CN109888861A - 大容量电池组主动大电流均衡系统和充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大容量电池组主动大电流均衡系统和充电方法，系统包括充电电源、电池组、电芯继电器阵列、继电器译码器组、控制电源、控制器U4、钳位电阻和保险组，由译码器控制继电器吸合或者断开，确保继电器不可能有2个或者2个以上同时吸合，还设置保险丝，当继电器中有1个继电器失效后接点短路，另外1个继电器吸合时，将会引起N节电芯短路，此时该短路回路中串联着2个保险丝，增加保护机制。系统和充电方法适应于固定式储能系统大容量电池组，能够针对性的对需充电电芯稳定的充电，保险丝能够保证在发生短路的意外情况下给予安全保障。该发明在固定式储能系统大容量电池组的通用性高，适于推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电技术，尤其涉及一种大容量电池组主动大电流均衡系统和充电方法。
背景技术
随着锂电池技术的快速发展，电力固定式储能系统将会成为继电动汽车以后的，下一个锂电池应用的大产业。磷酸铁锂电池(LiFePO4，简称LFP，以下均用LFP指代)大容量电芯将会占电力固定式储能市场，大部分的市场份额。尤其是电动大巴车梯次利用LFP大电芯，只能用在分布式储能市场上。
在固定式储能系统中，目前LFP大容量电芯电池组常见有下面几种型号：
1，100AH*16串＝100AH*51.2V＝5.12KWH；
2，200AH*16串＝200AH*51.2V＝10.24KWH；
3，100AH*8串＝100AH*25.6V＝2.56KWH。
固定式储能系统中，电池组充电放电的特点是：
1，通常充电≤0.1C，或者是长时间浮充；
2，放电≤0.3C。
固定式储能系统中，LFP大容量电芯的优点很突出，具有安全性高，耐高温特性好，循环寿命长等优点。其主要缺点是：
1，电芯一致性不好，多次循环后，尤为明显；
2，低温特性不好。
因此，在固定式储能系统中，需要一种一致性较好的均衡
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供大容量电池组主动大电流均衡系统和充电方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种大容量电池组主动大电流均衡系统，系统包括充电电源、电池组、电芯继电器阵列、继电器译码器组、控制电源和控制器，所述充电电源通过电芯继电器阵列的控制为所述电池组的每个电芯单独充电，所述电芯继电器阵列与所述继电器译码器组连接，并由所述继电器译码器组控制电芯继电器阵列的每个继电器的开闭，所述控制电源为所述继电器译码器组提供电源，所述充电电源的控制端、继电器译码器组与所述控制器电性连接并接收所述控制器的动作指令。
优选的，所述充电电源的电路上还设置有钳位电阻，所述充电电源作为均衡电源的输出值为3.65V/≧10A。
优选的，系统还包括一个保险组，在所述电池组的每个电芯的接入端均连接所述保险组的一个保险丝FUSH。
优选的，所述电池组均分为第一电池组和第二电池组两组，电池组的电芯个数是所述电芯继电器阵列的继电器个数的两倍，第一电池组和第二电池组的电芯对应电芯继电器阵列的继电器的一次侧并联。
优选的，所述继电器译码器组包括第一译码器U1和第二译码器U2，所述第一译码器U1和第二译码器U2控制所述电芯继电器阵列中不会有两个或两个以上的继电器同时吸合。
优选的，在所述第一电池组对应的继电器侧的电路上设置一个高位控制继电器KH，在所述第二电池组对应的继电器侧的电路上设置一个低位控制继电器KL，所述继电器译码器组还包括第三译码器U3，所述第三译码器U3控制所述高位控制继电器KH和低位控制继电器KL不会同时吸合，以此确定给所述第一电池组或第二电池组供电。
优选的，所述钳位电阻包括第一钳位电阻RV1、第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3，所述第二钳位电阻RV2钳位到电池组的中间电位，以此避免充电电源的输出侧浮空；所述第一钳位电阻RV1钳位到第二电池组的中间电位；所述第三钳位电阻RV3钳位到第一电池组的中间电位。
优选的，所述电池组为固定式储能系统用电池组。
优选的，所述电池组的电芯为LFP大容量电芯。
本发明还提供了一种大容量电池组主动大电流均衡充电方法，方法包括：
当第一电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源，第三译码器U3控制高位控制继电器KH吸合，延时几秒时间后，充电电源的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3钳位到高于VB8+电压上；再启动第一译码器U1，控制电芯继电器阵列中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
当第二电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源，第三译码器U3控制低位控制继电器KL吸合，延时几秒时间后，充电电源的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第一钳位电阻RV1钳位到低于VB8+电压上；再启动第二译码器U2，控制电芯继电器阵列中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
当停止均衡充电时，先停第一译码器U1，第二译码器U2和第三译码器U3，后停充电电源和控制电源。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的均衡系统和充电方法适应于固定式储能系统大容量电池组，能够针对性的对需充电电芯稳定的充电，设置保险丝能够保证在发生短路的意外情况下给予安全保障，增强了安全性。该发明在固定式储能系统大容量电池组的通用性高，适于推广和应用。
附图说明
图1为大容量电池组主动大电流均衡系统的示意图。
图中：100、充电电源；200、电池组；300、电芯继电器阵列；400、继电器译码器组；500、控制电源；600、控制器；700、钳位电阻；800、保险组。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，一种大容量电池组主动大电流均衡系统，系统包括充电电源100、电池组200、电芯继电器阵列300、继电器译码器组400、控制电源500、控制器600(U4)、钳位电阻700和保险组800。
其中，充电电源100为3.65V-DC/DC均衡电源DC/DC1，其受控的连接有控制电源500，控制电源DC/DC2输出12V电压。
充电电源100通过电芯继电器阵列300的控制为所述电池组200的每个电芯单独充电，所述电芯继电器阵列300与所述继电器译码器组400连接，并由所述继电器译码器组400控制电芯继电器阵列300的每个继电器的开闭，所述控制电源500为所述继电器译码器组400提供电源，所述充电电源100的控制端、继电器译码器组400与所述控制器600电性连接并接收所述控制器600的动作指令。
钳位电阻700设置在充电电源100的电路上，充电电源100作为均衡电源的输出值为3.65V/≧10A。
在所述电池组200的每个电芯的接入端均连接所述保险组800的一个保险丝FUSH。
在一个实施例中，所述电池组200均分为第一电池组和第二电池组两组，电池组200的电芯个数是所述电芯继电器阵列300的继电器个数的两倍，第一电池组和第二电池组的电芯对应电芯继电器阵列300的继电器的一次侧并联。
其中每个继电器为ULN2803驱动继电器。
继电器译码器组400包括第一译码器U1、第二译码器U2和第三译码器U3。
第一译码器U1和第二译码器U2控制所述电芯继电器阵列300中不会有两个或两个以上的继电器同时吸合。
在所述第一电池组对应的继电器侧的电路上设置一个高位控制继电器KH，在所述第二电池组对应的继电器侧的电路上设置一个低位控制继电器KL。
第三译码器U3控制所述高位控制继电器KH和低位控制继电器KL不会同时吸合，以此确定给所述第一电池组或第二电池组供电。
钳位电阻700包括第一钳位电阻RV1、第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3，所述第二钳位电阻RV2钳位到电池组200的中间电位，以此避免充电电源100的输出侧浮空；所述第一钳位电阻RV1钳位到第二电池组的中间电位；所述第三钳位电阻RV3钳位到第一电池组的中间电位。
电池组200为固定式储能系统用电池组，优选应用于LFP大容量电芯的电池组。
上述第一电池组第二电池组串联外，可复制的还可设置多组电池组串联的情形。
本发明还提供了一种大容量电池组主动大电流均衡充电方法，方法包括：
当第一电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源100，第三译码器U3控制高位控制继电器KH吸合，延时几秒时间后，充电电源100的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3钳位到高于VB8+电压上；再启动第一译码器U1，控制电芯继电器阵列300中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
当第二电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源100，第三译码器U3控制低位控制继电器KL吸合，延时几秒时间后，充电电源100的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第一钳位电阻RV1钳位到低于VB8+电压上；再启动第二译码器U2，控制电芯继电器阵列300中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
当停止均衡充电时，先停第一译码器U1，第二译码器U2和第三译码器U3，后停充电电源100和控制电源500。
本发明具有以下特点：
①消耗整个分组的电池组电能，给电池组中某1节电芯，单独大电流(≥10A)充电，且只有一个3.65V-DC/DC均衡电源(DC/DC1)。通过继电器阵列，把3.65V/≥10A电流，引导到需要单独充电的电池组中某1节电芯上充电。
②示例性的，16串电池组分成2个“8串均衡电池组”，每个“8串均衡电池组”中对应的8个继电器的一次侧并联。
③由译码器(U1和U2)控制这8个继电器吸合或者断开，确保这8个继电器不可能有2个或者2个以上同时吸合。
④当8个继电器中有1个继电器失效后接点短路，另外1个继电器吸合时，将会引起N节电芯短路，此时该短路回路中串联着2个保险丝，增加保护机制。
⑤由译码器(U3)控制KH和KL这2个继电器吸合或者断开，确保这2个继电器不可能同时吸合。KH和KL这2个继电器控制着，是给高“8串均衡电池组”供电，还是给低“8串均衡电池组”供电。
⑥3.65V-DC/DC均衡电源(DC/DC1)2次侧平时通过电阻RV2钳位到16串电池组电压的1/2上(即VB8+)。避免均衡电源(DC/DC1)输出端、即2次侧浮空。
⑦无论继电器是在吸合的瞬间，还是断开的瞬间，继电器接点上的电压都≤DC28V。可以选择成本低的继电器，而不用选择成本高的直流接触器。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上诉教导，可以进行很多改变及变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变，即根据以上描述的技术方案以及构思，本领域的技术人员能够做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.大容量电池组主动大电流均衡系统，其特征在于：系统包括充电电源(100)、电池组(200)、电芯继电器阵列(300)、继电器译码器组(400)、控制电源(500)和控制器(600)，所述充电电源(100)通过电芯继电器阵列(300)的控制为所述电池组(200)的每个电芯单独充电，所述电芯继电器阵列(300)与所述继电器译码器组(400)连接，并由所述继电器译码器组(400)控制电芯继电器阵列(300)的每个继电器的开闭，所述控制电源(500)为所述继电器译码器组(400)提供电源，所述充电电源(100)的控制端、继电器译码器组(400)与所述控制器(600)电性连接并接收所述控制器(600)的动作指令。
2.根据权利要求1所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述充电电源(100)的电路上还设置有钳位电阻(700)，所述充电电源(100)作为均衡电源的输出值为3.65V/≧10A。
3.根据权利要求1或2所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：系统还包括一个保险组(800)，在所述电池组(200)的每个电芯的接入端均连接所述保险组(800)的一个保险丝FUSH。
4.根据权利要求3所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述电池组(200)均分为第一电池组和第二电池组两组，电池组(200)的电芯个数是所述电芯继电器阵列(300)的继电器个数的两倍，第一电池组和第二电池组的电芯对应电芯继电器阵列(300)的继电器的一次侧并联。
5.根据权利要求4所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述继电器译码器组(400)包括第一译码器U1和第二译码器U2，所述第一译码器U1和第二译码器U2控制所述电芯继电器阵列(300)中不会有两个或两个以上的继电器同时吸合。
6.根据权利要求5所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：在所述第一电池组对应的继电器侧的电路上设置一个高位控制继电器KH，在所述第二电池组对应的继电器侧的电路上设置一个低位控制继电器KL，所述继电器译码器组(400)还包括第三译码器U3，所述第三译码器U3控制所述高位控制继电器KH和低位控制继电器KL不会同时吸合，以此确定给所述第一电池组或第二电池组供电。
7.根据权利要求2所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述钳位电阻(700)包括第一钳位电阻RV1、第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3，所述第二钳位电阻RV2钳位到电池组(200)的中间电位，以此避免充电电源(100)的输出侧浮空；所述第一钳位电阻RV1钳位到第二电池组的中间电位；所述第三钳位电阻RV3钳位到第一电池组的中间电位。
8.根据权利要求7所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述电池组(200)为固定式储能系统用电池组。
9.根据权利要求7或8所述的主动大电流均衡系统，其特征在于：所述电池组(200)的电芯为LFP大容量电芯。
10.大容量电池组主动大电流均衡充电方法，其特征在于，方法包括：
当第一电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源(100)，第三译码器U3控制高位控制继电器KH吸合，延时几秒时间后，充电电源(100)的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第三钳位电阻RV3钳位到高于VB8+电压上；再启动第一译码器U1，控制电芯继电器阵列(300)中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
当第二电池组中的某节电芯需要均衡充电时，先启动充电电源(100)，第三译码器U3控制低位控制继电器KL吸合，延时几秒时间后，充电电源(100)的输出侧通过第二钳位电阻RV2和第一钳位电阻RV1钳位到低于VB8+电压上；再启动第二译码器U2，控制电芯继电器阵列(300)中对应需充电电芯的继电器吸合，给所述电芯充电；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190614 |
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