本发明专利技术公开了一种自适应型锂电池强迫放电控制系统,包括控制单元、全控型测试单元矩阵、可控直流电源、多路电子负载以及人机交互单元;该系统可以灵活适配待测锂电池样品的电芯数量、参数指标、连接方式等要求,自动将锂电池放电至标准规定的状态,精确调节流经锂电池的电流大小和形式,从而对锂电池样品过放电的状态和深度进行精准控制。因此,本发明专利技术填补了该测试领域高效、自动化测试系统的空白,可以提高相关试验项目的效率,节省测试成本。节省测试成本。节省测试成本。
An adaptive forced discharge control system for lithium battery
【技术实现步骤摘要】
一种自适应型锂电池强迫放电控制系统
[0001]本专利技术属于锂电池测试
,具体涉及一种自适应型锂电池强迫放电 控制系统。
技术介绍
[0002]锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电 池,主要包括锂金属电池和锂离子电池。其中,锂离子电池作为目前的主流二 次电池,具有能量密度高、循环寿命长、放电性能好、环境污染小等优点,广 泛应用于各类消费类电子产品、电动工具、轻型电动车辆等领域。锂电池作为 基础性能源支撑元件,还将继续在新能源发电配套的储能系统和以电动汽车为 代表的交通电动化趋势中发挥关键作用,具有广阔的发展前景。
[0003]近年来,锂电池生产和应用不断的推进,根据相关机构预计,2021年全球 锂离子电池总体出货量562.4GWh,同比大幅增长91.0%;我国锂离子电池出 货量在全球占比59.4%,行业进入快速发展期。在锂电池使用量和生产量高速 推进的同时,锂电池的安全问题进入了公众的视野,电动汽车和电动自行车频 频出现的自燃等问题获得社会各方的广泛关注。为此,国内外标准化机构均制 定了各类锂电池的安全要求标准,如GB 38031
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2020《电动汽车用动力蓄电池 安全要求》、GB 31241
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2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要 求》、美国UL1642、联合国危险货物运输手册UN38.3条款等。由于锂电池在 实际应用中通常是多个电芯串并联形成模组后使用,单体电芯间的差异可能会 在实际应用中导致充放电不平衡,严重时可能会引发热失控,因此在上述标准 中,均规定了针对锂电池单体电芯在不同状态下的强迫放电测试。
[0004]然而,当前在对锂电池进行强迫放电测试时,仍存诸多问题,主要原因如 下:
[0005]一是不同标准对强迫放电测试的要求不同。例如GB 31241
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2014标准中要 求对放电完成的样品,以1C电流反向充电90分钟;在联合国危险货物运输手 册UN38.3条款中,则是要求采用12V直流电源与放电完成的样品串联,以标 称的最大放电电流放电一定时间;而在一些企业标准测试中,则是对不同荷电 状态的串联样品进行强制放电。
[0006]二是不同类型的电芯参数不同。目前主流锂电池主要有钴酸锂电池、镍钴 锰(三元)锂电池、磷酸铁锂电池等;在工作电压方面,前两种锂电池的工作电 压一般在2.7V~4.2V,后者的工作电压为2.5V~3.7V,串联后的电池组电压则 是单体电压的整倍数;而在电流方面,不同锂电池根据其种类和容量的不同, 差别更大。
[0007]三是不同产品需要模拟的串并结构关系不同。由于锂电池电芯单体容量较 小、电压不高,因此在实际应用中都是将大量电芯串并联组成电池组后使用, 不同应用场合的锂电池组内部的串并联结构差别很大。例如,在消费电子产品 中的锂电池通常是单电芯电池组;在电动汽车中,要求电池组高电压,因此一 般是串联数较多,结构复杂;而在储能电池中,一般要求电池组容量大、放电 能力强,电池组内一般是并联数较多。
[0008]综上所述,锂电池安全标准要求的差异和不同锂电池产品参数构造的差异 结合
起来,给锂电池强迫放电测试带来了严峻的挑战。目前,针对锂电池产品 过放电保护方面,已有较多成熟的研究成果,例如公开号为CN102299365A的 中国专利提出了一种防止过放电的锂离子电池及电池组,公开号为 CN109450017A的中国专利提出了一种防止锂离子二次电池过度充放电的保护 电路。然而,市面上仍没有一款专门用于锂电池强迫放电测试、适应性强、工 作效率高的方法和系统,这一缺失制约着锂电池强迫放电和过度放电类试验的 工作效率,进而影响着锂电池安全问题的评估和研究工作。
技术实现思路
[0009]鉴于上述,本专利技术提供了一种自适应型锂电池强迫放电控制系统,对于不 同标准规定的各种强迫放电差异要求,可以灵活适配待测锂电池样品的电芯数 量、参数指标、连接方式等要求,自动将锂电池放电至标准规定的状态,精确 调节流经锂电池的电流大小和形式,从而对锂电池样品过放电的状态和深度进 行精准控制,进而提高相关测试的效率。
[0010]一种自适应型锂电池强迫放电控制系统,包括:控制单元、全控型测试单 元矩阵、可控直流电源、多路电子负载以及人机交互单元,其中:
[0011]所述控制单元通过人机交互单元获取用户输入的运行配置参数和操作指 令,利用内置的强迫放电控制算法控制全控型测试单元矩阵、可控直流电源以 及多路电子负载的工作过程并采集其工作状态变量,进而通过人机交互单元对 外传递系统的测试状态信息;
[0012]所述全控型测试单元矩阵每列由多个全控型测试单元串联,串联后一端接 可控直流电源,另一端作为输出端接对应的电子负载,相邻两列输出端之间通 过并联开关连接;每个全控型测试单元与对应的锂电池样品连接,整个矩阵根 据控制单元提供的控制信号实现不同的放电路径;
[0013]所述可控直流电源根据控制单元提供的指令调节自身的工作模式,将交流 电转换为直流电,从而为锂电池样品提供稳定的直流电压或直流电流;
[0014]所述多路电子负载根据控制单元提供的指令调节自身的工作模式,将电源 与锂电池样品串联输出的直流电转换为交流电回馈至电网;
[0015]所述人机交互单元作为用户与系统之间的交互界面,用于接收控制单元传 递的测试状态信息,显示系统的运行状态,同时接收用户对系统设定的运行配 置参数和操作指令。
[0016]进一步地,所述控制单元由处理器、通信模块、采样模块以及驱动模块构 成,处理器内置了强迫放电控制算法且与通信模块、采样模块以及驱动模块连 接;通信模块与人机交互单元相连,用于获取用户输入的配置信息和操作指令 并对外传递系统的状态信息;采样模块与全控型测试单元连接,用于采集锂电 池样品的电参数;驱动模块与全控型测试单元连接,其根据处理器提供的控制 信号驱动全控型测试单元中各开关的通断状态。
[0017]进一步地,所述全控型测试单元包含有电压电流采样电路、旁路开关、断 路开关以及一个用于固定锂电池样品的夹装工具,其中电压电流采样电路用于 采集锂电池样品的电压和电流信号,断路开关的一端与锂电池样品的正极相 连,断路开关的另一端与旁路开关的一端相连并作为全控型测试单元的一端, 旁路开关的另一端与锂电池样品的负极相连并作为全控型测试单元的另一端, 旁路开关与断路开关根据控制单元提供的控制信
号调整各自的通断状态。
[0018]进一步地,所述夹装工具适配安装固定圆柱形、棱柱形等不同形状的锂电 池样品。
[0019]进一步地,所述断路开关由一个开关管构成,所述旁路开关和并联开关均 采用两个开关管背靠背连接构成双向开关,因此整个全控型测试单元矩阵包含 (3m
×
n+2(m
‑
1))个开关管,可以对数量为m
×
n在内的锂电池样品阵列拓扑进行 重组,灵活控制放电回路,从而适应不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自适应型锂电池强迫放电控制系统,其特征在于,包括:控制单元、全控型测试单元矩阵、可控直流电源、多路电子负载以及人机交互单元,其中:所述控制单元通过人机交互单元获取用户输入的运行配置参数和操作指令,利用内置的强迫放电控制算法控制全控型测试单元矩阵、可控直流电源以及多路电子负载的工作过程并采集其工作状态变量,进而通过人机交互单元对外传递系统的测试状态信息;所述全控型测试单元矩阵每列由多个全控型测试单元串联,串联后一端接可控直流电源,另一端作为输出端接对应的电子负载,相邻两列输出端之间通过并联开关连接;每个全控型测试单元与对应的锂电池样品连接,整个矩阵根据控制单元提供的控制信号实现不同的放电路径;所述可控直流电源根据控制单元提供的指令调节自身的工作模式,将交流电转换为直流电,从而为锂电池样品提供稳定的直流电压或直流电流;所述多路电子负载根据控制单元提供的指令调节自身的工作模式,将电源与锂电池样品串联输出的直流电转换为交流电回馈至电网;所述人机交互单元作为用户与系统之间的交互界面,用于接收控制单元传递的测试状态信息,显示系统的运行状态,同时接收用户对系统设定的运行配置参数和操作指令。2.根据权利要求1所述的自适应型锂电池强迫放电控制系统,其特征在于:所述控制单元由处理器、通信模块、采样模块以及驱动模块构成,处理器内置了强迫放电控制算法且与通信模块、采样模块以及驱动模块连接;通信模块与人机交互单元相连,用于获取用户输入的配置信息和操作指令并对外传递系统的状态信息;采样模块与全控型测试单元连接,用于采集锂电池样品的电参数;驱动模块与全控型测试单元连接,其根据处理器提供的控制信号驱动全控型测试单元中各开关的通断状态。3.根据权利要求1所述的自适应型锂电池强迫放电控制系统,其特征在于:所述全控型测试单元包含有电压电流采样电路、旁路开关、断路开关以及一个用于固定锂电池样品的夹...
【专利技术属性】
技术研发人员:杜进,蔡永华,万旺军,李镇,何坚刚,王军华,曹杰,沈元斌,
申请(专利权)人:杭州海关技术中心,
类型:发明
国别省市:
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