锂离子电池包串联充放电测试控制装置及测试柜的制作方法

1.本实用新型涉及电池包充放电测试技术领域，特别涉及一种锂离子电池包串联充放电测试控制装置及锂电子电池包充放电测试柜。


背景技术：

2.锂离子动力电池充放电测试柜是一种输入、输出电压、电流均可调的电器设备，其常用来对电动汽车锂离子动力电池、电动自行车锂离子动力电池进行充放电测试，以检测锂离子动力电池在出厂前的功能、性能是否正常。目前现有的锂离子动力电池充放电测试柜有两种，一种是单通道，一种是多通道。单通道测试柜一次只能对一个电池包进行充放电测试，此种方案效率较低，但成本也较低；多通道测试柜一次可以对多个电池包进行充放电测试，每个通道都有一个单独的ac/dc模块或dc/dc模块，通道与通道间是并联的关系，此种方案一次可以对多个锂离子电池包进行测试，效率较高，但成本也较高。对于电动汽车的锂离子动力电池，其电压一般比较高，可达700v甚至更高，其要求的充放电测试柜电压比较高；而电动自行车的锂离子动力电池电压一般都在70v以内，其要求的充放电测试柜电压比较低。对于一台最高电压可达700v甚至更高的充放电测试柜来说，如果用其来测试70v以下的动力电池，则该通道性能不能完全发挥，一次只测一个电池，效率较低，如果用多通道设备，则会大大增加设备成本。
3.锂离子动力电池都必须配有电池管理系统，对于电动自动车的锂离子动力电池，其装配的为锂离子电池保护板，锂离子电池保护板通过采集动力电池每一串的电压、电池温度、电池总电流来判断电池状态，并根据电池的实时状态来判断是否要切断动力电池主回路，保护板控制电池主回路的接通与断开是通过控制大功率mos管来实现的。对于一台单通道最高电压达700v以上的充放电设备，如果一次用一个通道测试一个电动自行车电池包，则造成资源浪费，且效率较低；如果将多个电池包串联在一个通道内进行充放电测试，则当其中一个电池包充满或放完电后，该电池包的保护板会立即切断电池主放电回路，此时该通道将断开，不能再继续充放电测试，且如果是在充电状态，此时测试柜会将充电电压提升至最高电压，导致保护板上的mos管因电压过高而烧毁；如果将电池包并联在一个通道内，则在将电池包并联连接时，会因包间压差导致不同的电池包进行相互充放电，保护板则很容易因电池充放电电流过大而切断主回路，此外，在进行充放电时，当其中一个或多个电池充满或放完保护后，则剩余的电流会平均分配到其他电池上，此时，其他电池会因充放电电流过大而保护，导致测试无法进行下去。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型提供一种锂离子电池包串联充放电测试控制装置及应用上述控制方案的锂电子电池包充放电测试柜，解决高压充电柜一次只能为一个低压锂离子电池包充电的问题，通过增加控制设备，可以将多个锂离子电池包在一个通道内串联充放电测试，大大提高低压锂离子电池包在生产测试时的效率，同时避免购买多通道充放电测试设备产
生的高额费用。
5.按照本实用新型所提供的设计方案， 一种锂离子电池包串联充放电测试控制装置，包括与充放电测试柜连接的控制电路，所述控制电路包含若干用于电池包串接在充放电主回路的单元电路，及与若干单元电路和充放电测试柜连接的控制器；所述单元电路包含：通过电源线与电池包保护板连接的整流电路模块，与电池包电源模组两端连接的电压检测模块，依次串接在电池包外部总负极线路上的电阻、高压继电器及高压保险，及为控制器和电压检测模块供电的电源模块；整流电路模块和电压检测模块均与控制器连接。
6.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，所述电源线包含分别连接在电池包保护板两端的电源线一和电源线二，在电源线一和电源线二之间还串接有电阻一，电阻一两端接入整流电路模块。
7.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，电阻一两端分别通过导电夹与电源线一和电源线二连接。
8.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，所述整流电路模块包含与电源线连接的全桥整流电路及与全桥整流电路连接的dc/dc电路；dc/dc电路输出端连接有与控制器连接的12v继电器。
9.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，所述电源模块还包含：用于将交流电转换为直流电的整流模块。
10.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，控制电路还包含有与每个单元电路形成并联关系的高压继电器一，该高压继电器一的两个触点分别与单元电路的总正、总负线路连接。
11.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，在电池包外部总负极线路上还并接有高压继电器二，高压继电器二的两个触点端与电池包外部总负极线路上的电阻线路连接。
12.作为本实用新型锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，每个单元电路上还设置有分别与控制器连接的蜂鸣器、工作指示灯及警告灯。
13.进一步地，本实用新型还提供一种锂电子电池包充放电测试柜，基于上述的装置实现，通过该控制装置完成多个锂离子电池包在充放电测试柜一个通道内的串联充放电测试。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型结构简单，设计新颖、合理，通过增加控制设备，可以将多个锂离子电池包在一个通道内串联进行充放电测试，当其中任何一个电池包电量充满或放完时，控制器通过控制电路可将此包充放电回路断开，其余电池包可继续保持充电或放电状态，直至所有电池包均完成充放电；控制器还可自动计算每个电池包的充放电时间，结合采集到电流值计算出每个包的容量，每个电池包均接有电压检测模块，当电池管理系统失效导致电池包超过允许的上下限电压时，控制器可立即断开所有高压继电器，停止充放电测试，并记录故障、控制警告灯和蜂鸣器进行报警，解决高压充电柜一次只能为一个低压锂离子电池包充电的问题，大大提高低压锂离子电池包在生产测试时的效率，同时避免购买多通道充放电测试设备产生的高额费用，具有较好的应用前景。
16.附图说明：
17.图1为实施例中锂离子电池包串联充放电测试控制装置控制电路示意。
18.具体实施方式：
19.下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。
20.本实用新型实施例，提供一种锂离子电池包串联充放电测试控制装置，包括与充放电测试柜连接的控制电路，所述控制电路包含若干用于电池包串接在充放电主回路的单元电路，及与若干单元电路和充放电测试柜连接的控制器；所述单元电路包含：通过电源线与电池包保护板连接的整流电路模块，与电池包电源模组两端连接的电压检测模块，依次串接在电池包外部总负极线路上的电阻、高压继电器及高压保险，及为控制器和电压检测模块供电的电源模块；整流电路模块和电压检测模块均与控制器连接。通过增加一个控制设备，可以将多个锂离子电池包在一个通道内串联充放电测试，解决充放电测试设备一个通道一次只能为一个电池包充放电的问题
21.作为本实用新型实施例中锂离子电池包串联充放电测试控制装置，进一步地，所述电源线包含分别连接在电池包保护板两端的电源线一和电源线二，在电源线一和电源线二之间还串接有电阻一，电阻一两端接入整流电路模块。进一步地，电阻一两端分别通过导电夹与电源线一和电源线二连接。进一步地，所述整流电路模块包含与电源线连接的全桥整流电路及与全桥整流电路连接的dc/dc电路；dc/dc电路输出端连接有与控制器连接的12v继电器。进一步地，所述电源模块还包含：用于将交流电转换为直流电的整流模块。进一步地，控制电路还包含有与每个单元电路形成并联关系的高压继电器一，该高压继电器一的两个触点分别与单元电路的总正、总负线路连接。进一步地，在电池包外部总负极线路上还并接有高压继电器二，高压继电器二的两个触点端与电池包外部总负极线路上的电阻线路连接。进一步地，每个单元电路上还设置有分别与控制器连接的蜂鸣器、工作指示灯及警告灯。
22.充放电中，利用高压继电器使电池包保护板内部开关处在接通状态，电流从保护板通过进行充放电；电池包充满或放完时，保护板断开其内部开关，控制器接收到保护板内部开关断开信号，利用高压继电器切断该电池包充放电回路，使电池包从充放电回路中脱离，其他未充满或放完的电池包继续充放电，当测试柜通道内串接的所有电池包充满或放完电，控制器气切断高压总继电器。
23.进一步地，本实用新型实施例还提供一种锂电子电池包充放电测试柜，基于上述的装置实现，通过该控制装置完成多个锂离子电池包在充放电测试柜一个通道内的串联充放电测试。
24.当多个电池包进行串联充放电测试时，控制电路中的单元电路依次串接。以其中一块电池包的控制电路为例，参见图1所示，单元电路中，电池包内电池模组和保护板为串联关系，保护板控制电池包的总负极，保护板两端各引一条电源线，分别为“电源线1、电源线2”，电源线1和电源线2分别与大功率电阻1的两端用导电夹连接，大功率电阻两端通过全桥整流电路后与dc/dc的输入端连接，dc/dc的输出端控制一个12v继电器，该继电器的一个输出端与控制器连接。电压监测模块的两个信号输入端分别连接电池模组的两端，电压监测模块的输出信号连接至控制单元。ac/dc为一个220v交流转12v直流的整流模块，其输出的12v直流电给控制单元、电压监测模块提供系统电源。电池包外部的总负极串接一个大功
率电阻2，高压继电器3的两个触点端与大功率电阻2并接在一起，高压继电器2、高压保险串接在电池包的总负极上，高压继电器1的两个触点端分别接在此控制电路的总正和总负端，与整个控制电路形成并联关系。高压总继电器和电流传感器串接在充放电主回路中。高压总继电器、高压继电器1、高压继电器2、高压继电器3,、蜂鸣器、工作指示灯、警告灯均由控制单元控制。控制单元可通过can通信线将采集到的数据实时发送出来。
25.当开始充电时，高压继电器1断开、高压继电器2闭合、高压继电器3闭合，此时电池各项参数正常，保护板内开关在接通状态，此时与保护板并联的大功率电阻1会被短路掉，电流全部从保护板通过，大功率电阻1两端的电压为0v，dc/dc此时也不会工作；当电池充电充满时，保护板会因检测到电池已充满而断开其内部的开关，此时电流将全部从大功率电阻1上流过，大功率电阻1两端将产生一个电压，电压大小为：u=r
×
i，其中u为大功率电阻1两端电压，r为大功率电阻1的阻值，i为流过大功率电阻1的电流，此时电压u会加到dc/dc两端，dc/dc开始工作并输出12v，低压继电器将被驱动，此时控制单元将会收到继电器输出的保护板断开信号，当控制单元收到保护板断开信号后，控制单元会首先控制高压继电器3断开，将大功率电阻2串接到主回路中，以防止高压继电器1闭合后导致该电池包形成放电短路情况；可设置当高压继电器3断开50ms后，控制单元立即控制高压继电器1闭合，此时该电池包被从充电回路中短路掉，但此时该电池包任然会通过大功率电阻2放电；可设置当高压继电器1闭合50ms后，控制单元立即控制高压继电器2断开，此时该电池包的充放电回路被彻底切断。此时该电池已充满并从充电回路中脱离，而其他未充满的电池包继续进行充电，当其他电池包充满后会同样重复执行上述过程，直至所有电池包充满电，控制单元切断高压总继电器。
26.当开始放电时，高压继电器1断开、高压继电器2闭合、高压继电器3闭合，此时电池各项参数正常，保护板内开关在接通状态，此时与保护板并联的大功率电阻1会被短路掉，电流全部从保护板通过，大功率电阻1两端的电压为0v，dc/dc此时也不会工作；当电池电放完时，保护板会因检测到电池已达到下限电压而断其开内部的开关，此时电流将全部从大功率电阻1上流过，大功率电阻1两端将产生一个电压，电压大小为：u=r
×
i，其中u为大功率电阻1两端电压，r为大功率电阻1的阻值，i为流过大功率电阻1的电流，此时电压u会加到dc/dc两端，dc/dc开始工作并输出12v，低压继电器将被驱动，此时控制单元将会收到继电器输出的保护板断开信号，当控制单元收到保护板断开信号后，控制单元会先将高压继电器1闭合，此时该电池包被短路掉，但此时该电池包任然会通过大功率电阻1放电；可设置当高压继电器1闭合50ms后，控制单元立即控制高压继电器2断开，此时该电池包的放电回路被彻底切断。此时该电池已放电完毕并从放电回路中脱离，而其他未放电完成的电池包继续进行放电，当其他电池包放电完成后会同样重复执行上述过程，直至所有电池包放电完成，控制单元切断高压总继电器。
27.考虑到充放电设备有充电和放电两种状态，两种状态下流过大功率电阻1的电流方向是相反的，故两种状态下大功率电阻1上产生的电压方向也是相反的，所以需在大功率电阻1和dc/dc之间加一个全桥整流电流，以保证dc/dc的正常工作。
28.在充放电过程中，控制单元可通过电流传感器实时读取充放电电流值，并根据每个电池包的控制电路反馈的保护板断开信号判断出每个包总的充放电时间，从而计算出每个包的容量。
29.在控制电路中，每个电池包两端都会接一个电压监测模块，此监测模块可以实时监测电池包的电压，并可以设置上、下限电压，当电池包电压超出了设置的上、下限电压，电压监测模块就会输出一个电压信号给控制单元，控制单元收到此信号后就会立即断开所有高压继电器，停止充放电测试，并记录故障、控制警告灯和蜂鸣器进行报警。
30.本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，a和/或b可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
31.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
32.上文中参照优选的实施例详细描述了本实用新型的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。