本發(fā)明涉及一種電動汽車電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

大型電池儲能在電力、后備電源和電動汽車上應(yīng)用規(guī)模大，往往是數(shù)百節(jié)電池串聯(lián)使用。經(jīng)過多年的發(fā)展，一部分電池在服役，一部分電池已經(jīng)面臨退運或已經(jīng)退運。無論是在役電池還是退運電池，都存在電池閑置、缺乏有效管理現(xiàn)象。

當(dāng)電池管理系統(tǒng)故障致使電池出現(xiàn)過充、過放等現(xiàn)象，或電池本身由于短路、熱失控等意外情況發(fā)生，以及缺乏有效管理的長期閑置電池，都會使電池出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象。雖然有管理系統(tǒng)存在，但電池組整體電壓很低時管理系統(tǒng)只能發(fā)出報警信號，不能進(jìn)一步阻止電池性能惡化。此時儲能系統(tǒng)安全性和可靠性大幅度下降。

而退運電池一般會拆除電池管理系統(tǒng)，電池因自放電容量下降而無法及時補(bǔ)充電，電池瀕臨報廢，二次利用價值可能喪失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中儲能電池串聯(lián)的電池有部分在長時間使用后會有面臨退運或已經(jīng)退運的情況，現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)無法及時維護(hù)或維護(hù)效果較差的缺點，提供一種儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)，包括：

儲能電池組模塊，由若干節(jié)單體電池串聯(lián)組成；

bmu模塊，用于采集儲能電池組模塊的總電壓和各單體電池的單體電壓、主電路電流、電池溫度，并向主控模塊傳送單體電壓、主電路電流、電池溫度信息；

主控模塊，用于接收單體電壓、主電路電流、電池溫度信息，并根據(jù)單體電壓、主電路電流、電池溫度信息篩選單體電池，篩選的單體電池包括合格電池和不合格電池；

維護(hù)模塊，用于接收主控模塊發(fā)出的不合格電池的信息并對不合格電池進(jìn)行維護(hù)，并將維護(hù)的信息返回發(fā)送至主控模塊。

作為一種優(yōu)選方案，主控模塊內(nèi)還設(shè)有存儲單元，存儲單元用于儲存主控模塊的篩選信息。

作為一種優(yōu)選方案，維護(hù)模塊包括控制芯片、控制電路、功率傳輸電路、開關(guān)陣列、電流采集電路和溫度采集電路，控制芯片與控制電路相連接，控制電路同時與功率傳輸電路、開關(guān)陣列、電流采集電路和溫度采集電路相連接。

作為一種優(yōu)選方案，功率傳輸包括一個反激變壓器和若干個開關(guān)管，其中開關(guān)管組成開關(guān)陣列，反激變壓器的原邊繞組n1連接到功率總線，副邊繞組n2與開關(guān)陣列連接，開關(guān)管串接到原邊繞組的非同名端，開關(guān)陣列與電池組連接。

作為一種優(yōu)選方案，反激變壓器為單向反激變壓器。

單向反激變壓器的參數(shù)如下：

匝數(shù)比

式中n1、n2分別為原、副線圈匝數(shù)，v1、v2分別為反激電壓和輸出電壓；

系統(tǒng)采用充電直流內(nèi)阻表征電池脈沖功率特性；維護(hù)模塊脈沖充電電流為bms系統(tǒng)均衡電流的2倍，對低電壓電池的維護(hù)電流與bms(電池管理系統(tǒng))系統(tǒng)均衡電流相同，以減小對電池組的損傷，最大限度利用bms系統(tǒng)資源，降低本發(fā)明系統(tǒng)復(fù)雜度。

維護(hù)模塊通過控制pwm占空比實現(xiàn)功率傳輸電路輸出不同電流，能分別滿足充電直流內(nèi)阻測試和充電維護(hù)所要求的電流輸出，同時降低了電路復(fù)雜度，節(jié)約了成本。

主控模塊與維護(hù)模塊、主控模塊與bmu之間通過can通訊，并接入bms通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間及與外部系統(tǒng)的快速、實時信息交互。

一種儲能電池組診斷和維護(hù)方法，包括以下步驟：

步驟1，bmu模塊采集儲能電池組模塊的各單體電池的電壓，讓后bmu模塊將各單體電池的電壓信息傳送至主控模塊；

步驟2，主控模塊根據(jù)各單體電池的電壓信息，將單體電池進(jìn)行分類，根據(jù)設(shè)定的分界閾值電壓，將電壓大于或等于分界閾值電壓的單體電池定為合格電池，將電壓小于分界閾值電壓的單體電池判定為不合格電池；

步驟3，主控模塊計算不合格電池的單個直流內(nèi)阻值，并計算合格電池的平均直流內(nèi)阻值，并將單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值相比較，若單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值的比值大于設(shè)定的值，則判斷該直流內(nèi)阻值對應(yīng)的不合格電池為需要報廢處理的電池，然后主控模塊發(fā)出報警，若單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值的比值小于設(shè)定的值，則判斷該直流內(nèi)阻值對應(yīng)的不合格電池為可維護(hù)的電池，主控模塊發(fā)送信號至維護(hù)模塊，跳轉(zhuǎn)至步驟4；

主控模塊根據(jù)傳送的電壓和電流計算出該節(jié)電池的直流內(nèi)阻r1。

式中，δu1為脈沖放電結(jié)束瞬間電池的電壓變化差值，取三次測試的平均值；i為脈沖充電電流，取為bms系統(tǒng)均衡電流的2倍。

然后按此步驟完成電池模塊內(nèi)第2節(jié)單體電池的直流內(nèi)阻r2的測試，依次完成所有電池直流內(nèi)阻測試，得到數(shù)組r＝[r1，r2，r3，...，rn]。

將合格電池所測的直流內(nèi)阻平均值ra作為參考值，不合格電池中內(nèi)阻大于等于1.5ra的電池作為需要報廢處理的電池，由主控模塊發(fā)出報警，同時將該類電池歸類為需要報廢處理的電池；不合格電池中內(nèi)阻小于1.5ra的電池由主控模塊向維護(hù)模塊4發(fā)出充電維護(hù)信號，執(zhí)行充電維護(hù)。

步驟4，維護(hù)模塊對可維護(hù)的電池進(jìn)行維護(hù)。

作為一種優(yōu)選方案，步驟4具體為：將合格電池的平均電壓作為充電維護(hù)的閾值，維護(hù)模塊收到主控模塊的充電維護(hù)指令后，通過pwm信號控制開關(guān)管，以控制策略控制反激變壓器原邊繞組和副邊繞組上串接的開關(guān)管順序?qū)?，實現(xiàn)能量從功率總線轉(zhuǎn)移至低壓單體電池，經(jīng)過多次循環(huán)后，最終將低電壓電池的電壓恢復(fù)至閾值；每個可維護(hù)的電池重復(fù)步驟4的過程，直到所有可維護(hù)的電池最低電壓均恢復(fù)至閾值，充電維護(hù)過程結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果是，

1、可以根據(jù)電池功率特性辨別電池當(dāng)前性能能否滿足儲能系統(tǒng)要求，對不合格電池發(fā)出報警，合格電池應(yīng)及時充電維護(hù)。

2、主控模塊通過pwm信號控制維護(hù)模塊中的反激變壓器原邊繞組上串接的開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷，同時根據(jù)控制策略控制反激變壓器副邊繞組上串接的開關(guān)管陣列的有序?qū)?，實現(xiàn)能量從功率總線轉(zhuǎn)移至電壓較低的單體電池，及時補(bǔ)充了電池能量。

3、本發(fā)明的儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)，對低電壓電池向bms系統(tǒng)發(fā)出報警信號，及時通知管理人員進(jìn)行維護(hù)處理。

4、本發(fā)明的儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)，還可以根據(jù)系統(tǒng)需求輔助電池管理系統(tǒng)對電池組進(jìn)行均衡維護(hù)，縮短均衡時間，提高均衡效率。

5、本發(fā)明的儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)，對低電壓電池進(jìn)行及時的有效處理，提高了儲能系統(tǒng)的安全性和可靠性。。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的功能示意框圖；

圖2是本發(fā)明的一種流程圖；

圖3是本發(fā)明維護(hù)模塊的部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、儲能電池組模塊，2、bmu模塊，3、主控模塊，4、維護(hù)模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述。

一種儲能電池組診斷和維護(hù)系統(tǒng)，如圖1所示，包括：

儲能電池組模塊1，由若干節(jié)單體電池串聯(lián)組成；

bmu模塊2，用于采集儲能電池組模塊的總電壓和各單體電池的單體電壓、主電路電流、電池溫度，并向主控模塊傳送單體電壓、主電路電流、電池溫度信息；

主控模塊3，用于接收單體電壓、主電路電流、電池溫度信息，并根據(jù)單體電壓、主電路電流、電池溫度信息篩選單體電池，篩選的單體電池包括合格電池和不合格電池；

維護(hù)模塊4，用于接收主控模塊發(fā)出的不合格電池的信息并對不合格電池進(jìn)行維護(hù)，并將維護(hù)的信息返回發(fā)送至主控模塊。

主控模塊內(nèi)還設(shè)有存儲單元，存儲單元用于儲存主控模塊的篩選信息。

維護(hù)模塊包括控制芯片、控制電路、功率傳輸電路、開關(guān)陣列、電流采集電路和溫度采集電路，控制芯片與控制電路相連接，控制電路同時與功率傳輸電路、開關(guān)陣列、電流采集電路和溫度采集電路相連接。

如圖3所示，功率傳輸包括一個反激變壓器t和若干個開關(guān)管，其中開關(guān)管q1、q2、...、q2n組成開關(guān)陣列，反激變壓器t的原邊繞組n1連接到功率總線，副邊繞組n2與開關(guān)陣列連接，開關(guān)管k串接到原邊繞組的非同名端，開關(guān)陣列與電池組連接。

反激變壓器為單向反激變壓器，單向反激變壓器的參數(shù)如下：

匝數(shù)比

式中n1、n2分別為原、副線圈匝數(shù)，v1、v2分別為反激電壓和輸出電壓；

以磷酸鐵鋰電池為例，反激電壓v1取24v直流電壓，即功率總線電壓；輸出電壓v2設(shè)定為3.7v，則變壓器匝數(shù)比為：

以n節(jié)單體儲能離子電池串聯(lián)成組為例，最上方電池為b1，最下方電池為bn，串聯(lián)的電池個數(shù)不限。圖3中反激變壓器副邊繞組通過開關(guān)陣列連接到低壓單體電池的正極和負(fù)極，反激變壓器原邊繞組連接到功率總線。主控模塊與維護(hù)模塊之間通過can總線進(jìn)行通信。

如圖2所示，一種儲能電池組診斷和維護(hù)方法，包括以下步驟：

步驟1，bmu模塊采集儲能電池組模塊的各單體電池的電壓，讓后bmu模塊將各單體電池的電壓信息傳送至主控模塊；

步驟2，主控模塊根據(jù)各單體電池的電壓信息，將單體電池進(jìn)行分類，根據(jù)設(shè)定的分界閾值電壓，將電壓大于或等于分界閾值電壓的單體電池定為合格電池，將電壓小于分界閾值電壓的單體電池判定為不合格電池；

步驟3，主控模塊計算不合格電池的單個直流內(nèi)阻值，并計算合格電池的平均直流內(nèi)阻值，并將單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值相比較，若單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值的比值大于設(shè)定的值，則判斷該直流內(nèi)阻值對應(yīng)的不合格電池為需要報廢處理的電池，然后主控模塊發(fā)出報警，若單個直流內(nèi)阻值和平均直流內(nèi)阻值的比值小于設(shè)定的值，則判斷該直流內(nèi)阻值對應(yīng)的不合格電池為可維護(hù)的電池，主控模塊發(fā)送信號至維護(hù)模塊，跳轉(zhuǎn)至步驟4；

主控模塊根據(jù)傳送的電壓和電流計算出該節(jié)電池的直流內(nèi)阻r1。

式中，δu1為脈沖放電結(jié)束瞬間電池的電壓變化差值，取三次測試的平均值；i為脈沖充電電流，取為bms系統(tǒng)均衡電流的2倍。

然后按此步驟完成電池模塊內(nèi)第2節(jié)單體電池的直流內(nèi)阻r2的測試，依次完成所有電池直流內(nèi)阻測試，得到數(shù)組r＝[r1，r2，r3，...，rn]。

將合格電池所測的直流內(nèi)阻平均值ra作為參考值，不合格電池中內(nèi)阻大于等于1.5ra的電池作為需要報廢處理的電池，由主控模塊發(fā)出報警，同時將該類電池歸類為需要報廢處理的電池；不合格電池中內(nèi)阻小于1.5ra的電池由主控模塊向維護(hù)模塊4發(fā)出充電維護(hù)信號，執(zhí)行充電維護(hù)。

步驟4，將合格電池的平均電壓作為充電維護(hù)的閾值，維護(hù)模塊收到主控模塊的充電維護(hù)指令后，通過pwm信號控制開關(guān)管，以控制策略控制反激變壓器原邊繞組和副邊繞組上串接的開關(guān)管順序?qū)ǎ瑢崿F(xiàn)能量從功率總線轉(zhuǎn)移至低壓單體電池，經(jīng)過多次循環(huán)后，最終將低電壓電池的電壓恢復(fù)至閾值；每個可維護(hù)的電池重復(fù)步驟4的過程，直到所有可維護(hù)的電池最低電壓均恢復(fù)至閾值，充電維護(hù)過程結(jié)束。

以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明的構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。