高压锂电池包充放电控制系统及增程控制方法与流程

本发明涉及高压锂电池技术领域，具体涉及一种高压锂电池包充放电控制系统及增程控制方法。

背景技术：

高压锂电池包广泛应用于电动自行车、电动轮椅等电动交通工具和电钻、切割机、割草机等电动工具。通常情况下，与高压锂电池包所连接的电动交通工具或电动工具所需要的供电功率是不变换的，然而在特殊情形下，高压锂电池包的通常供电功率难以满足需求。例如，电焊机通常所焊的焊条为细焊条，高压锂电池包所提供的供电功率适用于电焊机产生高温电弧来熔化细焊条上的焊料和被焊材料，该供电功率不足以产生使粗焊条上的焊料熔化。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高压锂电池包充放电控制系统及增程控制方法，以解决高压锂电池包不足以提供电动交通工具或电动工具所需供电功率的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种高压锂电池包充放电控制系统，包括：电池组支路，包括电池组；第一供电支路，包括串联的第一供电电源和第一可控开关；负载支路，包括串联的负载和第二可控开关；所述负载的阻抗小于所述电池组以及所述第一供电电源的阻抗；其中，所述电池组支路、所述第一供电支路以及所述负载支路并联；所述系统还包括：检测控制模块，与所述第一可控开关、所述第二可控开关的控制端分别连接，用于检测所述电池组的电量并根据所述电池组的电量产生控制指令；所述控制指令用于控制所述第一可控开关和所述第二可控开关断开或闭合。

可选地，所述电池组支路还包括：第三可控开关，与所述电池组串联；所述第三可控开关的控制端与所述检测控制模块连接，所述控制指令还用于控制所述第三可控开关断开或闭合。

可选地，所述系统还包括：至少一个第二供电支路，所述第二供电支路包括串联的第二供电电源和第四可控开关；所述第二供电支路与所述第一供电支路、所述负载支路及所述电池组支路并联。

可选地，所述电池组由多个电池单元串联而成；所述检测控制模块包括：电量检测单元，用于检测所述电池组的电量；控制子模块，包括多个均衡控制板和第一预设电压源，每个所述均衡控制板包括：电压检测单元，用于检测所述均衡控制板所对应的电池单元两端的电压；第一连接开关，多个均衡控制板的第一连接开关串联；串联后的一端连接所述第一预设电压源，所述第一预设电压源用于控制所述第一可控开关的被控开关导通，串联后的另一端连接所述第一可控开关的控制端；控制单元，与所述电压检测单元连接，用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第一预设电压时，控制所述均衡控制板上的所述第一连接开关断开。

可选地，对应于第三可控开关，每个所述均衡控制板还包括：第二连接开关，多个均衡控制板的第二连接开关串联；串联后的一端连接第二预设电压源，所述第二预设电压源用于控制所述第三可控开关的被控开关导通，串联后的另一端连接所述第三可控开关的控制端；所述控制单元，还用于当所述均衡控制板上的电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第二预设电压时，控制所述均衡控制板上的所述第二连接开关断开。

可选地，控制子模块还包括：主控制器，与多个所述均衡控制板上的所述电压检测单元分别连接，用于当所述电池包内有电池单元两端的电压达到第三预设电压时，控制充电器停止充电。

可选地，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

可选地，所述第三预设电压小于所述第二预设电压。

可选地，所述检测控制模块还包括：电流检测单元，串联在所述负载支路或所述第一供电支路中，用于检测电池组充电或放电回路中的电流；述主控制器还与所述电流检测单元连接，用于当电池充电或放电回路中的电流大于预设电流值时，控制所述充电或放电回路断开。

可选地，还包括第五可控开关和限流电阻，所述第五可控开关的被控端和所述限流电阻串联后与所述第三可控开关并联；所述系统还包括隔离开关，用于接收开启短路检测功能的命令，并控制所述第五可控开关导通或断开；所述第五可控开关的控制端与所述隔离开关连接。

可选地，所述电池组与负载连通时，所述负载的两端还并联有灵敏度电阻和光耦；所述光耦的原边与所述灵敏度电阻串联；所述光耦的副边的一端连接电源，另一端连接检测电阻；所述主控制器还与所述检测电阻连接，用于当所述检测电阻两端的电压小于预设电压值时控制所述第三可控开关断开。

根据第二方面，根据第一方面，本发明实施例提供了一种高压锂电池包增程控制方法，适用于第一方面或第一方面任意一种可选实施方式所述的高压锂电池包充放电控制系统，包括：控制高压锂电池包内的电池组和外部至少一个供电电源同时为负载供电；当所述电池组的实际电量与其额定电量的比值下降至第一预定阈值时，切断所述负载支路，使所述外部至少一个供电电源为所述电池组供电；当所述电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二预定阈值时，使所述负载支路连通，使所述电池组与所述外部至少一个供电电源同时为所述负载供电；或者，切断供电支路，使所述外部供电电源停止为所述电池组供电。

上述高压锂电池包充放电控制系统，电池组、第一供电电源以及负载并联；第一可控开关位于第一供电电源所在支路，可以控制第一供电电源是否接入电池组充放电系统；第二可控开关位于负载所在支路，可以控制负载是否采用电池组或第一供电电源供电。由于负载的阻抗小于电池组及第一供电电源的阻抗，当第一供电电源和负载同时接到电池组两端时，可以电池组和第一供电电源可以同时为负载供电，从而与仅采用电池组对负载供电的方式相比，负载所获得的功率更大。

上述高压锂电池包增程控制方法，控制高压锂电池包内的电池组和外部至少一个供电电源同时为负载供电，与单独采用电池组为负载供电的方式相比，能够提高供给负载的功率；当电池组的实际电量与其额定电量的比值下降至第一预定阈值时，切断负载支路，使外部至少一个供电电源为电池组供电；当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二阈值时，再使负载支路连通，使电池组与外部至少一个供电电源同时为负载供电，或者当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二阈值时，切断供电支路，以防止电池充电过量。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的一种高压锂电池包充放电控制系统的电路原理图；

图2示出了根据本发明实施例的另一种高压锂电池包充放电控制系统的电路原理图；

图3示出了根据本发明实施例的一种高压锂电池包增程控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例的一种高压锂电池包充放电控制系统的电路原理图，该高压锂电池包充放电控制系统包括电池组支路、第一供电支路、负载支路和检测控制模块。

电池组支路包括电池组100。第一供电支路包括串联的第一供电电源210和第一可控开关220。负载支路包括串联的负载310和第二可控开关320。其中，电池组支路设置于高压锂电池包内部，第一供电支路以及负载支路设置于高压锂电池包外部，并与高压锂电池包可拆卸连接，电池组支路、第一供电支路以及负载支路并联。负载310的阻抗小于电池组100以及第一供电电源210的阻抗。

该系统还包括检测控制模块400，与第一可控开关220、第二可控开关320的控制端分别连接，用于检测电池组100的电量并根据电池组的电量产生控制指令，该控制指令用于控制第一可控开关220和第二可控开关320断开或闭合。

本申请中所述的“供电电源”(例如第一供电电源)可以为充电器，也可以为移动充电电源(例如电池包)。

本申请中所述的可控开关可以为继电器、可控硅开关，也可以为光耦开关。

上述检测控制模块可以采用现有技术中任意一种带有处理器或控制器的电池组电量检测电路(其中处理器或控制器还用于产生控制指令)，本申请对此不做限定。例如获取电池两端的电压，根据电压与电量的对应关系获取电池电量。

上述高压锂电池包充放电控制系统，电池组、第一供电电源以及负载并联；第一可控开关位于第一供电电源所在支路，可以控制第一供电电源是否接入电池组充放电系统；第二可控开关位于负载所在支路，可以控制负载是否采用电池组或第一供电电源供电。由于负载的阻抗小于电池组及第一供电电源的阻抗，当第一供电电源和负载同时接到电池组两端时，可以电池组和第一供电电源可以同时为负载供电，从而与仅采用电池组对负载供电的方式相比，负载所获得的功率更大。

作为本实施例的一种可选实施方式，该系统还包括至少一个第二供电支路，该第二供电支路包括串联的第二供电电源610和第四可控开关620。该第二供电支路与第一供电支路、负载支路及电池组支路并联。通过至少一个该第二供电支路，可以进一步提高负载所能获得的功率。

作为本实施例的一种可选实施方式，电池组由多个电池单元串联而成。检测控制模块400包括电量检测单元和控制子模块。

其中控制子模块包括多个均衡控制板和第一预设电压源，每个均衡控制板包括电压检测单元、第一连接开关和控制单元。电压检测单元用于检测均衡控制板所对应的电池单元两端的电压。多个均衡控制板的第一连接开关串联，串联后的一端连接第一预设电压源，第一预设电压源用于控制第一可控开关的被控开关导通，串联后的另一端连接第一可控开关的控制端。控制单元与电压检测单元连接，用于当均衡控制板上的电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第一预设电压时，控制均衡控制板上的第一连接开关断开。

如图2所示，电池组包括第一电池110、第二电池120和第三电池130，分别对应第一均衡控制板410、第二均衡控制板420和第三均衡控制板430。

第一均衡控制板410包括电压检测单元411、控制单元412和第一连接开关413。电压检测单元411用于检测第一电池110两端的电压。控制单元412用于当电压检测单元411检测到第一电池110两端的电压大于第一预设电压时，控制第一连接开关413断开。

第二均衡控制板420包括电压检测单元421、控制单元422和第一连接开关423。电压检测单元421用于检测第二电池120两端的电压。控制单元422用于当电压检测单元421检测到第二电池120两端的电压大于第一预设电压时，控制第一连接开关423断开。

第三均衡控制板430包括电压检测单元431、控制单元432和第一连接开关433。电压检测单元431用于检测第三电池130两端的电压。控制单元432用于当电压检测单元431检测到第三电池130两端的电压大于第一预设电压时，控制第一连接开关433断开。

上述第一连接开关413的第一端与第一预设电压源440连接，第二端与第一连接开关423的第一端连接；第一连接开关423的第二端与第一连接开关433的第一端连接；第一连接开关433的第二端与第一可控开关220的控制端连接。

上述高压锂电池包充放电控制系统，包括设置多个均衡控制板，在均衡控制板上设置第一连接开关，多个均衡控制板的第一连接开关串联成线，线的一端连接第一预设电压源，线的另一端连接第一可控开关的控制端，以便通过第一预设电压源控制第一可控开关断开或闭合，从而控制电池充电回路连通或断开；此外，设置均衡控制板上的控制单元与电压检测单元连接，用于当电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第一预设电压时控制第一连接开关断开，从而使得第一供电支路中的第一可控开关断开，继而断开充电回路，以确保电池组充电的安全性。

作为本实施例的一种可选实施方式，电池组支路还包括第三可控开关500，与电池组100串联。该第三可控开关500为双向可控开关，其控制端与检测控制模块400连接，检测控制模块400所产生的控制指令还用于控制第三可控开关500断开或闭合。

由于第三可控开关与电池组串联，而电池组支路与第一供电支路及负载支路并联，因此通过该第三可控开关，检测控制模块可以控制电池组是否为负载供电，或者控制是否通过供电电源为电池组充电。

进一步地，对应于第三可控开关500，每个均衡控制板还包括第二连接开关。多个均衡控制板的第二连接开关串联；串联后的一端连接第二预设电压源，第二预设电压源用于控制第三可控开关的被控开关导通，串联后的另一端连接第三可控开关的控制端。控制单元还用于当均衡控制板上的电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第二预设电压时，控制均衡控制板上的第二连接开关断开。

如图2所示，第一均衡控制板410包括第二连接开关414，第二均衡控制板420包括第二连接开关424，第三均衡控制板430包括第二连接开关434。上述第二连接开关414的第一端与第二预设电压源450连接，第二端与第二连接开关424的第二端连接；第二连接开关424的第二端与第二连接开关434的第一端连接；第二连接开关434的第二端与第三可控开关500的控制端连接。

上述高压锂电池包充放电控制系统，在均衡控制板上设置第二连接开关，多个均衡控制板的第二连接开关串联成线，线的一端连接第二预设电压源，线的另一端连接第三可控开关的控制端，以便通过第二预设电压源控制第三可控开关断开或闭合，从而控制电池充电或放电回路连通或断开；此外，设置均衡控制板上的控制单元与电压检测单元连接，用于当电压检测单元检测到电池单元两端的电压大于第二预设电压时控制第二连接开关断开，从而使得电池组支路中的第三可控开关断开，继而断开充电或放电回路，以确保电池组充放电的安全性。

需要补充说明的是，检测控制模块400中的电量检测单元可以是设置于均衡板外部，检测整个电池组的电量；也可以是由多个检测子单元组成，每个检测子单元分别设置于均衡控制板上，用于检测该均衡控制板所对应的电池单元的电量。

作为本实施例的一种可选实施方式，控制子模块还包括主控制器460，与多个均衡控制板上的电压检测单元分别连接，用于当电池包内有电池单元两端的电压达到第三预设电压时，控制第一供电电源停止充电。如图2所示，主控制器460与第一均衡控制板上的电压检测单元411、第二均衡控制板上的电压检测单元421、第三均衡控制板上的电压检测单元431分别连接。第一电池110、第二电池120、第三电池130中任一电池单元两端的电压达到第三预设电压时，主控制460控制充电器停止充电。主控制460可以直接控制电池包专用的充电器停止充电(例如发送无线信号控制充电器内部的可控开关断开)，本申请对主控制器460控制第一供电电源停止充电的具体形式不作限定。

上述第一预设电压、第二预设电压和第三预设电压可以相等，也可以不相等。可选地，第一预设电压小于第二预设电压，第三预设电压小于第一预设电压。例如，第三预设电压为4.15v，第一预设电压为4.20v，第二预设电压为4.22v。

也即，在充电的过程中，电池包内电池电压逐步上升，当有电池单元两端的电压大于4.15v时，首先主控制460控制第一供电电源停止充电，以防止电压过高造成危险。

而若主控制460出现故障、第一供电电源继续给电池充电，则当有电池单元两端的电压大于4.20v时，对应的第一连接开关会断开，第一预设电源440不能通过各均衡控制板中第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关220导通，即当有电池单元两端的电压大于4.20v时，第一可控开关220会断开，电池充电回路断开，再次确保充电的安全性。

进一步地，当第一可控开关220未成功断开，则第一充电电源继续给电池组充电，当有电池单元两端的电压大于4.22v时，对应的第二连接开关会断开，第二预设电源450不能通过各均衡控制板中第二连接开关串联而成线控制第三可控开关500导通，即当有电池电压大于4.22v时，第三可控开关500会断开，电池充电回路断开，进一步确保充电的安全性。

上述高压锂电池包充放电控制系统，使第一预设电压源通过第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关，或者使第二预设电压源通过第二连接开关串联而成的线控制第三可控开关，从而控制充、放电回路连通或断开，从而当任一均衡控制板上的电压检测单元检测到有电池单元两端的电压异常时，充、放电回路都会断开，从而保证安全性。

另一方面，当任一第一连接开关或第二连接开关断开而导致线断开时，充、放电回路也会断开，以防止由于该安全机制失效而不能够在电池电压异常时成功断开充、放电回路。

此外，在电池两端的电压大于第三预设电压级别时，通过主控制器控制第一供电电源断开；在电池两端的电压大于第一预设电压级别时，通过均衡控制板上的第一连接开关串联而成的线控制第一可控开关断开；在电池电压大于第二预设电压级别时，通过均衡控制板上的第二连接开关串联而成的线控制第三可控开关断开，由此可见，高压锂电池包充放电控制系统中包括三个不同的控制执行机构，即第一可控开关、第三可控开关以及控制器可直接控制的第一供电电源(例如充电器)，通过控制任意一个执行机构断开即可断开充电回路，从而实现三重安全机制确保充电过程中电池两端的电压不会过高，从而确保高压锂电池的充、放电安全性。

如图2所示，检测控制模块400还包括电流检测单元470，可以串联在负载支路或第一供电支路中，也可以串联在电池组支路中(如图2中a位置)，用于检测电池包内电池充电或放电回路中的电流。主控制器460还与电流检测单元470连接，用于当电池充电或放电回路中的电流大于预设电流值时，控制充电或放电回路断开，从而能够确保高压锂电池充、放电过程中电流不会过高，以确保高压锂电池的充、放电安全性。

进一步地，如图2所示，第一供电支路中还串联有二极管230，用于防止充电过程中供电电流回流。负载支路中还设置有保险丝330，其熔断电流为40a至80a，用于保护电池组放电时的电流不会过大。

如图2所示，高压锂电池包充放电控制系统中还包括第五可控开关700和限流电阻800，第五可控开关700的被控端与限流电阻800串联后与第三可控开关500并联。该系统还包括隔离开关900，用于接收开启短路检测功能的命令，并控制第五可控开关700导通或断开。该开启短路检测功能的命令可以是用户通过电池包外的按钮发出的，也可以是其他功能模块发出的，本申请并不对此作限定。第五可控开关700的控制端与隔离开关900连接。

在电池给负载供电前、第三可控开关500断开情况下，当需要进行短路检测时，隔离开关900接收命令，并控制第五可控开关700导通。若负载短路，则电池组放电电流流经第五可控开关700和限流电阻800形成回路，限流电阻800使得回路电流不会过大。此时，电池组两端的电压主要由限流电阻800承担，而负载两端的电压很小。若在负载两端并联电压检测单元则可以根据负载两端的电压判断负载是否短路。

作为本实施例的一种可选实施方式，电池组与负载连通时，负载的两端还并联有灵敏度电阻1000和光耦1100。光耦1100的原边与灵敏度电阻1000串联；光耦1100的副边的一端连接电源，另一端连接检测电阻1200。若负载短路时，流过光耦1100原边的电流很小，从而主控制460所检测到的检测电阻1200的电压较小；若负载不短路，则不能形成电流回路，电池组两端的电压全部加载在负载两端，因此流过光耦1100原边的电流较大。由此，主控制器460可以通过所检测到的检测电阻1200的电压大小来判断负载是否短路。还可以通过灵敏度电阻1000来调整检测的灵敏度。主控制器460还与检测电阻1200连接，用于当检测电阻1200两端的电压小于预设电压值时控制第三可控开关500断开，从而在电池组对负载供电时，若负载短路，系统能够自动断开放电回流，从而确保电池组放电的安全性。

本发明实施例仅以电池组为三个电池串联为例来阐述本发明的技术方案。需要补充说明的是，电池组中电池单元的个数可以为多个，并不限于三个；且电池的连接方式也不限于串联，还可以是并联，或者是先串联后并联、先并联后串联。

图3示出了根据本发明实施例的一种高压锂电池包增程控制方法的流程图。该方法适用于图1或图2所示的高压锂电池包充放电控制系统。根据图3所示，该方法包括如下步骤：

s10：控制高压锂电池包内的电池组和外部至少一个供电电源同时为负载供电。外部供电电源可以是充电器，也可以是其他电池包。

例如图1所示，闭合第一可控开关、第四可控开关、第二可控开关和第三可控开关，使第一供电电源、第二供电电源、负载与电池组并联，由于负载的阻抗较小，第一供电电源、第二供电电源以及电池组的电流均流入负载。

此时，若电池组的输出功率为wb，第一供电电源的输出功率为wc1，第二供电电源的输出功率为wc2，负载的输入功率为wf，则wf＝wb+wc1+wc2；而单独采用电池组为负载供电时，负载的输入功率wf＝wb。相比之下，本方案所能够为负载提供的功率提高了wc1+wc2。

s20：当电池组的实际电量与其额定电量的比值下降至第一预定阈值时，切断负载支路，使外部至少一个供电电源为电池组供电。当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二预定阈值(例如达到额定容量的99％，此时为电池组所能够存储的电量的上限)时，执行步骤s30或者s40中的一者。

沿用上例，当电池组的电量较少(例如为额定电量的60％)时，保持第一可控开关和第四可控开关闭合，断开第二可控开关，此时第一供电电源、第二供电电源的电流均流入电池组为其充电；或者仅保持第一可控开关或第四可控开关中的一者闭合，断开第二可控开关，仅采用第一供电电源或第二供电电源中的一者为电池组供电。

s30：当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二预定阈值时，使负载支路连通，使电池组与外部至少一个供电电源同时为负载供电。

s40：当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二预定阈值时，切断供电支路，使外部供电电源停止为电池组供电，以防止电池充电过量。

上述高压锂电池包增程控制方法，控制高压锂电池包内的电池组和外部至少一个供电电源同时为负载供电，与单独采用电池组为负载供电的方式相比，能够提高供给负载的功率；当电池组的实际电量与其额定电量的比值下降至第一预定阈值时，切断负载支路，使外部至少一个供电电源为电池组供电；当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二阈值时，再使负载支路连通，使电池组与外部至少一个供电电源同时为负载供电，或者当电池组的实际电量与其额定电量的比值上升至第二阈值时，切断供电支路，以防止电池充电过量。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。