一種鋰電池組維護與性能檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種鋰電池組維護與性能檢測裝置，包括用于連接鋰電池組的充放電機單元，用于對鋰電池組中各電池進行均衡的均衡單元；還包括一個本地監控單元，本地監控單元采樣控制連接所述充放電機單元；本地監控單元與均衡單元均連接在CAN總線上。本發明功能強大，可實現的功能有電池組均衡、單體內阻測試、容量測試等。
【專利說明】-種鋰電池組維護與性能檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋰電池組維護與性能檢測裝置，屬于電動汽車及新能源動力電池 領域。
【背景技術】
[0002] 動力電池組是各種電動車輛的主要能量載體和動力來源，也是電動車輛整車成本 的主要組成部分，其壽命直接影響電動車輛的使用成本。
[0003] 電動汽車上的電池組一般都是采用多個單體電池串聯使用的，串聯使用的電池的 充放電和單體電池的充放電過程相比較要復雜的多，汽車高速行駛時所需要的動力在40kW 以上，因此電池放電時的電流一般很大，充電時為了在短時間內充滿，也要求大電流充電， 一段時間后就會造成電池組內電池的不一致性。電池的不一致性會嚴重影響電動汽車的性 能，這就要求在充電站建立相應的維護間，完成電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容 量檢測、電池故障的應急處理工作等。
[0004] 目前并沒有專門針對鋰離子動力電池組的維護測試系統，只有單一的均衡模塊或 者單一的充放電測試設備，且常規的均衡模塊均衡電流小，均衡效果不明顯。進行電池組性 能檢測時還需要另外操作復雜的電池測試設備，工作效率差。而且現有維護技術大多數針 對單體電池或者是鉛酸電池組，而對鋰離子電池的成組維護技術還幾乎沒有，針對鋰離子 動力電池組的性能檢測技術也不太完善。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種鋰電池組維護與性能檢測裝置，用以解決鋰電池組性能 檢測的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明的方案為一種鋰電池組維護與性能檢測裝置，包括用于 連接鋰電池組的充放電機單元，用于對鋰電池組中各電池進行均衡的均衡單元；還包括一 個本地監控單元，本地監控單元采樣控制連接所述充放電機單元；本地監控單元與所述均 衡單元均連接在CAN總線上。
[0007] CAN總線分為兩條線路，分別為第一 CAN總線和第二CAN總線。本地監控單元連接 在第一 CAN總線上，均衡單元連接在第二CAN總線上，控制單元連接第一 CAN總線，第二CAN 總線上還連接有一個用于電池組絕緣檢測的直流參數監測單元，有一上位機輸出端口連接 第一和第二CAN總線。
[0008] 充放電機單元由三相交流電源、隔離變壓器、AC/DC功率單元、DC/DC功率單元組 成；本地監控單元控制連接充放電機單元，本地監控單元采樣連接交流側電壓電流采集端 口、直流側電壓電流采集端口、輸出端電壓電流采集端口。
[0009] 均衡單元包括與各個單體鋰電池--對應的均衡模塊，每個均衡模塊包括控制單 元和DC/DC模塊，DC/DC模塊用于對應連接單體鋰電池。
[0010] 本發明的有益效果是，1)功能強大，可實現的功能有電池組均衡、單體內阻測試、 容量測試等。2)數據采集于鋰電池組的維護接口，自動化程度高，現場操作靈活簡便。3)均 衡單元采用模塊化結構設計思想，每部分承擔相對獨立的工作，不影響其它部分的工作，一 方面提高了系統的可靠性，另一方面使得系統便于維護管理，均衡電流大（最大可達10A)， 有效提1? 了均衡的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明實施例1的整體架構框圖；
[0012] 圖2是本發明實施例2的整體架構框圖；
[0013] 圖3是充放電機單元直流側系統結構圖；
[0014] 圖4是充放電機單元交流側系統結構圖；
[0015] 圖5是均衡單元原理框圖。
[0016] 圖中：
[0017] U1、U2……Un為各均衡模塊，B1、B2……Bn為每個均衡模塊對應的單體電池。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0019] 如圖1所示，圖1為本發明實施例1的整體架構框圖，本發明提供一種鋰電池組維 護與性能檢測裝置，包括：充放電機單元、上位機、本地監控單元、直流參數監測單元、均衡 單元。
[0020] 為了管理和日常維護的方便，本發明包括的各個功能單元可以放置在柜子里，例 如：充放電機單元設置在一個充/放電機柜中；上位機、本地監控單元、直流參數監測單元、 均衡單元設置在一個測量控制柜中，如圖1所示；還可以充放電機單元和本地監控單元設 置在一個充/放電機柜中；上位機、直流參數監測單元和均衡單元設置在一個測量控制柜 中，如圖2所示。
[0021] 為了便于用戶進行測試控制管理，由上位機完成對充/放電柜和測試控制柜進行 數據采集和控制命令下發。
[0022] 采用CAN總線型實時通訊網絡連接。本實施例中，為了增加通訊穩定性和效率， CAN總線分為兩條不同傳輸波特率的線路，分別為第一 CAN總線和第二CAN總線；本地監控 單元連接在第一 CAN總線上，均衡單元和直流參數監測單元連接在第二CAN總線上。
[0023] 充放電機單元由三相交流電源、隔離變壓器、AC/DC功率單元、DC/DC功率單元組 成。本地監控單元控制連接充放電機單元，本地監控單元采樣連接交流側電壓電流采集端 口、直流側電壓電流采集端口、輸出端電壓電流采集端口。
[0024] 充放電機單元將電網AC380V轉化為標稱范圍的直流電對鋰電池組進行充電放電 時，將電池組能量轉換為交流電回饋電網。本地監控單元接收現場測試設備的控制數據，在 上位機故障或通信中斷的情況下，可以保證充放電機單元的正常工作，不影響現場設備的 正常測試。
[0025] 上位機、直流參數監測單元和均衡單元，分別提供用戶在對電池進行充放電控制， 電池組絕緣檢測以及對電池進行均衡充電的維護。
[0026] 均衡單元連接鋰電池組的維護接口。均衡單元采用的是多模塊開關均衡法，每個 均衡模塊結構相同且相互獨立的控制一節單體電池。均衡模塊包括控制單元和DC/DC模 塊，鋰單體電池對應連接DC/DC模塊。
[0027] 上位機通過第一 CAN總線與本地監控單元、鋰電池組的BMS連接，通過第二CAN總 線與直流參數監測單元、均衡單元連接。用戶可直接在上位機界面上操作自動完成各種電 池性能測試。
[0028] 圖3所示是充放電機單元直流側系統結構圖，圖4是充放電機單元交流側系統結 構圖，圖3和圖4合起來為充放電機單元總電路圖。充放電機單元提供最大充放電電流 360A，適用于電壓等級100V以下的鋰電池組，最大功率36KW，為了實現能量的雙向流動和 降低系統對電網的污染，主電路采用PWM整流器。直流側電容C1起到抑制諧波電壓和穩定 直流電壓的作用，電阻RL的作用是先啟動建立直流母線電壓，等待雙向DC-DC變換器啟動， 以實現對電池組的充電或放電。交流側電感L起濾波和使PWM整流器實現四象限運行的作 用，PWM整流器主要是為后級的直流變換器提供穩定的直流電壓和實現能量的雙向流動，而 雙向DC-DC變換器可擴大輸出電壓的范圍和實現鋰電池組的充放電工作。
[0029] 當對鋰電池組充電時，開關管S1導通，S2保持關斷，此時變換器相當于一個降壓 斬波電路，將PWM整流器輸出的電壓降為適合的充電值，能量通過PWM整流器從電網傳輸給 電池組。當鋰電池組放電時，開關管S1導通，S2保持關斷，變換器工作在升壓斬波狀態，電 池組放出的能量通過雙向DC-DC變換器回送給PWM整流器直流環節，從而造成直流母線電 壓上升；PWM整流器為了穩定直流母線電壓，所以要向電網輸出能量。這時PWM整流器工作 在有源逆變狀態，能量回饋給電網，達到節能的目的。
[0030] 本發明可實現的功能有鋰電池組均衡維護、單體內阻測試、容量測試等，下面結合 具體實施例對本發明可實現的功能作進一步說明。
[0031] (1)容量測試
[0032] 容量測試是為了測定當前鋰電池組的放電容量是否滿足技術要求，進行容量檢測 時，首先輸入當前鋰電池組的額定容量，上位機會根據當前電池組的額定容量自動選擇相 應的充電策略，以一箱300AH的磷酸鐵鋰動力鋰電池組容量測試操作為例，輸入當前電池 組容量C = 300AH，執行的充電策略如下：
[0033] 初始充電電流：100A，（0. 3C+10A)，當任一單體電壓彡3. 50V按此電流充電；
[0034] 當上位機檢測BMS上送的任一單體電壓彡3. 50V時，降低充電電流為75A ;
[0035] 當上位機檢測BMS上送任一單體電壓彡3. 55V時，降低充電電流為50A ;
[0036] 當上位機檢測BMS上送任一單體電壓彡3. 60V時，降低充電電流為25A ;
[0037] 當上位機檢測BMS上送任一單體電壓彡3. 65V時，停止充電，充電完成。
[0038] 然后以C/3(100A)恒流對鋰電池組放電，充放電單元實時采集電壓電流信息，當 上位機檢測BMS上送任一單體電壓< 2. 8V時，停止放電，上位機根據上送的放電全程電流 信息計算出容量，完成容量測試后，上位機將數據以EXCEL形式保存，供用戶調用查看。
[0039] (2)均衡維護
[0040] 如圖5所示為均衡單元原理框圖，進行均衡維護時，首先根據鋰離子電池的類型， 在上位機上選擇相應的均衡策略，由上位機開啟均衡命令，如磷酸鐵鋰動力電池組均衡充 電截止電壓應為3. 65V，錳酸鋰動力電池組均衡充電截止電壓應為4. 5V，下面以磷酸鐵鋰 動力鋰電池組均衡操作為例。如圖4所示，每一個均衡模塊Un中的控制單元負責實時采集 與之對應的單體電池 Bn兩端的電壓，采集完成后判斷采集到的單體電池電壓是否大于等 于3. 65V :如果大于等于3. 65V，則表明此節單體電池不需要進行均衡操作，對應的此路均 衡模塊不工作；如果單體電池 Bn電壓小于3. 65V,對應的均衡模塊輸出繼電器閉合，進一步 判斷此節單體電池 Bn電壓是否小于3. 6V，如果此節單體電池 Bn電壓小于3. 6V，則對應均 衡模塊中的DC/DC模塊將以設定電流值10A對單體電池進行恒流充電；如果此節單體電池 Bn電壓大于3. 6V，則對應均衡模塊中的DC/DC模塊將以設定電壓值3. 65V對單體電池進行 恒壓充電。恒壓充電階段，均衡模塊中的控制單元實時檢測充電電流的大小，如果充電電流 小于設定值1A，均衡模塊輸出繼電器斷開，表明對應的此節單體電池均衡完成。均衡完成 后，對應的均衡模塊通過CAN總線將均衡完成信息上送給上位機，當所有單體電池全部均 衡完成后，上位機提示整個鋰電池組均衡完成。
[0041] (3)單體內阻測試
[0042] 開啟單體內阻檢測時，首先輸入當前鋰電池組額定容量，上位機會根據當前電池 組的額定容量自動選擇相應的充放電電流，本發明測定的是電池的直流內阻，完成一輪內 阻測試共耗時220S，以一箱300AH的磷酸鐵鋰動力鋰電池組內阻測試操作為例，輸入當前 電池組容量C = 300AH，電流取正代表給動力電池組充電，電流取負代表給動力電池組放 電，上位機給充放電機單元下發充電放策略如下表所示：
[0043]
【權利要求】
1. 一種鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述維護與性能檢測裝置包括用 于連接鋰電池組的充放電機單元，用于對鋰電池組中各電池進行均衡的均衡單元；還包括 一個本地監控單元，本地監控單元采樣控制連接所述充放電機單元；所述本地監控單元與 所述均衡單元均連接在CAN總線上。
2. 根據權利要求1所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述CAN總線分 為兩條線路，分別為第一 CAN總線和第二CAN總線；所述本地監控單元連接在第一 CAN總線 上，所述均衡單元連接在第二CAN總線上。
3. 根據權利要求2所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述第二CAN總 線上還連接有一個用于電池組絕緣檢測的直流參數監測單元。
4. 根據權利要求1所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，有一上位機輸 出端口連接所述第一和第二CAN總線。
5. 根據權利要求1所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述充放電機 單元由三相交流電源、隔離變壓器、AC/DC功率單元、DC/DC功率單元組成；所述本地監控單 元控制連接所述充放電機單元，所述本地監控單元采樣連接交流側電壓電流采集端口、直 流側電壓電流采集端口、輸出端電壓電流采集端口。
6. 根據權利要求2所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述均衡單元 包括與各個單體鋰電池 對應的均衡模塊，每個均衡模塊包括控制單兀和DC/DC模塊， DC/DC模塊用于對應連接單體鋰電池。
7. 根據權利要求6所述的鋰電池組維護與性能檢測裝置，其特征在于，所述控制單元 連接第一 CAN總線。
【文檔編號】H01M10/42GK104112877SQ201410290985
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】韓海倫, 孫學武, 任科臣, 周長春, 盧高慶, 來瑞俊, 錢帆, 唐懷棟, 高慶勇 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許繼電源有限公司