一种过流能力的检测方法及装置与流程

本申请涉及电池模组的电气设计及评估领域，具体而言，尤其涉及一种电池模组内busbar过流能力的检测方法及装置。

背景技术：

锂电池被广泛应用在新能源行业，如汽车、物流车、大型移动储能等。而电池模组作为电池系统中的基本模块单元，承载着基础的安全设计使命。单个锂离子电芯首先被组装成电池模组，或者直接组装成电池包。电芯之间、模组之间通过导体连接，实现电池的串并联，实现该连接的导体在行业中被称为busbar(汇流排、汇流条、母排、汇电板)，busbar的设计需要兼顾导电和连接强度。而busbar又通过电芯上的正负极柱实现与电芯的连接。

随着动力电池电芯技术的发展，要求其使用时间也在逐步加长，在长时间使用过程中如何保证各部件的耐久性已成为动力电池模组设计中不容忽视的部分。在一个电池模组内，busbar过电流的时候会发热，根据焦耳定律，当电流比较大的时候发热会严重。如果busbar的过流能力不足，会因为过热而将热量传导至电芯。与此相对地，电芯需要在合适的温度范围内工作(一般20-45℃)，过高的温度会导致其内部发生不可逆的化学副反应，从而降低寿命。

然而，相关技术中对busbar过流能力的检测并不能准确检测busbar的过流能力。

技术实现要素：

为解决相关技术问题，本发明实施例提供一种busbar过流能力的检测方法及装置。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种过流能力的检测方法，包括：

检测第一温度和第二温度；所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度；

将所述第一温度与第二温度进行比较，得到比较结果；

基于比较结果，判断所述busbar的过流能力是否符合预设条件。

上述方案中，所述检测第一温度和第二温度，包括：

所述电池模组充电或放电过程中检测所述第一温度和第二温度。

上述方案中，所述基于比较结果，判断所述busbar的过流能力是否符合预设条件，包括：

当比较结果表征所述第一温度小于所述第二温度时，确定所述busbar的过流能力不符合预设条件。

上述方案中，所述检测第一温度和第二温度，包括：

使用接触式温度测试仪检测第一温度和第二温度；

或者，

使用非接触式温度测试仪对电池模组中包含极柱和busbar的特定区域进行温度检测，得到温度场的温度分布结果；

在所述温度分布结果中确定极柱对应的第一温度；并在所述温度分布结果中确定与所述极柱相对应的busbar的第二温度。

上述方案中，所述方法还包括：

利用与所述电池模组连接的充放电测试设备使所述电池模组充电或放电。

上述方案中，所述方法还包括：

当确定所述busbar的过流能力不符合预设条件时，输出告警信息。

本发明实施例还提供了一种过流能力的检测装置，包括：

检测子装置，用于检测第一温度和第二温度；所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度；

处理子装置，用于比较第一温度和第二温度，得到比较结果；基于比较结果，判断所述busbar过流能力是否符合预设条件。

上述方案中，所述装置还包括：充放电测试设备与所述电池模组连接，用于对所述电池模组进行充电或放电；

所述检测子装置，具体用于在所述电池模组充电或放电过程中检测所述第一温度和第二温度。

上述方案中，所述检测子装置为接触式温度测试仪、或为非接触式温度测试仪；其中，

所述非接触式温度测试仪对电池模组中包含极柱和busbar的特定区域进行温度检测，得到温度场的温度分布结果；在所述温度分布结果中确定极柱对应的第一温度；并在所述温度分布结果中确定与所述极柱相对应的busbar的第二温度。

上述方案中，所述装置还包括：输出装置，用于当确定所述busbar的过流能力不符合预设条件时，输出告警信息。

本发明实施例提供的过流能力的检测方法及装置，检测第一温度和第二温度；所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度；将所述第一温度与第二温度进行比较，得到比较结果；基于比较结果，判断所述busbar的过流能力是否符合预设条件。由于仅通过检测极柱和busbar的温度来判断busbar的过流能力是否符合预设条件，能够简便、快捷、准确地评价电池模组内busbar过流能力，从而可以有效地指导busbar和电池模组的生产。

附图说明

图1为方形硬壳电芯的典型结构示意图；

图2为方壳电芯组成电池模组的结构示意图；

图3为采用busbar实现的电池模组串联的示意图；

图4为电芯内部结构示意图；

图5为本发明实施例过流能力的检测方法流程示意图；

图6a为本发明应用实施例采用多路温度测试仪进行温度检测的装置示意图；

图6b为图6a中虚线所示区域的放大图；

图7为本发明应用实施例一种过流能力的检测装置示意图；

图8为本发明应用实施例另一种过流能力的检测装置示意图；

图9为本发明实施例过流能力的检测装置的结构组成示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述。

实际应用时，电芯分为硬壳电芯(如铝壳电芯、钢壳电芯)、软包电芯。其中，方形硬壳电芯是较为常用的一种电芯，以铝壳电芯为例，其典型结构如图1所示，铝壳1.1和铝壳1.1上方的盖帽1.2组成外部整体，二者构成电芯的主体部分，盖帽板1.2.1上凸起的部分为极柱，包括正极柱1.2.2和负极柱1.2.3。

图2为方壳电芯组成的电池模组的结构示意图。如图2所示，将多个电芯交错依次堆叠后，通过端板3和侧板4焊接的框架结构以实现电池模组的主体结构。进一步地，为了实现模组内电芯的串、并联，一般需要将busbar5(一定规格的铝片)与相邻电芯的极柱进行焊接，如图3所示。

在实际设计中，由于busbar过流能力偏低会导致发热过大，从而使电芯处于高温环境下缩短寿命。所以对busbar过流能力的检测为行业内的一个研究方向。

相关技术中，对busbar过流能力的检测方法主要源自于传统配电柜以及电力系统中busbar过流能力的设计。但实际上对于新能源行业，电池模组中busbar所处的环境和配电柜所处的环境的差异是比较大的，主要体现在：

1、二者的busbar温度上限不同：电芯的温控策略上限一般为50℃-65℃，而传统busbar的温度上限可以为90℃以上；

2、二者所处的散热环境不同：上盖和电芯极柱间的散热空间相对配电柜和配电盒较小，空气对流散热较弱；

3、电芯的busbar的形状复杂：尤其正负极，或折弯或镂空，或铜铝焊接，或铜铝复合；

4、电芯存在多个发热点：除了busbar，电芯内部的极耳过流面积约11mm²，实际上也是一个大功率发热点；

5、电芯存在主动散热系统：电池底部的液冷系统可以吸收极从外壳传递至底部的热量，电芯内部还有电解液的对流效应实现均热。

综上，由于使用环境的差异比较大，所以电池模组内的busbar的过流能力检测并不能完全套用传统busbar的过流能力检测方式。

如图4所示，电芯外壳为铝壳1.1，内部为浸润在电解液1.4内的电芯绕组1.5，极耳1.6从绕组1.5内引出，极耳1.6焊接在极耳连接片1.3(金属)上，而极耳连接片1.3焊接在电芯上盖底部。

以148×27×95mm规格的标准电芯为例，其上盖底部的极耳连接片的截面积大约为17mm²，而电池模组内电芯间的busbar的截面积约为50mm²，极柱的截面积大约为144mm²。根据电阻r＝ρl/s的计算公式，可以得到单位长度零部件的电阻值和截面积成反比，所以单位长度的电阻存在这样的关系：r连接片＞rbusbar＞r极柱。同时，根据焦耳定律，其单位长度的发热功率即p＝i²r公式可知，极耳连接片1.3处的单位长度发热功率最大，而极柱的发热功率最小。

从上面的分析可以得到，极柱可以理解为busbar和极耳连接片之间的导电和导热通道。由于电芯内部结构的复杂性，加之存在电解液的对流以及电芯外壳的辅助散热，所以其产生的热量会被各种途径耗散，而这部分能量的耗散同时也促成了电芯的温度升高。

导体的通流能力是以散热条件作为前提的，原则上，流经一个单独的导体的电流并不存在一个非常明确的最大电流，然而在特定条件下(导体不再是独立的，而是处于一个特定的环境下，比如有关联的其它器件等)，受温度上升的限制(温度的升高会影响安全和寿命)，即有了电流的限制。有电流流经过导体时，导体会产生热量，当电流很小时，通常导体能够散发的热量大于产生的热量，所以导体和其它器件所组成的设备(也可以理解为装置、电路等)不会出现什么异样；而当电流成倍增加，导体产生的热量大于导体能够散发的热量，导致导体的温度攀升，而设备中的触点位置(两个导体或导体零件间可供电流通过的交接处或接触面)或导体的缺陷处(如麻坑、斑疤、裂纹、夹渣等)急剧升温，从而会造成导体融化或氧化，进而导致导体的内阻急剧增加，触发电路漏电保护或者干脆熔断导体。而在电池模组中，busbar的最高温度一般也不会超过100摄氏度(除电池模组过热起火和爆炸的热失控情况外)，不存在熔断的危险；但电流较大时，busbar产生的热量大，传递给电芯内部的热量多，因而以电芯是否升温过大而引发不可逆化学副反应为busbar过流能力的检测标准。当busbar的温度高于电芯极柱的温度的时候，busbar产生的热量会通过极柱传递至电芯内部，电芯内部有发生不可逆化学副反应的风险(如锂离子在负极活性物质表面上沉积成金属锂；电解液的氧化；锂电池的固体电解质界面膜的溶解)，因而认为busbar的过流能力待提升；而当busbar的温度低于电芯极柱的温度的时候，此时busbar的产生的热量不会通过极柱传递至电芯内部，而是电芯内部通过极柱把热量传导致busbar，此时busbar的散热情况较好，可以认为busbar的过流能力符合要求。

同理，对于其他类型的电芯，由于电芯极柱处可视作一个热源，模组内电芯之间busbar也可视作一个热源，其发热功率的不同。若二者是分离状态，则一般会有比较明显的温差。但是由于极柱和busbar之间是通过金属焊接的，金属有较好的导热效率，所以二者温度的差异会因为存在热传递而缩小。但是即使存在热传递效应，二者的温度高低也不会发生逆转，所以通过测试二者的温度差，来判断热传递方向，从而来判断busbar的过流能力是否符合要求。

基于此，在本发明的各种实施例中，通过检测busbar和极柱的温度来判断busbar的过流能力是否符合预设条件。

本发明实施例提供了一种过流能力的检测方法，如图5所示，该方法包括：

步骤501：检测第一温度和第二温度；

这里，所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度。

其中，实际应用时，所述电池模组可以是锂电池模组、锂离子电池模组或其他具有类似结构的电池模组。这里，具有类似结构的电池模组是指：通过busbar与电芯的极住连接，从而实现电芯串并联的电池模组。

在一实施例中，可以在所述电池模组充电或放电过程中检测所述第一温度和第二温度。

这里，实际应用时，可以利用与所述电池模组连接的充放电测试设备(比如湖北德普电气股份有限公司生产的型号为bts-800v-2*300a的充放电测试设备等)使所述电池模组充电或放电。

实际应用时，可以使用温度测试仪检测所述第一温度和第二温度。

基于此，在一实施例中，可以使用接触式温度测试仪检测第一温度和第二温度。

实际应用时，在使用接触式温度测试仪测量第一温度时，用于测量第一温度的接触式温度测试仪的探头与第一界面的距离小于其与第二界面的距离；在使用接触式温度测试仪测量第二温度时，用于测量第一温度的接触式温度测试仪的探头位于第一平面和第二平面的交线位置处。

其中，所述第一界面为busbar与极柱的接触面；所述第二界面为极柱与所述电池模组的电芯主体的接触面；所述第一平面为相邻电芯的接触面；所述第二平面为busbar上表面所在的垂直于相邻电芯接触面的平面。

这里，所述电芯主体是指不包括正负极柱的电芯结构。

在另一实施例中，可以使用非接触式温度测试仪对电池模组中包含极柱和busbar的特定区域进行温度检测，得到温度场的温度分布结果；

在所述温度分布结果中确定极柱对应的第一温度；并在所述温度分布结果中确定与所述极柱相对应的busbar的第二温度。

这里，所述特定区域是从空间的角度来说的，也就是说，特定空间区域包含极柱和busbar。

实际应用时，可以只使用一个非接触式温度测试仪，可以将非接触式温度测试仪的镜头，先朝向电池模组第一侧面和第二侧面两个侧面中的一个侧面放置，同时，所述非接触式温度测试仪的中线位于电池模组的中间位置两个电芯接触面所在的平面，并且使位于第二平面上的busbar上表面和位于电池模组放置非接触式温度测试仪的镜头的一个侧面的极住外侧面在非接触式测试仪的视场角内，从而得到包含电池模组中一组极柱和对应的busbar温度的温度场的温度分布结果；接着将放置非接触式温度测试仪的镜头朝向两个侧面中的另一个侧面放置，相应地，非接触式温度测试仪的中线位于电池模组的中间位置两个电芯接触面所在的平面，并且使位于第二平面上的busbar上表面和位于电池模组放置非接触式温度测试仪镜头的另一个侧面的极住外侧面在非接触式温度测试仪的视场角内，从而得到包含电池模组中另一组极柱和对应的busbar温度的温度场的温度分布结果。

根据极柱和busbar在电池模组的位置，可以在所述温度分布结果中确定相应位置极柱的温度和对应位置busbar的温度。

其中，所述电池模组第一侧面为电池模组内所有电芯的同一侧极柱的外侧面所在的平面；与之相对的，所有电芯另一侧极柱的外侧面所在的平面为电池模组的第二侧面。

当然，也可以同时使用两个或三个非接触式温度测试仪进行温度检测。具体地，当同时使用两个非接触式温度测试仪时，分别称其为非接触式温度测试仪a和非接触式温度测试仪b。可以将a、b两个非接触式温度测试仪的镜头分别朝向电池模组第一侧面和第二侧面放置。同时也要保证非接触式温度测试仪a的视场角包括位于第二平面上的busbar上表面和位于电池模组第一侧面的极柱外侧面；而非接触式温度测试仪b的视场角包括位于第二平面上的busbar上表面和位于电池模组第二侧面的极住外侧面测试仪。

当同时使用三个非接触式温度测试仪时，分别称其为非接触式温度测试仪c、d、e。此时将非接触式温度测试仪c的镜头朝向电池模组第一侧面，使非接触式温度测试仪c的视场角包括位于第一侧面的极住外侧面；将非接触式温度测试仪d的镜头朝向电池模组第二侧面，使非接触式温度测试仪d的视场角包括位于第二侧面的极住外侧面；非接触式温度测试仪e的镜头朝向第二平面，使非接触式温度测试仪e的视场角包括位于第二平面上的busbar上表面。利用非接触式温度测试仪可以同时检测多个极柱和多个busbar的温度，根据温度分布结果确定相应极住和busbar的温度。此时，可以以位于第一和第二侧面上的每个极柱外侧面的相同位置为极柱温度的采样点(也就是说，用非接触式温度测试仪c、d得到的温度分布结果来确定相应极柱的温度)，以位于第二平面上的每个busbar上表面的相同位置为busbar的温度采样点(也就是说，用非接触测试仪e得到的温度分布结果来确定相应busbar的温度)。

步骤502：将所述第一温度与第二温度进行比较，得到比较结果；

步骤503：基于比较结果，判断所述busbar的过流能力是否符合预设条件。

具体地，当比较结果表征所述第一温度小于所述第二温度时，确定所述busbar的过流能力不符合预设条件；

当比较结果表征所述第一温度大于或等于所述第二温度时，确定所述busbar的过流能力符合预设条件。

这里，是否符合预设条件是指：是否符合电池模组正常使用时对电芯温度的要求，即电池模组的电芯温度适宜、电芯内无不可逆化学副反应发生。

当确定所述busbar的过流能力不符合预设条件时，可以输出告警信息，以便相关人员能够及时获知。

其中，实际应用时，可以通过输出装置的告警指示灯或报警铃声的开启或是高亮显示显示器上相应不符合预设条件的busbar区域等方式输出告警信息。

本发明实施例提供的方法，检测第一温度和第二温度；所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度；将所述第一温度与第二温度进行比较，得到比较结果；基于比较结果，判断所述busbar的过流能力是否符合预设条件，由于仅通过检测极柱和busbar的温度来判断busbar的过流能力是否符合预设条件，如此，能够简便、快捷、准确地评价电池模组内busbar过流能力，从而可以有效地指导busbar和电池模组的生产。

下面结合应用实施例对本发明再作进一步详细的描述。

在应用实施例中，当使用接触式温度测试仪测量时，例如如图6a所示，采用多路温度监控仪(比如东莞市联仪仪器仪表有限公司生产的型号为sh-x的多路温度记录仪)进行温度检测。在测量时，如图6b所示，测量极柱温度的探头接触位于电池模组第一侧面或第二侧面的极住外侧面，而测量busbar温度的探头接触第一平面和第二平面的交线。

在本应用实施例中，首先，利用电池管理系统(具有测量电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现)控制电池模组间的风冷或液冷系统的开启与关闭(通过采集设置在电池模组上的温度传感器的温度信号来控制)，从而将电池模组维持在设定温度(比如25℃或40℃等)。

然后，将充放电测试设备6的测试线6.1连接电池模组正负引出极，并用外接的多路温度测试仪11进行检测，举个例子来说，当多路温度测试仪11采用8路模式时，引出4根温度测试探头11.1贴在处于第一或第二侧面的极住外侧面(可以使用高温胶带实现)，测量极柱的温度；另外4跟探头贴在第二平面上的相应busbar上表面，测量busbar的温度。多路温度测试仪也可以采用16路、32路或64路模式，一次性检测更多的极住和busbuar的温度。

测量极柱温度的探头与第一界面(busbar与极柱的接触面)的距离小于其与第二界面(极柱与电芯主体的接触面)的距离；测量busbar温度的探头位于第一平面(相邻电芯的接触面)与第二平面(busbar上表面所在的垂直于相邻电芯接触面的平面)的交线上。

通过读取多路温度测试仪上相应探头的温度数据来比较极柱的温度和busbar的温度，从而来判断busbar的过流能力是否符合要求。

其中，如图7所示，将接触式温度测试仪21与处理器7相连，处理器7与输出装置8相连。处理器7比较busbar和极柱的温度，得到比较结果；并利用比较结果，判断busbar过流能力是否符合要求。当确定所述busbar的过流能力不符合预设条件时，输出装置8输出告警信息，如输出装置8的告警指示灯或报警铃声开启；或是将被测试的busbar以及其接触点显示在输出装置的显示器上、高亮显示相应不符合预设条件的busbar。

在应用实施例中，当使用非接触式温度测试仪测量时，如图8所示，将测试的电池模组处于设定温度(如25℃或40℃等)，将充放电测试设备6的测试线6.1连接模组正负引出极。用非接触式温度测试仪31(如红外热像仪等)检测电池模组中包含busbar和极住的特定区域，同时非接触式温度测试仪31与处理器7相连，处理器7与输出装置8相连。处理器7可以得到特定区域的温度分布图(如热像图等)，以位于第一或第二侧面上的每个极柱外侧面的相同位置为极柱温度的采样点，以位于第二平面上的每个busbar上表面的相同位置为busbar的温度采样点。比较每一个极住和与之相连的busbar温度；并利用比较结果，判断每一个busbar过流能力是否符合要求。当电池模组中存在不符合预设条件的busbar时，即busbar的过流能力不符合要求时，输出告警信息，如输出装置8的告警指示灯或报警铃声的开启；或是将被测试的busbar上表面以及其温度采样点显示在输出装置的显示器上、高亮显示相应不符合预设条件的busbar。

为实现本发明实施例的方法，本发明实施例还提供了一种过流能力的检测装置，如图9所示，该检测装置包括：

检测子装置601，用于检测第一温度和第二温度；所述第一温度为电池模组中极柱的温度；所述第二温度为所述电池模组中busbar的温度；

处理子装置602，用于比较第一温度和第二温度，得到比较结果；基于比较结果，判断所述busbar过流能力是否符合预设条件。

在一实施例中，所述装置还可以包括：充放电测试设备，与所述电池模组连接，用于对所述电池模组进行充电或放电；

所述检测子装置601，具体用于在所述电池模组充电或放电过程中检测所述第一温度和第二温度。

在一实施例中，所述检测子装置可以为接触式温度测试仪、或为非接触式温度测试仪。

其中，所述非接触式温度测试仪对电池模组中包含极柱和busbar的特定区域进行温度检测，得到温度场的温度分布结果；在所述温度分布结果中确定极柱对应的第一温度；并在所述温度分布结果中确定与所述极柱相对应的busbar的第二温度。

在一实施例中，如图9所示，所述装置还可以包括：输出装置603，用于当确定所述busbar的过流能力不符合预设条件时，输出告警信息。

这里，实际应用时，所述输出装置603输出的告警信息的形式可以是：开启告警指示灯或报警铃声；还可以是将被测试的busbar上表面以及其接触点或温度采样点显示在输出装置的显示器上，并高亮显示相应不符合预设条件的busbar。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。