一种电池充放电智能管理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池充放电智能管理系统，包括：相互串联的多个智能电池模块，每个所述智能电池模块分别连接于主控制模块用于：向主控制模块提供电池剩余容量；向主控制模块提供最大可充电或放电功率；主控制模块，根据智能电池模块发出的剩余容量的信号，按照剩余容量低充电功率高或放电功率低，剩余容量高充电功率低或放电功率高的原则，给出每个智能电池模块的实时充电功率或放电功率，智能电池模块根据主控制模块给出的实时功率进行输入输出的调节。本实用新型的模组间可以任意的串并联，不同的荷电态的电池串联在一起后，经过一次或几次的充电或放电，基本可以达到均衡。
【专利说明】
一种电池充放电智能管理系统
技术领域
[0001]本实用新型属于电池技术领域，特别是涉及一种电池充放电智能管理系统。
【背景技术】
[0002]电池管理系统通常负责电池组中电池电量的计算、电池保护，电池间的电量平衡控制、以及电池管理系统内外的信号通信等。在现有技术中，一般使用到电池的产品，都需要搭配电池管理系统来控制。
[0003]由于电池在制造过程中很难确保具有完全的均一性，各串联的电池单元之间会存在充电或放电特性的差异。因此，当使用串联电池单元的电池组时，会存在这样的问题:充电时，同一电池组中，即使某些电池单元被过度充电，也仍然存在某些电池单元尚未达到饱和;又或放电时，同一电池组中，有些电池单元尚未完全放电，但仍有些电池单元被过度放电。此外，如果电池单元长期被过度放电/充电，在构成电池单元的材料中可能会出现显著劣化，使得电池单元的特性变得不同，而这种劣化是加剧电池单元间差异的原因之一。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种电池充放电智能管理系统，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]根据本实用新型的一种实施例，提供一种电池充放电智能管理系统，包括:
[0007]相互串联的多个智能电池模块，组成主电池回路进行功率输出或者输入，同时每个所述智能电池模块分别连接于主控制模块用于:
[0008]向主控制模块提供电池剩余容量；
[0009]向主控制模块提供最大可充电或放电功率；
[0010]主控制模块，根据智能电池模块发出的剩余容量的信号，按照剩余容量低则充电功率高或放电功率低，剩余容量高则充电功率低或放电功率高的原则，给出每个智能电池模块的实时充电功率或放电功率，智能电池模块根据主控制模块给出的实时功率进行输入输出的功率调节。
[0011]于本实用新型的一具体实施例中，所述每个智能电池模块分别包括一能源控制板、以及与所述能源控制板连接的电池模组。所述能源控制板向主控制模块提供电池最大可充电或放电功率，同时根据主控制模块发出的实时功率要求对电池模组的输入输出功率进tx调制。
[0012]于本实用新型的一具体实施例中，所述能源控制板包括一个双向的电压调制电路。该电压调制电路根据主控制模块给出的实时充电或放电功率，调节智能电池模块的输出或输入电压，从而调节输出或输入功率，输出或输入电压高，则功率大，反之则功率小。
[0013]于本实用新型的一具体实施例中，所述电压调制电路是一个通过高频开关调节电流的占空比从而控制功率输出的BUCK电路，双向电压调制电路为一正一反的两个电压调制电路通过并联之后的电路，同时通过二极管控制电流只能从其中一个电压调制电路通过。
[0014]于本实用新型的一具体实施例中，所述系统具有两种工作模式:
[0015]I)充电模式:充电时，主控制模块根据电池模组给出的剩余容量值和能源控制板给出的最大输入功率值，找出最小剩余容量的智能电池模块，并针对某一个智能电池模块按照(1-该模块剩余容量百分比)/(1-最小剩余容量智能电池模块剩余容量百分比)给出该智能电池模块的电流占空比数据，从而控制给智能模块给电池模组测的输出功率，对每一个智能电池模块均实施上述动作后，则整个电池系统则将以统一的时间放电完毕；
[0016]2)放电模式:放电时，主控制模块根据电池模组给出的剩余容量值和能源控制板给出的最大输入功率值，找出最大剩余容量的智能电池模块，并针对某一个智能电池模块按照(1-该模块剩余容量百分比)/(1-最大剩余容量智能电池模块剩余容量百分比)给出该智能模块的电流占空比数据，从而控制给智能电池模块输出的功率，对每一个智能电池模块均实施上述动作后，则整个电池系统则将以统一的时间充电完毕。
[0017]于本实用新型的一具体实施例中，所述电池模组包括对电池剩余容量进行估测的电路，电池的剩余容量估测通过电池模组输出或输入电流的积分和该电池模组容量进行相减或相加后得到，在没有输入输出电流或电流稳定时，该电池剩余容量估测电路还会根据电池的“剩余容量-开路电压”曲线进行剩余容量的校准。
[0018]于本实用新型的一具体实施例中，所述电池模组由一个电池单元、或多个串联和/或并联的多个电池单元组成。
[0019]于本实用新型的一具体实施例中，所述每个电池模组还分别包括:
[0020]电压侦测模块，用于可选择地侦测所述电池单元之一的电压；
[0021]主动平衡模块，用于接收所述若干电池单元中所有电池单元的总电压，并降压后传输给特定的电池单元；
[0022]控制模块，与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接，用于:
[0023]撷取所述电压侦测模块侦测到的电压信号；
[0024]根据所述电压信号确定所述特定电池单元；
[0025]控制所述主动平衡模块供给所述特定电池单元电能；
[0026]信号总线，可选择地与所述若干电池单元之一正、负极电性连接，并且与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接，
[0027]开关模块，连接在所述若干电池单元和控制器之间，所述控制模块还用于控制所述开关模块来可选择地接通所述信号总线与所述若干电池单元之一的电性通路。
[0028]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0029 ] (I)模组间可以任意的串并联，不同的荷电态的电池串联在一起后，经过一次或几次的充电或放电，基本可以达到均衡；
[0030](2)如果其中有一个模块坏掉，不影响整个系统的使用；
[0031](3)控制模块可以控制电压侦测模块和主动平衡模块通过相同的信号总线侦测电池单元的电压或给电池单元充电，避免了过多线路的架设，降低了线路架构的复杂度和生产成本。
【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本实用新型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实用新型中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1所示为本实用新型具体实施例中电池充放电智能管理系统的原理方框图；
[0034]图2所示为本实用新型具体实施例中电压调制电路的示意图。
【具体实施方式】
[0035]以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但该等实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0036]结合图1所示，电池充放电智能管理系统包括主控制模块、以及分别连接于主控制模块的多个智能电池模块，该多个智能电池模块之间串联连接。
[0037]主控制模块，根据智能电池模块发出的剩余容量的信号，按照剩余容量低充电功率高或放电功率低，剩余容量高则充电功率低或放电功率高的原则，给出每个智能电池模块的实时充电功率或放电功率，智能电池模块根据主控制模块给出的实时功率进行输入输出的功率调节。
[0038]相互串联的多个智能电池模块，组成主电池回路进行功率输出或者输入，同时每个智能电池模块分别连接于主控制模块用于:向主控制模块提供电池剩余容量；向主控制模块提供最大可充电或放电功率。每个智能电池模块分别包括一能源控制板、以及与能源控制板连接的电池模组，能源控制板向主控制模块提供电池最大可充电或放电功率，同时根据主控制模块发出的实时功率要求对电池模组的输入输出功率进行调制。
[0039 ]电池模组还包括对电池剩余容量进行估测的电路，电池的剩余容量估测通过电池模组输出或输入电流的积分和该电池模组容量进行相减或相加后得到，在没有输入输出电流或电流稳定时，该电池剩余容量估测电路还会根据电池的“剩余容量-开路电压”曲线进行剩余容量的校准。
[0040]电池模组由一个电池单元、或多个串联和/或并联的多个电池单元组成的具有一定电压和容量的电池。
[0041]电池为可充放电电池，包括蓄电池、锂电池等。
[0042]参图2所示，能源控制板包括一个双向的电压调制电路，该电压调制电路根据主控制模块给出的实时充电或放电功率，调节智能电池模块的输出或输入电压，从而调节输出或输入功率，输出或输入电压高，则功率大，反之则功率小。电压调制电路是一个通过调节电流的占空比从而控制功率输出的电路。
[0043 ]电压调制电路是一个通过高频开关调节电流的占空比从而控制功率输出的BUCK电路，双向电压调制电路为一正一反的两个电压调制电路通过并联之后的电路，同时通过二极管控制电流只能从其中一个电压调制电路通过。
[0044]系统具有两种工作模式:
[0045]I)充电模式:充电时，主控制模块根据电池模组给出的剩余容量值和能源控制板给出的最大输入功率值，找出最小剩余容量的智能电池模块，并针对某一个智能电池模块按照(1-该模块剩余容量百分比)/(1-最小剩余容量智能电池模块剩余容量百分比)给出该智能电池模块的电流占空比数据，从而控制给智能模块给电池模组测的输出功率，对每一个智能电池模块均实施上述动作后，则整个电池系统则将以统一的时间放电完毕；
[0046]2)放电模式:放电时，主控制模块根据电池模组给出的剩余容量值和能源控制板给出的最大输入功率值，找出最大剩余容量的智能电池模块，并针对某一个智能电池模块按照(1-该模块剩余容量百分比)/(1-最大剩余容量智能电池模块剩余容量百分比)给出该智能模块的电流占空比数据，从而控制给智能电池模块输出的功率，对每一个智能电池模块均实施上述动作后，则整个电池系统则将以统一的时间充电完毕。
[0047 ]电池模组还包括对电池剩余容量进行估测的电路，电池的剩余容量估测通过电池模组输出或输入电流的积分和该电池模组容量进行相减或相加后得到，在没有输入输出电流或电流稳定时，该电池剩余容量估测电路还会根据电池的“剩余容量-开路电压”曲线进行剩余容量的校准。
[0048]在一实施例中，每个电池模组还分别包括:
[0049]电压侦测模块，用于可选择地侦测所述电池单元之一的电压；
[0050]主动平衡模块，用于接收所述若干电池单元中所有电池单元的总电压，并降压后传输给特定的电池单元；
[0051 ]控制模块，与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接，用于:
[0052]撷取所述电压侦测模块侦测到的电压信号；
[0053]根据所述电压信号确定所述特定电池单元；
[0054]控制所述主动平衡模块供给所述特定电池单元电能；
[0055]信号总线，可选择地与所述若干电池单元之一正、负极电性连接，并且与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接，
[0056]开关模块，连接在所述若干电池单元和控制器之间，所述控制模块还用于控制所述开关模块来可选择地接通所述信号总线与所述若干电池单元之一的电性通路。
[0057]在该技术方案中，控制模块与电压侦测模块以及主动平衡模块电性连接，其控制电压侦测模块可选择地侦测复数电池单元之一的电压，并根据撷取的电压信号确定需要充电的特定电池单元。控制模块还通过控制主动平衡模块接收复数电池单元中所有电池单元的总电压，并给确定的需要充电的特定电池单元进行充电。
[0058]信号总线被设置为可选择地与复数电池单元之一的正、负级电性连接，同时该信号总线还与电压侦测模块以及主动平衡模块电性连接。这样，信号总线就同时提供了电压侦测模块侦测电池单元电压的电流通路，以及主动平衡模块给特定电池单元进行充电的电流通路。
[0059]每个电池模组还包括连接在复数电池单元和控制模块之间的开关模块。其包括与上述复数电池单元对应的复数开关矩阵。控制模块可以通过控制开关模块中与电池单元对应的开关矩阵的打开和关断来选择信号总线与相应的电池单元电性连通。在本实施例中，由于电池单元的电压侦测过程与主动平衡过程分别完成于不同的时间段内，所以控制模块至少在侦测期间和主动平衡期间工作。
[0060]当控制模块工作在侦测期间时，其通过开关模块接通需要侦测的电池单元与信号总线电性连接，同时控制电压侦测模块通过信号总线撷取该电池单元的电压信号;进一步地，当控制模块工作在主动平衡期间时，其通过控制需要被充电的特定电池单元与信号总线电性连通，并通过主动平衡模块对该特定电池单元进行充电。
[0061]如本领域普通技术人员所熟知，开关模块可以包括三极管、可控硅、继电器开关、或金属氧化物半导体场效应管(Metallic Oxide Semi conductor Field Effecttransistor ,MOSFET)等常见的开关形式。在本实施例中，开关模块采用MOSFET，并且开关模块中每个开关矩阵都包括四个MOSFET。
[0062]主控制模块和控制模块可以包括微处理器(M⑶)，该M⑶可以包括中央处理单元(Central Processing Unit ,CPU)、只读存储模块(read-only memory ,ROM)、随机存储模块(random access memory ,RAM)、定时模块、数字模拟转换模块(A/D converter)、以及复数输入/输出埠。当然，主控制模块和控制模块也可以采用其它形式的集成电路，如:特定用途集成电路(Appl icat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可程序化门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。
[0063]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0064]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种电池充放电智能管理系统，其特征在于包括: 相互串联的多个智能电池模块，组成主电池回路进行功率输出或者输入，同时每个所述智能电池模块分别连接于主控制模块用于: 向主控制模块提供电池剩余容量； 向主控制模块提供最大可充电或放电功率； 主控制模块，根据智能电池模块发出的剩余容量的信号，按照剩余容量低则充电功率高或放电功率低，剩余容量高则充电功率低或放电功率高的原则，给出每个智能电池模块的实时充电功率或放电功率，智能电池模块根据主控制模块给出的实时功率进行输入输出的功率调节。2.根据权利要求1所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述每个智能电池模块分别包括一能源控制板、以及与所述能源控制板连接的电池模组。3.根据权利要求2所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述能源控制板包括一个双向的电压调制电路。4.根据权利要求3所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述电压调制电路是一个通过高频开关调节电流的占空比从而控制功率输出的BUCK电路，双向电压调制电路为一正一反的两个电压调制电路通过并联之后的电路，同时通过二极管控制电流只能从其中一个电压调制电路通过。5.根据权利要求2所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述电池模组包括对电池剩余容量进行估测的电路。6.根据权利要求2所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述电池模组由一个电池单元、或多个串联和/或并联的多个电池单元组成。7.根据权利要求6所述的电池充放电智能管理系统，其特征在于:所述每个电池模组还分别包括: 电压侦测模块，用于可选择地侦测所述电池单元之一的电压； 主动平衡模块，用于接收若干所述电池单元中所有电池单元的总电压，并降压后传输给特定的电池单元； 控制模块，与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接，用于: 撷取所述电压侦测模块侦测到的电压信号； 根据所述电压信号确定特定的所述电池单元； 控制所述主动平衡模块供给特定的所述电池单元电能； 信号总线，可选择地与若干所述电池单元之一正、负极电性连接，并且与所述电压侦测模块和主动平衡模块电性连接， 开关模块，连接在若干所述电池单元和控制器之间，所述控制模块还用于控制所述开关模块来可选择地接通所述信号总线与若干所述电池单元之一的电性通路。
【文档编号】H01M10/42GK205544370SQ201620058623
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】吴晓东
【申请人】苏州纳新新能源科技有限公司