CN109474048A - 含负压的动力电池充电及性能检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含负压的动力电池充电及性能检测设备，它包括第一隔离变压器、第一电抗器、第一AC/DC变换器、直流母线、n个DC/DC双向变换器、对应数量的n个双联输出开关和电池组，它还包括第二隔离变压器、第二电抗器、第二AC/DC变换器、负压电源、负压电源控制开关、n个负压电源投入开关，本发明连接上位机，通过上述各开关的动作切换电路的连接形式，改变负电源的投切，实行不同充电方式的转换，是一种既能实行正常情况下对各电池组充电或检测又具有实行在电池组不显电或显负压时对该电池组充电或检测。本发明设备稳定可靠、操作简单，可应用于各种动力电池的充放电和检测领域。

Description

含负压的动力电池充电及性能检测设备

技术领域

本发明涉及电源系统、充放电检测设备及充放电控制技术领域，尤其涉及对未显极性或显负极性的动力电池进行激活和充放电性能测试的检测设备——含负压的动力电池性能检测设备。

背景技术

随着新能源行业的高速发展，电池技术的不断突破，各种新型电池也不断涌现。而部分特殊电池与常规的锂电池、铅酸电池等都有较大差异，例如需要在特定环境下才能充放电或需要加热才能使用等。由于国内绝大部分电池检测设备都是针对常规电池进行设计的，而对负压电池的检测基本上使用的都是从国外进口的设备。有部分特殊电池，未激活时，不显电或显负电性。国内对电池进行充放电检测的常规设备当电压等价较高时，要求电池最低电压必须大于0V才能启动，如需实现对显负极性的电池进行充电/放电，均无法满足要求。目前常规充放电设备由于需要实现馈电，基本采用变压器+电抗器+AC/DC双向变换+DC/DC双向变换的方式来实现对电池进行充放电的检测并将放出来的电能回馈给电网。但由于采用的是bucK‐boost电路结构或其变形电路结构，很难实现真正意义上的0V充电，也无法实现双电平的充/放电（即正负电压均能充/放电）。

为了适应电源及电池的发展需要，电池的充放电及检测设备就需要适应跟进，当前就需要研发一种对不显电或显负电的电池进行充电或检测的设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种对不显电或显负电的电池进行充电或检测的含负压的动力电池性能检测设备。

本发明所采用的技术方案是：所述含负压的动力电池性能检测设备包括上位机、第一隔离变压器、第一电抗器、第一AC/DC变换器、直流母线、n个DC/DC双向变换器、n个双联输出开关和n个电池组，它还包括第二隔离变压器、第二电抗器、第二AC/DC变换器、负压电源、负压电源控制开关、n个负压电源投入开关，所述第一隔离变压器、所述第一电抗器、所述第一AC/DC变换器依次串联，所述第一隔离变压器的另一端连接国家电网，所述第一AC/DC变换器的另一端连接所述直流母线，所述直流母线对应连接n个所述DC/DC双向变换器的输入端，n个所述DC/DC双向变换器的输出端对应串联n个所述双联输出开关后对应连接n个所述电池组的正极和负极，所述第二隔离变压器、所述第二电抗器、所述第二AC/DC变换器、所述负压电源、所述负压电源控制开关、n个所述负压电源投入开关依次串联，所述第二隔离变压器的另一端连接国家电网，n个所述负压电源投入开关对应连接n个所述双联输出开关，n个所述负压电源投入开关和n个所述双联输出开关共同组成负压切换开关电路，n个所述负压电源投入开关在每次测试时只闭合1个，其中n为自然数。

进一步地，每个所述双联输出开关包括J联和K联，n个所述双联输出开关的J联的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器的正极输出端，n个所述双联输出开关的J联的输出端对应连接n个所述电池组的正极，n个所述双联输出开关的K联的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器的负极输出端，n个所述双联输出开关的K联的输出端对应连接n个所述电池组的负极，n个所述负压电源投入开关对应连接n个所述双联输出开关的K联的两端，n个所述负压电源投入开关和n个所述双联输出开关的K联每次测试只闭合其中的一组，其中n为自然数。

再进一步地，所述负压电源控制开关和n个所述负压电源投入开关均为双联开关，所述负压电源控制开关的两联输入端分别连接所述负压电源的输出正负极，所述负压电源控制开关的两联输出端分别与n个所述负压电源投入开关的两联输入端并联，n个所述负压电源投入开关的两联输出端对应与n个所述双联输出开关的K联的输入端和输出端并联。

本发明的有益效果是：在本发明中，第一隔离变压器、第一电抗器、第一AC/DC变换器、直流母线、n个DC/DC双向变换器、n个双联输出开关和n个电池组构成一个测试通道，各所述DC/DC双向变换器的输出端对应串联所述双联输出开关后连接所述各对应电池组实行正常情况下的对各电池组充电或检测；第二隔离变压器、第二电抗器、第二AC/DC变换器、负压电源、负压电源控制开关和n个负压电源投入开关构成另一个测试通道，实行在电池组不显电或显负压时对该电池组充电或检测。所以本发明是一种既具有实行正常情况下对各电池组充电或检测又具有实行在电池组不显电或显负压时对该电池组充电或检测。同时它还具有如下特点和效果：

1、本发明结构简单，实现简单，操作方便，有效降低了产品的设计难度；

2、本发明利用原有成熟的正压充放电技术，产品的稳定性、可靠性得到有效的提升。

3、本发明采用多个直流通道公用一个负压电源的方式，既满足了电池测试的基本需要，也有效节省了设备的生产成本。与每个通道都独立变换出一个负压源相比，可降低90%以上的成本。

4、本发明采用的系统结构拓扑，负压源与正压源是独立分开控制的通道，两者的功率可以做到一致，这样就不存在单通道中变换出正负双电平的技术中存在负电压功率很难做大的问题；国外采用的技术可以在同一通道中生成正负双平，但当负电平与正电平等效时，单通道需要输出的功率也增加一倍；采用本发明的系统拓扑结构却不存在此限制；

5、本发明兼容负电压到正电压均满足对设备进行充/放电测试，有效解决了常规设备0V以下无法放电或无法启动的问题。

附图说明

图1是本发明电路原理结构方框示意图；

图2是所述第一AC/DC变换器的原理示意图；

图3是所述负压通道的电路原理示意图；

图4是第一组所述DC/DC双向变换器的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明包括上位机、第一隔离变压器1、第一电抗器2、第一AC/DC变换器3、直流母线4、n个DC/DC双向变换器A1…An、n个双联输出开关和n个电池组5，它还包括第二隔离变压器6、第二电抗器7、第二AC/DC变换器8、负压电源9、负压电源控制开关S、n个负压电源投入开关S1…Sn，所述第一隔离变压器1、所述第一电抗器2、所述第一AC/DC变换器3依次串联，所述第一隔离变压器1的另一端连接国家电网，所述第一AC/DC变换器3的另一端连接所述直流母线4，所述直流母线4对应连接n个所述DC/DC双向变换器A1…An的输入端，n个所述DC/DC双向变换器A1…An的输出端对应串联n个所述双联输出开关后对应连接n个所述电池组5的正极和负极，所述第二隔离变压器6、所述第二电抗器7、所述第二AC/DC变换器8、所述负压电源9、所述负压电源控制开关S、n个所述负压电源投入开关S1…Sn依次串联，所述第二隔离变压器6的另一端连接国家电网，n个所述负压电源投入开关S1…Sn对应连接n个所述双联输出开关，n个所述负压电源投入开关S1…Sn和n个所述双联输出开关共同组成负压切换开关电路，n个所述负压电源投入开关S1…Sn在每次测试时只闭合1个，其中n为自然数。

每个所述双联输出开关包括J联和K联，n个所述双联输出开关的J联J1…Jn的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器A1…An的正极输出端，n个所述双联输出开关的J联J1…Jn的输出端对应连接n个所述电池组5的正极，n个所述双联输出开关的K联K1…Kn的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器A1…An的负极输出端，n个所述双联输出开关的K联K1…Kn的输出端对应连接n个所述电池组5的负极，n个所述负压电源投入开关S1…Sn对应连接n个所述双联输出开关的K联K1…Kn的两端，n个所述负压电源投入开关S1…Sn和n个所述双联输出开关的K联K1…Kn每次测试只闭合其中的一组，其中n为自然数。

所述负压电源控制开关S和n个所述负压电源投入开关S1…Sn均为双联开关，所述负压电源控制开关S的两联输入端分别连接所述负压电源9的输出正负极，所述负压电源控制开关S的两联输出端分别与n个所述负压电源投入开关S1…Sn的两联输入端并联，n个所述负压电源投入开关S1…Sn的两联输出端对应与n个所述双联输出开关的K联K1…Kn的输入端和输出端并联。

本发明的电路设计思路步骤如下：

步骤1：利用共直流母线的方式，按第一变压器+第一电抗器+第一AC/DC变换器+n个DC/DC双向变换器的结构组建一组共直流母线充放测试设备拓扑及按同样方式组建一组独立的充放电拓扑。

步骤2：DC/DC双向变换器检测电池电压，如电池电压为正时，采用正压充电的方式进行测试，如电池电压为负压时，启动负压电源，断开当前连通着的所述双联输出开关的K联Kx，闭合相应的负压电源投入开关Sx（其中x取值1、…、n），负压电源的正极与电池组的负极连接，负压电源的负极与DC/DC双向变换器输出的负极连接，DC/DC双向变换器的正极与电池的正极连接。上位机根据采集到的电池电压值，并通过CAN通信接口，将电压值发送给负压电源，负压电源根据电池电压值，输出大于电池电压绝对值的正电压。

步骤3：DC/DC双向变换器检测到负压源已启动后，根据用户的设置要求，对电池进行充/电测试。

步骤4：当上位机检测到电池电压已经转换为正电压后，切断负压电源投入开关Sx，闭合相应的所述双联输出开关的K联Kx继续往下进行测试（其中x取值1、…、n）。

步骤5：当多个DC/DC双向变换器通道请求启动负压时，上位机根据请求时的顺序，自动切换开关，按请求顺序排队使用负压源。

本发明中，其中的第一变压器、第二变压器均采用工频变压器，并能实现电能的双向变换。第一电抗器与第一AC/DC变换器、第二电抗器与第二AC/DC变换器共同实现将电网电压转换成直流母线所需的直流电压，并根据直流母线的电压变化，自动实现电能馈网以及将电网的交流电能转换直流电能，提供给DC/DC双向变换器使用。而DC/DC双向变换器在充电时，将直流母线上的直流电，转换成电池需要的直流电能，对电池进行充电。当放电时，将电池放出的电能转换成直流母线上的直流电能，再经由AC/DC变换器、电抗器、变压器，反馈回电网。此外，负压电源根据电池的采样电压，生成一个正向电压，并与需要启动负压测试的电池组进行串联。负压电源不控制流过的电流大小和方向，采用恒压模式输出。n个负压电源投入开关S1…Sn、n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）以及J联（J1…Jn）共同组成负压切换开关电路。n个负压电源投入开关S1…Sn和n个所述双联输出开关的K联K1…Kn，每次只能有一组开关闭合，当负压电源投入开关Sx闭合时，所述双联输出开关的K联Kx断开，反之，当负压电源投入开关Sx断开时，所述双联输出开关的K联Kx闭合，其中x取值为1～n，n为自然数。负压电源的使用由上位机统一进行管理， 其中一个通道由负压模式变换为正压模式时，上位机下发指令，断开负压电源连接，并根据各通道对负压电源的请求，将负压源按请求顺序分配给下一个请求负压模式的通道使用。

此外，第一AC/DC变换器、第二AC/DC变换器、DC/DC双向变换器以及负压电源与上位机之间采用CAN通信接口或以太网网口的方式进行连接，各模块之间实现信息互通。

总之，本发明可实现对正电压电池进行充电、放电测试，并采用共直流母线的结构方式，实现多个DC-DC通道之间的电能循环。同时，根据电池的电压，自动判定是否需要启动负压源，当电池为负电压时，将负压源与电池进行串联，将总电压抬升至正值再对电池进行充放电检测。

Claims (3)

1.一种含负压的动力电池充电及性能检测设备，其特征在于：它包括上位机、第一隔离变压器（1）、第一电抗器（2）、第一AC/DC变换器（3）、直流母线（4）、n个DC/DC双向变换器（A1…An）、n个双联输出开关和n个电池组（5），它还包括第二隔离变压器（6）、第二电抗器（7）、第二AC/DC变换器（8）、负压电源（9）、负压电源控制开关（S）、n个负压电源投入开关（S1…Sn），所述第一隔离变压器（1）、所述第一电抗器（2）、所述第一AC/DC变换器（3）依次串联，所述第一隔离变压器（1）的另一端连接国家电网，所述第一AC/DC变换器（3）的另一端连接所述直流母线（4），所述直流母线（4）对应连接n个所述DC/DC双向变换器（A1…An）的输入端，n个所述DC/DC双向变换器（A1…An）的输出端对应串联n个所述双联输出开关后对应连接n个所述电池组（5）的正极和负极，所述第二隔离变压器（6）、所述第二电抗器（7）、所述第二AC/DC变换器（8）、所述负压电源（9）、所述负压电源控制开关（S）、n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）依次串联，所述第二隔离变压器（6）的另一端连接国家电网，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）对应连接n个所述双联输出开关，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）和n个所述双联输出开关共同组成负压切换开关电路，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）在每次测试时只闭合1个，其中n为自然数。

2.根据权利要求1所述的含负压的动力电池充电及性能检测设备，其特征在于：每个所述双联输出开关包括J联和K联，n个所述双联输出开关的J联（J1…Jn）的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器（A1…An）的正极输出端，n个所述双联输出开关的J联（J1…Jn）的输出端对应连接n个所述电池组（5）的正极，n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）的输入端对应连接n个所述DC/DC双向变换器（A1…An）的负极输出端，n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）的输出端对应连接n个所述电池组（5）的负极，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）对应连接n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）的两端，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）和n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）每次测试只闭合其中的一组，其中n为自然数。

3.根据权利要求1所述的含负压的动力电池充电及性能检测设备，其特征在于：所述负压电源控制开关（S）和n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）均为双联开关，所述负压电源控制开关（S）的两联输入端分别连接所述负压电源（9）的输出正负极，所述负压电源控制开关（S）的两联输出端分别与n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）的两联输入端并联，n个所述负压电源投入开关（S1…Sn）的两联输出端对应与n个所述双联输出开关的K联（K1…Kn）的输入端和输出端并联。