CN111600348A - 串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置 - Google Patents

串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置 Download PDF

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鲁长波
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刘盼盼
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李华
穆祥静
徐曦萌
孙彦丽
郑哲
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Abstract

本发明公开了一种串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置，该测试装置包括串并联电池组、传感测量单元、信号采集单元；串并联电池组包括M个电池单体、串并联通断转换模块，各电池单体正、负极分别连接至一路正、负接线端子Ei+、Ei‑；串并联电池组与可编程直流电子负载串联，组成放电回路；传感测量单元与串并联电池组连接，测量各电池单体的电压、电流、温度值，以及电池组的总电压、总电流，并通过信号采集单元传输至计算机进行数据处理。该测试装置结构简单，可以在不改变电池单体位置和接线状态的情况下，通过串并联通断转换模块快速实现各电池单体的并联或串联，并能快速准确地测量各电池单体和电池组的放电特性。

Description

串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置
技术领域
本发明涉及串并联电池组技术领域，具体涉及一种串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置。
背景技术
由于电池单体的储能较少、放电电压及电流较低，在给装备供电时，通常由多个电池单体通过并联或串联的形式组成电池组使用。串并联电池组的放电电压、放电电流、有效放电时长、放电稳定性等放电特性，对于用电装备的服役特性和有效使用寿命等至关重要。对不同类型、不同数量、不同串并联形式的电池单体所组成的电池组进行放电特性测试，是开展新型电池的需求论证、技术研究、标准研编、试验试制和转化应用的技术基础，具有重要的军事价值和现实意义。
现有的串并联电池组放电特性测试装置，主要针对串联电池组或并联电池组进行放电测试，电池组由固定数量的电池单体串联或并联组成，当串联或并联电池组转换时，需要改变电池单体位置和接线状态，操作复杂。因此，导致电池组放电特性测试时，不能快速实现对任意多个电池单体组成电池组的放电特性测试，测试效率低。
因此，有必要对现有的串并联电池组放电特性测试装置进行改进，以实现对电池单体和电池组的放电特性的快速测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串并联通断转换电路及模块、串并联电池组放电测试装置，用以解决现有串并联电池组放电特性测试装置不能快速实现对任意多个电池单体组成电池组的放电特性测试的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种串并联通断转换电路，包括N-1个第一联动开关，N-1个第二联动开关；
第i个第一联动开关包括静触点Si、第一动触点ci、第二动触点di；
第i个第二联动开关包括静触点Ki、第一动触点ni、第二动触点mi，
其中i∈[1,N-1]，i为整数，N>1；
第i个第一联动开关的静触点Si连接至第i+1个第一联动开关的第一动触点ci+1，第i个第二联动开关的第一动触点ni连接至第i+1个第二联动开关的静触点Ki+1，第i个第一联动开关的第一动触点ci串接正、负接线端子Ei+、Ei-后连接至第i个第一联动开关的静触点Ki，正、负接线端子Ei+、Ei-悬空；第i个第一联动开关的第二动触点di连接第i个第二联动开关的第二动触点mi；
各第一联动开关的静触点Si闭合至第二动触点di，各第二联动开关组的静触点Ki闭合至第二动触点mi时，串并联通断转换电路组成串联回路；
各第一联动开关的静触点Si闭合至第一动触点ci，各第二联动开关组的静触点Ki闭合至第一动触点ni时，串并联通断转换电路组成并联回路；
各第一联动开关第一动触点ci、第二动触点di，以及各第二联动开关的第一动触点ni、第二动触点mi均悬空时，串并联通断转换电路组成断路电路。
优选的，所述第一联动开关或第二联动开关采用双向触头电磁继电器或晶体管开关电路。
本发明还提供了一种串并联通断转换模块，包括转换控制模块与串并联通断转换电路，采用所述的串并联通断转换电路；
所述转换控制模块与所述串并联通断转换电路连接，所述转换控制模块包括并联控制单元、串联控制单元、断路控制单元；
所述并联控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述并联回路；所述串联控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述串联回路；所述断路控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述断路电路。
优选的，转换控制模块采用选档旋转手柄，内嵌有芯片与所述串并联通断转换电路连接。
本发明进一步提供了一种串并联电池组放电测试装置，包括串并联电池组、传感测量单元、信号采集单元；
所述串并联电池组包括M个电池单体、串并联通断转换模块，所述串并联通断转换模块采用权利要求3或4所述的串并联通断转换模块，其中，N>＝M；
各电池单体正、负极分别连接至一路正、负接线端子Ei+、Ei-；
所述串并联通断转换电路总正、负极分别为所述串并联电池组总正、负极，所述串并联电池组总正、负极串联可编程直流电子负载，组成放电回路；
所述传感测量单元与所述串并联电池组连接，用于测量所述串并联电池组的各电池单体的电压、电流、温度值，以及电池组的总电压、总电流；
所述信号采集单元与所述传感测量单元连接，用于采集各电池单体的放电电压、放电电流、温度值，以及电池组的总放电电压、总放电电流，并进行A/D转换为数字信号进行数据处理。
优选的，电池单体的数量M<N时，将串并联通断转换电路切换至所述并联回路，将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-悬空，实现M个电池单体并联。
优选的，电池单体的数量M<N时，将串并联通断转换电路切换至所述串联回路，将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-短接，实现M个电池单体串联。
优选的，所述传感测量单元包括分路电流传感器、分路电压传感器、分路温度传感器、总路电流传感器与总路电压传感器；
各电池单体串联一分路电流传感器，以测量该路电池单体的放电电流；同时各电池单体正、负极并联一分路电压传感器，以测量该路电池单体的放电电压；
所述串并联电池组总正、负极并联总路电压传感器，以测量电池组的总放电电压；同时串联总路电流传感器，以测量电池组总放电电流；
各电池单体分别连接一分路温度传感器，以测量该路电池单体的温度值。
优选的，所述信号采集单元包括数据采集卡以及数据采集程序；所述数据采集卡执行所述数据采集程序，采集由所述传感测量单元测得的各电池单体的放电电压、放电电流、温度值，以及电池组的总放电电压、总放电电流，并转换为数字信号进行数据处理。
本发明方法具有如下优点：
本发明提供了一种串并联通断转换电路及模块，采用多个第一联动开关与第二联动开关，通过控制各联动开关静触点连接不同的动触点，组成串联回路或并联回路。并在连接第一联动开关与第二联动开关的各线路上设置接线端子，可以将各电池单体直接连接至接线端子，在不改变电池单体位置和接线状态的情况下，通过串并联通断转换模块快速实现各电池单体的并联或串联，组成串并联电池组。
同时，本发明还针对该串并联电池组提供了相应的串并联电池组放电特性测试装置，以测试串并联电池组的放电特性，该测试装置由电池单体组成的电池组与可编程电子负载组成放电回路，传感测量单元直接采集各电池单体的电压、电流、温度信息，以及测量电池组的总放电电流与电压，并传输至信息采集单元进行数据处理，分析电池单体和电池组的放电特性。该测试装置结构简单，测量效率高，能快速准确地测量各电池单体和电池组的放电特性。
附图说明
图1为本发明的串并联通断转换模块电路原理图；
图2为串并联电池组的放电回路原理图；
图3为电池单体组成并联电池组的电路原理图；
图4为M个电池单体组成并联电池组的电路原理图(M<N)；
图5为电池单体组成串联电池组的电路原理图；
图6为M个电池单体组成串联电池组的电路原理图(M<N)；
图7为电池单体组成电池组断路状态的电路原理图；
其中：1-第一联动开关、2-第二联动开关、3-选档旋转手柄、4-电池单体、5-可编程直流电子负载、6-分路电流传感器、7-分路电压传感器、8-总路电流传感器、9-总路电压传感器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参考图1所示，本发明实施例提供了一种串并联通断转换串并联通断转换电路，包括N-1个第一联动开关1、N-1个第二联动开关2。其中：第i个第一联动开关1包括静触点Si、第一动触点ci、第二动触点di；第i个第二联动开关2包括静触点Ki、第一动触点ni、第二动触点Mi，其中i∈[1,N-1]，i为整数，N>1。将第i个第一联动开关的静触点Si连接至第i+1个第一联动开关的第一动触点ci+1，第i个第二联动开关的第一动触点ni连接至第i+1个第二联动开关的静触点Ki+1，第i个第一联动开关的第一动触点ci串接正、负接线端子Ei+、Ei-后连接至第i个第一联动开关的静触点Ki，正、负接线端子Ei+、Ei-悬空；第i个第一联动开关的第二动触点di连接第i个第二联动开关的第二动触点mi。
本实施例中第一联动开关1或第二联动开关2可以采用双向触头电磁继电器或晶体管开关电路。各第一联动开关的静触点Si闭合至第二动触点di，各第二联动开关的静触点Ki闭合至第二动触点mi时，串并联通断转换电路组成串联回路；各第一联动开关的静触点Si闭合至第一动触点ci，各第二联动开关的静触点Ki闭合至第一动触点ni时，串并联通断转换电路组成并联回路；第一联动开关第一动触点ci、第二动触点di，与各第二联动开关的第一动触点ni、第二动触点mi均悬空时，串并联通断转换电路组成断路电路。本实施例中可以通过控制各联动开关的静触点连接不同的动触点，组成串联回路或并联回路。
进一步参考图1所示，本发明根据该串并联通断转换电路，还设置了相应的串并联转换模块，包括转换控制模块与串并联通断转换电路，转换控制模块与串并联通断转换电路连接，转换控制模块包括并联控制单元、串联控制单元、断路控制单元。其中，并联控制单元用于控制串并联通断转换电路切换至并联回路；串联控制单元用于控制串并联通断转换电路切换至串联回路；断路控制单元用于控制串并联通断转换电路。转换控制模块可以设置为选档旋转手柄3，内嵌于芯片与串并联通断转换电路连接。选档旋转手柄有并联、断路和并联三个档位，当选档旋转手柄3旋转至并联档时，联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将分别与动触点c1、c2、c3、…、cN-1和n1、n2、n3、…、nN-1闭合；当选档旋转手柄3旋转至串联档时，联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将分别与动触点d1、d2、d3、…、dN-1和m1、m2、m3、…、mN-1闭合；当选档旋转手柄3旋转至中间的断路档时，联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将与两侧的动触点均不接触，处于断路状态。
本实施例的串并联通断转换电路可以通过控制各联动开关的静触点连接不同的动触点，组成串联回路或并联回路。并在连接第一联动开关与第二联动开关的各线路上设置接线端子，可以将各电池单体直接连接至接线端子，即电池单体1、2、3、…、N的负极和正极分别接入E1-和E1+、E2-和E2+、E3-和E3+、…、EN-和EN+。当串并联通断转换电路切换至串联回路时，各电池单体串联组成串联电池组；当串并联通断转换电路切换至并联回路时，各电池单体串联组成并联电池组。该串并联转换模块最大可以实现N个电池单体的串联或并联，可以在不改变电池单体位置和接线状态的情况下，通过串并联通断转换模块快速实现各电池单体的并联或串联，组成串并联电池组。
本发明还提供了一种串并联电池组放电特性测试装置，包括串并联电池组、传感测量单元、信号采集单元；
参考图2所示，对于串并联电池组，其包括M个电池单体4，各电池单体4正、负极分别连接至一路正、负接线端子Ei+、Ei-，电池单体通过串并联通断转换模块组成并联或串联电池组，串并联通断转换电路总正、负极分别为串并联电池组总正、负极，串并联电池组总正、负极串联可编程直流电子负载5，与可编程直流电子负载5组成放电回路。
传感测量单元与串并联电池组连接，包括分路电流传感器6、分路电压传感器7、分路温度传感器、总路电流传感器8与总路电压传感器9，电流传感器采用电流表，电压传感器采用电压表。各电池单体4串联一分路电流传感器6，以测量该路电池单体的放电电流；同时各电池单体4正、负极并联一分路电压传感器7，以测量该路电池单体的放电电压；串并联电池组总正、负极并联总路电压传感器9，以测量电池组的总放电电压；同时串联总路电流传感器8，以测量电池组总放电电流；各电池单体分别连接一分路温度传感器，以测量该路电池单体的温度值。传感测量单元用于测量串并联电池组的各电池单体的电压、电流、温度信息，以及电池组的总电压、总电流信息并传输至信号采集单元进行数据处理。
信号采集单元与传感测量单元连接，包括数据采集卡以及labview数据采集程序，数据采集卡执行数据采集程序，采集传感测量单元测量的各电池单体的放电电压、放电电流、温度值，以及电池组的总放电电压、总放电电流，将模拟信号转换为数字信号进行数据处理，分析串并联电池组的各电池单体与串并联电池组的放电特性。
参考图3所示，如需将电池单体组成并联电池组进行测试，首先将选档旋转手柄旋转至并联档，此时联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将分别与动触点c1、c2、c3、…、cN-1和n1、n2、n3、…、nN-1闭合。当被测电池单体的数量M与串并联通断转换模块的最大许可电池单体数量N相等时，第一个电池单体内部的电流从L1流向R1，串联的电流表A1用于测定第一个电池单体的电流，并联的电压表V1用于测量第一个电池单体两端的电压；第二个电池单体内部的电流从L2流向R2，电流表A2和电压表V2分别用于测定第二个电池单体的电流和电压，以此类推。1、2、3、…、N个电池单体组成并联电池组，与并联电池组的正极端串联的电流表A用于测量并联电池组的电流，与并联电池组两端并联的电压表V用于测定并联电池组的电压。
当被测电池单体的数量M少于串并联通断转换模块的最大许可电池单体数量N时(如M＝N-2)，只需将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-(如E1 -和E1 +、E2 -和E2 +)悬空，即可实现M个电池单体的并联，参考图4所示。
参考图5所示，如需将电池单体组成串联电池组进行测试，首先将选档旋转手柄旋转至串联档，此时联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将分别与动触点d1、d2、d3、…、dN-1和m1、m2、m3、…、mN-1闭合。此时，当被测电池单体的数量M与串并联通断转换模块的最大许可电池单体数量N相等时，电流的流向L1—R1—K1(m1)—S1(d1)—L2—R2—K2(m2)—S2(d2)—L3—R3—…—KN-1(mN-1)—SN-1(dN-1)—LN—RN，为即1、2、3、…、N个电池单体组成了串联电池组。电流表A1、A2、…、AN和电压表V1、V2、…、VN分别测定第1、2、3、…、N个电池单体的电流和电压。与串联电池组的正极端串联的电流表A用于测量串联电池组的电流，与串联电池组两端并联的电压表V用于测定串联电池组的电压。
当被测电池单体的数量M少于串并联通断转换模块的最大许可电池单体数量N时(如M＝N-2)，只需将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-(如E1-和E1+、E2-和E2+)使用导线短接，即可实现M个电池单体的串联，参考图6所示。
参考图7所示，当选档旋转手柄旋转至断路档时，联动开关静触点S1、S2、S3、…、SN-1和K1、K2、K3、…、KN-1将与两侧的动触点均不接触，处于断路状态。
由上述可以看出，本发明的串并联通断转换电路可以通过控制各联动开关的静触点连接不同的动触点，组成串联回路或并联回路。并在连接第一联动开关与第二联动开关的各线路上设置接线端子，可以将各电池单体直接连接至接线端子。当串并联通断转换电路切换至串联回路时，各电池单体串联组成串联电池组；当串并联通断转换电路切换至并联回路时，各电池单体串联组成并联电池组，可以在不改变电池单体位置和接线状态的情况下，通过串并联通断转换模块快速实现各电池单体的并联或串联，组成串并联电池组。同时，本发明还针对该串并联电池组提供了相应的串并联电池组放电特性测试装置，以测试串并联电池组的放电特性，该测试装置由电池单体组成的电池组与可编程电子负载组成放电回路，传感测量单元直接采集各电池单体的电压、电流、温度信息，以及测量电池组的总放电电流与电压，并传输至信息采集单元进行数据处理，分析电池单体和电池组的放电特性。该测试装置结构简单，测量效率高，能快速准确地测量各电池单体和电池组的放电特性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种串并联通断转换电路，其特征在于，包括N-1个第一联动开关，N-1个第二联动开关；
第i个第一联动开关包括静触点Si、第一动触点ci、第二动触点di；
第i个第二联动开关包括静触点Ki、第一动触点ni、第二动触点mi，
其中i∈[1,N-1]，i为整数，N>1；
第i个第一联动开关的静触点Si连接至第i+1个第一联动开关的第一动触点ci+1，第i个第二联动开关的第一动触点ni连接至第i+1个第二联动开关的静触点Ki+1，第i个第一联动开关的第一动触点ci串接正、负接线端子Ei+、Ei-后连接至第i个第一联动开关的静触点Ki，正、负接线端子Ei+、Ei-悬空；第i个第一联动开关的第二动触点di连接第i个第二联动开关的第二动触点mi；
各第一联动开关的静触点Si闭合至第二动触点di，各第二联动开关组的静触点Ki闭合至第二动触点mi时，串并联通断转换电路组成串联回路；
各第一联动开关的静触点Si闭合至第一动触点ci，各第二联动开关组的静触点Ki闭合至第一动触点ni时，串并联通断转换电路组成并联回路；
各第一联动开关第一动触点ci、第二动触点di，以及各第二联动开关的第一动触点ni、第二动触点mi均悬空时，串并联通断转换电路组成断路电路。
2.根据权利要求1所述的串并联通断转换电路，其特征在于，所述第一联动开关或第二联动开关采用双向触头电磁继电器或晶体管开关电路。
3.一种串并联通断转换模块，其特征在于，包括转换控制模块与串并联通断转换电路，采用权利要求1或2所述的串并联通断转换电路；
所述转换控制模块与所述串并联通断转换电路连接，所述转换控制模块包括并联控制单元、串联控制单元、断路控制单元；
所述并联控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述并联回路；所述串联控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述串联回路；所述断路控制单元用于控制所述串并联通断转换电路切换至所述断路电路。
4.根据权利要求3所述的串并联通断转换模块，其特征在于，转换控制模块采用选档旋转手柄，内嵌有芯片与所述串并联通断转换电路连接。
5.一种串并联电池组放电测试装置，其特征在于，包括串并联电池组、传感测量单元、信号采集单元；
所述串并联电池组包括M个电池单体、串并联通断转换模块，所述串并联通断转换模块采用权利要求3或4所述的串并联通断转换模块，其中，N>＝M；
各电池单体正、负极分别连接至一路正、负接线端子Ei+、Ei-；
所述串并联通断转换电路总正、负极分别为所述串并联电池组总正、负极，所述串并联电池组总正、负极串联可编程直流电子负载，组成放电回路；
所述传感测量单元与所述串并联电池组连接，用于测量所述串并联电池组的各电池单体的电压、电流、温度值，以及电池组的总电压、总电流；
所述信号采集单元与所述传感测量单元连接，用于采集各电池单体的放电电压、放电电流、温度值，以及电池组的总放电电压、总放电电流，并进行A/D转换为数字信号进行数据处理。
6.根据权利要求5所述的串并联电池组放电测试装置，其特征在于，
电池单体的数量M<N时，将串并联通断转换电路切换至所述并联回路，将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-悬空，实现M个电池单体并联。
7.根据权利要求5或6所述的串并联电池组放电测试装置，其特征在于，电池单体的数量M<N时，将串并联通断转换电路切换至所述串联回路，将未连接电池单体的正、负接线端子Ei+、Ei-短接，实现M个电池单体串联。
8.根据权利要求5所述的串并联电池组放电测试装置，其特征在于，
所述传感测量单元包括分路电流传感器、分路电压传感器、分路温度传感器、总路电流传感器与总路电压传感器；
各电池单体串联一分路电流传感器，以测量该路电池单体的放电电流；同时各电池单体正、负极并联一分路电压传感器，以测量该路电池单体的放电电压；
所述串并联电池组总正、负极并联总路电压传感器，以测量电池组的总放电电压；同时串联总路电流传感器，以测量电池组总放电电流；
各电池单体分别连接一分路温度传感器，以测量该路电池单体的温度值。
9.根据权利要求8所述的串并联电池组放电测试装置，其特征在于，
所述信号采集单元包括数据采集卡以及数据采集程序；所述数据采集卡执行所述数据采集程序，采集由所述传感测量单元测得的各电池单体的放电电压、放电电流、温度值，以及电池组的总放电电压、总放电电流，并转换为数字信号进行数据处理。
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