CN104950262A - 充放电测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种充放电测试系统包括：包括交流直流转换单元、能量均衡单元和直流直流转换单元；交流直流转换单元的一端通过电网线路连接电网，另一端通过电流母线连接所述直流直流转换单元和能量均衡单元；所述能量均衡单元通过电流母线连接所述直流直流转换单元；所述交流直流转换单元检测电网和电流母线的工作状态，并根据接收到的信息启动或关闭，能量均衡单元检测电流母线状态，并根据接收到的信息启动或关闭。本发明提高被测单元充放电的效率和安全性，降低维护成本，提高系统的使用寿命，降低谐波对电网的污染等。

Description

充放电测试系统

技术领域

本发明涉及到充放电领域，特别是涉及到充放电测试系统。

背景技术

被测单元（如锂电池、镍氢电池、铅酸电池等）出厂前一般需要进行化成和分容两个步骤，所谓化成和分容是指通过对电池进行充电和放电，使电池的内部极板之间的化学物质充分激活，并通过充放电过程，判断电池的容量，进行筛选、归类。传统的化成和分容是通过将被测单元接到充电器进行充电，然后将电池接到电阻负载上进行放电，需要消耗很大的电量，特别是对于大容量的电池。

现有技术中，大部分将充电设备与放电设备分开，充电设备将电网上的市电转化成直流电给电池进行充电，充电电压范围小，一种充电设备只能适合少数几种类型的被测单元使用，对应多种被测单元时，需要更多型号的充电设备，设备投入成本很高；而放电设备一般采用电阻作为负载，将电池的能量通过电阻发热消耗掉；也有一小部分企业采用晶闸管有源逆变放电装置来进行放电，将蓄电池能量送回电网，但该装置容易发生逆变颠覆现象，对电网的谐波较大。

现有技术中还提出一种节能型电池充放电系统，其技术方案是采用储电装置和被测单元之间进行充放电的方式实现节能，并且充放电一体，该充放电系统储电装置体积大，由于经常处于充放电工作状态，寿命短，需要经常更新储电装置，维护成本高；而且储电装置能量和被测被测单元能量存在不匹配的问题，当被测电池的能量大于储电装置能吸收的能量的时候，被测被测单元放电时，储电装置电压将会很高，甚至烧毁储电装置。

现有技术中还提出一种电池节能充放电的方法及测试系统，其技术方案是利用并网逆变技术和非隔离双向变换技术，采用场效应管实现电池的充放电一体化，并实现放电的节能，但是该方法只适合于在电网正常的情况下使用，且被测电池之间没有电气关联，当电网异常时该系统无法使用；在电池充放电过程中电网异常时会造成充放电过程中断故障，影响到生产计划，造成损失；测试端与电网、测试端与测试端有内在电气关联，对人身、电池和设备存在不安全的风险。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种安全、节能、维护成本低的充放电测试系统。

为了实现上述发明目的，本发明提出一种充放电测试系统，包括交流直流转换单元、能量均衡单元和直流直流转换单元；

所述交流直流转换单元的一端通过电网线路连接电网，另一端通过电流母线连接所述直流直流转换单元和能量均衡单元；

所述能量均衡单元通过电流母线连接所述直流直流转换单元；

当所述交流直流转换单元检测电网正常工作时，则交流直流转换单元启动并正常工作，与所述直流直流转换单元进行能量交换，能量均衡单元关闭待机；被测单元充电时所述交流直流转换单元将电网的交流电转换成直流电输送至直流直流转换单元，直流直流转换单元将接收的直流电转换成适配被测单元的直流电至被测单元；被测单元放电时所述直流直流转换单元接收被测单元的直流电，并将该直流电转成适配交流直流转换单元的直流电输送至交流直流转换单元，交流直流转换单元将接收的直流电转换成适配电网的交流电输送至电网；

当所述交流直流转换单元检测电网异常工作时，则交流直流转换单元停止工作，能量均衡单元打开并与直流直流转换单元进行能量交换；被测单元充电时，所述能量均衡单元发电并转换成适配直流直流转换单元的直流电，输送至直流直流转换单元，直流直流转换单元将接收的直流电转换成适配被测单元的直流电至被测单元；被测单元放电时，所述直流直流转换单元接收被测单元的直流电，并将该直流电转成适配能量均衡单元的直流电输送至能量均衡单元。

进一步地，所述直流直流转换单元包括多个，被测单元充/放电时，通过调整多个直流直流转换单元的串联和/或并联关系，调节输出电流、电压和功率的量程范围。

进一步地，所述能量均衡单元包括储能模块和能量均衡模块；所述储能模块输送电能给所述能量均衡单元进行均衡处理并发送给所述直流直流转换单元，或者储能模块接收所述直流直流转换单元发送到能量均衡单元进行均衡处理的电能；

所述能量均衡单元，当储能模块存储能量小于指定值时，如果电网正常工作，则通过所述交流直流转换单元从电网获取能量储能模块的能量补充至指定值。

进一步地，所述能量均衡单元还包括发电模块，所述发电模块供电给所述储能模块；

所述能量均衡单元，当储能模块存储能量小于指定值时，如果电网正常工作，则通过所述交流直流转换单元从电网获取能量储能模块的能量补充至指定值；如果电网异常，则通过所述发电模块将储能模块的能量补充至指定值。

进一步地，当所述被测单元在充放电过程中充放电能量不均衡时，如果电网正常工作，则通过电网和交流直流转换单元补充或释放不均衡的能量；如果电网异常工作，则通过能量均衡单元补充或释放不均衡的能量。

进一步地，所述交流直流转换单元和所述能量均衡单元之间还通过信号线连接；所述交流直流转换单元检测电网、电流母线和自身的工作状态，将检测结果信息通过信号线发送给所述能量均衡单元，能量均衡单元根据接收到的结果信息控制自身的工作状态。

进一步地，所述交流直流转换单元包括多个，多个交流直流转换单元并联设置。

进一步地，所述交流直流转换单元包括：半桥交流直流转换单元、单相全桥交流直流转换单元、三相全桥交流直流转换单元、移相全桥交流直流转换单元或三电平交流直流转换单元中的一种。

进一步地，所述的充放电测试系统还包括能量管理单元，该能量管理单元通过信号线至少连接所述直流直流转换单元，并编辑和记录与之连接的单元的数据。

进一步地，所述能量均衡单元包括多个， 多个能量均衡单元并联设置。

 本发明的充放电测试系统，通过交流直流转换单元判断电网和电流母线是否正常工作，并根据接收到的信息启动或关闭，能量均衡单元检测电流母线状态，并根据接收到的信息启动或关闭，选择对应的交流直流转换单元与直流直流转换单元配合或能量均衡单元和直流直流转换单元配合对被测单元进行充放电，不会因为电网出问题而停止充放电的过程，提高被测单元充放电的效率，因为优先使用电网充放电，所以降低能量均衡单元的使用次数，从而降低系统的维护成本，提高系统的使用寿命；交流直流转换单元将接收的直流电转换成适配电网的交流电输送至电网，可以有效的降低放电时，谐波对电网的污染；通过直流直流转换单元给被测单元充电，被测单元之间无其他电器，对人体、被测单元和系统无安全隐患。

附图说明

图1 为发明一实施例的充放电测试系统的结构示意图；

图2 为本发明一实施例的能量均衡单元的结构示意图。

 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

参照图1和图2，本发明实施例中提出一种充放电测试系统，包括交流直流转换单元20、能量均衡单元40和直流直流转换单元30；所述交流直流转换单元20的一端通过电网50线路连接电网50，另一端通过电流母线连接所述直流直流转换单元30和能量均衡单元40；所述能量均衡单元40通过电流母线连接所述直流直流转换单元30；当所述交流直流转换单元20检测电网50正常工作时，则交流直流转换单元20启动并正常工作，与所述直流直流转换单元30进行能量交换，能量均衡单元40关闭待机；被测单元60充电时，所述交流直流转换单元20将电网50的交流电转换成直流电输送至直流直流转换单元30，直流直流转换单元30将接收的直流电转换成适配被测单元60的直流电至被测单元60；被测单元60放电时，所述直流直流转换单元30接收被测单元60的直流电，并将该直流电转成适配交流直流转换单元20的直流电输送至交流直流转换单元20，交流直流转换单元20将接收的直流电转换成适配电网50的交流电输送至电网50；其中，当电流母线因充电和放电的能量失衡时，所述交流直流转换单元30进行能量均衡处理，当所述交流直流转换单元20判断电网50异常工作时，则交流直流转换单元20停止工作，能量均衡单元40打开并与直流直流转换单元30进行能量交换；被测单元60充电时，所述能量均衡单元40发电并转换成适配直流直流转换单元30的直流电并，输送至直流直流转换单元30，直流直流转换单元30将接收的直流电转换成适配被测单元60的直流电至被测单元60；被测单元60放电时，所述直流直流转换单元30接收被测单元60的直流电，并将该直流电转成适配能量均衡单元40的直流电输送至能量均衡单元40；其中，当电流母线因充电和放电的能量失衡时，所述能量均衡单元40进行能量均衡处理。本实施例中，上述交流直流双向装换单元20实时检测电网50是否正常，上述被测单元一般包括充电电池、超级电容等可以充放电的单元。

本实施例中，上述能量均衡单元40可以检测电流母线和自身的工作状态，并根据电流母线上的电源信号判断交流直流转换单元20是否工作，从而控制自身启动或待机。

本实施例中，上述交流直流转换单元20和所述能量均衡单元40之间还通过信号线连接；所述交流直流转换单元检测电网、电流母线和自身的工作状态，将检测结果信息通过信号线发送给所述能量均衡单元40、直流直流转换单元30等单元，能量均衡单元40、直流直流转换单元30等单元根据接收到的结果信息控制自身的工作状态。通过信号线直接将交流直流转换单元20的判断结果发送给能量均衡单元40，可以实现更多的信号传递，如可以设置更多的安全信息处理，提高本实施例充放电测试系统的安全和效率等。

本实施例中，通过交流直流转换单元20判断电网50是否正常工作，然后发送相应的判断结果信号至能量均衡单元40、直流直流转换单元30等单元，能量均衡单元40、直流直流转换单元30等单元根据接收的判断结果选择启动或关闭，选择对应的交流直流转换单元20与直流直流转换单元30配合或能量均衡单元40和直流直流转换单元30配合对被测单元60进行充放电，不会因为电网50出问题而停止充放电的过程，提高被测单元60充放电的效率，因为优先使用电网50充放电，所以降低能量均衡单元40的使用次数，从而降低系统的维护成本，提高系统的使用寿命；交流直流转换单元20将接收的直流电转换成适配电网50的交流电输送至电网50，可以有效的降低放电时，谐波对电网50的污染；通过直流直流转换单元30给被测单元60充电，被测单元60之间无其他电器，对人体、被测单元60和系统无安全隐患。

本实施例中，上述交流直流转换单元20的一端通过电网50线路连接电网50，另一端连接所述直流直流转换单元30和能发电能量均衡模块43；交流直流转换单元20主要作用是检测电网50、电流母线和自身的工作状态，并将检测结果信息发送到与之连接的能量均衡单元40，能量均衡单元40根据接收到的结果选择启动或关闭。当电网50正常时，交流直流转换单元20将电网50的交流电转换成直流电，或者将直流电转换成交流输送给电网50，其转换的交流电的频率可以调整，所以一般将直流电转换成与连接电网50上的交流电频率相同或接近，降低对电网50的谐波污染，当能量失衡时，还可以通过交流直流转换单元20对电流母线中的电流等能量均衡处理。

本实施例中，上述能量均衡单元40通过电流母线连接所述直流直流转换单元30。能量均衡单元40包括发电模块41、储能模块42和能量均衡模块43；所述发电模块41供电给所述储能模块42，储能模块42输送电能给所述能量均衡模块43进行均衡处理并发送给所述直流直流转换单元30，或者储能模块42接收所述直流直流转换单元30发送到能量均衡模块43进行均衡处理的电能。上述储能模块42相当于蓄电池，发电模块41为发电装置。能量均衡模块43主要用于将蓄能发电单元发出的直流电转换为适配直流直流转换单元30的直流电并输出平稳的直流电，将接收到的直流电进行均衡处理，然后将平稳的直流电输送给储能模块42存储，提高充放电的稳定性和安全性。在其它实施例中，上述能量均衡单元40也可以不设置发电模块41，那么储能模块42的能量补充则通过电网或被测单元60进行补充。

本实施例中，充放电测试系统还包括能量管理单元10，该能量管理单元10通过信号线至少连接上述直流直流转换单元30，并编辑和记录与之连接的单元的数据，能量管理单元10相如电脑等电控设备的人机交互界面，可以通过能量管理单元10设置直流直流转换单元30的参数，使直流直流转换单元30适用于多种被测单元60。在其它实施例中，能量管理单元10还可以编辑其它与之连接的单元的使用参数，还可以记录存储与之连接的各单元工作数据，以便于数据分析等，会根据接受的结果信号和用户的预设信息，控制整个系统的运行状态及记录相应的单元的工作日志等。本实施例中，上述能量管理单元10可以通过对应的操作系统，控制或设置交流直流转换单元20、能量均衡单元40和直流直流转换单元30的参数。比如，需要直流直流转换单元30向被测单元60一端输出电流为0.5安培，无需直接到直流直流转换单元30进行操作，可以在能量管理单元10处直接进行参数设置，然后控制直流直流转换单元30，可以减少工作人员的劳动输出，无需工作人员现场操作，提高控制的安全性。还可以通过能量管理单元10人为控制各单元的工作启闭情况，同时读取各单元的参数，比如，读取直流直流转换单元30采集到的被测单元60的参数等。能量管理单元10可以为电控箱，或者带有显示屏的电脑等。

本实施例中， 上述交流直流转换单元20实时监测电网50的工作是否正常，可以准确、快速的切换充放电测试系统的能量输入或输出端，当电网50正常时，交流直流转换单元20正常工作，能量均衡单元40关闭；当电网50异常时，交流直流转换单元20只检测电网50的工作状态，能量均衡单元40启动。

本实施例中，上述交流直流转换单元20包括自动关闭模块，当电网50提供的交流电超出指定范围时，交流直流转换单元20自动关闭，可以保护交流直流转换单元20的使用安全。而此时，可以判断电网50工作失常而启动能量均衡单元40。

本实施例中，上述直流直流转换单元30包括多个，通过调整多个直流直流转换单元30的串联和/或并联关系，调节充放电端的电流、电压和功率的量程范围。可以给不同型号的被测单元60充/放电，大大的提高本发明系统的实用性。本实施例中，上述直流直流转换单元30上设置母线端和充放电端，母线端连接交流直流转换单元20，充放电端连接所述被测单元60，所述的多个直流直流转换单元30并联是指两个或两个以上的直流直流转换单元30的充放电端并联；所述多个直流直流转换单元30串联是指两个或两个以上的直流直流转换单元30的充放电端串联。比如被测单元60的充电电流为1安培，但是每个直流直流转换单元30输出的电流为0.5安培，那么可以将两个直流直流转换单元30的充放电端并联起来，给一个被测单元60充电；比如被测单元60的充电电压为10伏特，但是每个直流直流转换单元30输出的电压为5伏特，那么可以将两个直流直流转换单元30的充放电端串联起来，给一个被测单元60充电等；在其它实施例中，还可以将多个直流直流转换单元30进行串联、并联等组合，以实现更多电流、电压和功率的输出。而且可以同时给不同规格的被测单元60进行充/放电，大大提高本发明系统的实用性和使用效率。

本实施例中，上述能量均衡单元40，当储能模块42存储能量小于指定值时，如果电网50正常工作，则通过电网50将储能模块42的能量补充至指定值；如果电网50异常工作，则通过发电模块41将储能模块42的能量补充至指定值。可以使储能模块42的能量处于指定值，以方便应对电网50异常时的充放电工作。

本实施例中，当上述被测单元60在充放电过程中充放电能量不均衡时，如果电网50正常工作，则通过电网50和交流直流转换单元20补充或释放不均衡的能量；如果电网50异常工作，则通过能量均衡单元40补充或释放不均衡的能量。优先选择电网50和交流直流转换单元20补充或释放不均衡的能量，可以减少蓄能发电单元使用率，提高其使用寿命。

本实施例中，上述交流直流转换单元20包括多个，多个交流直流转换单元20并联设置；上述能量均衡单元40包括多个， 多个能量均衡单元40并联设置，使系统同时给大量的被测单元60充电。

本实施例中，上述交流直流转换单元20包括：半桥交流直流转换单元20、单相全桥交流直流转换单元20、三相全桥交流直流转换单元20、移相全桥交流直流转换单元20或三电平交流直流转换单元20中的一种，也可以是其它交流直流转换单元20。

本实施例中，上述直流直流转换单元30包括BOOST/BUCK直流直流转换单元或移相全桥直流直流双向转换单元，或者是其它直流直流转换单元30，可以为隔离式或非隔离式，在一具体实施例中，优选隔离式。

在一具体实施例中，需要给多种型号的多个被测单元60进行充电，充电电压分别为10伏特的第一被测单元60，5伏特的第二被测单元60、50伏特的第三被测单元60，每个直流直流转换单元30向被测单元60的输出电压为5伏特。在充电前，将对个第二被测单元60分别通过充放电电路连接一个直流直流转换单元30；将每两个直流直流转换单元30串联后通过充放电电路连接一个第一被测单元60；将每五个直流直流转换单元30串联后通过充放电电路连接一个第三被测单元60。交流直流转换单元20检测电网50是否正常工作，当检测电网50正常工作时，则发送对应的检测结果给能量均衡单元40，能量均衡单元40关闭，通过电网50、交流直流转换单元20和直流直流转换单元30进行充电。上述交流直流转换单元20将电网50的交流电转换成直流电输送至直流直流转换单元30，直流直流转换单元30将接收的直流电转换成5伏特直流电输出。如果在充电过程中，电流母线上出现能量不均衡，那么交流直流转换单元20补充或释放不均衡的能量。如果在充电过程中，电网50出现异常，则关闭交流直流转换单元20，开启能量均衡单元40继续给被测单元60进行充电。

 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充放电测试系统，其特征在于，包括交流直流转换单元、能量均衡单元和直流直流转换单元； 

所述交流直流转换单元的一端通过电网线路连接电网，另一端通过电流母线连接所述直流直流转换单元和能量均衡单元；

所述能量均衡单元通过电流母线连接所述直流直流转换单元；

当所述交流直流转换单元检测电网正常工作时，则交流直流转换单元启动并正常工作，与所述直流直流转换单元进行能量交换，能量均衡单元关闭待机；被测单元充电时所述交流直流转换单元将电网的交流电转换成直流电输送至直流直流转换单元，直流直流转换单元将接收的直流电转换成适配被测单元的直流电至被测单元；被测单元放电时所述直流直流转换单元接收被测单元的直流电，并将该直流电转成适配交流直流转换单元的直流电输送至交流直流转换单元，交流直流转换单元将接收的直流电转换成适配电网的交流电输送至电网；

当所述交流直流转换单元检测电网异常工作时，则交流直流转换单元停止工作，能量均衡单元打开并与直流直流转换单元进行能量交换；被测单元充电时，所述能量均衡单元发电并转换成适配直流直流转换单元的直流电，输送至直流直流转换单元，直流直流转换单元将接收的直流电转换成适配被测单元的直流电至被测单元；被测单元放电时，所述直流直流转换单元接收被测单元的直流电，并将该直流电转成适配能量均衡单元的直流电输送至能量均衡单元。

2. 根据权利要求1所述的充放电测试系统，其特征在于，所述直流直流转换单元包括多个，被测单元充/放电时，通过调整多个直流直流转换单元的串联和/或并联关系，调节输出电流、电压和功率的量程范围。

3. 根据权利要求1所述的充放电测试系统，其特征在于，所述能量均衡单元包括储能模块和能量均衡模块；所述储能模块输送电能给所述能量均衡模块进行均衡处理并发送给所述直流直流转换单元，或者储能模块接收所述直流直流转换单元发送到能量均衡单元进行均衡处理的电能； 

所述能量均衡单元，当储能模块存储能量小于指定值时，如果电网正常工作，则通过所述交流直流转换单元从电网获取能量储能模块的能量补充至指定值。

4. 根据权利要求3所述的充放电测试系统，其特征在于，所述能量均衡单元还包括发电模块，所述发电模块供电给所述储能模块；

所述能量均衡单元，当储能模块存储能量小于指定值时，如果电网正常工作，则通过所述交流直流转换单元从电网获取能量储能模块的能量补充至指定值；如果电网异常，则通过所述发电模块将储能模块的能量补充至指定值。

5. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，当所述被测单元在充放电过程中充放电能量不均衡时，如果电网正常工作，则通过电网和交流直流转换单元补充或释放不均衡的能量；如果电网异常工作，则通过能量均衡单元补充或释放不均衡的能量。

6. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，所述交流直流转换单元和所述能量均衡单元之间还通过信号线连接；所述交流直流转换单元检测电网、电流母线和自身的工作状态，将检测结果信息通过信号线发送给所述能量均衡单元，能量均衡单元根据接收到的结果信息控制自身的工作状态。

7. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，所述交流直流转换单元包括多个，多个交流直流转换单元并联设置。

8. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，所述交流直流转换单元包括：半桥交流直流转换单元、单相全桥交流直流转换单元、三相全桥交流直流转换单元、移相全桥交流直流转换单元或三电平交流直流转换单元中的一种。

9. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，还包括能量管理单元，该能量管理单元通过信号线至少连接所述直流直流转换单元，并编辑和记录与之连接的单元的数据。

10. 根据权利要求1-4中任一项所述的充放电测试系统，其特征在于，所述能量均衡单元包括多个， 多个能量均衡单元并联设置。