CN102315492A - 动力电池组维护装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池组维护装置，该装置由多芯接插件、开关阵、隔离电源模块、通讯模块、控制系统、充电模块、放电模块、电压检测电路、人机交互模块以及电流传感器连接组成。本发明还公开了前述动力电池组维护装置的工作方法，首先通过充电电路对电池组进行充电，当电池组中最大单体电压达到设定值时，关闭充电电路并打开隔离电源模块，将所有单体电池电压充电至设定值。再通过放电模块对电池组进行放电，放电至最低单体电压达到设定值为止，关闭放电模块。再通过充电模块将电池组充电到设定的剩余电量状态，最后记录电池组信息后通过通讯模块发送给电池组管理系统。本发明可用于4S店或其它定点维护处，实现对大型动力电池组的性能维护。
Description
动力电池组维护装置及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电池组充电控制技术领域，尤其涉及一种动力电池组维护装置及其工作方法。
背景技术
[0002] 随着锂离子电池组应用越来越广泛，电动汽车、电动大巴、大型能量储存系统等给人类社会带来了巨大的变化。而电池组系统是影响锂离子电池组广泛应用的几个关键技术之一。电池组系统中的几个问题目前尚无完善的解决方案，比如电池组电量的估计精度、电池组寿命的估计、大容量电池组的均衡问题等，上述电池组的问题已经阻碍了电池组系统的广泛应用。目前的电池组管理系统对于这些问题没有理想的解决方法，从而无法保证电池组的安全以及使用寿命达到产业化的要求。
[0003] 如中国专利CN1855606A于2006年11月01日公开了一种电动汽车电池管理系统构成方法及其系统，其管理系统构成方法是通过建立电池管理系统的独立的监控功能模块与充电均衡模块，对电动汽车实现不同状况下的功能合理分离和有机配合的处理，在电动汽车正常驾驶时，对电池组内各单体电池进行监控与报警，在停车充电时，在监控模块上加挂充电均衡模块，对电池组自动均衡充电，方法包括以下步骤：（1)电池管理系统配置两个独立功能的监控功能模块和充电均衡功能模块；（2)监控功能模块的通讯连接电缆采用多芯线，其中四根芯线包括两根信号线与两根电源线，电池管理系统工作时，监控功能模块的电源通过DC/DC隔离电源从通讯电缆的电源线上取电，通讯电路的低压电源与监控功能模块上的低压电源隔离，保证监控功能模块与上位机可靠通讯；（3)电池管理系统需切断电源或关闭时，直接切断上位机上供电电源就可切断整个电池管理系统的供电，提高系统的安全性，节省停车状态下无效的电源耗电；(4)监控功能模块带有电池编码电路，上位机通过通讯连接电缆访问监控功能模块，直接获取每个单体电池的编号及其电压、电流、温度的数据；(¾在停车充电时，在监控模块上加挂充电均衡模块，电池管理系统启动自动充电均衡功能，实现电池组的充电自动均衡，保持电池组内每个单体电池提供电量的均衡性。不过，该方法在把均衡控制系统放置于电池组管理系统中，增加了电池组管理系统的体积和重量、大幅提高了电池组管理系统的成本并降低了可靠性。
[0004] 如中国专利CN101303397A于2008年11月12日公开了一种锂离子电池组剩余电能计算方法及装置，利用锂离子电池组的开路电压和电能积分相结合的方法来计算充放电能量，根据开路电压和充放电电流的大小实时计算锂离子电池组的直流阻抗，由直流阻抗和充放电电流等参数确定锂离子电池组在当前情况下放电达到终止电压时可用剩余电能时相应的开路电压，并由此时的开路电压计算出锂离子电池组在放电达到终止电压时的实际剩余电能。由电池的最大剩余电能减去达到放电终止条件时剩余电能就可以得到电池可用剩余电能。但该方法对于电池组剩余电量的估计偏差较大，尤其是循环后期，电池组的寿命、电池组的均衡状态以及温度等都对电量估计的精度有着非常大的影响，因此在电池组使用后期的剩余电量估计精度目前都没有更好的方法。而对于电池组的使用寿命估计目前还没有准确的方法。因此电池组管理系统中的这些问题没有好的方法可以解决，影响了市场推广。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种动力电池组维护装置，并提出该动力电池组维护装置的工作方法。该动力电池组维护装置及其工作方法通过外部装置维护的方式，能够大幅提高电池组电量的估计精度，精确完成电池组的健康状态估计，同时解决大容量电池组的均衡难题。该装置和方法可有效解决电池组管理系统的控制弱点，提高了电池组系统的安全性并延长电池组的使用寿命。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种动力电池组维护装置由多芯接插件、开关阵、隔离电源模块、通讯模块、控制系统、充电模块、放电模块、电压检测电路、人机交互模块以及电流检测电路组成，其创新点在于，所述的多芯接插件与开关阵、电流检测电路、充电模块、放电模块以及通讯模块相连，开关阵与隔离电源模块相连，电流检测电路与充电模块和放电模块相连，充电模块与放电模块和控制系统相连，通讯模块、开关阵、人机交互模块与隔离电源模块与控制系统相连，电压检测电路与多芯接插件、控制系统相连。
[0007] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置中，隔离电源模块的数量为电池组串联数的一半。
[0008] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置中，隔离电源模块对输出电流进行检测并对输出电量进行检测，通过通讯发送给控制系统。
[0009] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置中，控制系统通过通讯模块将维护信息写入电池组管理系统。
[0010] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置中，电池组的串联数在维护前通过人机交互模块进行设置。
[0011] 本发明提供的上述动力电池组维护装置的工作方法通过以下步骤实现：
[0012] (1)维护装置连接上电池组系统后首先通过人机交互模块进行电池组串数设置；
[0013] (2)控制系统首先通过充电模块对电池组系统进行充电，当电池组中最大单体电压达到设定电压值时关闭充电模块；
[0014] (3)控制系统通过开关阵将隔离电源模块切换到奇数编号的电池上，对其进行恒流充电至设定值为止；
[0015] (4)控制系统通过开关阵将隔离电源模块切换到偶数编号的电池上，对其进行恒流充电至设定值为止；
[0016] (5)充电完成后控制系统关闭充电模块，打开放电模块，放到电池组中最低单体电压达到设定值时关闭放电模块；
[0017] (6)控制系统打开充电模块，对电池组进行充电，当电池组剩余电量达到设定值时关闭充电模块；
[0018] (7)控制系统处理电池组维护信息，并通过通讯模块将电池组信息写入电池组管理系统。
[0019] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置的工作方法中，被维护电池组的串数通过人机交互模块进行设定。[0020] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置的工作方法中，对电池组进行维护时，先进行充满电操作，再进行放电操作，最后进行充电操作。
[0021] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置的工作方法中，对电池组进行充电操作时，先通过充电模块进行串联充电，当最大单体电压达到设定值时，再关闭充电模块，由隔离电源模块进行单体电池充电。
[0022] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置的工作方法中，隔离电源模块对电池组进行充电时，先对奇数编号的单体电池进行充电，再通过开关阵，对偶数编号的单体电池进行充电。
[0023] 优选地，本发明上述动力电池组维护装置的工作方法中，维护装置通过通讯模块将电池组维护信息写入到电池组管理系统。
[0024] 本发明的有益效果是：本发明解决了目前电池组管理系统中几个无法完美解决的问题，如剩余电量的估计精度问题、电池组的健康状态估计问题以及大容量电池组的均衡控制问题等。通过电池组系统的外部维护装置，大幅提高了剩余电量的估计精度，尤其是混合工作模式中的电池组，并提高了电池组健康状态的估计精度，解决了大容量电池组的均衡控制问题，为大容量电池组的产业化解除了障碍，并降低了电池组管理系统的成本和复杂度。本发明采用的动力电池组维护装置及其工作方法，可对电池组系统进行有效维护，提高了电池组系统的安全性，延长了电池组系统的使用寿命。
附图说明
[0025] 图1是本发明动力电池组维护装置的结构示意图。
[0026] 图2是本发明动力电池组维护装置工作方法流程图。
[0027] 图1中，1为多芯插接件；2为开关阵；3为隔离电源模块；4为电流检测电路；5为控制系统；6为充电模块；7为放电模块；8为人机交互模块；9为通讯模块；10为电压检测电路；I为电池组系统；II为电池组维护装置。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
[0029] 本发明以下实施例提供的动力电池组维护装置可用于4S店或其它定点维护处， 实现对大型动力电池组的性能维护。本发明以下实施例以轿车用动力电池组维护为例，轿车采用108只50Ah电池组串联而成，为磷酸铁锂体系动力电池组。
[0030] 本发明以下实施例不能涉及到的多芯插接件、开关阵、隔离电源模块、电流检测电路、控制系统、充电模块、放电模块、人机交互模块、通讯模块以及电压检测电路和现有技术中常见的多芯插接件、开关阵、隔离电源模块、电流检测电路、控制系统、充电模块、放电模块、人机交互模块、通讯模块以及电压检测电路并无二致。
[0031] 如图1所示，本发明一较佳实施例提供的动力电池组维护装置II，由开关阵2、隔离电源模块3、电流检测电路4、控制系统5、充电模块6、放电模块7、人机交互模块8、通讯模块9和电压检测电路10组成。其中多芯接插件1与开关阵2、电流检测电路4、充电模块 6、放电模块7以及通讯模块9相连，开关阵2与隔离电源模块3相连，电流检测电路4与充电模块6和放电模块7相连，充电模块6与放电模块7和控制系统5相连，通讯模块9、开关阵2、人机交互模块8与隔离电源模块3与控制系统5相连，电压检测电路10与多芯接插件 1、控制系统5相连。开关阵2由继电器构成，把隔离电源模块分别切换到奇数编号和偶数编号的电池上。隔离电池模块3为小功率隔离电源模块，对于磷酸铁锂体系的电池输出电压为3. 65V，对于其它体系的电池输出电压为4. 2V，输出电流为5A，同时计算输出电量。电流检测电路4为电流传感器，用于检测串联回路的电流大小。控制系统5由单片机系统或其它智能控制系统组成，用于实现各模块之间的智能控制以及外部通讯用。充电模块6为大功率充电电路，输出电压为400V，输出电流20A，能通过控制系统5进行充电控制。放电模块7为大功率放电电路，对电池组进行串联放电，放电电流通过控制系统5设定，最大放电电流为20A，并计算放电电量。人机交互模块8采用触摸屏设计，通过触摸屏设计选择被维护的电池组型号，并且启动维护，同时可通过显示看到维护的各种信息。通讯模块9采用的是I2C的方式，通过控制系统直接写入电池组管理系统I中。电压检测电路10采用电流源型电压检测电路，对所有单体电池电压进行检测，并发送至控制系统中。 [0032] 如图2所示，本发明一优选实施例提供的动力电池组维护装置工作方法，首先把动力电池组维护系统连接上电池组，通过人机交互模块进行类型，如设定EV车、PHEV车或者HEV车，再选择电池组串数，通过启动维护按钮进行维护工作。维护开始时，首先对动力电池组进行充满电的操作，通过充电模块对电池组进行串联充电，当单体电池最大值达到 3. 65V时关闭充电模块，打开开关阵把隔离电源模块切换到奇数编号的电池上，控制隔离电源模块对奇数编号的电池进行充电，隔离电源模块的输出电流为5A，当单体电池的电压达到3.65V时停止充电。同时记录每个隔离电源模块输出的电量值，发送给控制系统。当所有单体电池都充满电后，控制系统控制放电模块进行放电操作，当单体最低电压达到2. 5V 时，放电模块停止放电。控制系统再根据电池组的类型控制充电模块对电池组进行串联充电，如HEV车充电到50%电量，PHEV车充到90%电量，EV车充到100%电量。最后控制系统根据环境温度计算各种维护信息，通过通讯模块写入电池组管理系统。
Claims (12)
1. 一种动力电池组维护装置，由多芯接插件（1)、开关阵O)、隔离电源模块（3)、电流检测电路（4)、控制系统（¾、充电模块（6)、放电模块（7)、人机交互模块（8)、通讯模块（9) 以及电压检测电路（10)组成，其特征在于，所述的多芯接插件（1)与开关阵O)、电流检测电路G)、充电模块（6)、放电模块（7)以及通讯模块（9)相连，开关阵（2)与隔离电源模块 (3)相连，电流检测电路⑷与充电模块（6)和放电模块（7)相连，充电模块（6)与放电模块（7)和控制系统（5)相连，通讯模块（9)、开关阵O)、人机交互模块⑶与隔离电源模块 (3)与控制系统(5)相连，电压检测电路(10)与多芯接插件（1)、控制系统(5)相连。
2.根据权利要求1所述的动力电池组维护装置，其特征在于，隔离电源模块（3)的数量为电池组串联数的一半。
3.根据权利要求1或2所述的动力电池组维护装置，其特征在于，隔离电源模块（3)对输出电流进行检测并对输出电量进行检测，通过通讯发送给控制系统。
4.根据权利要求1所述的动力电池组维护装置，其特征在于，控制系统（5)通过通讯模块（9)将维护信息写入电池组管理系统。
5.根据权利要求1所述的动力电池组维护装置，其特征在于，电池组的串联数在维护前通过人机交互模块（8)进行设置。
6.根据权利要求1所述的动力电池组维护装置，其特征在于，对于电池组系统的均衡差异、剩余电量估计精度以及健康状态估计精度进行维护。
7.权利要求1-5任何一项所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)维护装置连接上电池组系统后首先通过人机交互模块进行电池组串数设置，再启动维护；(2)控制系统通过充电模块对电池组系统进行充电，当电池组中最大单体电压达到设定电压值时关闭充电模块；(3)控制系统通过开关阵将隔离电源模块切换到奇数编号的电池上，对其进行恒流充电至单体电压达到设定值为止；(4)控制系统通过开关阵将隔离电源模块切换到偶数编号的电池上，对其进行恒流充电至单体电压达到设定值为止；(5)充电完成后控制系统关闭充电模块，打开放电模块，放到电池组中最低单体电压达到设定值时关闭放电模块；(6)控制系统打开充电模块，对电池组进行充电，当电池组剩余电量达到设定值时关闭充电模块；(7)控制系统处理电池组维护信息，并通过通讯模块把将电池组信息写入电池组管理系统。
8.根据权利要求7所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，被维护电池组的串数通过人机交互模块进行设定。
9.根据权利要求7所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，对电池组进行维护时，先进行充满电操作，再进行放电操作，最后进行充电操作。
10.根据权利要求7、8或9所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，对电池组进行充电操作时，先通过充电模块进行串联充电，当最大单体电压达到设定值时，再关闭充电模块，由隔离电源模块进行单体电池充电。
11.根据权利要求7所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，隔离电源模块对电池组进行充电时，先对奇数编号的单体电池进行充电，再通过开关阵，对偶数编号的单体电池进行充电。
12.根据权利要求7所述的动力电池组维护装置的工作方法，其特征在于，维护装置通过通讯模块将电池组维护信息写入到电池组管理系统。
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