CN220964649U - 一种串联化成电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种结构简单、能够提高充放电效率、降低成本、减少占地面积的串联化成电源装置。本实用新型包括电控层、上位机、中位机、AC/DC电源、DC/DC电源、辅助层以及串控板，所述电控层、所述AC/DC电源、所述DC/DC电源、所述辅助层以及所述串控板依次连接，所述上位机经所述中位机与所述辅助层连接，所述中位机与所述AC/DC电源、所述串控板连接，所述串控板接入电池产品的正负极。本实用新型应用于电池化成电源装置的技术领域。

Description

一种串联化成电源装置

技术领域

本实用新型应用于电池化成电源装置的技术领域,特别涉及一种串联化成电源装置。

背景技术

随着新能源行业的快速发展，电动汽车、储能***、电动工具、太阳能光伏发电***等领域在市场需求下蓬勃发展，动力电池广泛应用到这些领域，因此，电池的安全、可靠、高效的使用是新能源行业内的重要问题。电池化成是电池生产测试的一个重要环节，也是一个关键步骤。该测试通常在电池组装和封装之前进行，以确保电池在实际使用中的性能符合规格要求。此外，化成测试还可以帮助制造商排除任何潜在的问题或缺陷，以确保电池的可靠性和安全性。然而目前市场上采用大多为并联式化成电源装置，该方案电路复杂，成本高，体积大，充放电效率低等缺点，已经逐渐不能满足市场需求，设备成本高，并联式化成装置需要同时测量多个电池，因此设备成本较高；空间占用大：并联式化成装置需要放置多个电池，因此占用空间较大；限制样品数量；由于并联式化成装置需要同时测量多个电池，因此在一些实验室或工厂中，可能无法同时测试所有的电池样品。因此有必要提供一种结构简单、能够提高充放电效率、降低成本、减少占地面积的串联化成电源装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、能够提高充放电效率、降低成本、减少占地面积的串联化成电源装置。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括电控层、上位机、中位机、AC/DC电源、DC/DC电源、辅助层以及串控板，所述电控层、所述AC/DC电源、所述DC/DC电源、所述辅助层以及所述串控板依次连接，所述上位机经所述中位机与所述辅助层连接，所述中位机与所述AC/DC电源、所述串控板连接，所述串控板接入电池产品的正负极。

由上述方案可见，所述串联化成电源装置是一种化成双向可回馈式的电源装置，将独立电芯通过装置的MOSFET开关串联或将异常电芯旁路；配置高压双向大功率可程控DC-DC，实现串联电池的恒流充放电；能够实现电池在线无缝切换；具备更高的充电放电转换效率；电芯串联测试保证了化成后的电芯高度一致；可以实现软包动力电池的化成测试；提升能量转换效率，节约生产和设备成本；自主高压双向DC-DC程控技术，不仅适用于串联化成，而且还可利用到PACK测试等领域；电源数量少，降低故障率，减少维护时间和提高架线安装效率；使用串联技术，保证测试电芯一致性更好。

一个优选方案是，所述串控板包括第一功率MOS开关组、第二功率MOS开关组以及第三功率MOS开关组，所述第一功率MOS开关组、所述第二功率MOS开关组以及所述第三功率MOS开关组均包括十组并联的功率MOS开关芯片，所述第一功率MOS开关组、所述第二功率MOS开关组背靠背连接，所述第一功率MOS开关组接入电池产品的正极，所述第二功率MOS开关组与所述第三功率MOS开关组连接，所述第三功率MOS开关组接入电池产品的负极。

一个优选方案是，所述串控板还包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、第一场效应管以及第二场效应管，所述第一场效应管、所述第二场效应管均与所述串控板的IO接口连接，所述第一场效应管的漏极、所述第二场效应管的漏极分别接入所述第一驱动芯片的IN+引脚、所述第二驱动芯片的IN+引脚，所述第一驱动芯片的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第一功率MOS开关组连接，所述第二驱动芯片的CLAMP2引脚、DRIVE2引脚与所述第二功率MOS开关组连接。

一个优选方案是，所述串控板还包括第三驱动芯片、第三场效应管，所述第三场效应管均与所述串控板的IO接口连接，所述第三场效应管的漏极接入所述第三驱动芯片的IN+引脚，所述第三驱动芯片的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第三功率MOS开关组连接。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是所述串控板第一部分的电路原理图；

图3是所述串控板第二部分的电路原理图；

图4是所述串控板第三部分的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例中，本实用新型包括电控层1、上位机2、中位机3、AC/DC电源4、DC/DC电源5、辅助层6以及串控板7，所述电控层1、所述AC/DC电源4、所述DC/DC电源5、所述辅助层6以及所述串控板7依次连接，所述上位机2经所述中位机3与所述辅助层6连接，所述中位机3与所述AC/DC电源4、所述串控板7连接，所述串控板7接入电池产品的正负极。

所述电控层1包括断路器、防雷器、三相电能表、急停开关、接线端子排等，三相电网的通断控制，以及充放电电能采集。所述AC/DC电源4采用固定输出的双向AC/DC电源，所述DC/DC电源5采用高压双向DC/DC程控电源。所述AC/DC电源4作为双向无缝切换电源模块采用先进的三相无零线设计，具有高可靠性、强大的电网和环境适应性、双向无电压差无缝切换、高效率、低谐波等优点。所述DC/DC电源5作为高压DC/DC程控电源是化成电源的核心部件之一，其主要作用是将能量从一个电容器转移到另一个电容器。这种转换器可以在两个电容器之间进行能能量转移，以实现充电和放电。

所述中位机3在整个***中扮演重要角色，其RS485方式获取电能表数据，CAN2控制双向DC/DC，CAN0控制2路所述串控板7，GPIO配置辅助层，与所述上位机2通过ETH交互信息，控制电源的输出电压和电流：所述中位机3可以通过发送控制信号来调节电源的输出电压和电流。这些控制信号可以根据需要在自动或手动模式下生成。

所述上位机2向所述中位机3下发电池测试工步,从所述中位机3获取电流、电压、电源柜状态信息等。

所述串控板7也称为电池投切模组，是一个重要的组件，它的主要作用是控制电池之间的连接和断开，以实现各电池的串联和并联旁路。

所述辅助层6用于串入***的动力回路，内部包含充电、放电两条主路径。

如图2所示，在本实施例中，所述串控板7包括第一功率MOS开关组71、第二功率MOS开关组72以及第三功率MOS开关组73，所述第一功率MOS开关组71、所述第二功率MOS开关组72以及所述第三功率MOS开关组73均包括十组并联的功率MOS开关芯片，所述第一功率MOS开关组71、所述第二功率MOS开关组72背靠背连接，所述第一功率MOS开关组71接入电池产品的正极，所述第二功率MOS开关组72与所述第三功率MOS开关组73连接，所述第三功率MOS开关组73接入电池产品的负极。多个并联的功率MOS开关用于增大过流能力。所述功率MOS开关芯片的型号为TPHR9203PL1。

所述第一功率MOS开关组71、所述第二功率MOS开关组72一起导通串联电池，所述第一功率MOS开关组71靠近电池正极的背靠背功率MOS为十组并联的功率MOS开关芯片，目的是把电池串入回路。所述第二功率MOS开关组72靠近公共端的背靠背功率MOS为十组并联的功率MOS开关芯片，所述第三功率MOS开关组73作为旁路功率MOS，目的是把电池踢走，从旁路出去。

所述第二功率MOS开关组72与所述第三功率MOS开关组73的连接作为公共端，电流可以通过公共端走电池，或者通过公共端走旁路MOS把电池旁路踢走。

如图3所示，在本实施例中，所述串控板7还包括第一驱动芯片U602、第二驱动芯片U603、第一场效应管Q601以及第二场效应管Q602，所述第一场效应管Q601、所述第二场效应管Q602均与所述串控板7的IO接口连接，所述第一场效应管Q601的漏极、所述第二场效应管Q602的漏极分别接入所述第一驱动芯片U602的IN+引脚、所述第二驱动芯片U603的IN+引脚，所述第一驱动芯片U602的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第一功率MOS开关组71连接，所述第二驱动芯片U603的CLAMP2引脚、DRIVE2引脚与所述第二功率MOS开关组72连接。所述第一驱动芯片U602和所述第二驱动芯片U603的型号为1EDI20I12MFXUMA1。

如图4所示，在本实施例中，所述串控板7还包括第三驱动芯片U702、第三场效应管Q701，所述第三场效应管Q701均与所述串控板7的IO接口连接，所述第三场效应管Q701的漏极接入所述第三驱动芯片U702的IN+引脚，所述第三驱动芯片U702的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第三功率MOS开关组73连接。所述第三驱动芯片U702的型号为1EDI20I12MFXUMA1。

在本实施例中，在串联化成装置中，所述串控板7通常会安装在电池组的正极和负极之间，作为一个中继站，控制电池之间的连接和断开。此外，所述串控板7通常还会配备多个控制MOSFET，以支持多个电池串联或并联的需求。

所述串控板7通过控制串联MOSFET开关和旁路MOSFET开关来实现电池切入和切出。当电池需要被串联时，所述串控板7会通过闭合串联MOSFET开关将电池连接在一起。当需要将电池旁路时，所述串控板7则会通过断开串联MOSFET开关，同时闭合旁路MOSFET将电池切出回路。通过对开关时序的控制，满足串联电池的不断流无缝切出

此外，所述串控板7需要监测电池极耳电压、辅助电压和线电压，以确保每个电池都处于正常工作状态。如果某个电池出现故障或过载，所述串控板7可以及时切出电池，避免电池短路或起火等危险情况的发生。

在本实施例中，所述中位机3具有多种功能。监测电源的性能：所述中位机3可以监测电源的输出电压、输出电流、温度、负载状态等各种参数。如果这些参数超出了预设的安全范围，中位机可以发送警报并采取适当的措施来保护电源和负载；记录和分析数据：中位机可以记录电源的性能数据，并对其进行分析以检测任何潜在的故障或问题。这些数据可以用于制定更好的维护计划和预测电源的寿命。

与其他设备进行通信：所述中位机3可以与其他设备进行通信，如计算机或其他控制器。这些设备可以通过所述中位机3来控制电源，并从电源中获取数据，以便更好地管理整个***。

在本实施例中，所述上位机2具有多种功能。监测和记录电源的性能参数：所述上位机2可以实时监测和记录电源的输出电压、电流、温度等参数，生成相关的数据报告，帮助用户了解电池测试生产以及电源的运行状况；控制和调整电源的工作模式：上位机可以通过发送控制信号来控制电源的开/关、输出电压、电流等参数的调整，以适应不同的负载需求；远程控制电源：上位机可以通过网络远程控制电源，实现远程开/关、调节输出电压和电流等操作，方便远程控制和管理；分析和优化电源的性能：上位机可以对电源运行数据进行分析和优化，以帮助用户更好地了解电源的性能和运行状态，并提出改进措施。

在本实施例中，所述辅助层6用于串入***的动力回路，内部包含充电、放电两条主路径。充电阶段，所述辅助层6用于减缓单体电芯退出时的瞬间大电流冲击。当单体电芯在满足工步条件需要在线退出时，所述辅助层6同步在线投入与电池电压相近的假电池（QCx的体二极管管压降实现），保证整个Force回路的电压稳定，当单个电芯完全退出后辅助层再逐步阶段性的把假电池完全退出，实现单体电芯充放电时不断流平稳退出，工作电芯不受影响。整个阶段是单体电芯充电的完整退出流程。其余串入电芯退出流程完全相同，对于满足条件的各单体电芯需要分时排队走退出流程。放电阶段，所述辅助层6会在主回路上串入一台垫高电源，目的是能将串入的电池能放电彻底，可以将电池持续放电至0V。

Claims (4)

1.一种串联化成电源装置，其特征在于：它包括电控层（1）、上位机（2）、中位机（3）、AC/DC电源（4）、DC/DC电源（5）、辅助层（6）以及串控板（7），所述电控层（1）、所述AC/DC电源（4）、所述DC/DC电源（5）、所述辅助层（6）以及所述串控板（7）依次连接，所述上位机（2）经所述中位机（3）与所述辅助层（6）连接，所述中位机（3）与所述AC/DC电源（4）、所述串控板（7）连接，所述串控板（7）接入电池产品的正负极。

2.根据权利要求1所述的一种串联化成电源装置，其特征在于：所述串控板（7）包括第一功率MOS开关组（71）、第二功率MOS开关组（72）以及第三功率MOS开关组（73），所述第一功率MOS开关组（71）、所述第二功率MOS开关组（72）以及所述第三功率MOS开关组（73）均包括十组并联的功率MOS开关芯片，所述第一功率MOS开关组（71）、所述第二功率MOS开关组（72）背靠背连接，所述第一功率MOS开关组（71）接入电池产品的正极，所述第二功率MOS开关组（72）与所述第三功率MOS开关组（73）连接，所述第三功率MOS开关组（73）接入电池产品的负极。

3.根据权利要求2所述的一种串联化成电源装置，其特征在于：所述串控板（7）还包括第一驱动芯片（U602）、第二驱动芯片（U603）、第一场效应管（Q601）以及第二场效应管（Q602），所述第一场效应管（Q601）、所述第二场效应管（Q602）均与所述串控板（7）的IO接口连接，所述第一场效应管（Q601）的漏极、所述第二场效应管（Q602）的漏极分别接入所述第一驱动芯片（U602）的IN+引脚、所述第二驱动芯片（U603）的IN+引脚，所述第一驱动芯片（U602）的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第一功率MOS开关组（71）连接，所述第二驱动芯片（U603）的CLAMP2引脚、DRIVE2引脚与所述第二功率MOS开关组（72）连接。

4.根据权利要求2所述的一种串联化成电源装置，其特征在于：所述串控板（7）还包括第三驱动芯片（U702）、第三场效应管（Q701），所述第三场效应管（Q701）均与所述串控板（7）的IO接口连接，所述第三场效应管（Q701）的漏极接入所述第三驱动芯片（U702）的IN+引脚，所述第三驱动芯片（U702）的CLAMP1引脚、DRIVE1引脚与所述第三功率MOS开关组（73）连接。