CN201935991U - 动力电池模拟工况配组监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种用于电动汽车专用电池检测的动力电池模拟工况配组监测系统。它由上位机、通讯适配器、主控回路、分控回路、下位机和检测接口组成，上位机通过通讯适配器分别连接主控回路和分控回路，主控回路连接下位机和检测接口,分控回路连接下位机和检测接口。通过模拟汽车工况的方式对电动汽车受检电池组进行配组监测，并对受检电池组中每个受检电池进行动态电压监测，通过监测得到的数据对受检电池进行分容配组。同时还可以用于电池化成生产，在生产过程中对电池进行初步分容配组。本实用新型具有结构合理、数据准确、操作简单和配组方便等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电动汽车专用电池检测装置，具体地说是一种动力电池模拟工况配组监测系统。
背景技术
由于电动汽车的动力电池经常在深度充放电条件下工作的，这就要求我们在生产中重视配组问题，一般认为，动力电池的化成和配组就是保证每组电池中单只电池的容量、衰减速率、内阻、端电压等充放电特性的一致性。否则，会直接影响其使用寿命和性能。目前，动力电池的一致性配组方法有：电压配组法、静态容量配组法、内阻匹配法。电压配组法的空载电压配组法，其电压状态单一，准确性差；电压配组法的带荷电压配组法，其带荷变量单一，合理性差。静态容量配组法，其放电条件单一，不考虑使用工况，一致性差。内阻匹配法，其定性快速可靠，定量尚有难度。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种动力电池模拟工况配组监测系统，它能够有效地完成电池化成，可靠地实现电池配组。
本实用新型的技术方案是：设计一种电动汽车动力电池组模拟工况配组监测系统，它由上位机、通讯适配器、主控回路、分控回路、下位机和检测接口组成，上位机通过通讯适配器分别连接主控回路和分控回路，主控回路连接下位机和检测接口, 分控回路连接下位机和检测接口。
上位机由系统管理模块、分容组配模块、异常分析模块和工艺编辑模块组成。
主控回路由主控直流电源、主控功率回路和主控充放电转换接触器组成，主控直流电源、主控功率回路和主控充放电转换接触器依次连接，主控功率回路和主控充放电转换接触器分别连接下位机和检测接口。
分控回路由分控直流电源、分控功率回路、分控充放电转换接触器和分控旁路接触器组成，分控直流电源、分控功率回路、分控充放电转换接触器和分控旁路接触器依次连接，分控直流电源、分控功率回路、分控充放电转换接触器和分控旁路接触器分别连接下位机和检测接口。
本实用新型的有益效果是：由于上位机通过通讯适配器分别连接主控回路和分控回路，因而有利于上位机的控制工作，也可脱离上位机，完成恒流恒压充电、恒流放电测试、电池配组等工作。同时，由于主控回路有主控直流电源，分控回路有分控直流电源，因而每只电池具有独立的恒流恒压源，自成回路互不影响。另外，由于主控回路连接下位机和检测接口, 分控回路连接下位机和检测接口，因而可以同时对多只受电池进行检测。本实用新型还具有结构合理、数据准确、操作简单和配组方便等优点。
附图说明
下面结合附图提供的实施例对本实用新型进一步说明。
图1：总控结构框图；
图2：主控回路结构框图；
图3：分控回路结构框图。
图中，1.上位机, 2.通讯适配器,3.主控回路,4.分控回路, 5.下位机，6.检测接口,7.系统管理模块,8.分容组配模块,9.异常处理模块,10.工艺编辑模块,11.主控直流电源, 12.主控功率回路,13.主控充放电转换接触器, 14.分控直流电源, 15.分控功率回路,16.分控充放电转换接触器, 17.分控旁路接触器, 18.单片机，19.存储器,20.数模转换器,21.实时时钟,22.通讯模块,23.过流保护器,24.过压保护器,25.外围元件,26.隔离变压器,27.二极管整流器,28.场效应管,29.均流电阻,30.保护电路,31.散热风扇, 32.受检电池组,33.受检电池。
具体实施方式
以下分六个方面描述实施例。
第一，本实用新型实施例的组成。
本实用新型实施例包括：上位机(1),通讯适配器(2),主控回路(3),分控回路(4),下位机(5)，检测接口(6)。
上位机(1)包括：系统管理模块(7),分容组配模块(8),异常处理模块(9),工艺编辑模块(10)。
通讯适配器(2)。
主控回路(3)包括：主控直流电源(11),主控功率回路(12),主控充放电转换接触器(13), 受检电池组(32)。
分控回路(4)包括：分控直流电源(14),分控功率回路(15),分控充放电转换接触器(16), 分控旁路接触器(17),受检电池(33)。
下位机(5)包括：单片机(18)，存储器(19),数模转换器(20),实时时钟(21),通讯模块(22),过流保护器(23),过压保护器(24),外围元件(25)。
检测接口(6)。
主控直流电源(11)包括：隔离变压器(26),二极管整流器(27)。
分控直流电源(14)包括：隔离变压器(26),二极管整流器(27)。
主控功率回路(12)包括：场效应管(28),均流电阻(29),保护电路(30),散热风扇(31)。
主控功率回路(15)包括：场效应管(28),均流电阻(29),保护电路(30),散热风扇(31)。
受检电池组(32)、受检电池(33)。
第二，模拟工况的设置。
在工厂通过该系统充电和放电过程，模拟电动车实际行驶情况。如起步、平路行驶、上坡行驶、下坡行驶、刹车、停车等实际行驶情况，起步、平路行驶、上坡行驶、下坡行驶等为放电过程；刹车、停车等为充电过程。通过工艺编辑模块（9）编制模拟工况工艺。比如：
第1步，起步，设置为放电过程，设置放电电流值和放电持续时间；
第2步，平路行驶，设置为放电过程，设置放电电流值和放电持续时间；
第3步，刹车，设置为充电过程，设置充电电流值和充电持续时间；
可以根据电动车实际行驶情况，编制不同的充放电电流值和不同的持续时间，将上面工艺步骤任意组合，通过工艺编辑模块(9)编制充放电工艺，将该工艺下载到下位机(5)中，通过下位机(5)实施充放电试验，在工厂进行电动车模拟工况试验。同时在试验过程中，随时监测每只受检电池(33)的电压，为以后电池分容配组提供准确的数据。当受检电池(33)出现异常时，及时将该受检电池(33)退出电池组，保证在试验过程中的受检电池(33)安全，以及将落后受检电池(33)尽早找出来。
第三，上机位(1)各模块的作用与功能。
本系统软件包含系统管理模块(7)、分容组配模块(8)、异常处理模块(9)、工艺编辑模块(10)四部分。
系统管理模块(7)主要管理所有下位机(5)，包括：主控回路(3)和所有分控回路(4)的通讯、数据传输、工艺下载、、下位机(5)参数设置、下位机(5)地址设置等工作。通过主窗口显示所有下位机(5)工作状态，包括：充电、放电、暂停、停止、静置、监测，显示实时数据，包括：阶段时间、总时间、电压、电流、安时，显示故障，等等。
工艺编辑模块(10)主要负责电池生产或测试时，根据电池化成特性编辑充放电过程，包括充电或放电方式选择；电流控制模式选择，包括恒流模式、恒压限流模式；阶段时间选择；，结束条件选择，包括时间大于等于、电压大于等于、电压小于等于、电流小于等于等条件；循环控制选择；条件跳转等方式选择；工艺步骤多达500个步骤。
分容组配模块(8)主要有基于模拟工况的容量配组和电压配组两种方式。容量配组主要用于生产化成时，电压配组主要用于动力电池组模拟工况试验。容量配组根据电池容量大小，将电池容量分为若干档，以每档容量进行配组。每档容量可以由软件进行设置，可以同时设置多档容量。电压配组根据电池电压高低进行配组。将电池电压分为若干档，以每档电压进行配组。每档电压可以由软件进行设置，可以同时设置多档电压。
异常处理模块(9)主要用于动力电池组模拟工况试验时，依据监测电压值，将电池电压出现异常的受检电池(33)，从受检电池组(32)中找出，并显示。
第四，单只受检电池(33)电压监测及异常处理。
在受检电池组(32)充放电过程中，每个分控回路(4)分别监测每只受检电池(33)的电压变化。
在主控回路(3)的充电过程中，当监测到某只受检电池(33)电压异常时，即检测到某只受检电池(33)电压值大于等于设定的电压上限值时，该受检电池(33)所在分控回路(4)向主控回路(3)发出暂停指令，首先暂停主控回路(3)充电工艺，同时记录该电池达到该电压值时的充电时间及电压值，并将数据保存在下位机(5)中以及同时将数据上传至上位机(1)；同时点亮该分控回路(4)电池异常报警灯；然后通过分控旁路接触器(16)，将该受检电池(33)从受检电池组(32)中退出，并通过该分控旁路接触器(17)，将受检电池组(32)重新串联连接；最后再向主控回路(3)发出恢复运行指令，恢复受检电池组(32)的充电过程。
在主控回路(3)的放电过程中，当监测到某只受检电池(33)电压异常时， 即检测到某只受检电池(33)电压值小于等于设定的电压下限值时，该受检电池(33)所在分控回路(4)向主控回路(3)发出暂停指令，首先暂停主控回路(3)放电工艺，同时记录该受检电池(33)达到该电压值时的放电时间及电压值，并将数据保存在下位机(5)中，以及同时将数据上传至上位机(1)；同时点亮该分控回路(4)电池异常报警灯；然后通过分控旁路接触器(17)将该电池从电池组中退出，并通过分控旁路接触器(17)该将受检电池组(32)重新串联连接；最后再向主控回路(3)发出恢复运行指令，恢复受检电池组(32)的放电过程。
异常受检电池(33)的退出与试验复位，当异常受检电池(33)退出后，通过分控旁路接触器(17)内部互锁机构，该受检电池(33)不能自动恢复到串联受检电池组(32)中。只有主控回路(3)将当前整个试验工艺完成后，才能通过手动复位控制，将受检电池(33)重新投入到串联受检电池组(32)中。
异常受检电池(33)的数据显示与存储，上位机(1)通过记录分析受检电池(32)电压异常数据，将异常受检电池(33)编号、电压值、到达时间等通过窗口显示出来，也可以将数据通过打印机打印出来，方便查找和处理。
第五，生产化成过程。
按照电池生产技术参数，通过工艺编辑模块(10)，先编辑化成工艺，下载到所有分控回路(4)的下位机(5)中，连接好需要化成的受检电池(33)，该系统即可自动完成电池的化成。
第六，电池分容配组方法。
动力电池分容配组可以用受检电池(33)容量、受检电池(33)放电终止电压等参数在模拟工况下实现配组。
受检电池(33)容量：放电时间（h小时）×放电电流（A安培）。
放电时间：以标准电流对受检电池(33)恒流放电，当受检电池(33)电压下降到受检电池(33)电压下限值时，累计放电时间。
受检电池(33)放电终止电压：以标准电流对受检电池(33)恒流放电，当受检电池(33)放电时间达到规定时间时，受检电池(33)两端的电压。
容量配组，主要用于生产化成阶段。根据化成后所有受检电池(33)容量数据进行统计，将受检电池(33)容量分成不同组别。配组容量范围可以通过软件进行设置。
在生产化成阶段，对同一批次的受检电池(33)进行容量初步配组；然后，通过模拟工况试验，通过放电终止电压进行最终配组。配组电压范围可以通过软件进行设置。
Claims (4)
1.一种动力电池模拟工况配组监测系统，它由上位机(1)、通讯适配器(2)、主控回路(3)、分控回路(4)、下位机(5)和检测接口(6)组成，其特征在于：上位机(1)通过通讯适配器(2)分别连接主控回路(3)和分控回路(4)，主控回路(3)连接下位机(5)和检测接口(6), 分控回路(4)连接下位机(5)和检测接口(6)。
2.根据权利要求1所述的动力电池模拟工况配组监测系统，其特征是：上位机(1)由系统管理模块(7)、分容组配模块(8)、异常处理模块(9)和工艺编辑模块(10)组成。
3.根据权利要求1所述的动力电池模拟工况配组监测系统，其特征是：主控回路(3)由主控直流电源(11)、主控功率回路(12)和主控充放电转换接触器(13)组成，主控直流电源(11)、主控功率回路(12)和主控充放电转换接触器(13)依次连接，主控功率回路(12)和主控充放电转换接触器(13)分别连接下位机(5)和检测接口(6)。
4.根据权利要求1所述的动力电池模拟工况配组监测系统，其特征是：分控回路(4)由分控直流电源(14)、分控功率回路(15)、分控充放电转换接触器(16)和分控旁路接触器(17)组成，分控直流电源(14)、分控功率回路(15)、分控充放电转换接触器(16)和分控旁路接触器(17)依次连接，分控直流电源(14)、分控功率回路(15)、分控充放电转换接触器(16)和分控旁路接触器(17)分别连接下位机(5)和检测接口(6)。
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