一种动力电池组均衡维护系统及方法
【专利摘要】本发明适用于动力电池组的均衡维护领域，提供了一种动力电池组均衡维护系统及方法，系统包括数据处理单元，与数据处理单元连接的控制单元，电池组充放电设备，其充放电端与电池组连接，通讯端与控制单元连接；电池组充放电设备用于对电池组进行充放电并采集电池组两端的电压值和电流值以及N个单体电池充电设备，每一个单体电池充电设备的充放电端并联连接在一个单体电池的两端，每一个单体电池充电设备的通讯端与控制单元连接；每一个单体电池充电设备用于对一个单体电池进行充电并采集一个单体电池两端的电压值和电流值。本发明提供的动力电池组均衡维护系统以及方法，可快速完成对电池组的均衡维护，同时维护后的效果更加稳定。
【专利说明】一种动力电池组均衡维护系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力电池组的均衡维护领域，尤其涉及一种动力电池组均衡维护系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着新能源在节能环保方面的突出优势，储能电站、电动汽车、医疗和工业相关设备普遍使用电池作为储能装置。由于单体电池的电压无法达到供电需求，因此一般将单体电池串联起来形成串联电池组进行使用。
[0003]由于单体电池在制造时所采用的原材料以及工艺的差异难以保证单体电池的各项参数的一致性、或者单体电池在使用过程中的温度以及老化程度的不一致等多种原因，从而造成串联电池组中的单体电池的充电容量或放电容量的不一致,即造成单体电池的容量以及电压不一致。
[0004]串联电池组中的单体电池的容量以及电压的不一致将会影响电池组的正常使用，严重时将会损坏造成单体电池的损坏甚至发生燃烧、爆炸等危险情况。
[0005]为解决串联电池组中的单体电池在使用过程中出现的容量以及电压不一致的问题，现有技术提供了一些动力电池组的均衡维护技术，但现有技术所提供的动力电池组的均衡维护技术存在进行均衡维护时的耗费的时间过长、以及均衡维护后的效果不稳定等问题。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种动力电池组均衡维护系统以及方法，旨在解决现有技术中所提供的动力电池组的均衡维护技术存在进行均衡维护时的耗费的时间过长、均衡效果不稳定和使用时间短暂等问题。
[0007]本发明实施例是这样实现的，一种动力电池组均衡维护系统，与由N个单体电池串联组成的电池组连接，包括:数据处理单元；与所述数据处理单元连接的控制单元；电池组充放电设备，其充放电端与所述电池组连接，通讯端与所述控制单元连接，电源端用于与交流电源连接；所述电池组充放电设备用于对电池组进行充放电并采集所述电池组两端的电压值和电流值；以及N个单体电池充电设备，每一个单体电池充电设备的充放电端并联连接在一个单体电池的两端，每一个单体电池充电设备的通讯端与所述控制单元连接，电源端用于与交流电源连接；每一个单体电池充电设备用于对一个单体电池进行充电并采集一个单体电池两端的电压值和电流值；所述N为大于等于2且小于等于500的正整数；工作时，控制单元将所述电池组两端的电压值和电流值以及每一个单体电池两端的电压值和电流值反馈给所述数据处理单元；所述数据处理单元将接收到的电压值和电流值与预设的阈值进行比较并根据比较结果发出指令；所述控制单元根据所述指令输出控制所述电池组充放电设备对所述电池组的充电电流以及所述单体电池充电设备对单体电池的充电电流，使得每个单体电池均衡充电。[0008]更进一步地，所述电池组充放电设备通过CAN总线或RS232或RS485构成的通讯总线与所述数据处理单元连接。
[0009]更进一步地，所述N个单体电池充电设备分别通过由CAN总线或RS232或RS485构成的通讯总线与所述数据处理单元连接。
[0010]本发明还提供了一种基于上述的动力电池组均衡维护系统的动力电池组均衡维护方法，包括以下步骤:
[0011]S1:充电步骤:
[0012]Sll:所述电池组充放电设备以所述单体电池的最大额定电流对所述电池组进行恒流充电；
[0013]S12:与所述步骤Sll的同时，所述单体电池充电设备以其最大输出电流对所述单体电池进行恒流充电；
[0014]S2:判断所述电池组中是否有一个单体电池的电压值超过第一电压阈值；若是，则进入步骤S3，若否，则返回至步骤Sll ；
[0015]S3:将所述电池组充放电设备的充电电流调整为所述最大额定电流的m分之一，所述m为大于等于2的正整数；
[0016]S4:判断步骤S3中经过调整后的所述电池组充放电设备的充电电流是否为第一电流阈值，若是，则所述电池组充放电设备停止工作，若否，则返回至步骤S2 ；
[0017]S5:判断每个单体电池的电压容量值是否达到第一电压阈值，若是，则进入步骤S6，若否，则返回至步骤S12 ；
[0018]S6:所述单体电池充电设备以恒压方式对所述单体电池进行充电；
[0019]S7:判断单体电池电流是否减小到第二电流阈值，若是，则单体电池充电设备停止工作；若否，则返回至步骤S6。
[0020]更进一步地，在步骤S12中，所述单体电池充电设备的最大输出电流根据电池组的类型和客户要求设定。
[0021]更进一步地，所述第一电压阈值为单体电池的最大额定电压；所述第一电压阈值根据电池组的类型和客户要求设定。
[0022]更进一步地，所述第一电流阈值为所述电池组充放电设备的充电电流的下限阈值；所述第一电流阈值为零至所述单体电池充电设备的最大输出电流之间的任一数值。
[0023]更进一步地，所述第二电流阈值根据电池组的类型和客户要求设定。
[0024]本发明提供的动力电池组均衡维护系统以及方法，其中该均衡维护系统包括用于对电池组进行充放电的电池组充放电设备，用于分别对多个单体电池进行充电以及分别检测多个单体电池电压的多个单体电池充电设备，用于控制所述电池组充放电设备以及单体电池充电设备的控制设备；该均衡维护方法首先通过电池组充放电设备以及单体电池充电设备以单体电池的最大额定电流为单体电池充电进行恒流充电，当单体电池达到最大额定电压时逐步减小电池组充放电设备的充电电流，进一步的，达到最大额定电压的单体电池对应的单体电池充电设备由恒流充电转为恒压充电，直到全部单体电池的电压值都保持在最大额定电压时，结束均衡维护。与现有技术相比，本发明提供的动力电池组均衡维护系统以及方法，可快速完成对电池组的均衡维护，同时维护后的效果更加稳定。【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例提供的动力电池组均衡维护系统的原理框图；
[0026]图2为本发明实施例提供的动力电池组均衡维护方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
[0028]参照图1，本发明实施例提供的动力电池组均衡维护系统的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下:
[0029]动力电池组均衡维护系统与由N个单体电池51串联组成的电池组5连接，动力电池组均衡维护系统包括:电池组充放电设备2、N个单体电池充电设备3和计算机4 ;其中计算机4包括控制单元41和数据处理单元42 ;电池组充放电设备2的充放电端与所述电池组连接，电池组充放电设备2的通讯端与所述控制单元连接，电池组充放电设备2的电源端用于与交流电源I连接；电池组充放电设备2用于对电池组5进行充放电并采集电池组5两端的电压值和电流值；N个单体电池充电设备3中每一个单体电池充电设备3的充放电端并联连接在一个单体电池51的两端，每一个单体电池充电设备3的通讯端与控制单元41连接，每一个单体电池充电设备3的电源端用于与交流电源I连接；每一个单体电池充电设备3用于对一个单体电池51进行充电并采集一个单体电池51两端的电压值和电流值；N为大于等于2且小于等于500的正整数；工作时，控制单元41将电池组5两端的电压值和电流值以及每一个单体电池51两端的电压值和电流值反馈给数据处理单元42 ;数据处理单元42将接收到的电压值和电流值与预设的阈值进行比较并根据比较结果发出指令；控制单元41根据指令输出控制电池组充放电设备2对电池组5的充电电流以及单体电池充电设备3对单体电池51的充电电流，使得每个单体电池51均衡充电。
[0030]其中，预设的阈值包括:单体电池的最大额定电压、最大额定电流、最低放电电压、最大压差以及所述电池组充放电设备的充电电流的下限阈值。
[0031]在本发明实施例中，电池组充放电设备2是一个独立的可进行充放电的设备，通过充放电主端口对电池组整体进行充放电，电源接交流220V/380V，同时电池组充放电设备2设有通讯端口，通过CAN总线/RS232/RS485构成的通讯总线实现与计算机的通讯。N个单体电池充电设备3分别独立的连接在每个单体电池51的两端，通过充电均衡端口对单体电池进行充电，电源I接交流220V/380V与电池组充放电设备2—样设有通讯端口，通过CAN总线/RS232/RS485构成的通讯总线实现与计算机的通讯。通讯总线将从单体电池充电设备3采集到的信息传输到控制单元41，控制单元41与计算机之间通过CAN总线/RS485/RS232进行通讯。
[0032]在本发明实施例中，电池组充放电设备2负责给串联的电池组5同时充电或者放电，并采集电池組5两端的电压信息和电流信息；单体电池充电设备3负责给串联的电池中的每个单体电池51进行充电和放电的能量管理，并采集单体电池51两端的电压信息和电流信息，每个单体电池充电设备3以四电极形式(V+V-1+1-，V+V-两根用于采样电压信息，I+1-两根用于均流)输出连接到电池的两端。电池组充放电设备2通过CAN总线获得每个单体电池51的电压，或者通过单体电池充电设备3通讯总线获得每个单体电池51的电压，计算获得充放电的方式和所需要的电流电压数值，每个单体均衡装置也通过通讯总线或者自身的电压电流检测数据，确认对每个单体电池的均衡方式和均衡策略。控制单元41主要负责接收计算机发出的指令，同时将读取到的模组信息反馈与计算机，计算机则是对接收信息的处理和指令的发出。
[0033]以下结合图1本发明实施例提供的动力电池组均衡维护系统的原理框图，参照图2本发明实施例提供的动力电池组均衡维护方法的流程图，对本发明实施例提供的动力电池组均衡维护方法作进一步说明。
[0034]一种基于以上所述的动力电池组均衡维护系统的动力电池组均衡维护方法,用于对由多个单体电池51组成的电池组5进行均衡维护，动力电池组均衡维护方法包括以下步骤:
[0035]S1:充电步骤:
[0036]Sll:所述电池组充放电设备以所述单体电池的最大额定电流对所述电池组进行恒流充电；
[0037]S12:与所述步骤Sll的同时，所述单体电池充电设备以其最大输出电流对所述单体电池进行恒流充电；
[0038]S2:判断所述电池组中是否有一个单体电池的电压值超过第一电压阈值；若是，则进入步骤S3，若否，则返回至步骤Sll ；
[0039]S3:将所述电池组充放电设备的充电电流调整为所述最大额定电流的m分之一，所述m为大于等于2的正整数；
[0040]S4:判断步骤S3中经过调整后的所述电池组充放电设备的充电电流是否为第一电流阈值，若是，则所述电池组充放电设备停止工作，若否，则返回至步骤S2 ；
[0041]S5:判断每个单体电池的电压容量值是否达到第一电压阈值，若是，则所述单体电池充电设备停止工作，若否，则返回至步骤S12 ；
[0042]S6:所述单体电池充电设备以恒压方式对所述单体电池进行充电；
[0043]S7:判断单体电池电流是否减小到第二电流阈值，若是，则单体电池充电设备停止工作；若否，则返回至步骤S6。
[0044]其中，第一电压阈值为单体电池的最大额定电压；第一电压阈值根据电池组的类型和客户要求设定。第一电流阈值为电池组充放电设备的充电电流的下限阈值；第一电流阈值为零至单体电池充电设备的最大输出电流之间的任一数值。第二电流阈值可以根据电池组的类型和客户要求设定，可以为零至客户设定的任一数值，比如:500mA。
[0045]在本发明实施例中，动力电池组均衡维护系统主要用于对电池组的定期维护(具体时间根据电池种类而定)，使用该系统对电池组进行充电时，主要分为2个模式；3个阶段，现在详述如下:
[0046](I)模式I,第一阶段大充电机(电池组充放电设备发挥充电作用时称作大充电机)和单体电池充电设备3对电池同时进行充电，单体电池充电设备3以最大5?20A (具体数值可以根据电池种类和客户的要求而定)的电流进行充电；大充电器以电池最大额定电流进行充电，在充电的过程中如果采集到某一单体电池的电压值达到预定最大电压值，则大充电器的充电电流自动减小为之前的1/2倍(逐步下降阶梯式充电法)，或者逐步更细分的逐步减小电流，直至单体电池电压低于最大充电电压值，而单体电池充电设备3继续以最大IOA的电流继续进行恒流恒压的方式CCCV充电，以此类推的循环判断，直至大充电器的电流值减到最小电流值，则大充电器自动关闭停止工作。而单体电池充电设备3，则在整个阶段独立的为每个单体电池进行CC-CV的均衡充电模式，直至每个单体电池达到所需的充电停止电流数值。第二阶段在大充电器关闭以后，单体电池充电设备3对于电压和能量值没有达到预定值的单体电池继续以最大5-20A电流进行恒流恒压CC-CV充电，直至每个单体电池电压容量值达到预定值。同时已经达到预定最大电压值的单体电池则进入第三阶段充电。第三阶段是在单体电池电压值达到最大值时，单体电池充电设备3从之前的恒流CC充电自动过渡为恒压CV充电，直到电池组的每个单体电压值和电流值都达到一样的数值，即实现电压均衡和达到预定最小电流值，则单体电池充电设备3进行自动关闭，在整个充电过程中，单体电池充电设备3之间是完全独立，互不影响。
[0047](2)模式2，第一阶段:大充电器在充电过程中，只要某一单体电池电压达到最大值，大充电机则停止工作，后续整个过程中单体电池充电设备3都是以最大5?20A的电流进行恒流恒压模式CC-CV充电，直至每个单体电池达到充电截止条件。第二阶段在大充电器关闭以后，单体电池充电设备3对于电压和能量值没有达到预定值的单体电池继续以最大5-20A电流进行恒流恒压CC-CV充电，直至每个单体电池电压容量值达到预定值。同时已经达到预定最大电压值的单体电池则进入第三阶段充电。第三阶段是在单体电池电压值达到最大值时，单体电池充电设备3从之前的恒流CC充电自动过渡为恒压CV充电，直到电池组的每个单体电压值和电流值都达到一样的数值，即实现电压均衡和达到预定最小电流值，则单体电池充电设备3进行自动关闭，在整个充电过程中，单体电池充电设备3之间是完全独立，互不影响。本发明使用大充电器和单体电池充电设备3结合起来给电池组充电维护过程，并且大充电器是在电池组内有任何一个单体电池电压达到预定最大值时，充电电流则调节为原来的1/2倍(方式I)，或者逐步的减小电流的前提使整个电池组内没有单体电池的电压值是预定最大电压值，在大充电机电流小于一定数值，大充电器停止工作。而小维护装置则继续维护共工作，直至维护要求达到，自动停止。大充电器在开始工作之后，停止工作的条件有两个，一是在电流以1/2的方式递减，或者以充电电流逐步递减的方式直至达到结束充电停止的条件，或者大充电机检测到任意一个单体电池电压达到最大值，大充电机就停止工作，而单体电池充电设备3则是在整个过程中一直是以恒流恒压CC-CV的方式进行维护充电，单体电池充电设备3既是在对电池进行充电也是对电池电压进行均衡维护的过程。单体电池充电设备3是通过4电极I+1-V+V-的连接方式获得精确的单体电压检测和控制。
[0048]与现有技术相比，本发明提供的动力电池组均衡维护系统以及方法，可快速完成对电池组的均衡维护，同时维护后的效果更加稳定。
[0049]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种动力电池组均衡维护系统，与由N个单体电池串联组成的电池组连接，其特征在于，包括: 数据处理单元； 与所述数据处理单元连接的控制单元； 电池组充放电设备，其充放电端与所述电池组连接，通讯端与所述控制单元连接，电源端用于与交流电源连接；所述电池组充放电设备用于对电池组进行充放电并采集所述电池组两端的电压值和电流值；以及 N个单体电池充电设备，每一个单体电池充电设备的充放电端并联连接在一个单体电池的两端，每一个单体电池充电设备的通讯端与所述控制单元连接，电源端用于与交流电源连接；每一个单体电池充电设备用于对一个单体电池进行充电并采集一个单体电池两端的电压值和电流值；所述N为大于等于2且小于等于500的正整数； 工作时，控制单元将所述电池组两端的电压值和电流值以及每一个单体电池两端的电压值和电流值反馈给所述数据处理单元；所述数据处理单元将接收到的电压值和电流值与预设的阈值进行比较并根据比较结果发出指令；所述控制单元根据所述指令输出控制所述电池组充放电设备对所述电池组的充电电流以及所述单体电池充电设备对单体电池的充电电流，使得每个单体电池均衡充电。
2.如权利要求1所述的动力电池组均衡维护系统，其特征在于，所述电池组充放电设备通过CAN总线或RS232或RS 485构成的通讯总线与所述数据处理单元连接。
3.如权利要求1所述的动力电池组均衡维护系统，其特征在于，所述N个单体电池充电设备分别通过由CAN总线或RS232或RS485构成的通讯总线与所述数据处理单元连接。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的动力电池组均衡维护系统的动力电池组均衡维护方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:充电步骤: 511:所述电池组充放电设备以所述单体电池的最大额定电流对所述电池组进行恒流充电； 512:与所述步骤Sll的同时，所述单体电池充电设备以其最大输出电流对所述单体电池进行恒流充电； 52:判断所述电池组中是否有一个单体电池的电压值超过第一电压阈值；若是，则进入步骤S3，若否，则返回至步骤Sll ； 53:将所述电池组充放电设备的充电电流调整为所述最大额定电流的m分之一，所述m为大于等于2的正整数； 54:判断步骤S3中经过调整后的所述电池组充放电设备的充电电流是否为第一电流阈值，若是，则所述电池组充放电设备停止工作，若否，则返回至步骤S2 ； 55:判断每个单体电池的电压容量值是否达到第一电压阈值，若是，则进入步骤S6，若否，则返回至步骤S12 ； 56:所述单体电池充电设备以恒压方式对所述单体电池进行充电； S7:判断单体电池电流是否减小到第二电流阈值，若是，则单体电池充电设备停止工作；若否，则返回至步骤S6。
5.如权利要求4所述的动力电池组均衡维护方法，其特征在于，在步骤S12中，所述单体电池充电设备的最大输出电流根据电池组的类型和客户要求设定。
6.如权利要求4所述的动力电池组均衡维护方法，其特征在于，所述第一电压阈值为单体电池的最大额定电压；所述第一电压阈值根据电池组的类型和客户要求设定。
7.如权利要求4所述的动力电池组均衡维护方法，其特征在于，所述第一电流阈值为所述电池组充放电设备的充电电流的下限阈值；所述第一电流阈值为零至所述单体电池充电设备的最大输出电流之间的任一数值。
8.如权利要求4所述的动力电池组均衡维护方法，其特征在于，所述第二电流阈值根据电池组的类型和客户要求设定。
【文档编号】H02J7/00GK103715722SQ201210370522
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】毛广甫 申请人:毛广甫