锂电池组维护与性能检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及锂电池组维护与性能检测装置，包括用于连接锂电池组的充放电机单元，用于对锂电池组中各电池进行均衡的均衡单元；还包括一个本地监控单元，本地监控单元采样控制连接所述充放电机单元；本地监控单元与均衡单元均连接在CAN总线上。本实用新型功能强大，可实现的功能有电池组均衡、单体内阻测试、容量测试等。
【专利说明】锂电池组维护与性能检测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及锂电池组维护与性能检测装置，属于电动汽车及新能源动力电池 领域。
【背景技术】
[0002] 动力电池组是各种电动车辆的主要能量载体和动力来源，也是电动车辆整车成本 的主要组成部分,其寿命直接影响电动车辆的使用成本。
[0003] 电动汽车上的电池组一般都是采用多个单体电池串联使用的，串联使用的电池的 充放电和单体电池的充放电过程相比较要复杂的多，汽车高速行驶时所需要的动力在40kW 以上，因此电池放电时的电流一般很大，充电时为了在短时间内充满，也要求大电流充电， 一段时间后就会造成电池组内电池的不一致性。电池的不一致性会严重影响电动汽车的性 能,这就要求在充电站建立相应的维护间，完成电池重新配组、电池组均衡、电池组实际容 量检测、电池故障的应急处理工作等。
[0004] 目前并没有专门针对锂离子动力电池组的维护测试系统，只有单一的均衡模块或 者单一的充放电测试设备，且常规的均衡模块均衡电流小，均衡效果不明显。进行电池组性 能检测时还需要另外操作复杂的电池测试设备，工作效率差。而且现有维护技术大多数针 对单体电池或者是铅酸电池组，而对锂离子电池的成组维护技术还几乎没有，针对锂离子 动力电池组的性能检测技术也不太完善。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供锂电池组维护与性能检测装置，用以解决锂电池组性能 检测的问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型的方案为锂电池组维护与性能检测装置，包括用于 连接锂电池组的充放电机单元，用于对锂电池组中各电池进行均衡的均衡单元；还包括一 个本地监控单元，本地监控单元采样控制连接所述充放电机单元；本地监控单元与所述均 衡单元均连接在CAN总线上。
[0007] CAN总线分为两条线路，分别为第一 CAN总线和第二CAN总线。本地监控单元连接 在第一 CAN总线上，均衡单元连接在第二CAN总线上，控制单元连接第一 CAN总线，第二CAN 总线上还连接有一个用于电池组绝缘检测的直流参数监测单元，有一上位机输出端口连接 第一和第二CAN总线。
[0008] 充放电机单元由三相交流电源、隔离变压器、AC/DC功率单元、DC/DC功率单元组 成；本地监控单元控制连接充放电机单元，本地监控单元采样连接交流侧电压电流采集端 口、直流侧电压电流采集端口、输出端电压电流采集端口。
[0009] 均衡单元包括与各个单体锂电池--对应的均衡模块，每个均衡模块包括控制单 元和DC/DC模块，DC/DC模块用于对应连接单体锂电池。
[0010] 本实用新型的有益效果是，1)功能强大，可实现的功能有电池组均衡、单体内阻测 试、容量测试等。2)数据采集于锂电池组的维护接口，自动化程度高，现场操作灵活简便。 3)均衡单元采用模块化结构设计思想，每部分承担相对独立的工作，不影响其它部分的工 作，一方面提高了系统的可靠性，另一方面使得系统便于维护管理，均衡电流大（最大可达 10A)，有效提高了均衡的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型实施例1的整体架构框图；
[0012] 图2是本实用新型实施例2的整体架构框图；
[0013] 图3是充放电机单元直流侧系统结构图；
[0014] 图4是充放电机单元交流侧系统结构图；
[0015] 图5是均衡单元原理框图。
[0016] 图中：
[0017] U1、U2……Un为各均衡模块，BI、B2……Bn为每个均衡模块对应的单体电池。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
[0019] 如图1所示，图1为本实用新型实施例1的整体架构框图，本实用新型提供锂电池 组维护与性能检测装置，包括：充放电机单元、上位机、本地监控单元、直流参数监测单元、 均衡单元。
[0020] 为了管理和日常维护的方便，本实用新型包括的各个功能单元可以放置在柜子 里，例如：充放电机单元设置在一个充/放电机柜中；上位机、本地监控单元、直流参数监测 单元、均衡单元设置在一个测量控制柜中，如图1所示；还可以充放电机单元和本地监控单 元设置在一个充/放电机柜中；上位机、直流参数监测单元和均衡单元设置在一个测量控 制柜中，如图2所示。
[0021] 为了便于用户进行测试控制管理，由上位机完成对充/放电柜和测试控制柜进行 数据采集和控制命令下发。
[0022] 采用CAN总线型实时通讯网络连接。本实施例中，为了增加通讯稳定性和效率， CAN总线分为两条不同传输波特率的线路，分别为第一 CAN总线和第二CAN总线；本地监控 单元连接在第一 CAN总线上，均衡单元和直流参数监测单元连接在第二CAN总线上。
[0023] 充放电机单元由三相交流电源、隔离变压器、AC/DC功率单元、DC/DC功率单元组 成。本地监控单元控制连接充放电机单元，本地监控单元采样连接交流侧电压电流采集端 口、直流侧电压电流采集端口、输出端电压电流采集端口。
[0024] 充放电机单元将电网AC380V转化为标称范围的直流电对锂电池组进行充电放电 时，将电池组能量转换为交流电回馈电网。本地监控单元接收现场测试设备的控制数据，在 上位机故障或通信中断的情况下，可以保证充放电机单元的正常工作，不影响现场设备的 正常测试。
[0025] 上位机、直流参数监测单元和均衡单元，分别提供用户在对电池进行充放电控制， 电池组绝缘检测以及对电池进行均衡充电的维护。
[0026] 均衡单元连接锂电池组的维护接口。均衡单元采用的是多模块开关均衡法，每个 均衡模块结构相同且相互独立的控制一节单体电池。均衡模块包括控制单元和DC/DC模 块，锂单体电池对应连接DC/DC模块。
[0027] 上位机通过第一 CAN总线与本地监控单元、锂电池组的BMS连接，通过第二CAN总 线与直流参数监测单元、均衡单元连接。用户可直接在上位机界面上操作自动完成各种电 池性能测试。
[0028] 图3所示是充放电机单元直流侧系统结构图，图4是充放电机单元交流侧系统结 构图，图3和图4合起来为充放电机单元总电路图。充放电机单元提供最大充放电电流 360A，适用于电压等级100V以下的锂电池组，最大功率36KW，为了实现能量的双向流动和 降低系统对电网的污染，主电路采用PWM整流器。直流侧电容C 1起到抑制谐波电压和稳定 直流电压的作用，电阻&的作用是先启动建立直流母线电压，等待双向DC-DC变换器启动， 以实现对电池组的充电或放电。交流侧电感L起滤波和使PWM整流器实现四象限运行的作 用，PWM整流器主要是为后级的直流变换器提供稳定的直流电压和实现能量的双向流动，而 双向DC-DC变换器可扩大输出电压的范围和实现锂电池组的充放电工作。
[0029] 当对锂电池组充电时，开关管S1导通，S2保持关断，此时变换器相当于一个降压斩 波电路，将PWM整流器输出的电压降为适合的充电值，能量通过PWM整流器从电网传输给电 池组。当锂电池组放电时，开关管S 1导通，S2保持关断，变换器工作在升压斩波状态，电池 组放出的能量通过双向DC-DC变换器回送给PWM整流器直流环节，从而造成直流母线电压 上升；PWM整流器为了稳定直流母线电压，所以要向电网输出能量。这时PWM整流器工作在 有源逆变状态，能量回馈给电网，达到节能的目的。
[0030] 本实用新型可实现的功能有锂电池组均衡维护、单体内阻测试、容量测试等，下面 结合具体实施例对本实用新型可实现的功能作进一步说明。
[0031] (1)容量测试
[0032] 容量测试是为了测定当前锂电池组的放电容量是否满足技术要求，进行容量检测 时，首先输入当前锂电池组的额定容量，上位机会根据当前电池组的额定容量自动选择相 应的充电策略，以一箱300AH的磷酸铁锂动力锂电池组容量测试操作为例，输入当前电池 组容量C = 300AH，执行的充电策略如下：
[0033] 初始充电电流：100A，（0. 3C+10A)，当任一单体电压彡3. 50V按此电流充电；
[0034] 当上位机检测BMS上送的任一单体电压彡3. 50V时，降低充电电流为75A ;
[0035] 当上位机检测BMS上送任一单体电压彡3. 55V时，降低充电电流为50A ;
[0036] 当上位机检测BMS上送任一单体电压彡3. 60V时，降低充电电流为25A ;
[0037] 当上位机检测BMS上送任一单体电压彡3. 65V时，停止充电，充电完成。
[0038] 然后以C/3(100A)恒流对锂电池组放电，充放电单元实时采集电压电流信息，当 上位机检测BMS上送任一单体电压< 2. 8V时，停止放电，上位机根据上送的放电全程电流 信息计算出容量，完成容量测试后，上位机将数据以EXCEL形式保存，供用户调用查看。
[0039] (2)均衡维护
[0040] 如图5所示为均衡单元原理框图，进行均衡维护时，首先根据锂离子电池的类型， 在上位机上选择相应的均衡策略，由上位机开启均衡命令，如磷酸铁锂动力电池组均衡充 电截止电压应为3. 65V，锰酸锂动力电池组均衡充电截止电压应为4. 5V，下面以磷酸铁锂 动力锂电池组均衡操作为例。如图4所示，每一个均衡模块Un中的控制单元负责实时采集 与之对应的单体电池 Bn两端的电压，采集完成后判断采集到的单体电池电压是否大于等 于3. 65V :如果大于等于3. 65V，则表明此节单体电池不需要进行均衡操作，对应的此路均 衡模块不工作；如果单体电池 Bn电压小于3. 65V,对应的均衡模块输出继电器闭合，进一步 判断此节单体电池 Bn电压是否小于3. 6V，如果此节单体电池 Bn电压小于3. 6V，则对应均 衡模块中的DC/DC模块将以设定电流值IOA对单体电池进行恒流充电；如果此节单体电池 Bn电压大于3. 6V，则对应均衡模块中的DC/DC模块将以设定电压值3. 65V对单体电池进行 恒压充电。恒压充电阶段，均衡模块中的控制单元实时检测充电电流的大小，如果充电电流 小于设定值1A，均衡模块输出继电器断开，表明对应的此节单体电池均衡完成。均衡完成 后，对应的均衡模块通过CAN总线将均衡完成信息上送给上位机，当所有单体电池全部均 衡完成后，上位机提示整个锂电池组均衡完成。
[0041] (3)单体内阻测试
[0042] 开启单体内阻检测时，首先输入当前锂电池组额定容量，上位机会根据当前电池 组的额定容量自动选择相应的充放电电流，本实用新型测定的是电池的直流内阻，完成一 轮内阻测试共耗时220S，以一箱300AH的磷酸铁锂动力锂电池组内阻测试操作为例，输入 当前电池组容量C = 300AH，电流取正代表给动力电池组充电，电流取负代表给动力电池组 放电，上位机给充放电机单元下发充电放策略如下表所示：
【权利要求】
1. 锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述维护与性能检测装置包括用于连 接锂电池组的充放电机单元，用于对锂电池组中各电池进行均衡的均衡单元；还包括一个 本地监控单元，本地监控单元采样控制连接所述充放电机单元；所述本地监控单元与所述 均衡单元均连接在CAN总线上。
2. 根据权利要求1所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述CAN总线分 为两条线路，分别为第一 CAN总线和第二CAN总线；所述本地监控单元连接在第一 CAN总线 上，所述均衡单元连接在第二CAN总线上。
3. 根据权利要求2所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述第二CAN总 线上还连接有一个用于电池组绝缘检测的直流参数监测单元。
4. 根据权利要求1所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，有一上位机输 出端口连接第一和第二CAN总线。
5. 根据权利要求1所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述充放电机 单元由三相交流电源、隔离变压器、AC/DC功率单元、DC/DC功率单元组成；所述本地监控单 元控制连接所述充放电机单元，所述本地监控单元采样连接交流侧电压电流采集端口、直 流侧电压电流采集端口、输出端电压电流采集端口。
6. 根据权利要求2所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述均衡单元 包括与各个单体锂电池 对应的均衡模块，每个均衡模块包括控制单兀和DC/DC模块， DC/DC模块用于对应连接单体锂电池。
7. 根据权利要求6所述的锂电池组维护与性能检测装置，其特征在于，所述控制单元 连接第一 CAN总线。
【文档编号】G01R31/36GK204189913SQ201420347862
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】韩海伦, 孙学武, 任科臣, 周长春, 卢高庆, 来瑞俊, 钱帆, 唐怀栋, 高庆勇 申请人:许继电气股份有限公司, 许继电源有限公司