一种电池组并行充电维护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电池组并行充电维护装置，包括功率因数校正PFC电路、整流滤波电路和并行维护模块，该并行维护模块包括与电池组中单体电池对应的并行维护通道，所述PFC电路用于输入连接电池组外部的交流电，输出连接整流滤波电路，该整流滤波电路的输出端通过总线连接并行维护模块，该并行维护模块中的各并行维护通道分别与各单体电池正负极相连；本实用新型通过一对一模式同时对电池组中亚饱和状态的多个单体电池进行充电，提高电池一致性，充电维护过程只有一次功率变换，能量利用率高；每个单体电池配置独立的并行维护通道，当有一个并行充电维护通道工作失效或损坏时，不会影响其他电路的维护工作，提高了维护系统的可靠性。
【专利说明】—种电池组并行充电维护装置
【技术领域】
[0001]本发明属于蓄电池维护【技术领域】，涉及一种电池组并行充电维护装置。
【背景技术】
[0002]目前市场上针对锂电池的维护策略按照系统集成形式可分为离线式和在线式两种，离线式维护方式主要用来定期对一致性较差的电池组或电池系统进行部分或全部维护，这种维护用设备不集成在电池系统内部，以电池化成机、均衡充电机为代表，对于小规模单体电池维护来说，维护效率高、能量利用率高，但该类设备普遍体积大、维护中人工成本投入大，对于大规模电池系统维护来说费时费力，这种维护方式被目前已建成的大型储能电站电池系统维护所采用；在线式维护方式通过将维护系统集成于电池组或电池系统内部，这种维护方式能够在电池组或电池系统充放电过程中实现维护，以带均衡的电池管理系统为代表，这种维护方式被目前大多数电池及电池应用系统厂家普遍所采用。
[0003]在线式维护系统主要有主动式和被动式两种形式，两种方式在均衡过程中均会产生能量损耗，被动式均衡时产生的容量损失较大，均衡电流小，一般应用中很少采用；而主动均衡方式存在能量转换效率低、均衡时效性差的问题。
[0004]主动式在线维护系统在充电阶段均衡，既有助于提高电池系统的一致性，有益于增加电池系统的储存能量；静置过程和放电过程中均衡对电池系统来说，虽然提高电池系统的一致性，但也造成了储能系统的容量损失。假设一个电池组每12支电池配置IOA均衡电流能力、能量转换效率为60%的电池管理系统均衡模块，以0.3C充放电电流、I小时静置时间的工况运行。通过实验测试，如果以单体电池压差大于30mV为开启电池管理系统均衡的条件，则在整个储能系统运行过程中，电池管理系统为全程均衡，充电过程可实现单体电池平均均衡容量为2.5Ah，放电过程和静置过程中可实现单体电池平均均衡容量为3.3Ah，但放电过程和静置过程存在电池管理系统均衡模块自身的能量损耗，会造成储能系统的单体电池平均容量损失为2.5Ah ;如果以单体电池压差大于50mV为开启电池管理系统均衡的条件，充电过程中均衡时间小于40%，放电过程中均衡时间大于80%，静置过程中均衡时间为100%，充电过程可实现单体电池平均均衡容量小于lAh，放电过程和静置过程中可实现单体电池平均均衡容量为3.3Ah，但放电过程和静置过程存在电池管理系统均衡模块自身的能量损耗，会造成储能系统的单体电池平均容量损失为2.5Ah。在充放电整个过程中，分别以30mV和50mV为均衡开启条件的维护设备，可增加储能系统的单体电池平均放电容量分别小于3.3Ah和1.8Ah，对于大于360Ah电池组来说，这种维护方式可以说是杯水车薪。
[0005]实际应用中，由于单体电池内阻和电池额定容量的差异性，内阻越大，额定容量越低，所对应单体电池在充放电过程中电压变化越大，这种现象导致的结果是均衡开启压差越小，根据电压判断均衡开启条件的电池管理系统出现误均衡的几率越大，这也会从根本上导致储能系统的一致性越来越差。另外，主动式均衡方式在维护过程中不可能满功率运行，这也会导致整个储能系统中单体电池平均容量增加的实际值比理论计算值要小。因此，目前市场上采用的在线式主动维护方式在充放电过程中的维护效率存在均衡效率低、均衡时效性差的问题，不能满足市场上实际应用需求。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种电池组并行充电维护装置，以解决现有在线式主动维护方式在充放电过程中的维护效率存在均衡效率低、均衡时效性差的问题。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的一种电池组并行充电维护装置包括功率因数校正PFC电路、整流滤波电路和并行维护模块，该并行维护模块包括与电池组中单体电池对应设置的并行维护通道，所述PFC电路用于输入连接电池组外部的交流电，输出连接整流滤波电路，该整流滤波电路的输出端通过总线连接并行维护模块，该并行维护模块中的各并行维护通道分别与各单体电池正负极相连。
[0008]进一步的，所述并行维护模块包括监控电路，分别与各并行维护模块通信连接。
[0009]进一步的，所述并行维护模块包括设于所述功率因数校正PFC电路前的控制开关。
[0010]进一步的，所述并行维护装置的输入与输出电气隔离。
[0011]进一步的，所述并行维护通道包括降压电路。
[0012]进一步的，所述降压电路输出连接有单体电池充电限压保护、输出过载保护、输出短路保护、单体电池欠压保护、输出防反接保护、输出电流防倒灌、输出状态指示单元。
[0013]进一步的，所述状态指示装置为指示灯。
[0014]本发明的电池组并行充电维护装置采用与电池组充电机并行连接的方式，在电池组充电结束后，通过一对一模式同时对电池组中亚饱和状态的多个单体电池进行充电，保证电池组中每支单体电池达到满电状态，从而提高电池一致性，充电维护过程只有一次功率变换，能量利用率高；每个单体电池配置独立的并行维护通道，当有一个并行充电维护通道工作失效或损坏时，不会影响其他电路的维护工作，提高了维护系统的可靠性；该装置体积小、使用方便，可与电池组集成于一体，能够实现在每次充完电后对电池组中的单体电池进行补电，亦可不与电池组集成于一体，设计为便携式电池组并充系统，实现对蓄电池系统定期维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的电池组并行充电维护装置原理图；
[0016]图2是本实用新型的并行维护模块电气框图。
【具体实施方式】
[0017]电池组并行充电维护装置包括PFC电路，PFC电路用于电池组并行充电维护装置交流输入时功率因数校正，输入连接电池组外部的交流电，输出连接整流滤波电路；所述电池组并行充电维护装置包括整流滤波电路，整流滤波电路用于对交流电进行整流并滤除整流后的电压纹波，输入连接PFC电路，输出通过总线连接并行维护模块；所述电池组并行充电维护装置包括并行维护模块，并行维护模块用于对串联电池组在串联充电结束后，通过一对一模式对电池组中亚饱和状态的单体电池进行单独充电；所述电池组并行充电维护装置还包括控制开关和监控电路，PFC电路前级设计控制开关，用于交流电的接入与断开，同时每个并行维护模块具有与监控电路的通信功能，用于并行维护模块运行状态和故障信息的反馈，实现数据集中监测与处理；并行充电维护装置输入为交流电，输出为恒流限压模式直流电，其中电流值可根据蓄电池组所需要的维护电流进行设计，电压值可根据蓄电池类型和使用工况的不同进行设计；并行充电维护装置输入与输出电气隔离；每个并行维护模块包含一个以上独立的并行维护通道，每个并行维护通道之间相互独立，运行时互不干涉；并行充电维护装置具有良好的可扩展性，能够支持为串联数量大于2串以上的电池组同时实现维护补电的充电装置；并行维护通道输入为整流滤波的直流电，经过降压电路降压后，为电池组各单体电池充电。
[0018]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0019]电池组并行充电维护装置如图1所示，包括PFC电路、整流滤波电路、并行维护模块、监控电路与空气开关。交流电经功率因数校正PFC电路调整后，经过整流滤波电路将交流电转换为平滑的直流电，然后接入多个并行连接的并行维护模块，每个并行维护模块的正负极分别依次连接至串联电池组中单体电池的正负极，PFC电路前级设计空气开关，用于交流市电的接入与断开，同时每个并行维护模块具有与监控电路的通信功能，用于并行维护模块运行状态和故障信息的反馈，实现数据集中监测与处理。电池组并行充电维护装置具有良好的可扩展性，能够支持为串联数量大于2串的电池组同时实现维护补电的充电装置。
[0020]其中，并行维护模块的电气框图如图2所示。并行维护模块包含m个独立3.6V2A并行维护通道，并行充电维护装置的输入与输出隔离，保证每个并行维护通道输出端之间相互隔离。并行维护通道的输入为整流滤波电路输出的直流电压，输出为3.6V2A恒流限压模式，其中电流值可根据电池组所需要的维护电流进行设计，电压值可根据电池额定电压和使用工况的不同进行设计。同时每个并行维护模块具有输入状态指示功能，如果输入状态正常时，指示灯点亮，如果输入状态不正常时，指示灯熄灭。
[0021]并行维护模块所包含的并行维护通道输入为整流滤波的直流电，经过降压电路降压后，为电池组各单体电池充电。并行维护通道的工作模式为:1)当有交流输入时，并行维护通道开始工作，首先自动检测当前单体电池电压状态，当单体电池电压 < 电池欠压下限时，无任何输出，指示灯熄灭；当单体电池电压> 电池过充限制电压时，延时一段时间后，若仍然保持此状态，并行维护通道进入充电完成状态，指示灯转变为红色；2)当电池正常时，并行维护通道进入恒流输出模式，指示灯为绿色，当检测到并行维护通道端口输出电压达到限制电压时，延时一定时间，并行维护通道停止输出，并进入到充电完成状态，指示灯转变为红色；3)当并行维护通道进入到充电完成状态时，通道进入自锁状态，指示灯转变为红色，需要断开输入、接通输入，才能正常工作。
[0022]并行维护通道具有单体电池充电限压保护、输出过载保护、输出短路保护、单体电池欠压保护、输出防反接措施、输出电流防倒灌措施、输出状态指示等功能。并行维护通道运行时，当输出电压达到限压设定值时，自动限制其输出电压的增加，防止并行维护通道对某支单体电池充电过压；并行维护通道输出超过额定功率时，关闭输出，指示灯熄灭，故障排除后，并行维护通道自动恢复工作；并行维护通道运行前输出短路时，通电后不启动，指示不亮，工作过程中输出短路时，关闭输出，指示灯熄灭，故障排出后，并行维护通道恢复正常工作；并行维护通道输入或输出电压小于欠压保护值时，关闭输出，指示灯熄灭，故障排除后，并行维护通道自动恢复工作；并行维护通道直流输出端与单体电池的正负极反接时，通电后不启动，指示灯熄灭，故障排除后，并行维护通道自动恢复工作；并行维护通道具有输出电流防倒灌措施，正常运行时，如果交流输入端断电，电池的电流不能回流并行维护通道。
[0023]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种电池组并行充电维护装置，其特征在于，该装置包括功率因数校正PFC电路、整流滤波电路和并行维护模块，该并行维护模块包括与电池组中单体电池对应设置的并行维护通道，所述PFC电路用于输入连接电池组外部的交流电，输出连接整流滤波电路，该整流滤波电路的输出端通过总线连接并行维护模块，该并行维护模块中的各并行维护通道分别与各单体电池正负极相连。
2.根据权利要求1所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述并行维护模块包括监控电路，分别与各并行维护模块通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述并行维护模块包括设于所述功率因数校正PFC电路前的控制开关。
4.根据权利要求1所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述并行维护模块的输入与输出电气隔离。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述并行维护通道包括降压电路。
6.根据权利要求5所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述降压电路输出连接有单体电池充电限压保护、过载保护、短路保护、单体电池欠压保护、防反接保护、电流防倒灌、状态指示单元。
7.根据权利要求6所述的一种电池组并行充电维护装置，其特征在于:所述状态指示单元为指示灯。
【文档编号】H02J7/00GK203504219SQ201320571992
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】高万兵, 郭盛昌, 高文超 申请人:中航锂电（洛阳）有限公司