一种电池串联充放电电路及充放电控制方法与流程

本发明涉及电路设计技术领域，具体涉及一种电池串联充放电电路及充放电控制方法。

背景技术：

电路设计，是指按照一定规则，使用特定方法设计出符合使用要求的电路系统。在电池蓄能电站和电池生产企业，需要对数量庞大的电池进行充放电操作。常见的电池充放电连接电路有两种方式，即一个电池对应一个充放电通道的单电池充放电方式和多电池串联后连接一个充放电通道的电池串联充放电方式。

单电池充放电方式存在设备多、投资大、能耗大的问题；串联充放电可大幅节约设备投资，降低生产能耗，但增加了工艺管理难度，特别是要在不中断主回路电流前提下解决充、放电过程中单体电池完成充放电或出现故障的退出问题。

电池串联充放电过程中，当出现某一单体电池故障、充电到达最高充电电压、放电到达最低放电电压等情况时，电池需要退出电路。因此，电路亟需解决的关键问题是如何在充放电过程中实现单体电池的退出，且不影响其它电池的正常充放电工作，不出现充放电主回路断路或电池短路等。

技术实现要素：

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提供一种电池串联充放电电路及充放电控制方法。

具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种电池串联充放电电路，包括：整流逆变电源和n个电池单元，n≥2；

每个所述电池单元包括单体电池、单刀双掷继电器和续流单元；所述单刀双掷继电器的常闭端与所述单体电池的正极相连，所述单刀双掷继电器的常开端与所述单体电池的负极相连；所述续流单元并联旁路于所述单刀双掷继电器的公共端与常开端；其中，所述续流单元的抑制电压高于所述单体电池的充放电最高电压，在所述单体电池充放电时，所述续流单元处于反向阻断状态；

每个电池单元中的单刀双掷继电器的公共端与上一电池单元中的单体电池的负极相连，每个电池单元中的单体电池的负极与下一电池单元的单刀双掷继电器的公共端相连，n个电池单元依次串联连接，并与所述整流逆变电源连接，形成串联充放电电路。

进一步的，所述续流单元为瞬态电压抑制器tvs管。

进一步的，所述续流单元为由二极管组合形成的具有tvs管特性的电路。

进一步的，所述单刀双掷继电器替换为单刀双掷开关；或，所述单刀双掷继电器替换为两个单刀开关；或，所述单刀双掷继电器替换为两个单刀继电器。

进一步的，所述单体电池为单节电池或单个电池包。

进一步的，所述单体电池为具有电压保护功能或不具有电压保护功能的单体电池。

进一步的，还包括：控制电路；所述控制电路的一端与所述n个电池单元连接，另一端与所述整流逆变电源连接，所述控制电路用于检测电池单元状态参数，控制电池单元的退出和投入，还用于对所述整流逆变电源进行调节。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于电池串联充放电电路的电池串联充放电控制方法，包括：

在检测到任一电池单元中的单体电池完成充电时，若确定单体电池具有电压保护功能，则由于单体电池呈高阻抗状态，单体电池两端电压升高，当电压升高到续流单元的抑制电压时，续流单元自动导通续流，保证了主回路电流不中断；若确定单体电池不具有电压保护功能，则控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流；

在检测到任一电池单元中的单体电池正在充电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低；

在检测到任一电池单元中的单体电池完成放电时，若确定单体电池具有电压保护功能，则由于单体电池呈高阻抗状态不能通过电流，此时主回路电流自动换流到续流单元，保证了主回路电流不中断；若单体电池不具有电压保护功能，则控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流；

在检测到任一电池单元中的单体电池正在放电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低。

进一步的，还包括：

所述控制电路用于对n个电池单元进行检测和控制，还用于对整流逆变电源进行调节；

所述控制电路通过采集的电池单元两端的电压、单体电池的温度，充放电电流、时间、续流单元电流来判断电池状态和获得电池的性能参数；

所述控制电路用于在电池充电时，控制所述整流逆变电源工作在整流模式，为交流输入，直流输出电源，有恒压、恒流调节模式；

所述控制电路用于在电池放电时，控制所述整流逆变电源工作在逆变模式，实现能量回馈。

进一步的，还包括：

当放电不需要电流回馈时，采用预设放电消耗方式，消耗放电的能量。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的一种电池串联充放电电路，包括整流逆变电源和至少两个电池单元，且每个电池单元包括单体电池、单刀双掷继电器和续流单元，单刀双掷继电器的常闭端与单体电池的正极相连，常开端与单体电池的负极相连，并将续流单元并联旁路于所述单刀双掷继电器的公共端与常开端。其中，每个电池单元中的单刀双掷继电器的公共端与上一电池单元中的单体电池的负极相连，每个电池单元中的单体电池的负极与下一电池单元的单刀双掷继电器的公共端相连，n个电池单元依次串联连接，并与整流逆变电源连接，形成串联充放电电路。在电池充放电时，单体电池通过单刀双掷继电器的常闭端串联后与整流逆变电源连接，由于续流单元的抑制电压高于单体电池的充放电电压，续流单元的旁路不会对充放电主回路造成影响。电池完成充放电需要退出时，在单体电池退出主回路至单刀双掷继电器常开端闭合通过主回路电流的短暂过程中，主回路电流从续流单元流过，续流单元起到续流作用，保证主回路电流不会中断。此外，当单刀双掷继电器的常开端闭合后对续流单元起到旁路短路作用，从而减少了续流单元的导通时间，减少了损耗，降低了对续流单元器件的硬件要求。由此可知，本发明实施例提供了一种用于电池串联充放电的低损耗电路，用于多电池串联充电、放电，实现了充放电过程中单体电池的退出或投入不影响其它电池的正常充放电工作，操作简单，可以防止误操作，解决了目前电池串联充放电电路存在的控制复杂、容易误操作、损耗大等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路的原理图；

图2是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路在某电池单元完成充电或放电退出，单刀双掷继电器还未完成切换时的续流电路原理图；

图3是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路在某电池单元完成充电或放电退出，单刀双掷继电器完成切换后的电路原理图；

图4是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路的续流单元采用tvs管的示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路的续流单元采用二极管组合而成的具有tvs管特性的电路示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路采用二极管和晶闸管设计续流单元的示例图；

图7是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路变更续流单元和继电器连接方式的示例图；

图8是本发明一实施例提供的一种基于电池串联充放电电路的电池串联充放电控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路的原理图，图2是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路在某电池单元完成充电或放电退出，单刀双掷继电器还未完成切换时的续流电路原理图，图3是本发明一实施例提供的一种电池串联充放电电路在某电池单元完成充电或放电退出，单刀双掷继电器完成切换后的电路原理图。下面结合图1、图2和图3对本发明实施例提供的电池串联充放电电路进行详细解释和说明。如图1所示，图中1表示单体电池，2表示单刀双掷继电器，3表示续流单元，4表示整流逆变电源，5表示控制电路，6表示电池单元。本发明实施例提供的一种电池串联充放电电路，包括：整流逆变电源4和n个电池单元6，n≥2；

每个所述电池单元6包括单体电池1、单刀双掷继电器2和续流单元3；所述单刀双掷继电器2的常闭端与所述单体电池1的正极相连，所述单刀双掷继电器2的常开端与所述单体电池1的负极相连；所述续流单元3并联旁路于所述单刀双掷继电器2的公共端与常开端；其中，所述续流单元3的抑制电压高于所述单体电池1的充放电最高电压，在所述单体电池1充放电时，所述续流单元3处于反向阻断状态；

每个电池单元6中的单刀双掷继电器2的公共端与上一电池单元6中的单体电池1的负极相连，每个电池单元6中的单体电池1的负极与下一电池单元6的单刀双掷继电器2的公共端相连，n个电池单元6依次串联连接，并与所述整流逆变电源4连接，形成串联充放电电路。

在本实施例中，需要说明的是，电路中包括整流逆变电源和至少两个电池单元，且每个电池单元由1个单体电池、1个单刀双掷继电器和1个续流单元组成。单刀双掷继电器的常闭端与单体电池的正极相连，单刀双掷继电器的常开端与单体电池的负极相连。续流单元并联旁路于单刀双掷继电器的公共端与常开端。电池单元中的单刀双掷继电器的公共端与上一电池单元中单体电池的负极相连，单体电池的负极与下一电池单元的单刀双掷继电器的公共端相连，n个电池单元依次连接，并与整流逆变电源连接形成整体的串联充放主电路，由于续流单元的抑制电压高于单体电池的充放电电压，在电池充放电时，续流单元处于反向阻断状态，不会对充放电主回路造成影响。电池单体通过单刀双掷继电器的常闭端连通成充放电主回路，能量损耗低。当单体电池完成充放电需要退出时，在单体电池退出主回路至单刀双掷继电器常开端闭合通过主回路电流的短暂过程中，主回路电流从续流单元流过，续流单元起续流作用，保证主回路电流不中断。当单体电池有电压保护功能时，续流单元在电压保护功能动作，单体电池呈高阻抗状态时自动续流；当单体电池不具备电压保护功能时，控制电路控制单刀双掷继电器常闭端断开时实现续流。单刀双掷继电器常开端闭合对续流单元起到旁路短路作用，减少了续流单元的导通时间，减少了损耗，降低了对续流单元器件的技术要求。

在本实施例中，需要说明的是，续流单元和单刀双掷继电器的连接方式不局限于本发明实施例的一种连接方式，如图7所示，还可以为其他并联方式，此处不作具体限制。

在本实施例中，可以理解的是，本发明实施例可实现在电池串联充放电时，无论在充电还是在放电过程中，均可通过单刀双掷继电器常闭端和常开端间的切换实现退出或投入某一电池。在退出或投入某一电池时，由于续流单元的续流作用，主电路的电流不会中断，不影响其它电池的正常工作。由于继电器闭合触点的压降接近零，续流单元反向漏电流极小，续流时间很短，从而导致电路的附加损耗很小。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的一种电池串联充放电电路，包括整流逆变电源和至少两个电池单元，且每个电池单元包括单体电池、单刀双掷继电器和续流单元，单刀双掷继电器的常闭端与单体电池的正极相连，常开端与单体电池的负极相连，并将续流单元并联旁路于所述单刀双掷继电器的公共端与常开端。其中，每个电池单元中的单刀双掷继电器的公共端与上一电池单元中的单体电池的负极相连，每个电池单元中的单体电池的负极与下一电池单元的单刀双掷继电器的公共端相连，n个电池单元依次串联连接，并与整流逆变电源连接，形成串联充放电电路。在电池充放电时，单体电池通过单刀双掷继电器的常闭端串联后与整流逆变电源连接，由于续流单元的抑制电压高于单体电池的充放电电压，续流单元的旁路不会对充放电主回路造成影响。电池完成充放电需要退出时，在单体电池退出主回路至单刀双掷继电器常开端闭合通过主回路电流的短暂过程中，主回路电流从续流单元流过，续流单元起到续流作用，保证主回路电流不会中断。此外，当单刀双掷继电器的常开端闭合后对续流单元起到旁路短路作用，从而减少了续流单元的导通时间，减少了损耗，降低了对续流单元器件的硬件要求。由此可知，本发明实施例提供了一种用于电池串联充放电的低损耗电路，用于多电池串联充电、放电，实现了充放电过程中单体电池的退出或投入不影响其它电池的正常充放电工作，操作简单，防止误操作，解决了目前电池串联充放电电路存在的控制复杂、容易误操作、损耗大等问题。此外，对于现有的一个电池对应一个充放电通道的单电池充放电方式，本发明实施例提供的电池串联充放电电路可以通过一个通道对数量庞大的电池进行充放电操作，避免了现有单电池充放电方式存在设备多、投资大、能耗大的问题。可见，本发明实施例提供了用于电池串联充放电的低损耗电路，解决了电池串联充放电过程中单体电池退出和投入的问题，在电池蓄能电站、电池生产和电池性能检测技术领域具有节省设备投资、操作简单、防止误操作、降低损耗等显著优势。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述续流单元为瞬态电压抑制器tvs管。

在本实施例中，如图4、图5和图7所示，优选的，续流单元可以采用瞬态电压抑制器tvs(transientvoltagesuppresser)管，续流单元在施加正向电压时具有二极管导通特性，在施加的反向电压超过其抑制电压时，续流单元导通并保持抑制电压压降。本发明实施例提供的续流单元的抑制电压略高于单体电池的充电最高电压，在电池充放电时，续流单元处于反向阻断状态。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述续流单元为由二极管组合形成的具有tvs管特性的电路。

在本实施例中，需要说明的是，续流单元要求在单体电池处于充放电，单刀双掷继电器常闭端闭合时(如图1)，单体电池不能因为续流单元而发生短路，续流单元的抑制电压要略高于单体电池的最高充电电压；在单体电池完成充放电后，主回路电流切换到续流单元，要求续流单元要能承受短时间的主回路电流，以保证单刀双掷继电器的常开端闭合前，续流单元不损坏。根据续流单元的技术要求可选用合适的tvs管(图4)或采用二极管组合而成的具有tvs管特性的电路(图5)，二极管的串联数根据需要的抑制电压和二极管的通态压降确定，采用二极管组合的方式可以获得大电流续流单元。可采用双向tvs管、稳压二极管代替本发明中的tvs管；用多个tvs管并联设计大电流续流单元，或采用其他电器元件组成类似功能的续流单元(图6)。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述单刀双掷继电器替换为单刀双掷开关；或，所述单刀双掷继电器替换为两个单刀开关；或，所述单刀双掷继电器替换为两个单刀继电器。

在本实施例中，优选的，在本发明实施例提供的电池串联充放电电路中，可以用单刀双掷开关或用两个单刀开关或两个单刀继电器代替本发明实施例中的单刀双掷继电器，此处不作具体限制。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述单体电池为单节电池或单个电池包。

在本实施例中，需要说明的是，单体电池可以是1节电池，也可以是1个电池包，此处不作具体限制。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述单体电池为具有电压保护功能或不具有电池保护功能的单体电池。

在本实施例中，需要说明的是，单体电池为具有电压保护功能的单体电池，其在完成充电时，单体电池呈高阻抗状态，此时，单体电池两端电压升高，当电压升高到续流单元的抑制电压时，续流单元自动导通续流，保证了主回路电流不中断；在完成放电时，单体电池呈高阻抗状态不能通过电流，此时，主回路电流自动换流到续流单元，保证了主回路电流不中断。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，还包括：控制电路；所述控制电路的一端与所述n个电池单元连接，另一端与所述整流逆变电源连接，所述控制电路用于检测电池单元状态参数，控制电池单元的退出和投入，还用于对所述整流逆变电源进行调节。

在本实施例中，需要说明的是，本发明实施例提供的电池串联充放电电路还包括控制电路。控制电路一方面检测电池单元状态参数，控制电池单元的的退出或投入，另一方面对整流逆变电源进行调节。具体的，控制电路可对n个单体电池两端电压、电池温度等状态参数进行检测并控制n个单刀双掷继电器，同时根据电池充放电的电压、电流要求对整流逆变电源进行调节。控制电路通过实时采集单体电池两端电压、电池温度、充放电电流、时间、续流单元电流等状态参数以判断电池工作状态和获得电池的性能参数，根据电池工作状态控制单刀双掷继电器的常闭、常开端的切换，从而控制电池单元的退出和投入。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种基于电池串联充放电电路的电池串联充放电控制方法，如图8，本发明一实施例提供的一种基于电池串联充放电电路的电池串联充放电控制方法的流程图所示，所述方法具体包括：

步骤801：在检测到任一电池单元中的单体电池完成充电时，若确定单体电池具有电压保护功能，则由于单体电池呈高阻抗状态，单体电池两端电压升高，当电压升高到续流单元的抑制电压时，续流单元自动导通续流，保证了主回路电流不中断；若确定单体电池不具有电压保护功能，则控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流；

在本步骤中，需要说明的是，如图2所示，在单体电池完成充电时，如果单体电池有电压保护功能，单体电池呈高阻抗状态。此时，单体电池两端电压升高，当电压升高到续流单元的抑制电压时，续流单元自动导通续流，保证了主回路电流不中断。如果单体电池没有电压保护功能，控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流。图中电流方向从上往下。

步骤802：在检测到任一电池单元中的单体电池正在充电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低；

在本步骤中，需要说明的是，如图3所示，在电池充电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压高于设定最高充电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低。图中电流方向从上往下。

步骤803：在检测到任一电池单元中的单体电池完成放电时，若确定单体电池具有电压保护功能，则由于单体电池呈高阻抗状态不能通过电流，此时主回路电流自动换流到续流单元，保证了主回路电流不中断；若单体电池不具有电压保护功能，则控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流；

在本步骤中，需要说明的是，如图2所示，在单体电池完成放电时，如果单体电池有电压保护功能，单体电池呈高阻抗状态不能通过电流，此时，主回路电流自动换流到续流单元，保证了主回路电流不中断。如果单体电池没有电压保护功能，控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，主回路通过续流单元续流。图中电流方向从下往上。

步骤804：在检测到任一电池单元中的单体电池正在放电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低。

在本步骤中，需要说明的是，如图3所示，在电池放电时，无论单体电池是否具有电压保护功能，当控制电路检测到单体电池两端电压低于设定最低放电电压时，控制电路控制对应的单刀双掷继电器切换，常闭端断开退出单体电池，常开端闭合旁路短路续流单元，主回路电流切换到闭合后的常开端，使得电路损耗降到最低。图中电流方向从下往上。

由上面技术方案可知，本发明实施例提供的一种基于电池串联充放电电路的充放电控制方法，包括整流逆变电源和至少两个电池单元，且每个电池单元包括单体电池、单刀双掷继电器和续流单元，单刀双掷继电器的常闭端与单体电池的正极相连，常开端与单体电池的负极相连，并将续流单元并联旁路于所述单刀双掷继电器的公共端与常开端。其中，每个电池单元中的单刀双掷继电器的公共端与上一电池单元中的单体电池的负极相连，每个电池单元中的单体电池的负极与下一电池单元的单刀双掷继电器的公共端相连，n个电池单元依次串联连接，并与整流逆变电源连接，形成串联充放电电路。在电池充放电时，单体电池通过单刀双掷继电器的常闭端串联后与整流逆变电源连接，由于续流单元的抑制电压高于单体电池的充放电电压，续流单元的旁路不会对充放电主回路造成影响。电池完成充放电需要退出时，在单体电池退出主回路至单刀双掷继电器常开端闭合通过主回路电流的短暂过程中，主回路电流从续流单元流过，续流单元起到续流作用，保证主回路电流不会中断。此外，当单刀双掷继电器的常开端闭合后对续流单元起到旁路短路作用，从而减少了续流单元的导通时间，减少了损耗，降低了对续流单元器件的硬件要求。由此可知，本发明实施例提供了一种用于电池串联充放电的低损耗电路，用于多电池串联充电、放电，实现了充放电过程中单体电池的退出或投入不影响其它电池的正常充放电工作，操作简单，防止误操作，解决了目前电池串联充放电电路存在的控制复杂、容易误操作、损耗大等问题。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，还包括：

所述控制电路用于对n个电池单元进行检测和控制，还用于对整流逆变电源进行调节；

所述控制电路通过采集的电池单元两端的电压、单体电池的温度，充放电电流、时间、续流单元电流来判断电池状态和获得电池的性能参数；

所述控制电路用于在电池充电时，控制所述整流逆变电源工作在整流模式，为交流输入，直流输出电源，有恒压、恒流调节模式；

所述控制电路用于在电池放电时，控制所述整流逆变电源工作在逆变模式，实现能量回馈。

在本实施例中，需要说明的是，控制电路用于在电池充电时，控制整流逆变电源工作在整流模式，电源为交流输入、直流输出电源，有恒压、恒流调节模式；控制电路用于在电池放电时，控制整流逆变电源工作在逆变模式，实现能量回馈。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，还包括：

当放电不需要电流回馈时，采用预设放电消耗方式，消耗放电的能量。

在本实施例中，需要说明的是，当放电不需要电流回馈时，也可以采用电阻发热或其它方式消耗放电的能量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。