CN114400736A - 一种电池组在线核容及均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组在线核容及均衡装置，包括直流电源、开关单元及测试单元；直流电源包括N个串联的单体电池；开关单元包括多个并联的开关，每个开关的输入端与单体电池的正极连接，输出端与测试单元连接；测试单元包括CPU控制模块、分别与CPU控制模块连接的充电模块、放电模块、检测模块、均衡模块、驱动模块；均衡模块用于根据CPU控制模块发送的指令均衡单体电池的电流。本发明实现了电池组中任意电池单体的在线核容，更精确的掌握电池单体的容量信息，以提升电池单体的性能；根据电池组的状态选取不同的均衡方式，实现了电池组快速高效的均衡充电，防止电池的过充过放，并提高电池组的一致性及电池组运行的安全性。

Description

一种电池组在线核容及均衡装置
技术领域
本发明涉及电池充放电技术领域，尤其涉及一种电池组在线核容及均衡装置。
背景技术
直流系统是变电站的重要组成部分，直流系统中的蓄电池组为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保变电站控制、保护、通信设备能够正常运行。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行来说具有重要意义。
然而，在蓄电池组中电池的失效往往是从某一单节电池开始的，当某一节电池出现故障后，其电气性能会衰减，进而影响电池组中其余电池的性能，最终引起整组电池失效。而目前的蓄电池组的在线核容方式，只是通过放电仪、充电机以及后备电池组等昂贵的设备进行测试，最终得到核容结果。但是这种方式，往往只是针对整个蓄电池组进行核容，无法针对单个电池检测，且容易出现测试过程中，蓄电池状态不满足规范要求，进而影响蓄电池的使用寿命及电池组运行的稳定性；其次，该方式不仅测试费用高，维护成本大，而且也无法精确地掌握电池单体的容量信息，其测试结果的有效性无法保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池组在线核容及均衡装置，以解决现有的核容方式无法针对电池组中任意单个电池进行在线核容，且核容效果不理想，成本高以及容易影响电池组的使用寿命的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种电池组在线核容及均衡装置，包括：
直流电源、开关单元及测试单元；
所述直流电源包括N个串联的单体电池；
所述开关单元包括多个并联的开关，每个所述开关的输入端与所述单体电池的正极连接，输出端与所述测试单元连接；
所述测试单元包括CPU控制模块、分别与所述CPU控制模块连接的充电模块、放电模块、检测模块、均衡模块、驱动模块；其中，
所述均衡模块用于根据所述CPU控制模块发送的指令，均衡所述单体电池的电流。
进一步，作为优选地，所述电池组在线核容及均衡装置，还包括串联在所述直流电源与所述开关单元之间的限流模块。
进一步，作为优选地，所述限流模块包括N+1个保险丝，所述保险丝的一端连在所述单体电池的正负极之间，另一端与所述开关单元的一端连接。
进一步，作为优选地，所述开关单元包括2N个并联的MOS管；其中，
N个MOS管的一端与所述电池单体正极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第一结点后与所述充电模块连接；
另外N个MOS管的一端与所述电池单体负极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第二结点后与所述均衡模块连接。
进一步，作为优选地，所述均衡模块的输入端分别连接所述第一结点、所述第二结点；控制端与所述CPU控制模块连接；其中，所述均衡模块的输入端包括互相串联的电感及电容。
进一步，作为优选地，所述放电模块的输入端分别连接所述第一结点、所述第二结点；控制端与所述CPU控制模块连接；其中，所述放电模块的输入端包括可调电阻。
进一步，作为优选地，所述驱动模块的输出端与每个所述MOS管的源极连接，控制端与所述CPU控制模块连接。
进一步，作为优选地，所述检测模块为电压电流检测电路；其中，
所述电压电流检测电路的电流输入端通过电流互感器检测所述第一结点、所述第二结点的输出电流；所述电压电流检测电路的电压输入端用于采集每个所述电池单体的电压。
进一步，作为优选地，所述充电模块为DC/DC充电电路；其中，
所述DC/DC充电电路的输出端分别连接所述第一结点、所述第二结点；输入端连在所述单体电池的正负极之间，控制端与所述CPU控制模块连接。
进一步，作为优选地，所述CPU控制模块，用于处理所述检测模块输送的电流、电压数据，并将生成的控制信号输出至所述充电模块、所述放电模块、所述驱动模块及所述均衡模块。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明综合多种均衡模式，根据电池组的状态选取不同的均衡方式，快速高效实现电池组的均衡充电，防止电池的过充过放，提高电池组的一致性；
(2)本发明实现了电池组中任意电池单体的在线核容，更精确的掌握电池单体容量信息，针对落后单体进行在线活化，提升电池单体的性能；
(3)本发明实现了电池单体的开路保护，提高电池组的运行安全性，保证直流系统的可靠运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的电池组在线核容及均衡装置的结构示意图；
图2是本发明又一实施例提供的电池组在线核容及均衡装置的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的电池组在线核容及均衡装置实现原理框图。
具体实施方式
下面将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作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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供一种电池组在线核容及均衡装置。如图1所示，该电池组在线核容及均衡装置包括模块01-08。其中各个模块的功能如下：
直流电源01、开关单元02及测试单元；
直流电源01包括N个串联的单体电池；
开关单元02包括多个并联的开关，每个开关的输入端与单体电池的正极连接，输出端与测试单元连接；
测试单元包括CPU控制模块08、分别与CPU控制模块08连接的充电模块03、放电模块04、检测模块05、均衡模块07、驱动模块06；其中，
均衡模块07用于根据CPU控制模块08发送的指令均衡单体电池的电流。
需要说明的是，蓄电池组的失效往往是从某单节电池开始的，当某单节电池的电气性能衰减后，会影响电池组中其余电池的性能，最终引起整组电池失效。目前的蓄电池组的在线核容方式，通常是根据放电仪、充电机以及后备电池组等昂贵的设备，对整个蓄电池组进行测试，得到核容结果。但这种方式不仅容易影响蓄电池的使用寿命和稳定性，且测试成本高，无法精确掌握每个电池单体的容量信息，因此本实施例旨在提供一种电池组在线核容及均衡装置，能够在初期对电池组的单节电池进行在线均衡，以延长整组蓄电池的寿命。
具体地，本实施例中的直流电源01通常是由N个串联的单体电池串联而成，开关单元02包括多个并联的开关，测试单元包括CPU控制模块08、分别与CPU控制模块08连接的充电模块03、放电模块04、检测模块05、均衡模块07、驱动模块06；均衡模块07用于根据CPU控制模块08发送的指令均衡单体电池的电流。
需要说明的是，通常开关的数量为单体电池数量的两倍。其中，开关单元02中的开关的输入端与单体电池的正极连接，输出端与测试单元连接；
在某一个实施例中，为了保护开关单元02，防止其电流过大而损坏，在所述电池组在线核容及均衡装置中设有限流模块09，如图2所示。其中，该限流模块09串联在直流电源01与开关单元02之间。
请参阅图3，作为一可选地实施方式，该限流模块09具体包括N+1个保险丝，该保险丝的一端连在单体电池的正负极之间，另一端与开关单元02的一端连接。
请参阅图3，在某一具体实施方式中，开关单元02包括2N个并联的MOS管；其中，N个MOS管的一端与电池单体正极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第一结点后与充电模块03连接；另外N个MOS管的一端与电池单体负极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第二结点后与均衡模块07连接。
请参阅图3，在某一具体实施方式中，均衡模块07的输入端分别连接第一结点、第二结点；控制端与所述CPU控制模块08连接；其中，均衡模块07的输入端包括互相串联的电感及电容。
在某一具体实施方式中，放电模块04的输入端分别连接第一结点、第二结点，控制端与CPU控制模块08连接，如图3所示。其中，放电模块04的输入端包括可调电阻。
在某一具体实施方式中，驱动模块06中的驱动电路的输出端与每个MOS管的源极连接，控制端与CPU控制模块08连接，如图3所示。其中，MOS管栅极的开通或关闭由驱动电路控制。
在某一具体实施方式中，检测模块05为电压电流检测电路；其中，
电压电流检测电路的电流输入端通过电流互感器检测第一结点、第二结点的输出电流；电压电流检测电路的电压输入端用于采集每个电池单体的电压。通常，本实施例中的电流测量采用霍尔元件，电压测量采用分压测试法。
在某一具体实施方式中，充电模块03为DC/DC充电电路；如图3所示。其中，
该DC/DC充电电路的输出端分别连接第一结点、第二结点；输入端连在单体电池的正负极之间，控制端与CPU控制模块08连接。
具体地，该CPU控制模块08，用于处理检测模块05输送的电流、电压数据，并将生成的控制信号输出至充电模块03、放电模块04、驱动模块06及均衡模块07。
综上所述，本发明实施例提供的电池组在线核容及均衡装置，至少可以实现以下功能：
1)综合多种均衡模式，根据电池组的状态选取不同的均衡方式，快速高效实现电池组的均衡充电，防止电池的过充过放，提高电池组的一致性；
2)实现了电池组中任意电池单体的在线核容，更精确的掌握电池单体容量信息，针对落后单体进行在线活化，提升电池单体的性能；
3)实现了电池单体的开路保护，提高电池组的运行安全性，保证直流系统的可靠运行。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，包括：
直流电源、开关单元及测试单元；
所述直流电源包括N个串联的单体电池；
所述开关单元包括多个并联的开关，每个所述开关的输入端与所述单体电池的正极连接，输出端与所述测试单元连接；
所述测试单元包括CPU控制模块、分别与所述CPU控制模块连接的充电模块、放电模块、检测模块、均衡模块、驱动模块；其中，
所述均衡模块用于根据所述CPU控制模块发送的指令，均衡所述单体电池的电流。
2.根据权利要求1所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，还包括串联在所述直流电源与所述开关单元之间的限流模块。
3.根据权利要求2所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述限流模块包括N+1个保险丝，所述保险丝的一端连在所述单体电池的正负极之间，另一端与所述开关单元的一端连接。
4.根据权利要求3所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述开关单元包括2N个并联的MOS管；其中，
N个MOS管的一端与所述电池单体正极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第一结点后与所述充电模块连接；
另外N个MOS管的一端与所述电池单体负极连接的保险丝连接，另一端连接汇集成第二结点后与所述均衡模块连接。
5.根据权利要求4所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述均衡模块的输入端分别连接所述第一结点、所述第二结点；控制端与所述CPU控制模块连接；其中，所述均衡模块的输入端包括互相串联的电感及电容。
6.根据权利要求4所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述放电模块的输入端分别连接所述第一结点、所述第二结点；控制端与所述CPU控制模块连接；其中，所述放电模块的输入端包括可调电阻。
7.根据权利要求4所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述驱动模块的输出端与每个所述MOS管的源极连接，控制端与所述CPU控制模块连接。
8.根据权利要求4所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述检测模块为电压电流检测电路；其中，
所述电压电流检测电路的电流输入端通过电流互感器检测所述第一结点、所述第二结点的输出电流；所述电压电流检测电路的电压输入端用于采集每个所述电池单体的电压。
9.根据权利要求4所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述充电模块为DC/DC充电电路；其中，
所述DC/DC充电电路的输出端分别连接所述第一结点、所述第二结点；输入端连在所述单体电池的正负极之间，控制端与所述CPU控制模块连接。
10.根据权利要求1所述的电池组在线核容及均衡装置，其特征在于，所述CPU控制模块，用于处理所述检测模块输送的电流、电压数据，并将生成的控制信号输出至所述充电模块、所述放电模块、所述驱动模块及所述均衡模块。
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