运输的物流成本和试验周期延长的时间成本，存在优化升级的空间。

技术实现思路

[0009]鉴于上述，本专利技术提供了一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备，在对锂电池系统的短路保护功能进行合格判定时，可以替代传统固定式短路试验机，具有方便现场测量、节约测试时间的优势。
[0010]一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备，包括可恢复断路装置、不可恢复断路装置、控制采样单元、可调负载单元以及交互单元，其中：
[0011]所述不可恢复断路装置串接于锂电池系统的测试回路上，当测试回路的电流过大时其自动熔断，从而断开测试回路；
[0012]所述可恢复断路装置串接于锂电池系统的测试回路上，当系统短路电流或最大测试时间超过程序设定值后，其根据控制采样单元发来的控制指令断开测试回路；
[0013]所述可调负载单元串接于锂电池系统的测试回路上，其根据控制采样单元发来的控制指令在一定范围内调节自身的负载阻值；
[0014]所述控制采样单元用于采集锂电池系统电压及测试回路电流的状态信息，进而通过内置的短路保护功能测试控制算法程序自动计算得到短路保护功能测试结果，并将状态信息及测试结果发送给交互单元，同时为可调负载单元和可恢复断路装置提供相应的控制指令；
[0015]所述交互单元作为用户操作及观察测试结果的交互界面，其接收用户的操作指令(包含设定的设备运行参数)以及控制采样单元提供的状态信息及测试结果，进而对状态信息及测试结果进行显示。
[0016]进一步地，所述便携式短路保护功能测试设备还包含有供电单元，其采用电力电子变换器对市电或电池供电进行转换后为可恢复断路装置、控制采样单元、可调负载单元以及交互单元提供相应的工作电压。
[0017]进一步地，所述控制采样单元由控制器、电压采样模块、电流采样模块和通信模块构成，其中控制器内置短路保护功能测试控制算法程序，在测试开始前，可根据交互单元传来的操作指令设定算法程序的具体参数(如短路时间、电流阈值等)，进而控制可调负载单元和可恢复断路装置的工作状态；在测试过程中，电压采样模块采集锂电池系统的电压，电流采样模块采集测试回路的电流，进而根据这些电压电流信息结合算法程序调整可恢复断路装置的工作状态；在测试完成后，根据算法程序自动计算得到短路保护功能测试结果并通过通信模块传递给交互单元进行显示。
[0018]进一步地，所述短路保护功能测试控制算法程序的执行流程为：开始测试后，使设备中各组成单元完成上电后的初始化，待机等待测试参数的初始设置；用户根据待测样品
参数及采用标准的具体要求，使用交互单元配置短路阻抗、短路保护电流阈值、最大测试时间；完成设置后，将设备与待测样品(锂电池系统)连接，并完成温度传感器的布置；确认连接完毕后，即可通过交互单元启动测试，可调负载单元首先调整至正确阻抗，随后使可恢复断路装置闭合，测试回路中出现短路电流，借助控制采样单元采集样品电压及回路电流，在不可恢复断路装置未熔断情况下进行逻辑判断，具体地：当回路电流在测试中切断且确认待测样品正确连接时，则判定为样品短路保护功能生效；当回路电流或瞬时电流低于短路保护电流阈值时，重新设定合适的回路阻抗，重复上述操作；当回路电流维持且高于短路保护电流阈值时，记录放电时长，若放电时长超过设定的最大测试时间，则判定为样品短路保护功能失效。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对锂电池系统的便携式短路保护功能测试设备，其特征在于：包括可恢复断路装置、不可恢复断路装置、控制采样单元、可调负载单元以及交互单元，其中：所述不可恢复断路装置串接于锂电池系统的测试回路上，当测试回路的电流过大时其自动熔断，从而断开测试回路；所述可恢复断路装置串接于锂电池系统的测试回路上，当系统短路电流或最大测试时间超过程序设定值后，其根据控制采样单元发来的控制指令断开测试回路；所述可调负载单元串接于锂电池系统的测试回路上，其根据控制采样单元发来的控制指令在一定范围内调节自身的负载阻值；所述控制采样单元用于采集锂电池系统电压及测试回路电流的状态信息，进而通过内置的短路保护功能测试控制算法程序自动计算得到短路保护功能测试结果，并将状态信息及测试结果发送给交互单元，同时为可调负载单元和可恢复断路装置提供相应的控制指令；所述交互单元作为用户操作及观察测试结果的交互界面，其接收用户的操作指令以及控制采样单元提供的状态信息及测试结果，进而对状态信息及测试结果进行显示。2.根据权利要求1所述的便携式短路保护功能测试设备，其特征在于：该测试设备还包含有供电单元，其采用电力电子变换器对市电或电池供电进行转换后为可恢复断路装置、控制采样单元、可调负载单元以及交互单元提供相应的工作电压。3.根据权利要求1所述的便携式短路保护功能测试设备，其特征在于：所述控制采样单元由控制器、电压采样模块、电流采样模块和通信模块构成，其中控制器内置短路保护功能测试控制算法程序，在测试开始前，可根据交互单元传来的操作指令设定算法程序的具体参数，进而控制可调负载单元和可恢复断路装置的工作状态；在测试过程中，电压采样模块采集锂电池系统的电压，电流采样模块采集测试回路的电流，进而根据这些电压电流信息结合算法程序调整可恢复断路装置的工作状态；在测试完成后，根据算法程序自动计算得到短路保护功能测试结果并通过通信模块传递给交互单元进行显示。4.根据权利要求1所述的便携式短路保护功能测试设备，其特征在于：所述短路保护功能测试控制算法程序的执行流程为：开始测试后，使设备中各组成单元完成上电后的初始化，待机等待测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜进，蔡永华，李镇，万旺军，张晓峰，余阳，潜飞，沈元彬，
申请(专利权)人：杭州海关技术中心，
类型：发明
国别省市：