CN106160041B - 用于保养电池组的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于保养电池组的设备及方法。电池组包含多个串联的单体电池和高压接插件。保养设备包括高功率充放电装置和若干个低功率充放电装置，以及主控制机。高功率充放电装置与高压接插件连接；低功率充放电装置通过连接器与各单体电池连接；高功率充放电装置和低功率充放电装置还分别与主控制机连接，接收控制机分别控制高功率充放电装置和/或低功率充放电装置为电池组和各单体电池进行充放电操作。本发明还揭露了一种基于该设备的电池组保养方法。通过本发明，能够单独调节电池组中性能不均衡的单体电池，从而提高电池组的整体工作性能，有效延长电池组的使用寿命。

Description

用于保养电池组的设备及方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种保养电池组的设备及方法。

背景技术

随着采用非常规车用燃料(如汽油柴油)作为动力来源的新能源汽车，包括太阳能汽车，氢能源车，纯电动车，混合动力车在市场上快速的增长，越来越多的整车制造商和汽车零配件供应商把新能源车及其相关技术作为发展的重点。

在众多不同类型的新能源车当中，采用电池技术提供电能作为动力源的这类技术是新能源汽车技术发展中的主流。电池技术具备质量轻，容量高，充放电速度快，寿命长等诸多的特点，因此在新能源车发展中被日益广泛地使用，诸如EV(Electric Vehicle，纯电动车)，PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle，插电式混合动力汽车)等都是采用电能作为动力源。

在使用电池作为动力源的新能源汽车中，通常会将一定数量的单体电池组合成电池组来使用，常见的做法是通过把多个单体电池串联在一起，从而实现达到所需要电压的目的。现有技术中的电池组，在经过一段时间的充放电使用后，各个单体电池之间就会出现例如电压有高有低的不均衡或者电池容量不均衡的现象，有时候甚至单体电池会发生损坏。从而导致整个电池组不能继续使用；而单体电池之间性能产生差异，也会导致电池组整体性能的下降。这一直是采用电能作为动力源的新能源汽车行业的诸多厂家加以研究和需要解决的问题。例如，一个电动汽车的电池组，最初充满电后，电动汽车一次可行驶80公里，但是在经过一段时间的充放电使用后，由于单体电池出现了问题，导致整体电池组性能下降。即使该电池组充满电后，电动汽车可能只能行驶60公里甚至更少的距离。

因此，就如传统的汽车需要定期维护和保养一样，采用电能作为动力源的新能源汽车，也需要进行定期维护和保养。新能源汽车保养的核心就是对电池组的保养，保养电池组的主要是通过调节和平衡各单体电池的性能，从而提升电池组的整体性能，进而提高整车的表现。通常对于新能源车载电池组进行保养，是通过BMS(Battery ManagementSystem，电池管理系统)根据各单体电池的SOC(Status of Charge，电池容量状态)值对各单体电池进行性能管理，即BMS通过充放电操作调整每个单体电池的电池性能，使得电池组的整体性能达到最优。但是，在使用BMS对电池组进行调节的过程中，由于BMS控制下的平衡电流较小，通常会花费比较长的时间才能调整每个单体电池达到均衡状态，所以通过BMS保养电池组的方式效率较低，而且由于BMS本身的限制，电池组保养的效果往往也不尽如人意。

发明内容

鉴于现有技术中存在的以上缺点，本发明提出了一种用于保养电池组的设备，以解决电池组中单体电池性能不均衡导致的电池组性能下降的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于保养电池组的设备10，所述电池组100包括多个串联而成的单体电池1001，1002，1003…100n，和高压接插件800，所述用于保养电池组的设备10包括：

高功率充放电装置200；

低功率充放电装置300；以及，

主控制机400；

所述高功率充放电装置200与所述电池组10的高压接插件连接；所述低功率充放电装置300与所述单体电池1001，1002，1003…100n连接：所述高功率充放电装置200和低功率充放电装置300还分别与主控制机400连接，所述主控制机400控制高功率充放电装置200和低功率充放电装置300分别为所述电池组10和所述单体电池1001，1002，1003…100n进行充放电操作。

优选地，用于保养电池组的设备10还包括多个低功率充放电装置3001，3002，3003…300n，用于分别地为所述多个单体电池1001，1002，1003…100n进行充放电操作。

优先地，所述电池组100还包括：电池组接插件30，用于连接所述多个单体电池1001，1002，1003…100n；所述用于保养电池组的设备10还包括：设备接插件20，用于连接所述多个低功率充放电装置3001，3002，3003…300n和所述电池组接插件30，所述电池组接插件30和设备接插件20分别具有N+1个管脚，其中N为所述单体电池1001，1002，1003…100n的数量。

优先地，用于保养电池组的设备10还包括：操作显示模块600，与主控制机400连接，用于监控所述用于保养电池组的设备10的工作状态；风扇700，与主控制机400连接，用于为所述用于保养电池组的设备10工作时降温。

优先地，所述高功率充放电装置200，低功率充放电装置300，操作显示模块600，及风扇700，分别地通过控制器局域网络总线500与所述主控制机400连接。

本发明还提供了一种基于所述电池保养设备的保养电池组的方法。该方法包括：

用于保养电池组的设备10的主控制机400通过控制高功率充放电装置200和低功率充放电装置300为所述电池组100放电；

在所述电池组100的全部单体电池1001，1002，1003…100n的电量放空后，所述主控制机400通过控制所述高功率充放电装置200和所述低功率充放电装置300为所述电池组100充电至全部单体电池1001，1002，1003…100n的电量充满；

所述主控制机400根据充放电过程计算出各单体电池1001，1002，1003…100n的电池寿命状态，并根据所述各单体电池1001，1002，1003…100n的电池寿命状态，计算出使得电池组整体性能达到最优的所述各单体电池1001，1002，1003…100n的最优电池容量状态值；

主控制机400通过控制所述高功率充放电装置200和/或所述低功率充放电装置300为所述电池组100放电，直至各单体电池1001，1002，1003…100n分别达到各单体电池的最优电池容量状态值。

优选地，所述主控制机400通过控制高功率充放电装置200和低功率充放电装置300为所述电池组100放电进一步包括：

主控制机400控制高功率充放电装置200为所述电池组100进行放电至最大程度；

主控制机400控制低功率充放电装置300为所述各单体电池1001，1002，1003…100n进行放电；以及，

所述电池组100的全部单体电池1001，1002，1003…100n的电量放空后，所述主控制机400控制所述高功率充放电装置200和所述低功率充放电装置300为所述电池组100充电至全部单体电池1001，1002，1003…100n的电量充满进一步包括：

主控制机400控制高功率充放电装置200为所述电池组100充电至最大程度，再控制使用低功率充放电装置300继续为所述各单体电池1001，1002，1003…100n进行充电，直至全部单体电池1001，1002，1003…100n充满电。

优选地，所述主控制机400通过控制所述高功率充放电装置200和/或所述低功率充放电装置300为所述电池组100放电，直至各单体电池1001，1002，1003…100n分别达到计算得出的各单体电池的电池容量状态值，进一步包括：

主控制机400控制高功率充放电装置200为所述电池组100进行放电至一特定电池容量状态值；

主控制机400随后切换高功率充放电装置200为低功率充放电装置300继续为所述各单体电池1001，1002，1003…100n放电至各单体电池的最优电池容量状态值。

优选地，所述主控制机400通过控制所述高功率充放电装置200和/或所述低功率充放电装置300为所述电池组100放电，直至各单体电池1001，1002，1003…100n分别达到各单体电池的最优电池容量状态值，进一步包括：

主控制机400控制低功率充放电装置300为所述各单体电池1001，1002，1003…100n放电至各单体电池的电池容量状态值。

根据本发明的用于保养电池组的设备和保养方法，可以方便地对电池组进行定期检测维护。特别当电池组中单体电池的性能不均衡时，在保养过程中测量单体电池的性能，计算使得整体电池组达到最优化性能的各个单体电池的状态，并据此分别进行调节操作，进而提高电池组的整体工作性能，有效延长整个电池组的使用寿命。同时，该保养设备设计简单，易于携带和操作。

附图说明

当结合以下附图考虑优选的实施方式的详细描述时，可获得对本公开主题的更好的理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电池组保养设备的系统结构组成框图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的电池组保养设备与电池组相连接的系统框图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的使用该电池组保养设备对电池组进行保养的方法流程图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的高功率充放电装置中放电电路电路连接图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的电池组保养设备中的高功率充放电装置中的放电电路电路连接图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1和图2，图1所示为本发明一实施方式的电池组保养设备的结构示意图。本发明揭露了一种电池组保养设备10，其中电池组100包括若干个串联在一起的单体电池1001，1002，1003…100n，该电池组内还包括一高压接插件800。电池组保养设备10包括高功率的充放电装置200，和若干个低功率的充放电装置300。电池组保养设备10中，低功率的充放电装置300的数量通常大于等于所要进行保养的电池组的单体电池的数量。该电池组保养设备10还包括主控制机400。其中，

高功率充放电装置200，通过HV plug(高压接插件)与电池组100连接，用于为电池组整体(全部单体电池)进行充放电。高功率充放电装置200还通过CAN总线(ControllerArea Network,简称CAN，控制器局域网络)500与主控制机400相连，用于接受主控制机400发送的命令，进行充放电操作和/或中断操作。

低功率充放电装置300，分别对应地连接电池组内的所有单体电池。具体地，若干个低功率充放电装置3001，3002，3003…300n一一对应地连接每个单体电池1001，1002，1003…100n。优选地，可以通过连接器与电池组的若干个单体电池连接。连接器可以是普通的接插件，也可以是高压互锁连接件。具体地，在电池组保养设备10中，设置有一设备接插件20，该设备接插件20连接保养设备10内的若干个低功率充放电装置300，该设备接插件20连接设置在电池组100内的电池组连接器30，该电池组接插件30连接电池组中的每个单体电池的正负极。低功率充放电装置300还通过CAN总线500与主控制机400相连，用于接受主控制机400发送的命令，进行充放电操作和/或中断操作。

主控制机400，分别与高功率充放电装置200和低功率充放电装置300相连接。主控制机400发送控制命令分别控制高功率充放电装置200和低功率充放电装置300对电池组和单体电池进行充放电操作。

除此之外，所述电池组保养设备还包括HMI(Human Machine Interface，操作显示模块)600，用于显示电池组和单体电池的充放电状态，以及单体电池的信息如SOC值等；风扇700，为电池组保养设备在工作时候降温。

参见图3，图3所示为本发明实施例涉及的使用以上所述的电池组保养设备对电池组进行保养的方法流程示意图，该方法具体地包括：

步骤101：高功率充放电装置200接收到主控制机400发出的控制信令开始通过电池组100的HV plug为电池组100进行整体放电操作。因为电池组100经过一段时间使用后，整个电池组100中的各单体电池的容量很可能不尽相同，因此这里使用高功率充放电装置200对整体电池组100进行最大程度地放电，即当最低的单体电池电压被放电达到截止电压时停止高功率设备放电。此时，还有其他单体电池电压未达到截止电压。高功率充放电装置200反馈完成信令给主控制机400，

步骤102：主控制机400接收到完成信令后，向低功率充放电装置300发出继续放电的控制信令。响应于控制指令，低功率充放电装置300针对各单体电池(1001，1002，1003…100n)分别地进行单独的放电操作，直至全部单体电池的电量均放光。低功率充放电装置300反馈完成信令给主控制机400。

步骤103：主控制机400发出控制信令给高功率充放电装置200，高功率充放电装置200根据该控制信令执行对电池组100的充电操作，此时高功率充放电装置200对电池组进行最大程度的充电，当最高的单体电池电压达到截止电压时停止高功率充放电装置200的充电操作。此时还有其他单体电池的电压尚未达到截止电压。在完成最大程度充电后，高功率充放电装置200反馈完成信令至主控制机400。此步骤中，优先地，在执行步骤102至全部单体电池的电量放光后，可将电池组空置一段时间，该空置时间可由主控制机400预先设定。达到所述空置时间后，主控制机400发出控制指令给高功率充放电装置200执行充电操作。

步骤104：主控制机400发出控制信令给低功率充放电装置300，控制低功率充放电装置300对各单体电池(1001，1002，1003…100n)进行充电操作，直至全部单体电池(1001，1002，1003…100n)达到截止电压，即整个电池组100充满电量。

步骤105：在放电与充电操作过程中，主控制机400根据充放电的过程获得各个单体电池(1001，1002，1003…100n)的额定功率和相应的SOH值(Status of Health，简称SOH，电池寿命状态)。主控制机400根据所获得的每个单体电池(1001，1002，1003…100n)的额定功率和SOH值，计算出使得电池组100达到最优性能的各单体电池(1001，1002，1003…100n)的最优的SOC值(Status of capacity，电池容量状态值)。

步骤106：主控制机400判断当前每个单体电池(1001，1002，1003…100n)的SOC值，如果每个单体电池(1001，1002，1003…100n)的个体性能差别较大时，即当前充满电状态下每个单体电池(1001，1002，1003…100n)的SOC值差别较大时，执行步骤107和109，否则执行步骤108。

步骤107：高功率充放电装置200接收主控制机400发出的控制信令，对电池组100进行放电操作，放电至特定值。该特定值为接近各单体电池的最高SOC值的某一特定电池容量状态值，即各单体电池中的最低电池容量状态值的单体电池到达某一高于其电池容量状态值的特定值，该特定值可调。

步骤109：随后主控制机400控制低功率充放电装置300分别为各单体电池(1001，1002，1003…100n)进行放电操作，直到各单体电池(1001，1002，1003…100n)达到各自最优的SOC值。

步骤108：由主控制机400发出控制信令，由低功率充放电装置300直接地分别为各单体电池(1001，1002，1003…100n)进行放电操作，直到各单体电池(1001，1002，1003…100n)达到各自最优的SOC值。

至此电池组保养设备完成了对电池组的保养，通过所述电池组保养设备与保养方法，针对电池组中单体电池的性能不均衡时，在保养过程中测量单体电池的性能，并计算出使得整体电池组达到最优化性能的各个单体电池的状态，并据此使用保养设备分别对单体电池进行调节操作，从而使得整个电池组性能达到了最优。

高功率充放电装置200还可以对电池组100进行脉冲式充放电操作，在脉冲式充放电过程中，主控制机400可以计算出当前整个电池组100的直流内阻，从而判断当前电池组内部的单体电池是否正常。如果检测到电池组的阻抗异常，则可以判断电池组内部的单体电池出现故障，检测人员可以对电池组进行检查，找出故障单体电池，进行维修更换。

参见图4，图4为根据本发明一实施例的高功率充放电装置中放电电路的连接示意图。其中包括：

大电流放电电路D2，以及小电流放电电路D1。大电流放电电路D2与小电流放电电路D1并联连接，并且通过切换开关S1与需要放电的设备，如电池组串联连接。该放电电路还包括控制单元40，切换开关S1根据来自于控制单元40的指令连通大电流放电电路D2或小电流放电电路D1为电池组进行放电操作。

当使用高功率充放电装置对所需要放电的设备进行放电操作时，首先切换开关连通放电电路D2，也即是使用大电流放电电路D2为需要放电的设备进行放电操作，此刻使用大电流进行放电可以加快放电速度，降低放电所需要的时间。在使用大电路放电电路D2进行放电的过程中，当被放电的设备的电压值降低到某一电压值后，控制单元40发出控制指令，控制切换开关切换，连通到放电电路D1，也即是小电路放电电路D1继续放电操作，直至放电至目标电压。使用小电流放电电路，可以避免过度放电，保护需要被放电设备。优先地，该放电电路还包络电阻丝FU1和FU2。

图5所示为根据本发明另一实施例的放电电路连接示意图，用于电池组保养设备中的高功率充放电装置。

电池组保养设备中包括高功率充放电装置和低功率充放电装置(未示出)，以及一主控制机40’。该高功率充放电装置中还包括：一个大电流放电电路D2’，以及一个小电流放电电路D1’。大电流放电电路D2’与小电流放电电路D1’并联连接，并且通过切换开关S1’与需要放电的电池组设备串联连接。该放电电路还包括一个控制单元40’，切换开关S1’根据来自于控制单元40’的指令连通大电流放电电路D2’或小电流放电电路D1’为电池组进行放电操作。电池组保养设备中放电电路还包括用于测量电池组电压的电压测量电路50，电压测量电路50中还包括LED显示灯，本实施例中优选地为包括两颗LED显示灯LED1和LED2。所述电压测量电路50与LED显示灯分别与控制单元20’连接；控制单元40’根据电压测量电路50实时测量的被放电设备的电压值，控制不同LED灯显示。

当使用高功率充放电装置对电池组设备进行放电操作时，首先切换开关S1’连通放电电路D2’，使用大电流放电电路D2’为电池组设备进行整体放电操作，LED1点亮。使用大电流进行放电可以加快放电速度，降低放电所需要的时间。在放电的过程中，电压测量电路50测量电池组的整体电压，当整体电压值低于到某一电压值如5v后，这里的电压值可以根据需要设定。控制单元40’发出控制指令，控制切换开关S1’切换连通放电电路D1’，即小电路放电电路继续放电操作，此时控制单元40’发出控制指令，控制切换开关S2’，控制LED1熄灭，LED2点亮。使用小电流放电电路，可以避免过度放电，保护需要放电设备中的电池芯。小电流电路持续为电池组设备整体放电至目标电压，停止放电操作。优先地，该放电电路还包络电阻丝FU1’和FU2’，用于保护放电电路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，比如所述单体电池可以是包含若干个单体电池的模组，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种使用用于保养电池组的设备(10)对电池组(100)进行保养方法，其特征在于，该方法包括：

用于保养电池组的设备(10)的主控制机(400)通过控制高功率充放电装置(200)和低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)放电；

在所述电池组(100)的全部单体电池(1001，1002，1003…100n)的电量放空后，所述主控制机(400)通过控制所述高功率充放电装置(200)和所述低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)充电至全部单体电池(1001，1002，1003…100n)的电量充满；

所述主控制机(400)根据充放电过程计算出各单体电池(1001，1002，1003…100n)的电池寿命状态，并根据所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)的电池寿命状态，计算出使得电池组整体性能达到最优的所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)的最优电池容量状态值；

主控制机(400)通过控制所述高功率充放电装置(200)和/或所述低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)放电，直至各单体电池(1001，1002，1003…100n)分别达到各单体电池的最优电池容量状态值。

2.根据权利要求1所述的保养方法，其特征在于，所述主控制机(400)通过控制高功率充放电装置(200)和低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)放电进一步包括：

主控制机(400)控制高功率充放电装置(200)为所述电池组(100)进行放电至最大程度；

响应于主控制机(400)的指令，低功率充放电装置(300)为所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)进行放电；以及，所述电池组(100)的全部单体电池(1001，1002，1003…100n)的电量放空后，所述主控制机(400)控制所述高功率充放电装置(200)和所述低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)充电至全部单体电池(1001，1002，1003…100n)的电量充满进一步包括：

主控制机(400)控制高功率充放电装置(200)为所述电池组(100)充电至最大程度，切换使用低功率充放电装置(300)继续为所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)进行充电，直至全部单体电池(1001，1002，1003…100n)充满电。

3.根据权利要求2所述的保养方法，其特征在于，所述主控制机(400)通过控制所述高功率充放电装置(200)和/或所述低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)放电，直至各单体电池(1001，1002，1003…100n)分别达到计算得出的各单体电池的电池容量状态值，进一步包括：

主控制机(400)控制高功率充放电装置(200)为所述电池组(100)进行放电至一特定电池容量状态值；

响应于主控制机(400)的指令，低功率充放电装置(300)继续为所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)放电至各单体电池的最优电池容量状态值。

4.根据权利要求2所述的保养方法，其特征在于，所述主控制机(400)通过控制所述高功率充放电装置(200)和/或所述低功率充放电装置(300)为所述电池组(100)放电，直至各单体电池(1001，1002，1003…100n)分别达到各单体电池的最优电池容量状态值，进一步包括：

主控制机(400)控制低功率充放电装置(300)为所述各单体电池(1001，1002，1003…100n)放电至各单体电池的电池容量状态值。

5.一种用于保养电池组的设备(10)，所述电池组(100)包括多个串联而成的单体电池(1001，1002，1003…100n)，和高压接插件(800)，其特征在于，所述用于保养电池组的设备(10)包括：

高功率充放电装置(200)；

低功率充放电装置(300)；以及

主控制机(400)；

所述高功率充放电装置(200)与所述电池组(100)的高压接插件连接；所述低功率充放电装置(300)与所述单体电池(1001，1002，1003…100n)连接；所述高功率充放电装置(200)和低功率充放电装置(300)还分别与主控制机(400)连接，所述主控制机(400)控制高功率充放电装置(200)和低功率充放电装置(300)分别为所述电池组(100)和所述单体电池(1001，1002，1003…100n)进行充放电操作，

其中，所述主控制机(400)进一步被配置成用于执行根据权利要求1-4中任意一项所述的保养方法。

6.根据权利要求5所述的用于保养电池组的设备(10)，其特征在于，进一步包括：

多个低功率充放电装置(3001，3002，3003…300n)，用于分别地为所述多个单体电池(1001，1002，1003…100n)进行充放电操作。

7.根据权利要求6所述的用于保养电池组的设备(10)，其特征在于，所述电池组(100)还包括：

电池组接插件(30)，用于连接所述多个单体电池(1001，1002，1003…100n)；

所述用于保养电池组的设备(10)还包括：

设备接插件(20)，用于连接所述多个低功率充放电装置(3001，3002，3003…300n)和所述电池组接插件(30)，所述电池组接插件(30)和设备接插件(20)分别具有N+1个管脚，其中N为所述单体电池(1001，1002，1003…100n)的数量。

8.根据权利要求7所述的用于保养电池组的设备(10)，其特征在于，还包括：

操作显示模块(600)，与主控制机(400)连接，用于监控所述用于保养电池组的设备(10)的工作状态；

风扇(700)，与主控制机(400)连接，用于为所述用于保养电池组的设备(10)工作时降温。

9.根据权利要求8所述的用于保养电池组的设备(10)，其特征在于，所述高功率充放电装置(200)，低功率充放电装置(300)，操作显示模块(600)，及风扇(700)，分别地通过控制器局域网络总线(500)与所述主控制机(400)连接。

Images