CN116742760B - 一种新能源电池电子负载余能泄放装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源电池电子负载余能泄放装置及控制方法，包括用于连接新能源电池电极的接触端子，接触端子与新能源电池电极连接时为泄放电路和主控电路同时供电；泄放电路包括用于泄放电池电能的泄放电器和泄放保护单元，主控电路包括升压模块、稳压模块和MCU主控单元；MCU主控单元用于获取泄放保护单元采集的泄放电路参数，并根据预设的泄放电路参数阈值调节泄放电路开断和/或运行功率；升压模块用于将变化的输入电压升至MCU主控单元工作电压后输出。该种泄放装置能对新能源电池残存电量进行安全泄放，同时能够利用新能源电池泄放过程中产生的电量，保证新能源电池能量泄放过程的安全可控。
Description
技术领域
本申请涉及新能源电池回收领域，尤其涉及一种新能源电池电子负载余能泄放装置及控制方法。
背景技术
现有的新能源电池回收行业中，在电池回收前要进行破坏性能量释放，是非正常状态的环境使用，随着电动汽车报废电池呈现爆发性增长，必然会遇到大量报废电池回收，造成环境污染和材料的浪费。电动汽车的爆发性增长必然带来新能源电池爆发性废弃,自动化回收新能源电池具有高效、环保、安全的优势，是新能源电池回收行业发展的必然趋势。智能、安全、高效地将废弃电池剩余能量泄放，是配合自动化处理废弃电池最佳选择。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种新能源电池电子负载余能泄放装置及控制方法，能对新能源电池残存电量进行安全泄放，同时能够利用新能源电池泄放过程中产生的电量，保证新能源电池能量泄放过程的安全可控。
本申请公开了一种新能源电池电子负载余能泄放装置，包括用于连接新能源电池电极的接触端子，所述的接触端子与新能源电池电极连接时为泄放电路和主控电路同时供电；所述的泄放电路包括用于泄放电池电能的泄放电器和泄放保护单元，所述的主控电路包括升压模块和MCU主控单元；
所述的MCU主控单元用于获取泄放保护单元采集的泄放电路参数，并根据预设的泄放电路参数阈值调节泄放电路开断和/或运行功率；
所述的升压模块用于将变化的输入电压升后供MCU主控单元工作使用。
优选的，主控电路中升压模块包括电压转动器和势能发电器，所述的电压转动器用于在新能源电池不同电压驱动下维持设定转速，所述的势能发电器用于在电压转动器的带动下输出目标电压。
优选的，主控电路中升压模块也可以采用Boost升压结构，所述的Boost升压结构中的二极管采用mos管。
优选的，主控电路中还包括稳压模块，所述的稳压模块通过对升压模块的输出电压镇流滤波，输出用于MCU主控单元稳定工作的电压。
优选的，泄放保护单元包括过流保护器和过热保护器，所述的过流保护器用于将采集到的泄放电路电流数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令调节泄放电路功率，所述的过热保护器用于将采集到的泄放电路温度数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令控制泄放电路开断状态。
优选的，泄放电器包括多组不同电阻的负载，所述的过流保护器用于根据MCU主控单元指令选择控制泄放电器内接入泄放电路的负载。
本申请公开了一种新能源电池电子负载余能泄放装置的控制方法，具体步骤如下：
步骤1，新能源电池与接触端子连接后，泄放电路导通；同时输入电压经升压模块和稳压模块后输出MCU主控单元工作电压，MCU主控单元启动工作；
步骤2，泄放电路导通后，过流保护器采集泄放电路的电流数据并发送至MCU主控单元，当泄放电路的电流值在I1至I2范围内时，过流保护器不调节功率；当泄放电路的电流值≥I1时，MCU主控单元通过控制过流保护器调节功率使泄放电路电流值降到I1和I2范围内，I2＜I1；
过热保护器采集泄放电路的温度数据并发送至MCU主控单元，当泄放电路温度低于T2时，过热保护器不工作；当泄放电路温度值≥T2时，MCU主控单元通过控制过流保护器调节功率，减少泄放电路的发热量；当泄放电路温度值≥T1时，过热保护器断开泄放电路，T2＜T1；
步骤3，当新能源电池泄放电至电压低于设定值时，完成剩余电池能量的泄放。
优选的，新能源电池能量泄放结束时的电压V1不高于V3的10%，所述的V3为新能源电池的工作电压。
进一步的，当接触端子与新能源电池电极连接时，泄放电路和主控电路同时工作，大部分电流通过泄放电器变为热能散发；另一方面，少量电流用于MCU主控单元控制电路的能耗而释放，控制电路不需要专门的市电电能输送，而是利用了废弃电池残存电量，做到了既实现监控又节能环保。
但是在利用废弃电池残存电量的过程中，随着电池电量的消耗，新能源电池的电压会逐渐降低，可以达到0.5V~0.3V，此时，需要在超低电压下维持MCU主控单元的工作。
为了实现在超低电压下维持MCU主控单元工作，本申请公开了两种技术方案，第一种方案采用机械势能转换系统，该方案中升压模块包括电压转动器和势能发电器，其中电压转动器也称微动力转动器，具有低阻力、低摩擦力、低磁阻的特点，能够保证在0.3V的低电动势推动下依然能确保设定转速。势能发电器具有无阻力、高转化比的特点，势能发电器能够在电压转动器的低转速带动下保持10mw的稳定输出。第一种方案中升压模块先通过电压转动器进行电能-势能转换，再利用势能发电器进行势能-电能转换，完成对超低压输入电压的升压操作。能够达到上述技术效果的电压转动器和势能发电器现有技术中均已存在。
第二种方案采用纯电子超低压升压系统，该方案中采用Boost升压结构，传统的Boost升压结构由升压电感、二极管和电容组成，通过控制开关通断，来控制电感存储和释放能量，从而使输出电压比输入电压高。第二种方案中Boost升压结构中二极管采用内阻极低的mos管，确保在mos管导通时在mos管上的只有极低的压降，大幅度减少电压损耗，此时利用mos管改进后的Boost电路更适用该种极低电压工况，工作效率高，还能够降低环境噪声。
进一步的，稳压模块对宽范围的电势能进行镇流滤波，输出低纹波的稳定电压，提供工作电压给MCU主控单元，现有技术中直流稳压电路均可选择使用。
进一步的，为了保证主控电路能够在超低压工况下工作，需要选择低功耗,低电压的控制器IC，但是在过流保护器和过热保护器中，为了执行负载切换、泄放电路开断等操作，过流保护器和过热保护器内设置有继电器等执行元器件，因此在过流保护器和过热保护器内采用大容量电容，用于给继电器提供瞬间驱动电流，以满足继电器机械动作完成，也可以确保瞬态电流使用不会影响MCU主控单元工作，同时各工作电子元器件都应确保在低电压下的工作可靠性。过流保护器和过热保护器执行负载切换、泄放电路开断的操作实际是根据MCU主控单元对数据的判断结果对目标继电器开断进行控制，本领域技术人员根据现有技术能够实现继电器与MCU主控单元的电路连接。
进一步的，MCU主控单元在新能源电池泄放电过程中能够通过电流和温度的监控实现对放电过程的双重安全保护，通常情况下，过流保护器通过实时调节功率保证泄放电的最佳工作状态，检测到泄放电回路的电流值在I1和I2范围内，过流保护器不调节功率；检测到泄放电回路的电流值≥I1时，过流保护器通过调节功率使电流值降到I1和I2范围内，I2＜I1且具体值可以设置。温度的调节可通过电流大小的调节来实现，使泄放电装置的温度控制到T2以下，电流≥I1，或温度≥T2，都会启动过流保护器进行功率调节，而当MCU主控单元或过流保护器故障，温度升高到T2时，过流保护器无法启动功率调整，这时温度继续升高，当温度升高到≥T1，触发过热保护器断开回路。温度数值T2＜T1且具体值可以设置。过热保护是在过流保护失效状态下的双重安全保护。
进一步的，MCU主控单元可对采集数据进行实时处理后，反馈数据到过热保护器和过流保护器。同时，MCU主控单元将监控和处理的能量泄放、主控通信、泄放安全、工作效率等多种状态信息进行本地可视，也提供上位机接口，供全场线泄放全周期监控，管理人员可实时监控安全预警，杜绝灾害发生，统计泄放电数据，有利于安排和优化流水线，提高新能源废弃电池回收生产效率。
本申请的有益效果在于：第一，能够快速安全的对新能源电池进行电能泄放，消除了传统新能源电池破坏性释放带来的危害；第二，通过新能源电池电能泄放过程中产生的电能为MCU主控单元供电，MCU主控单元既能结合过流保护器和过热保护器对泄放过程进行智能安全监控，同时能够不利用外部市电，达到了节能环保的效果；第三，克服了新能源电池电能泄放过程末期超低电压对MCU主控单元工作的影响，利用多种升压、稳压方案，在0.5V~0.3V的超低压工况下依然能够稳定维持MCU主控单元的工作电压。
附图说明
图1是本发明一种新能源电池电子负载余能泄放装置第一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明一种新能源电池电子负载余能泄放装置第二具体实施例的结构示意图；
图3是本发明一种新能源电池电子负载余能泄放装置中Boost升压结构的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
第一具体实施例：
一种新能源电池电子负载余能泄放装置，如图1所示，包括泄放电装置5，泄放电装置5外设置有正极接触端子1和负极接触端子2，正极接触端子1和负极接触端子2分别通过第一导电棒3和第四导电棒4连接至泄放电装置5内部为泄放电路和主控电路同时供电。本实施例中，正极接触端子1和负极接触端子2能够与新能源电池的正负极提供稳定良好的电接触，而第一导电棒3和第四导电棒4则能够为电流提供泄放通道。
本实施例中，泄放电路包括泄放电器6、过热保护器7和过流保护器8，本实施例中泄放电器6包括多组不同电阻的负载电阻丝，能够将新能源电池提供的电能转换为热量向外扩散，通过调节接入电路中负载电阻丝的数量，可以调节泄放电路的负载大小、功率和电流。
过流保护器8内包含电流采集器14和功率调节电路，电流采集器14用于实时采集泄放电路的电流数据值，功率调节电路则能够调节泄放电器6内接入电路中负载电阻丝的数量，进而调整泄放电路功率保证泄放电回路电流处于最佳工作状态；过热保护器7包括断路器和温度传感器13，温度传感器13能够实时监控泄放电装置5内泄放电路周围的环境温度，当温度超过极限阈值时，断开泄放电路连通状态，保证系统的整体安全。
本实施例中，主控电路则包括升压模块、稳压模块12和MCU主控单元15；本实施例中，升压模块采用高效能量转换系统9，高效能量转换系统9包括电能-势能转换装置10和势能-电能转换装置11，其中电能-势能转换装置10采用电压转动器，势能-电能转换装置11采用势能发电器。
由于在新能源电池放电过程末期，新能源电池输出电压只有0.5V~0.3V，具有低阻力、低摩擦力、低磁阻的特点的电压转动器能够保证在0.3V的低电动势推动下依然能确保设定转速，将电能转换成势能；具有无阻力、高转化比的特点的势能发电器则能够在电压转动器的低转速带动下保持10mw的稳定输出。高效能量转换系统9通过电压转动器和势能发电器完成电能-势能-电能的升压操作。高效能量转换系统9输出的高电压经稳压模块12对宽范围的电势能进行镇流滤波后，输出低纹波的稳定电压V2，为MCU主控单元15提供工作电压。新能源废弃电池的输出电压V0一般在V1和V3之间，即V1＜V0＜V3。本实施例中，V1可等于V3的10%，此时V1为超低压状态，在V0＜V1情形下，过流保护器被设定为直通模式。
为了保证主控电路能够在超低压工况下工作，需要选择低功耗,低电压的控制器IC，本实施例中，选择标准工作电压为3.3V的CPU作为MCU主控单元15的核心，当新能源电池输出电压在0.5V~0.3V的极低状态时，升压模块和稳压模块依然能够将输出电压稳定在2V以上，维持MCU主控单元15工作，当新能源电池输出电压低于0.3V~0.2V时，MCU主控单元15停止工作,但在MCU主控单元15停止工作前，泄放电路会被设置在接通状态，此时虽然MCU主控单元15已经停止工作，泄放电路依然维持工作，此时能够防止电池逆流回能，且电流很小，无需MCU主控单元15安全监控也能完成新能源电池的泄放，直至新能源电池电能完全泄放。
本实施例中，功率调节电路通过控制不同继电器的开断进而控制泄放电器6内各个负载电阻丝是否接入泄放电路，断路器则通过控制目标继电器的开断进而控制泄放电路的连通状态；电流采集器14和温度传感器13采集到的数据发送至MCU主控单元内，在MCU主控单元内进行数据比对，进而控制对应的继电器是否执行对应操作。因此在过流保护器和过热保护器内采用大容量电容，用于给继电器提供瞬间驱动电流，以满足继电器机械动作完成，也可以确保瞬态电流使用不会影响MCU主控单元工作。
MCU主控单元15能够对泄放电路的工作状态进行监控，MCU主控单元15接受温度传感器13和电流采集器14采集的温度、电流数据；过流保护器8通过实时调节功率保证泄放电的最佳工作状态，当MCU主控单元15检测到泄放电回路的电流值在I1和I2范围内，过流保护器8不调节功率；当MCU主控单元15检测到泄放电回路的电流值≥I1时，过流保护器8通过调节功率使电流值降到I1和I2范围内，I2＜I1且具体值可以设置。温度的调节可通过电流大小的调节来实现，使泄放电装置5的温度控制到T2以下，电流≥I1，或温度≥T2，都会启动过流保护器8进行功率调节，而当MCU主控单元或过流保护器8故障，温度升高到T2时，过流保护器8无法启动功率调整，这时温度继续升高，当温度升高到≥T1，触发过热保护器7断开回路。温度数值T2＜T1且具体值可以设置。过热保护能够作为过流保护失效状态下的双重安全保护。
本实施例中，MCU主控单元15是泄放电装置5的数据采集和处理装置，MCU主控单元15通过上述泄电安全算法，对采集数据进行实时处理后，反馈数据到过热保护器7和过流保护器8。同时，MCU主控单元15将监控和处理的能量泄放、主控通信、泄放安全、工作效率等多种状态信息在泄放电装置5的显示屏上进行本地可视，也提供上位机接口，供全场线泄放全周期监控，管理人员可实时监控安全预警，杜绝灾害发生，统计泄放电数据，有利于安排和优化流水线，提高新能源废弃电池回收生产效率。
第二具体实施例：
一种新能源电池电子负载余能泄放装置，如图2所示，本实施例与第一具体实施例的区别在于本实施例中主控电路中升压模块采用电子超低压升压模块16替换第一具体实施例中的高效能量转换系统9。
本实施例中，电子超低压升压模块16采用Boost升压电路，如图3所示，Boost升压电路的输入端与升压电感L1一端连接，升压电感L1另一端与开关SW1一端连接，开关SW1另一端接地，升压电感L1另一端与二极管D2正极连接，二极管D2负极与电容C6一端连接，电容C6另一端接地，二极管D2负极作为Boost升压电路的输出端；本实施例中，二极管D2采用内阻极低的mos管，确保在mos管导通时在mos管上的只有极低的压降，大幅度减少电压损耗，此时利用mos管改进后的Boost电路更适用该种极低电压工况，工作效率高。
本实施例中电子超低压升压模块16中Boost升压电路能够实现DC-DC电压转换，通过控制Boost升压电路中开关的通断，来控制电感存储和释放能量，从而使输出电压升高。在开关闭合时，电感通过图3中回路1存储能量，此时mos管截止，后级电路由电容供电；当开关断开时，电感通过图3中回路2释放能量，此时mos管导通，电感给电容充电并为后级电路供电。在开关断开时，二极管两端存在压降，当电流较大时，二极管会消耗不少电能，因此，采用内阻极低的mos管，并使用同步开关方式工作,可使mos管上的压降降低，耗电也随之降低，使主控电路的电路效率提高，该种同步整流升压给后级电路供电方案适用于新能源电池低电压供电工况。
本实施例中，采用电子超低压升压模块16替换高效能量转换系统9使升压模块摆脱了机械升压的方法，具有无磨损、无噪音、高效率、低重量、高稳定性、高寿命的优点。同时，通过在Boost升压电路中使用电阻极低的mos管，使升压电路工作在同步镇流方式，配合后续的稳压电路，能够使输出电压更稳定、效率更高。
综上，对于废旧新能源电池回收问题，本技术方案通过对废旧电池残存电能进行泄放，解决了传统方法中对新能源电池直接进行破坏性释放带来的危险和污染。进一步本技术方案在对电池残存电量进行泄放的同时，利用电池电能直接带动MCU主控单元工作，完成对泄放电路的监控，避免了市电的接入，使泄放电过程更加节能环保。进一步，随着泄放过程的进行，电池输出电压会逐渐降低，本技术方案采用电子超低压升压模块或高效能量转换系统两种技术方案使MCU主控单元能够在新能源电池0.5V~0.3V极低输出电压下也能稳定工作。因此，该种新能源电池电子负载余能泄放装置及控制方法能够安全、高效、智能、环保的对新能源废旧电池进行电能泄放，为后续新能源电池批量回收打好了基础。
Claims (10)
1.一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：包括用于连接新能源电池电极的接触端子，所述的接触端子与新能源电池电极连接时为泄放电路和主控电路同时供电；所述的泄放电路包括用于泄放电池电能的泄放电器和泄放保护单元，所述的主控电路包括升压模块和MCU主控单元；
所述的MCU主控单元用于获取泄放保护单元采集的泄放电路参数，并根据预设的泄放电路参数阈值调节泄放电路开断和/或运行功率；
所述的升压模块用于将变化的输入电压升后供MCU主控单元工作使用；
所述的主控电路中升压模块包括电压转动器和势能发电器，所述的电压转动器用于在新能源电池处于0.5V-0.3V输出电压下维持MCU主控单元的工作，所述的势能发电器用于在电压转动器的带动下输出10mw的目标电压。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的主控电路中还包括稳压模块，所述的稳压模块通过对升压模块的输出电压镇流滤波，输出用于MCU主控单元稳定工作的电压。
3.根据权利要求1所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的泄放保护单元包括过流保护器和过热保护器，所述的过流保护器用于将采集到的泄放电路电流数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令调节泄放电路功率，所述的过热保护器用于将采集到的泄放电路温度数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令控制泄放电路开断状态。
4.根据权利要求3所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的泄放电器包括多组负载，所述的过流保护器用于根据MCU主控单元指令选择控制泄放电器内接入泄放电路的负载。
5.一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：包括用于连接新能源电池电极的接触端子，所述的接触端子与新能源电池电极连接时为泄放电路和主控电路同时供电；所述的泄放电路包括用于泄放电池电能的泄放电器和泄放保护单元，所述的主控电路包括升压模块和MCU主控单元；
所述的MCU主控单元用于获取泄放保护单元采集的泄放电路参数，并根据预设的泄放电路参数阈值调节泄放电路开断和/或运行功率；
所述的升压模块用于将变化的输入电压升后供MCU主控单元工作使用；
所述的主控电路中升压模块采用Boost升压电路，Boost升压电路的输入端与升压电感L1一端连接，升压电感L1另一端与开关SW1一端连接，开关SW1另一端接地，升压电感L1另一端与二极管D2正极连接，二极管D2负极与电容C6一端连接，电容C6另一端接地，二极管D2负极作为Boost升压电路的输出端；二极管D2采用mos管。
6.根据权利要求5所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的主控电路中还包括稳压模块，所述的稳压模块通过对升压模块的输出电压镇流滤波，输出用于MCU主控单元稳定工作的电压。
7.根据权利要求5所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的泄放保护单元包括过流保护器和过热保护器，所述的过流保护器用于将采集到的泄放电路电流数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令调节泄放电路功率，所述的过热保护器用于将采集到的泄放电路温度数据发送至MCU主控单元并根据MCU主控单元控制指令控制泄放电路开断状态。
8.根据权利要求7所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置，其特征在于：所述的泄放电器包括多组负载，所述的过流保护器用于根据MCU主控单元指令选择控制泄放电器内接入泄放电路的负载。
9.如权利要求4或8所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1，新能源电池与接触端子连接后，泄放电路导通；同时输入电压经升压模块和稳压模块后输出MCU主控单元工作电压，MCU主控单元启动工作；
步骤2，泄放电路导通后，过流保护器采集泄放电路的电流数据并发送至MCU主控单元，当泄放电路的电流值在I1至I2范围内时，过流保护器不调节功率；当泄放电路的电流值≥I1时，MCU主控单元通过控制过流保护器调节功率使泄放电路电流值降到I1和I2范围内，I2＜I1；
过热保护器采集泄放电路的温度数据并发送至MCU主控单元，当泄放电路温度低于T2时，过热保护器不工作；当泄放电路温度值≥T2时，MCU主控单元通过控制过流保护器调节功率，减少泄放电路的发热量；当泄放电路温度值≥T1时，过热保护器断开泄放电路，T2＜T1；
步骤3，当新能源电池泄放电至电压低于设定值时，完成剩余电池能量的泄放。
10.根据权利要求9所述的一种新能源电池电子负载余能泄放装置的控制方法，其特征在于：所述的新能源电池能量泄放结束时的电压V1不高于V3的10%，所述的V3为新能源电池的工作电压。
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