一种退役电池分布式采集系统及方法与流程

1.本发明涉及退役电池检测技术领域，具体为一种退役电池分布式采集系统及方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车数量的快速增长，动力电池的需求量和报废量也在不断上升，针对淘汰的动力电池回收再利用问题，为保证退役电池包的品质和安全，多采用原来在小型电池包的控制模式上进行电池控制，由于电动汽车的bms(电池控制系统)其采用电子元件的规格，电路设计的复杂性以及软件的编写难度，造成其只能用在高性价比的电动汽车上面，如果用在农机电气化改造，叉车电气化改造，价格是用户承受不了的。所以现有的电气化改造项目都是采用原有的pc板(电气控制板)的基础上，增加软件控制，外加修正执行机构电池元件的参数就变成了现阶段主要用于梯次利用电池的主要方式。
3.但是，该方式针对性比较高，降低了基本通用性，同时原有的控制板技术主要是基于新电池包设计，对于退役电池没有针对处理，控制效果不好。因此，研究一种能够针对不同厂家生产的同容量的电池进行采集，匹配通用性广的中央电池包分布式采集系统，对于动力电池的梯次利用和回收具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种退役电池分布式采集系统及方法。
5.一方面提供了一种退役电池分布式采集系统，所述系统包括主控制器及与主控制器连接的若干个退役电池信息采集拓扑单元、检测触发模块；
6.退役电池信息采集拓扑单元：用于采集退役电池包充放电过程中电压、温度、电流和内阻信号，并识别退役电池包各层级结构；设定采集、检测模块的扫描方式和参数设置；将电压、温度、电流和内阻信号转换为数字化通信数据，对通信数据进行处理解析并估量电池荷电状态；
7.检测触发模块：检测信息采集拓扑单元中退役电池的在位信息，若在位，打开主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路；
8.主控制器：设有存储器和外部数据传输接口，用于接收和存储信息采集拓扑单元采集的数据信息，并将数据信息整体合并转码，通过接口转发至外部执行机构；根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式。
9.进一步的，所述系统能够根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式，包括：
10.如果通路数量≤2，主控制器将信息采集拓扑单元采集的通信数据实时进行接收并存储；
11.如果通路数量＞2，信息采集拓扑单元一个采集周期结束后，主控制器将其一个采集周期的通信数据进行接收并存储。
12.所述各信息采集拓扑单元包括电压采集模块、温度采集模块、电流采样模块、内阻检测模块、数字信号转换器、微型处理器；
13.电压采集模块：用于采集退役电池包充放电过程的工作电压；
14.温度采集模块：用于对电池包箱体环境温度和电芯外壳表面进行温度采集；
15.电流采样模块：用于采集电路主回路中的工作电流；
16.内阻检测模块：用于检测退役电池板总体容量内阻值；
17.数字信号转换器：用于接受采集和检测信号，并对模拟信号进行数字化转换，将数字信号传输给微型处理器；
18.微型处理器：用于识别退役电池包各层级模块；设定各采集、检测模块的扫描方式和参数设置；接收转换的数字化信号，对通信数据进行处理解析并估量电池荷电状态；
19.进一步的，所述信息采集拓扑单元还包括隔离模块和保护模块，所述隔离模块用于对信号进行单独隔离，保证信号的单向传输，抑制高低频的干扰；所述保护模块设定信号阈值的保护范围，如果采集到的数字信号超过第一阈值或低于第二阈值，则进行断电操作。
20.优选所述电压采集模块接收到所述微型处理器发送的采集信号后，采集退役电池的电压并放缩后得到有效值。
21.优选所述温度采集模块采用pti温度探头分别对退役电池电池板空间箱体的环境温度、单体电芯的外壳表面温度进行采集。
22.另一方面提供了一种退役电池分布式采集方法，其方案步骤如下：
23.(1)检测触发模块实时检测退役电池包是否在位，当检测电池包在位时，根据电压上升沿为触发信号，打开主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路进行信号采集；
24.(2)设定各采集模块和检测模块的采样周期和采集方式，采集退役电池包充放电过程的各项状态参数；
25.(3)隔离模块对采集信号进行滤波隔离，消除各参数信号的噪音；
26.(4)数字信号转换器对各项状态参数模拟信号进行数字化转换；
27.(5)微型处理器将采集的实时电压、电流、温度信号和内阻值数据进行成帧处理；
28.(6)微型处理器对通信数据进行分类解析，采用实时电流积分进行基础估算，对温度和内阻值进行参数修正，得到精确电池荷电状态；
29.(7)主控制器查找通讯数据的地址编码将拓扑单元的数据信息合并，并将相应电池包的通信数据进行叠加存储；
30.优选退役电池包在充电过程中，当电压超过设定截止电压，认定电池充满，充电结束；在放电过程中，当电压下降到最低工作电压准位时，不再继续放电，称为放电终止。
31.进一步所述方法能够根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式：
32.如果通路数量≤2，主控制器将信息采集拓扑单元采集的通信数据实时进行接收并存储；
33.如果通路数量＞2，信息采集拓扑单元一个采集周期结束后，主控制器将其一个采集周期的通信数据进行接收并存储。
34.有益效果：本发明通过分布式采集系统各信号采集拓扑单元对电池包进行多通道信号采集，能够应用于多种不同种类同容量的组合式退役电池包，实现了采集方式的灵活
性，提高了系统的通用性，同时采集方法实现对退役电池包的各层级组成部分进行独立控制和运算，增加了系统容错率，对资源的重复利用，解决电池金属材料资源的供需平衡，促进政府建设低碳经济和环境友好型社会具有非常重要的意义。
附图说明
35.图1为发明提供的一种退役电池分布式采集系统结构示意图；
36.图2为发明的信息采集拓扑单元结构示意图；
37.图3为发明提供的一种退役电池分布式采集方法流程示意图。
具体实施方式
38.下面将结合附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。
39.实施例
40.如图1所示，本发明提供了一种退役电池分布式采集系统，所述系统包括主控制器及与主控制器连接的若干个退役电池信息采集拓扑单元、检测触发模块；
41.退役电池信息采集拓扑单元用于采集退役电池包充放电过程中电压、温度、电流和内阻信号，并识别退役电池包各层级结构；设定采集、检测模块的扫描方式和参数设置；将电压、温度、电流和内阻信号转换为数字化通信数据，对通信数据进行处理解析并估量电池荷电状态；
42.检测触发模块检测信息采集拓扑单元中退役电池的在位信息，若在位，打开主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路；
43.主控制器设有存储器和外部数据传输接口，用于接收和存储信息采集拓扑单元采集的数据信息，并将数据信息整体合并转码，通过接口转发至外部执行机构；根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式。
44.进一步的，所述系统能够根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式，其中，如果通路数量≤2，主控制器将信息采集拓扑单元采集的通信数据实时进行接收并存储；如果通路数量＞2，信息采集拓扑单元一个采集周期结束后，主控制器将其一个采集周期的通信数据进行接收并存储。
45.在本实施例中，如图2所示，各信息采集拓扑单元包括电压采集模块、温度采集模块、电流采样模块、内阻检测模块、数字信号转换器、微型处理器；
46.其中，微型处理器(microcontroller unit，简称mcu)采用低功耗的stm32l芯片，根据采集的电池包各层级组成数量，进行拆分统计，对电池模组进行序号编码，再次对单块电池模组中的单体电芯进行地址编码，在待采集的首个地址编码和结尾地址编码插入头部标志位和尾部标志位；同时设定各采集、检测模块的扫描方式和参数设置；对接收的数字化信号进行处理解析并估量电池荷电状态。
47.电压采集模块将电压采集探头接入退役电池包正极和负极，通过mcu预设总周期时间，根据总编码地址数值，计算得到单个地址的采样周期时间，设定电压为循环采集方式，在每个电压采样的同时，其他电压点不进行采样这样就有效防止了电压同时采样的误差叠加。通过采集点读取工作电压并放缩至合理范围得到有效值，将采集的电压信号传输至隔离模块；
48.温度采集模块采用pt100探针式温度传感器，温度采集系统将温度采集探头一端固定在模组专门设计的特征上，一端利用超声波焊接在电芯的极耳上面，分别对电池板空间箱体的环境温度、单体电芯的外壳表面温度进行采集；根据电池耐温性设定工作温度范围，确定温度采集刷新频率和采集方式，通过探头感应温度变量，根据给定的线性函数关系得到温度值。
49.电流采样模块包括电流互感器和电流计数器，电流互感器一次绕组串联在主回路中，主回路电流流经一次绕组，通过互感原理，电流互感器二次绕组产生感应电流，电流计数器连接二次绕组，对电流进行计数采样，并根据电流比实时计算得到主回路侧电流数据信息；
50.内阻检测模块通过采集工作电压和工作电流计算内阻值，其公式为：
[0051][0052]
其中，i
max
为电池的最大放电电流，u为电池的开路电压，u
min
为电池放电截止电压，r
t
为电池放电过程的总内阻。
[0053]
数字信号转换器(analog-to-digital converter,简称adc)用于接受采集和检测信号，并对模拟信号进行数字化转换，将数字信号传输给mcu；
[0054]
进一步的，信息采集拓扑单元还包括隔离模块和保护模块，隔离模块用于对信号进行单独隔离，保证信号的单向传输，抑制高低频的干扰；所述保护模块设定信号阈值的保护范围，如果采集到的数字信号超过第一阈值或低于第二阈值，则进行断电操作。
[0055]
在本实施例中，如图3所示，本发明还提供了一种退役电池分布式采集方法，包括以下步骤：
[0056]
(1)检测触发模块实时检测退役电池包是否在位，当检测电池包在位时，根据电压上升沿为触发信号，打开主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路进行信号采集；
[0057]
(2)设定各采集模块和检测模块的采样周期和采集方式，采集退役电池包充放电过程的各项状态参数；
[0058]
进一步具体的，分布式采集系统进行初始化预设，主控制器根据信号采集拓扑单元的启动数量对其进行编号，各信号采集拓扑单元中的mcu通过电压采集点识别所连电池包的层级组成，对电池包的电池模组和单体电芯进行序号地址编码，根据编码的序号和地址确定电压扫描周期，设定电压采集方式；根据电压扫描周期，设定温度采集刷新频率和采集方式；根据各信号采集拓扑单元所连接的电池种类及充放电电流特性，设定电流采用范围和采集方式；设定内阻检测模块的刷新频率；各信号采集拓扑单元独立控制采集相连接的电池包的各项状态参数，并将采集信号传输至光耦隔离模块。
[0059]
(3)光耦隔离模块对采集信号进行隔离，采用高通滤波器消除各参数信号的噪音，并将信号传输至数字信号转换器；
[0060]
(4)数字信号转换器对各项状态参数模拟信号进行数字化转换，并将信号数据传输至mcu；
[0061]
(5)mcu将采集的实时电压、电流、温度信号和内阻值数据进行成帧处理；
[0062]
进一步具体的，mcu接收到数字信号转换器的通讯数据，对数据进行成帧处理操作，将采集的实时电压、电流、温度信号和内阻值进行括位填充，对通信数据块编码，并将各
项状态参数赋值于相应序号和编码地址，进行循环冗余检验，过滤删除错误的数据信息。
[0063]
(6)mcu对通信数据进行分类解析，采用实时电流积分进行基础估算，对温度和内阻值进行参数修正，得到精确电池荷电状态，同时对电池荷电状态进行实时更新；
[0064]
(7)主控制器查找通讯数据的地址编码将拓扑单元的数据信息合并，并将电池的各项状态参数进行叠加存储；
[0065]
进一步具体的，主控制器接收到各拓扑单元的数据信号，通过编号将数据归属到各拓扑单元，同时读取地址编码中的标志位将电池荷电状态数据进行存储，按照各拓扑单元的编号将数据信息进行叠加合并，得到整体退役电池包的状态参数。
[0066]
(8)主控制器将存储信息经过转码后通过外部数据传输接口转发至外部执行终端。
[0067]
该分布式采集方法在存储时根据主控制器与信息采集拓扑单元之间的通路数量，确定通信数据接收及存储方式：
[0068]
如果通路数量≤2，主控制器将信息采集拓扑单元采集的通信数据实时进行接收并存储；
[0069]
如果通路数量＞2，信息采集拓扑单元一个采集周期结束后，主控制器将其一个采集周期的通信数据进行接收并存储。
[0070]
进一步具体的，退役电池包在充电过程中，当电压超过设定截止电压，认定电池充满，充电结束；在放电过程中，当电压下降到最低工作电压准位时，不再继续放电，称为放电终止。
[0071]
进一步具体的，mcu内部设定信号阈值的保护范围，根据采集到的数字信号如果超过阈值上限或低于阈值下限，就实施主动断电。其中，设有电压保护阈值，当电压采集信号出现过压或欠压时，实施电压保护；设有温度保护阈值，当温度采集信号超过电池耐温性工作温度范围，实施温度保护；设有电流保护阈值，当电流采集信号出现短路时，实施电流保护。
[0072]
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。