一種電力機車電池組工作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬軌道交通技術領域，具體涉及一種電力機車電池組工作方法。
【背景技術】
[0002]電力機車蓄電池是在串聯工作狀態下，和諧機車是單個2V共串48個電池。韶山機車是單個1.2V共串74個電池。由于其個體的不一致性，使其存在容量差異，在充放電過程中也會使其容量差異逐漸增大，最終個別電池的壽命提前到期導致整組電池報廢。
[0003]為解決上述問題，人們進行了大量的工作，主要有以下幾種方法:
[0004]1、均衡充電:在串聯充電時，通過并接在每個電池上的放電回路控制充電電壓，使其與其它電池的充電電壓一致，保證高容量電池電壓不過充的情況下，盡量多為低容量電池充電。
[0005]2、電容切換補償:通過開關網絡將電壓過高的電池容量轉移到電容上，再將電容上的電能通過開關網絡轉移到低電壓電池上。
[0006]3、冗余電池切換補償:每組電池備用一定比例的冗余電池，當發現電壓低的電池時，用開關網絡用冗余電池取代低電壓電池給系統供電。
[0007]以上幾個模式有多種解決方案，但都有缺陷。
[0008]方法I能延長電池壽命，但由于均衡電流有限，且單體電池壽命本身有不確定性，因此只是一種治標不治本的方案，在電池組配容差異較大時并不能解決根本問題，在電池組中少數電池損壞時，整組電池都不能工作。
[0009]方法2基本上還是均衡概念，其開關網絡復雜，可操作性及成本還不如方法I。
[0010]方法3的優點在于解決了配容差異大也能均衡，個別電池損壞也不影響整組電池工作。其缺點一是要用大量功率器件作開關元件，二是要有一定比例的冗余電池(20%左右)，從而導致整組電池的成本急劇上升，實用性大打折扣。
【發明內容】
[0011 ] 針對以上問題，本發明提供一種電力機車電池組工作方法，在電池組充電和放電過程中均能大電流無損均衡。最大限度保證各個電池在壽命周期內的一致性，提高單體電池的壽命，從而保證成組電池的壽命；同時在少量電池失效時，整組電池仍能正常工作，并由此大大提升電池組的使用壽命。
[0012]本發明的技術方案如下:一種電力機車電池組工作方法，包括多路高頻變壓器、高頻整流回路及補充充電電路；充電時，充電電流分配到各單體電池的補充充電電路中，分配的充電電流取決于單體電池的電壓大小；即單體電池的電壓越高得到的充電電流越小，單體電池的電壓越低得到的充電電流越大；
[0013]放電時，補充充電電路將補充電流分配給各單體電池，單體電池的電壓下降速度越快得到的補充電流越大，單體電池的電壓下降速度越慢得到的補充電流越小。
[0014]進一步的，充電電流的大小為電池組工作電流的1% _5%。
[0015]本發明通過對串聯電池組充、放電過程的有效管理，能大大減少單體電池因充、放電不均衡而產生的失效。同時能對因其它原因失效的單體電池采用能量轉移的方式進行替代，從而延長整組串聯電池組的壽命。
[0016]基本工作原理:充電時將部分充電電流分配到各單體補充充電電路中，而補充充電電流的大小是由單體電池電壓大小決定，電壓越高得到的補充電流越小，反而電壓越低的電池得到補充電流越大，從而保證單體電池能得到均衡充電。
[0017]放電時將部分放電電流分配到各單體電池補充充電電路中，放電時容量較小的電池電壓會下降較多，補充電路會為其提供較大的補充電流，使其與其它電池電壓保持基本一致，極限情況下，某單體電池已經耗盡，此時補充充電電路將為其補充與系統放電電流等額的電流，完全替代本單體電池工作，保證成組電池的輸出端電壓不受影響，保證本電池不承受反向電壓，并保證電池組內其它電池的容量能充分釋放。
[0018]應用本發明的技術方案，具有以下優點:
[0019]1、大大提升充電時均衡充電電流。
[0020]傳統產品均衡電流約為0.2% X AH數，即50AH電池約為100mA，而生產線出來的電池容量誤差為5-10%，經配容之后的誤差也在1%左右，因而其均衡電流是不足以補償其不均衡性的，只能延緩電池因不均衡引起的失效時間。
[0021 ] 本技術采用后，均衡電流大幅提升后帶來二大優勢。一是可全面補償均衡電流，二是因為均衡電流大，對電池本身生產的容量一致性要求大大降低，從而節省生產成本。
[0022]2、大大降低電池在充放電過程中因不均衡充放電引起的失效。
[0023]本發明的采用，保障電池的充電和放電過程均有均衡，不但防止了因不均衡充電過程引起電池失效，也防止了因不均衡放電過程引起的電池失效。
[0024]3、極大提升成組電池的壽命
[0025]本發明的最大優勢在于當電池組中有個別電池已經失效時(電池開路情況例外，這種情況很少發生)，本裝置能從其它電池中抽取部份能量來代替失效電池工作，從而保證整組電池在端電壓正常的狀態下繼續供電，保證未失效部份的電池的能量能充分釋放。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的電路結構示意圖
[0027]圖2是本發明的電路圖
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明所述一種電力機車電池組工作方法進行詳細說明，
[0029]本發明的核心要點是用電力電子技術將部份能量從整組電池抽出補充到容量偏低的電池上，實現成本低，補償能力強，將成組電池壽命提升到接近單體電池壽命水平。
[0030]本發明的電路原理為:整個電路類似于一個開關電源，開關電源的實際輸出功率取決于RC2上充電或放電電流的大小。電路按RC2上電流的正負判斷電池處于充電、放電和斷開三種狀態，高頻變壓器B的N個次級及整流電路要求參數一致性較高，它們的輸出電壓在相同負載情況下是基本一致的。
[0031]充電:充電時，取較小能量(工作電流1-5% )為各單體電池補充能量，當某個單體電池電壓較低時，其次級變壓器繞組會從初級獲取更多能量(補充充電電流增大)。而電壓較高的單體電池會取得較平均電流更小的能量。這種結構保證了充電過程各電池的均衡充電，不會導致過充和充電不足的情況出現，從而消除充電不均衡導致電池特性變壞的情況發生。同時這種方法比傳統并接放電電路的方法更節省能量，并能為電池提供更大的均衡電流(例于50AH48V電池組IC充電時，傳統方法最大均衡電流約為100mA，而本方法最小可提供到4A以上)。
[0032]工作原理與工作過程:
[0033]主回路:主回路由功率開關電路、多路高頻變壓器、整流回路及電流檢測電路組成。
[0034]電路按系統充電或放電電流的大小，按一定比例(一般低于20% )控制開關電源的總體輸出功率，經高頻變壓器后分為N個隔離的補充電源，經整流后分別給各單體電池提供補充電流，這些電源的輸出阻抗在設計時要基本保持一致，充電情況下在各單體電池電壓相等時，它們從各供電電源所獲取的電流是基本一致的。而當電池電壓本身差異產生時，電壓高的電池將會獲得較少甚至得不到補充的充電電流，而電壓較低的電池會從變壓器獲取更大的電流，從而使各電池充電電壓得到均衡。放電時，各補充電源在電池電壓一致時是均勻為每個單體電池補充的，在某些容量偏低的電池電壓下降較快時，其補充電源同理會自動提供更大的補充電流，相反容量偏高的電池將減少得到的補充電流。極限情況下，某單體電池完全損壞時，其補充電源會將足夠能量補充到這一節電池，取代本節電池本身，保證整組電池在正常端電壓情況下釋放出所有的容量。本系統可針對電池批量質量的好壞決定總體輸出功率大小，從而達到補償多個全廢單體電池的目的。
[0035]調節與驅動電路:
[0036]上述電路在均衡充電時提供最大4A均衡電流，在放電時在12.5%的單體電池完全失效時，仍可保障未失效電池的容量正常輸出供電。
[0037]調節與驅動電路是控制開關電路的開關時間，從而控制整個補充供電系統輸出功率的電路，其技術方案有多種成熟方案，不再贅述。
[0038]本發明的發明點主要體現在:1、采用高頻多路隔離輸出變壓器作為串聯電池組均衡充放電及電池組內單體電池能量轉移補償的BMS電池管理系統方法。
[0039]2、采用高頻開關電路作為串聯電池組均衡充放電及電池組內單體電池能量轉移補償的BMS電池管理系統方法。
[0040]以上是對本發明進行了示例性的描述，顯然本發明的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種電力機車電池組工作方法，其特征在于，包括多路高頻變壓器、高頻整流回路及補充充電電路；充電時，充電電流分配到各單體電池的補充充電電路中，分配的充電電流取決于單體電池的電壓大小；即單體電池的電壓越高得到的充電電流越小，單體電池的電壓越低得到的充電電流越大； 放電時，補充充電電路將補充電流分配給各單體電池，單體電池的電壓下降速度越快得到的補充電流越大，單體電池的電壓下降速度越慢得到的補充電流越小。
2.根據權利要求1所述的一種電力機車電池組工作方法，其特征在于，充電電流的大小為電池組工作電流的1% _5%。
【專利摘要】本發明公開一種電力機車電池組工作方法，包括多路高頻變壓器、高頻整流回路及補充充電電路；充電時，充電電流分配到各單體電池的補充充電電路中，分配的充電電流取決于單體電池的電壓大小；即單體電池的電壓越高得到的充電電流越小，單體電池的電壓越低得到的充電電流越大；放電時，補充充電電路將補充電流分配給各單體電池，單體電池的電壓下降速度越快得到的補充電流越大，單體電池的電壓下降速度越慢得到的補充電流越小。應用本發明的方法，在電池組充電和放電過程中均能大電流無損均衡。最大限度保證各個電池在壽命周期內的一致性，同時在少量電池失效時，整組電池仍能正常工作，并由此大大提升電池組的使用壽命。
【IPC分類】H02J7-00, H01M10-44
【公開號】CN104868185
【申請號】CN201410722469
【發明人】施宇飛, 何向東, 屈大衛
【申請人】株洲中車電氣科技有限公司, 無錫交大銀河科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年12月3日