CN111245060A - 基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法 - Google Patents
基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电池管理系统领域，具体涉及基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法，可以有效避免采集误差，保证并机后各个电池组电压相同，保证系统并机安全性，同时不仅减轻BMS的复杂度，还能够进一步提升系统应用的灵活性，其技术方案概括为，基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，包括电池组模块以及控制模块，电池组模块与控制模块连接，还包括单向导通电路模块，所述单向导通电路模块至少包括两个单向导通电路，所述电池组模块至少包括两个电池组，所述电池组与单向导通电路一一对应连接，单向导通电路模块与控制模块连接，可以应用于各类电池组并机场景及充放电控制系统中。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理系统领域，具体涉及基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法。
背景技术
随着社会进步的高速发展、城市化建设、智能化时代的到来，能源的消耗量也日益增多，未来石油资源的缺乏，可再生能源，新型的储能备用电源迎来了较大的市场需求，比如太阳能储能、风力储能等。目前储能电池主要以铅酸电池和锂电池组为主，由于铅酸电池能量密度低，体积大，重量大，在储能领域中逐渐被锂电池组取代。锂电池组在使用中要比铅酸电池复杂，一般都需要BMS进行管理及控制，保证电池组在安全状态下工作。
不同应用场景对电池的总容量要求不一样，通过并联多个电池组来保证更长时间供电成为常见的做法。然而不同锂电池组电量不同，直接并联极有可能出现高电压的电池组会向低电压的电池组以接近短路的电流进行充电，从而引起BMS短路保护而无法正常工作。锂电池组的并机及充放电控制的安全性、可靠性及灵活性是系统方案设计过程中需要特别注意问题。
现有技术通过外接均衡装置完成对锂电池的均衡控制及充电，例如：锂电池组的外置充电均衡装置(CN201320829208.5)，此项实用新型专利曾提出一种控制装置，通过采集锂电池的电压信息，微处理器进行电压比较并控制各路继电器的断开和闭合使串联锂的电池电压保持均衡，此装置主要针对锂电池的均衡充电进行控制，为标的系统的额外维护设备，仅在一定应用场景可行，且未考虑电压采集误差。
在电池组并机过程中，也需要考虑电池组电压的一致性问题，目前传统的电池组并机方法通常都会通过BMS系统对电池组电压实时采集检测、数据比较及逻辑处理以保证电池组压差达到一定范围内才允许接入，增加了BMS的运算复杂度且无法避免因电量采集误差或故障引起的并机决策问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法，可以有效避免采集误差，保持并机后各个电池组电压一致，保证系统并机安全性，同时不仅减轻BMS的复杂度，还能够进一步提升系统应用灵活性，可以应用于各类电池组并机场景及充放电控制系统中。
本发明采取如下技术方案实现上述目的，基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，包括电池组模块以及控制模块，电池组模块与控制模块连接，还包括单向导通电路模块，所述单向导通电路模块至少包括两个单向导通电路，所述电池组模块至少包括两个电池组，所述电池组与单向导通电路一一对应连接，单向导通电路模块与控制模块连接；
所述控制模块用于获取各个电池组的电压信息，并根据电压大小进行排序，并判断当前处于充电状态还是放电状态，若是充电状态，则控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，若是放电状态，则控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通，在充电状态下，控制模块控制电池组充电并机，电池组按照电压从低到高依次充电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续充电，在放电状态下，控制模块控制电池组放电并机，电池组按照电压从高到低依次放电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续放电。
进一步的是，为了增加电池组充电的安全性，基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括充电检测模块，所述充电检测模块与控制模块连接。
进一步的是，为了提高电池组充电效率，基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括充电模块，所述充电模块与充电检测模块连接。
进一步的是，为了增加对负载的检测能力，基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括负载检测模块，所述负载检测模块与控制模块连接。
基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制方法，应用于如上述任意一项所述基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，包括以下步骤：
A、系统上电，控制模块获取各个电池组的电压信息，并按照电压大小进行排序；
B、控制模块判断当前处于充电状态还是放电状态，若是充电状态，则控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，使得整个系统处于充电闭合的状态，进入步骤C，若是放电状态，则控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通，使得整个系统处于放电闭合的状态，进入步骤D；
C、在充电闭合状态下，则控制模块控制电池组按照电压从低到高依次充电并机，控制模块首先给电压最低的电池组充电，当此电池组电压上升到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压相同且持续充电，直到所有的电池组完成并机，保持电压一致并持续充电；
D、在放电闭合的状态下，则控制模块控制电池组按照电压从高到底依次放电并机，控制模块首先控制电压最高电池组开始放电，当此电池组电压下降到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压一致且持续放电，直到所有电池组完成并机，保持电压一致且持续放电；
进一步的是，为了增加容错率，在步骤B中，控制模块判断系统处于充电状态还是放电状态包括通过分析电池组的电量信息与预定标准电量信息相比较来判断当前是充电状态还是放电状态。
本发明的有益效果是，可以有效避免采集误差，保障电池组并机后电压一致，保证系统并机安全性，同时不仅减轻BMS的复杂度，还能够进一步提升系统应用灵活性，可以应用于各类锂电组并机场景及充放电控制系统中。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明单向导通电路的一种实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，其结构框图如图1，包括电池组模块以及控制模块，电池组模块与控制模块连接，还包括单向导通电路模块，所述单向导通电路模块至少包括两个单向导通电路，所述电池组模块至少包括两个电池组，所述电池组与单向导通电路一一对应连接，单向导通电路模块与控制模块连接；
所述控制模块用于获取各个电池组的电压信息，并根据电压大小进行排序，并判断当前处于充电状态还是放电状态，若是充电状态，则控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，若是放电状态，则控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通，在充电状态下，控制模块控制电池组充电并机，电池组按照电压从低到高依次充电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续充电，在放电状态下，控制模块控制电池组放电并机，电池组按照电压从高到低依次放电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续放电。
基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括充电检测模块，所述充电检测模块与控制模块连接，增加了电池组充电的安全性。
基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括充电模块，所述充电模块与充电检测模块连接，提高了电池组充电的效率。
基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统还包括负载检测模块，所述负载检测模块与控制模块连接，增加了对负载的检测能力。
充电检测模块用于检测充电机有没有接入电路，并在充电过程中对电路进行安全检测。
负载检测模块用于检测外部有无负载接入，并在负载工作工程中对负载进行检测。
本发明基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制方法，应用于基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，其方法流程图如图2，包括以下步骤：
步骤201：控制模块获取各个电池组电压信息，并按照电压大小排序；
步骤202：控制模块判断系统处于充电状态还是放电状态；
步骤203：在充电状态下，控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通；
步骤204：控制模块控制电池组按照电压从低到高依次充电并机；
步骤205：控制模块首先从电压最低的电池组开始充电，当此电池组电压上升到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压一致且持续充电，直到所有电池组完成并机，保持电压一致且持续充电；
步骤206：在放电状态下，控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通；
步骤207：控制模块控制电池组按照电压从高到低依次放电并机；
步骤208：控制模块首先从电压最高电池组开始放电，当此电池组电压下降到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压一致且持续放电，直到所有电池组完成并机，保持电压一致且持续放电；
控制模块判断系统处于充电状态还是放电状态可以通过分析电池组的电量信息，与预定标准电量信息相比较来判断是充电状态还是放电状态，能够增加容错率，减少判断失误的情况。
本发明还可以灵活的根据人为需求进行充电状态或者放电状态的设定，当电池组的电压大于设定的充电标准电压并且电量未达到饱和时，此时可以对电池组进行充电操作或者放电操作，在此状态下，可以根据人为需求接入负载放电或者接入充电机充电，当负载检测模块检测到负载接入时，控制模块判断当前为放电状态，当充电检测模块检测到充电机接入电路时，控制模块判断当前为充电状态。
本发明单向导通电路的一种实施例结构示意图如图3，包括开关一、开关二、二极管D1、二极管D2以及控制端，开关二的一端与电池侧连接，另一端与开关一的一端连接，开关一的另一端与母线侧连接，控制模块的控制端分别与开关一以及开关二的控制端连接，二极管D1与开关一并联，二极管D1的阴极与母线侧连接，二极管D1的阳极与电池侧连接，二极管D2与开关二并联，二极管D2的阴极与电池侧连接，二极管D2的阳极与母线侧连接。
当控制端控制开关一闭合，开关二断开，电流只能从母线侧流向电池侧，实现充电单向导通，当控制端控制开关二闭合，开关一断开，电流只能从充电池侧流向母线侧，实现放电单向导通。
实施例
电池组1电压40V，电池2电压45V，电池组3电压50V，系统上电，控制模块获取三个电池组的电压信息，并对电压按照从低到高进行排序，控制模块通过分析电池组电量判断系统处于充电状态，控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，使得整个系统处于充电闭合状态，此时电池组无法进行放电，控制模块给电池组1充电，电池组1进入充电状态，当电池组1的电压上升到45V与电池组2电压相同时，控制模块控制电池组1与电池组2并机，保持电压一致，并持续充电，当并机后的电池组1与电池2电压上升到50V，与电池组3电压相同时，控制模块控制电池组1、电池组2以及电池组3并机，并机后保持电压一致并持续充电。
经过以上并机过程，全部并入后系统进入正常工作状态，每个电池组的电压全部一致，控制模块能够获取到外部信号，实时判断外部充放电状态，并通过对单向导通电路的控制实现对整个电池组的充放电控制；基于此系统，当遇到特殊情景也可灵活控制，比如某锂电池组异常、更换等原因，可通过对单个电路单向导通模块的控制，实现对单个电池组的控制。
基于电路单向导通的电池组并机及充放电控制系统，充分发挥了电路控制的可靠性以及软件控制的灵活性，有效的解决了现有一些并机方案的弱点，整个系统实施上简单安全，可靠性与灵活性也得到进一步提高。
本发明在硬件结构和软件方法的结合下，以有效避免采集误差，保证并机后所有电池组电压一致，保证系统并机安全性，同时不仅减轻BMS的复杂度，还能够进一步提升系统应用灵活性，可以应用于各类锂电组并机场景及充放电控制系统中。
Claims (6)
1.基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，包括电池组模块以及控制模块，电池组模块与控制模块连接，其特征在于：还包括单向导通电路模块，所述单向导通电路模块至少包括两个单向导通电路，所述电池组模块至少包括两个电池组，所述电池组与单向导通电路一一对应连接，单向导通电路模块与控制模块连接；
所述控制模块用于获取各个电池组的电压信息，并根据电压大小进行排序，并判断当前处于充电状态还是放电状态，若是充电状态，则控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，若是放电状态，则控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通，在充电状态下，控制模块控制电池组充电并机，电池组按照电压从低到高依次充电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续充电，在放电状态下，控制模块控制电池组放电并机，电池组按照电压从高到低依次放电并机，直到所有电池组完成并机，保持电压一致并持续放电。
2.根据权利要求1所述的基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，其特征在于：还包括充电检测模块，所述充电检测模块与控制模块连接。
3.根据权利要求2所述的基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，其特征在于：还包括充电模块，所述充电模块与充电检测模块连接。
4.根据权利要求1所述的基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，其特征在于：还包括负载检测模块，所述负载检测模块与控制模块连接。
5.基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制方法，应用于如权利要求1-4任意一项所述基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统，包括以下步骤：
A、系统上电，控制模块获取各个电池组的电压信息，并按照电压大小进行排序；
B、控制模块判断当前处于充电状态还是放电状态，若是充电状态，则控制模块控制单向导通电路模块充电单向导通，使得整个系统处于充电闭合的状态，进入步骤C，若是放电状态，则控制模块控制单向导通电路模块放电单向导通，使得整个系统处于放电闭合的状态，进入步骤D；
C、在充电闭合状态下，则控制模块控制电池组按照电压从低到高依次充电并机，控制模块首先从电压最低的电池组开始充电，当此电池组电压上升到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压相同且持续充电，直到所有的电池组完成并机，保持电压一致并持续充电；
D、在放电闭合的状态下，则控制模块控制电池组按照电压从高到底依次放电并机，控制模块首先控制电压最高电池组开始放电，当此电池组电压下降到与下一个电池组电压相同时，控制模块控制电压相同的电池组并机，并保持电压一致且持续放电，直到所有电池组完成并机，保持电压一致且持续放电。
6.根据权利要求5所述的基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制方法，其特征在于：在步骤B中，控制模块判断当前处于充电状态还是放电状态包括通过分析电池组的电量信息与预定标准电量信息相比较来判断当前是充电状态还是放电状态。
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