CN202616826U - 电池的主动平衡测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电池的主动平衡测试装置，包括：电池管理模块，采集电池组模块的电压参数和温度参数；直流电机，用于接收来自电池组模块的能量；电流检测模块，检测电池组模块和直流电机之间的放电主回路电流；监控模块，用于根据电压参数、温度参数和放电主回路电流计算电池组模块的SOC参数和SOH参数，并获得电池组模块的主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数，生成电源控制信号、电机控制信号和主动平衡控制信号；直流电源，用于在电源控制信号的控制下向电池组模块充电；电机控制模块，用于根据电机控制信号控制直流电机运行。本实用新型可以检测电池组的主动平衡控制参数、主动平衡能量转换效率及充放电极限工作条件。

Description

电池的主动平衡测试装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电池的主动平衡测试装置。

背景技术

由于锂电池相对于化学电池具有许多优势，因此被越来越广泛的应用。例如，与镍氢电池或镍镉电池相比，锂电池更轻，没有记忆效应，并且自放电速率更慢。目前锂电池已被广泛用作智能手机和笔记本电脑等现代电子设备的充电电池。由于清洁能源要求，在电动汽车、电动工具和能量存储等领域也得到了广泛应用。

目前由于电池本体设计能力、制造工艺水平、制造材料等因素的限制很难保证电池单体在使用过程中的一致性。尤其在电池串联成组使用时，由于不一致性会导致两种情况出现：一种是电池组在放电过程中出现某一电池单体放电完毕而其它电池单体仍有电量的现象，从而减少了电池组的使用时间；另一种是在电池组充电的过程中，某一电池单体电量先被充满而其它单体仍未充满的现象，同样减少了电池组使用时间，因此就需要人工干预来延长电池使用寿命。

现有的电池平衡技术主要包括主动平衡和被动平衡两种。

（1）被动平衡主要是将电池组中能量相对较多的电池电量通过阻性负载以热量的方式消耗掉，来保证电池组内各单体的一致性。

（2）主动平衡是利用某种能量装换装置将能量较多的电池电量转换到能量较低的电池中去，从而保证电池组内各单体的一致性。在不同的应用环境中对电池电压、容量等参数要求也不相同。传统的主动平衡技术不能根据不同的应用条件来匹配不同型号电池组的系统控制参数，从而无法符合相关应用环境的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种电池的主动平衡测试装置，包括：电池管理模块，所述电池管理模块与电池组模块相连，用于采集所述电池组模块的电压参数和温度参数；直流电机，用于接收来自所述电池组模块的能量；电流检测模块，所述电流检测模块位于所述电池组模块和所述直流电机之间，用于检测所述电池组模块和所述直流电机之间的放电主回路电流；监控模块，所述监控模块分别与所述电池管理模块和所述电流检测模块相连，用于根据所述电压参数、所述温度参数和所述放电主回路电流计算所述电池组模块的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数，以及根据所述SOC参数和SOH参数获得所述电池组模块的主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数，以及根据所述主动平衡控制参数和所述电池充放电极限工作参数生成电源控制信号、电机控制信号和主动平衡控制信号；直流电源，所述直流电源分别与所述电池组模块和所述监控模块相连，用于在所述电源控制信号的控制下向所述电池组模块充电；以及电机控制模块，所述电机控制模块分别与所述直流电机和所述监控模块相连，用于根据所述电机控制信号控制所述直流电机的运行。

根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置，通过对电池组的充电过程和放电过程进行监控以对电池组进行主动平衡操作，从而实现对电池组能量的均衡控制。本实用新型可以检测电池组的主动平衡控制参数、主动平衡能量转换效率及充放电极限工作条件，可以使电池组实现电池平衡，有效避免电池过度充电或过度放电，避免电池过热工作，延长电池组的使用寿命。

在本实用新型的一个实施例中，所述电池组模块的电压参数包括所述电池组模块的电压和所述电池组模块的每个电池单体的电压。

在本实用新型的一个实施例中，所述电池组模块和所述电池管理模块的接线端子包括直插式电流保险丝。

在本实用新型的一个实施例中，所述电流检测模块包括：锰铜分流器，用于采集所述电池组模块和所述直流电机之间的初始放电主回路电流；滤波单元，所述滤波单元分别与所述锰铜分流器和所述监控模块相连，用于对所述初始放电主回路电流进行滤波处理以得到所述放电主回路电流，并上传至所述监控模块。

在本实用新型的一个实施例中，所述电池管理模块包括主动平衡控制单元，所述主动平衡控制单元与所述监控模块相连，用于根据所述主动平衡控制信号对所述电池组模块进行主动平衡操作。

在本实用新型的一个实施例中，所述监控模块包括：CAN总线接口，所述CAN总线接口分别与所述电池管理模块和电流检测模块相连；RS232接口，所述RS232接口与所述直流电源相连；存储单元，所述存储单元分别与所述CAN总线接口和所述RS232接口相连，用于存储所述电压参数、所述温度参数、所述放电主回路电流、所述SOC参数、所述SOH参数、所述主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数；以及显示单元，用于显示所述电压参数、所述温度参数、所述放电主回路电流、所述SOC参数、所述SOH参数、所述主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数。

在本实用新型的一个实施例中，所述监控模块为微处理器。

在本实用新型的一个实施例中，所述电池的主动平衡测试装置还进一步包括：

风扇冷却模块，所述风扇冷却模块与所述监控模块相连，用于在所述监控模块的控制下保持所述电池组模块的温度在预设范围内。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置的示意图。

图2为根据本实用新型另一个实施例的电池的主动平衡测试装置的示意图。

图3为根据本实用新型实施例的电流检测模块的示意图；

图4为根据本实用新型实施例的监控模块的示意图；以及

图5为根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置的运行流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图详细描述根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置。该电池的主动平衡测试装置适用于动力电池系统研发前期的技术评估，通过对电池充放电极限工作参数测试、电池主动平衡控制参数测试来实现不同型号电池组的系统匹配。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例的电池的主动平衡测试装置，包括：电池管理模块110、直流电机120、电流检测模块130、监控模块140、直流电源150和电机控制模块160。

具体地，电池组模块100包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间为串联。在本实用新型的示例中，电池组模块100包括8-12块锂电池单体，该电池组模块100内任意电池单体可更换，可提供能量输出给直流电机120。

电池管理模块110与电池组模块100相连，将采集的电池组模块100的电压参数和温度参数通过CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网）总线上报给监控模块140，并接收监控模块140发送的控制命令，完成对电池组模块100的主动平衡控制。

在本实用新型的一个实施例中，电压参数包括电池组模块100的电压以及电池组模块100内每个电池单体电压。

在本实用新型的一个实施例中，电池组模块100与电池管理模块110的接线端子中包含直插式电流保险丝。可以理解的是，电池组模块100与电池管理模块110的接线端子可以更换不同型号的保险丝。

电流检测模块130安装在电池组模块100与直流电机120之间，用于检测放电主回路电流，并通过CAN总线网络将电流信息上传给监控模块140。

电机控制模块160分别与直流电机120和监控模块140相连，在监控模块140发送的电机控制信号控制下，控制直流电机120的运行。

直流电机120由电机控制模块160控制其运行转速等，接收来自电池组模块100的能量。

监控模块140分别与电池管理模块110和电流检测模块130相连，能够显示当前系统中电池组模块100的电压、电池组模块100内每个电池单体的电压、电池组模块100的温度、电池主动平衡能量转换效率、电池组模块输入输出电流、电池组模块100的输入输出功率等参数信息，并可通过上述参数计算电池的SOC（State Of Charge，荷电状态）参数和SOH（State Of Health，健康状态）参数，并根据SOC参数和SOH参数获得电池组模块100的主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数，并根据主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数生成电源控制信号、电机控制信号和主动平衡控制信号。

直流电源150分别与电池组模块100和监控模块140相连，在监控模块140发送的电源控制信号控制下，对电池组模块100进行充电。

在本实用新型的一个实施例中，直流电源150与监控模块140通过RS232接口进行通信。

如图2所示，在本实用新型的另一个实施例中的电池的主动平衡测试装置，还进一步包括：风扇冷却模块170。

由监控模块140通过CAN总线对风扇冷却模块170进行控制，保持电池组模块100在进行充放电操作时的温度在预设范围内。其中，预设范围可以为电池组模块100温度的正常工作范围。

根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置，通过对电池组的充电过程和放电过程进行监控以对电池组进行主动平衡操作，从而实现对电池组能量的均衡控制。本实用新型可以检测电池组的主动平衡控制参数、主动平衡能量转换效率及充放电极限工作条件，可以使电池组实现电池平衡，有效避免电池过度充电或过度放电，避免电池过热工作，延长电池组的使用寿命。

如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，电流检测模块130包括：锰铜分流器131和滤波单元132。

其中，锰铜分流器131用于采集电池组模块100和直流电机120之间的初始放电主回路电流。

滤波单元132分别与锰铜分流器131和监控模块140相连，用于对初始放电主回路电流进行滤波处理以得到放电主回路电流，并上传至监控模块140。

在本实用新型的一个实施例中，电池管理模块110包括主动平衡控制单元。主动平衡控制单元与监控模块140相连，用于根据来自监控模块140的主动平衡控制信号对电池组模块100进行主动平衡操作，使电池组实现电池平衡，有效避免电池过度充电或过度放电，避免电池过热工作，延长电池组的使用寿命。

如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，监控模块140采用ARM11内核的高性能、低功耗微处理器，监控模块140还包括：CAN总线接口141、RS232接口142、存储单元143和显示单元144。

在本实用新型的一个实施例中，显示单元144可以为TFT（Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管）电容式触控显示屏，例如显示单元144可以为10寸的TFT电容式触控显示屏。

其中，监控模块140通过CAN总线网络分别与电池管理模块110、电流检测模块130、风扇冷却模块170相连进行通信。监控模块140通过RS232接口142与直流电源150进行通信。存储单元143分别与CAN总线接口141和RS232接口142相连，用于存储电压参数、温度参数、所述放电主回路电流、SOC参数、SOH参数、主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数。监控模块140通过显示单元144显示当前系统中电池组模块100的电压、电池组内电池单体电压、电池组模块100的温度、电池主动平衡能量转换效率、电池组模块输入输出电流、电池组模块100的输入输出功率等参数信息。监控模块140通过上述参数信息计算电池的SOC参数和SOH参数，并根据SOC参数和SOH参数获得电池组模块100的主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数，并根据主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数生成电源控制信号、电机控制信号和主动平衡控制信号。

下面如图5所示描述本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置的运行流程，包括如下步骤：

S501：启动电池的主动平衡测试装置。

S502：对电池的主动平衡测试装置的各模块进行初始化。

电池的主动平衡测试装置的电源启动后，对电池管理模块110、电流检测模块130、监控模块140、电机控制模块160、风扇冷却模块170各模块进行相关的初始化工作。电池管理模块110、电流检测模块130、电机控制模块160、风扇冷却模块170将自己的初始化信息（即模块正常启动信息）通过CAN总线网络上报给监控模块140。

S503：对电池状态进行判断，如果进行电池放电，执行S504；如果进行电池充电，执行S512。

S504：启动电池组模块100放电。

S505：放电过程中，通过监控模块140监控电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数。

S506：通过监控模块140控制直流电机120。

S507：计算电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数。

S508：根据电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数进行判断，如果需要冷却，执行S509；否则，执行S510。

S509：启动风扇冷却模块170对电池组模块100进行冷却。

S510：启动电池放电主动平衡控制。

S511：判断放电过程是否结束，如果是，执行S519；否则，维持电池放电主动平衡控制，执行S505。

在进行放电操作时，监控模块140通过CAN总线发送控制命令给电机控制模块160。电机控制模块160根据控制命令信息控制直流电机120运行，电池组模块100将给直流电机120提供电源，同时电池管理模块110检测电池组模块100的电压参数、电池单体电压参数、电池组模块100的温度参数等参数信息，每隔50ms将参数信息通过CAN总线上传至监控模块140。电流检测模块130将所测的放电电流通过CAN总线上传至监控模块140。监控模块140根据接收到的参数信息计算的电池的SOC参数和SOH参数，并发送电池主动平衡控制命令给电池管理模块110，由电池管理模块110执行相关的操作。监控模块140会根据电池组模块100的温度来启动和关闭风扇冷却模块来保证电池组模块在正常的工作温度范围内。根据电池SOC、SOH参数条件变化，系统监控模块将不断改变直流电机运行速度及主动平衡控制条件，通过上述测试能够得出电池在不同SOC、SOH条件下的主动平衡控制参数、放电极限工作条件。

S512：启动电池组模块100充电。

S513：充电过程中，通过监控模块140监控电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数。

S514：计算电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数。

S515：根据电池组模块100的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数进行判断，如果需要冷却，执行S516；否则，执行S517。

S516：启动风扇冷却模块170对电池组模块100进行冷却。

S517：启动电池充电主动平衡控制。

S518：判断充电过程是否结束，如果是，执行S519；否则，维持电池放电主动平衡控制，执行S513。

在进行充电操作时，监控模块140通过RS232将控制信息传送给直流电源150，直流电源150给电池组模块充电。同时电池管理模块110检测电池组模块100的电压参数、电池单体电压、电池组模块100的温度参数等参数信息，每隔50ms将上述参数信息通过CAN总线上传给监控模块140。监控模块140根据接收到的参数信息计算的电池的SOC参数和SOH参数，并发送电池主动平衡控制命令给电池管理模块110，由电池管理模块110执行相关的操作。监控模块140会根据电池组模块100的温度来启动和关闭风扇冷却模块170来保证电池组模块100在正常的工作温度范围内。根据电池SOC、SOH参数条件变化，系统监控模块将不断改变直流电源150的充电电流及主动平衡控制条件，通过上述测试能够得出电池在不同SOC、SOH条件下的主动平衡控制参数、充电极限工作条件。

S519：存储测试结果。

根据本实用新型实施例的电池的主动平衡测试装置，通过对电池组的充电过程和放电过程进行监控以对电池组进行主动平衡操作，从而实现对电池组能量的均衡控制。本实用新型可以检测电池组的主动平衡控制参数、主动平衡能量转换效率及充放电极限工作条件，可以使电池组实现电池平衡，有效避免电池过度充电或过度放电，避免电池过热工作，延长电池组的使用寿命。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种电池的主动平衡测试装置，其特征在于，包括：

电池管理模块，所述电池管理模块与电池组模块相连，用于采集所述电池组模块的电压参数和温度参数；

直流电机，用于接收来自所述电池组模块的能量；

电流检测模块，所述电流检测模块位于所述电池组模块和所述直流电机之间，用于检测所述电池组模块和所述直流电机之间的放电主回路电流；

监控模块，所述监控模块分别与所述电池管理模块和所述电流检测模块相连，用于根据所述电压参数、所述温度参数和所述放电主回路电流计算所述电池组模块的荷电状态SOC参数和健康状态SOH参数，以及根据所述SOC参数和SOH参数获得所述电池组模块的主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数，以及根据所述主动平衡控制参数和所述电池充放电极限工作参数生成电源控制信号、电机控制信号和主动平衡控制信号；

直流电源，所述直流电源分别与所述电池组模块和所述监控模块相连，用于在所述电源控制信号的控制下向所述电池组模块充电；以及

电机控制模块，所述电机控制模块分别与所述直流电机和所述监控模块相连，用于根据所述电机控制信号控制所述直流电机的运行。

2.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述电池组模块的电压参数包括所述电池组模块的电压和所述电池组模块的每个电池单体的电压。

3.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述电池组模块和所述电池管理模块的接线端子包括直插式电流保险丝。

4.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述电流检测模块包括：

锰铜分流器，用于采集所述电池组模块和所述直流电机之间的初始放电主回路电流；

滤波单元，所述滤波单元分别与所述锰铜分流器和所述监控模块相连，用于对所述初始放电主回路电流进行滤波处理以得到所述放电主回路电流，并上传至所述监控模块。

5.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述电池管理模块包括主动平衡控制单元，所述主动平衡控制单元与所述监控模块相连，用于根据所述主动平衡控制信号对所述电池组模块进行主动平衡操作。

6.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述监控模块包括：

CAN总线接口，所述CAN总线接口分别与所述电池管理模块和电流检测模块相连；

RS232接口，所述RS232接口与所述直流电源相连；

存储单元，所述存储单元分别与所述CAN总线接口和所述RS232接口相连，用于存储所述电压参数、所述温度参数、所述放电主回路电流、所述SOC参数、所述SOH参数、所述主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数；以及

显示单元，用于显示所述电压参数、所述温度参数、所述放电主回路电流、所述SOC参数、所述SOH参数、所述主动平衡控制参数和电池充放电极限工作参数。

7.如权利要求1或6所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，所述监控模块为微处理器。

8.如权利要求1所述的电池的主动平衡测试装置，其特征在于，还包括：

风扇冷却模块，所述风扇冷却模块与所述监控模块相连，用于在所述监控模块的控制下保持所述电池组模块的温度在预设范围内。

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