一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于锂电池管理系统技术领域，公开了一种基于电容变化检测的电池安全检测方法及系统，使用

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法及系统


[0001]本专利技术属于锂电池管理系统
，尤其涉及一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法
。

技术介绍

[0002]目前，全球的能源缺乏，大气污染严重，人类面临着新的挑战，可持续发展的清洁能源越发引起人们的关注
。
此外，能源消耗往往伴随着严重的环境污染
。
为了应对当前所面临的严峻的经济和环境问题，近年来大力推行低污染高效率的新能源的发展，电动汽车
(EV)、
光伏
、
风能
、
智能电网等作为解决环境污染和能源危机问题的比较有前途的解决方案，越来越受到人们的关注
。
电池被广泛用作此类应用的储能系统
。
其中，锂离子蓄电池
(
简称锂电池
)
因其环保和较长的使用寿命作为主要使用的电池
。
因此，人们需要更加注重锂电池的消耗和污染问题
。
以现在的科技条件来看，锂电池的应用技术还不够成熟，依然存在着很多需要解决的问题，如鼓包
、
爆炸
、
着火等安全问题
。
因此，锂电池的应用和维护技术成为研究热点，进而对锂电池的可靠性
、
安全性和使用寿命的改善，也成为了锂电池的成大课题
。
[0003]在锂电池的工作过程中，人们可以通过电池管理系统
(Battery Management System,BMS)
来检测电池的使用状态是否良好，以及锂电池的重要参数是否正常，如果锂电池在工作过程中发生了某种不正常的现象，电池管理系统可以进行报警，还可以及时地切掉电源，避免造成二次事故
。
它可以使得电池在使用的过程中更加安全可靠，并且可以延长电池的使用寿命
。
电池管理系统是对动力电池组进行监测
、
控制和保护的软硬件系统
。
电池管理系统由主控制器
、
参数采集和评估系统
、
均衡管理系统
、
能量管理系统
、
热管理系统
、
安全保护系统
、
通信与数据存储系统组成
。
其中，安全保护系统为电池管理系统的最后一道防线，负责对锂电池的安全状态监控，尽地保证锂电池安全的使用，因此尤为重要
。
目前市面上的安全检测系统主要是利用传感器对锂电池进行检测，每一块锂电池都需要一个传感器对其进行检测，但由于单个锂电池电压和容量的限制，为了满足能量和功率的要求，锂电池单体一般都采用并联和串联的方式，因此，对锂电池进行安全检测需要大量的传感器元器件，其成本和复杂性都阻碍了该方法在现实中的大规模应用
。
目前，亟待提出能解决上述问题的技术方案
。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)
现有的对锂电池安全检测技术还不够成熟，技术深度和宽度都不足以满足市场需求
。
[0006](2)
现有的安全检测技术需要大量的传感器，成本和复杂度太高，不利于维护和大规模应用
。
[0007](3)
在复杂的电磁环境下传感器的容易受到电磁干扰，其灵敏度和检测效果会受到严重的影响
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种锂电池管理系统中安全检测模块，尤其涉及一种基于电容变化的检测方法
。
[0009]本专利技术提出一种基于电容变化的检测方法，该基于电容变化的检测方法包括：使用计算机辅助工程软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证；在电路仿真软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数；对搭建完成的电路模型，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，实现电容变化的检测
。
[0010]进一步，基于电容变化的检测方法包括以下步骤：
[0011]步骤一，对电容决定式进行分析；
[0012]步骤二，使用计算机辅助工程软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律；
[0013]步骤三，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型；
[0014]步骤四，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；
[0015]步骤五，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平
。
[0016]进一步，以下是对每个步骤的具体实现方案和详细工作原理的进一步描述：
[0017]步骤一：对电容决定式进行分析
[0018]1.
电容决定式的理解：电容决定式是描述电容大小的公式，它由电极面积
、
电极间距
、
电极材料等因数决定
。
这个公式可以用来分析和理解电容的特性
。
[0019]2.
电极极化效应的分析：在充电和放电过程中，电极上的电荷会产生电场，这个电场反过来会影响电容的大小，即产生极化效应
。
理解并考虑这种效应是准确检测电容变化的关键
。
[0020]3.
电容变化规律的研究：通过研究电容决定式，本专利技术理解电容的变化规律
。
例如，增加电极间距会减小电容，而增加电极面积则会增加电容
。
[0021]步骤二：使用
Ansys
仿真软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律
[0022]1.
利用
Ansys
仿真软件建立电池包的等效模型：在
Ansys
中，本专利技术根据电池包的形状和结构，建立起电池包的等效模型
。
[0023]2.
在等效模型上模拟双极板间电容：在模型上定义好电极和电势后，就可以计算出双极板间的电容
。
[0024]3.
验证极板间电容变化规律：通过改变电极的距离或面积，本专利技术验证由电容决定式得出的电容变化规律
。
[0025]步骤三：使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型
[0026]1.
电路模型的构思：根据电容变化的特性，构思出相应的检测电路
。
常见的有
RC
滤波电路
、
电荷放大器等
。
[0027]2.
在
LTspice
中建立电路模型：在
LTspice
中，根据构思的电路，设置相应的电子元件和连接方式，建立起电路模型
。
[0028]3.
电路模型的仿真：接通电源后，观察输出电压或电流的变化，以验证电路模型的正确性
。
[0029]步骤四：根据实验测量得到的实际锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，包括：使用计算机辅助工程软件建立等效电容模型并按照电容决定式进行理论验证；在电路仿真软件中建立实现电容变化检测仿真电路模型；根据实验测量得到的实际电池包之间的电容确定电路参数；在搭建好电路模型后，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平，实现电容变化的检测
。2.
如权利要求1所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，基于电容变化检测的电池包安全检测方法包括以下步骤：步骤一，对电容决定式进行分析；步骤二，使用计算机辅助工程软件对双极板间电容进行建模来验证极板间电容变化规律；步骤三，使用电路仿真软件建立电容变化检测仿真电路模型；步骤四，根据实验测量得到的实际锂电池包之间的电容确定电路参数；步骤五，根据实际需要的检测灵敏度确定电压比较器的阈值电平
。3.
如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤二的实现方法为：利用计算机辅助工程软件建立电池包的等效模型：在
Ansys
中，本发明根据电池包的形状和结构，建立起电池包的等效模型；在等效模型上模拟双极板间电容：在模型上定义好电极和电势后，就可以计算出双极板间的电容；验证极板间电容变化规律：通过改变电极的距离或面积，本发明验证由电容决定式得出的电容变化规律
。4.
如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤三的实现方法为：电路模型的构思：根据电容变化的特性，构思出相应的检测电路；在
LTspice
中建立电路模型：在
LTspice
中，根据构思的电路，设置相应的电子元件和连接方式，建立起电路模型；电路模型的仿真：接通电源后，观察输出电压或电流的变化，以验证电路模型的正确性
。5.
如权利要求2所述的基于电容变化检测的电池包安全检测方法，其特征在于，步骤四的实现方法为：实际电容的测量：通过实验，实际测量锂电池包之间的电容；根据实际电容调整电路参数：将实际测量的电容值代入电路模型中，根据需要调整电路元件的参数，使得电路模型更贴近实际情况
。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：李白海，窦汝哲，黄海坤，毕闯，文安，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：