专利名称：电池充放电控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种电池充放电控制系统及方法。
背景技术：
电池是电动汽车的关键要素。由于单块电池的额定电压较低(一般为几伏特)， 要驱动电动汽车的发动机，需要几十到上百块电池组成的级联电池组进行供电。由于电池 材料物理特性之间的差异，每块电池的额定电压存在不同程度的差异，尽管在出厂阶段差 异微乎其微，但随着使用过程中充放电次数的增加，额定电压的差异会逐渐增大。而充电过 程是对电池组的所有电池同时进行充电，当额定电压小的电池达到其额定电压而额定电压 大的电池尚未到达其额定电压，如果继续充电，就会导致额定电压小的电池过度充电，缩短 这部分电池的使用寿命。另外，电池组在驱动发动机的过程中可能会发生充放电同时进行 的情况，例如在电池组对发动机供电(放电)的过程中，可能通过外部电源充电或通过太阳 能、风能等充电，这种情况容易弓I起电池温度迅速升高影响电池性能甚至引起爆炸。发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种电池充放电控制系统及方法，可以避免对电池性 能的损害，提闻电池的使用寿命。
一种电池充放电控制系统，该系统与包括多块电池的电池组、能量转换控制系统 及用电设备电连接。该系统包括参数设置模块、电压监测模块及电池分组模块。参数设置 模块设置电池组的放电组及充电组所包括的电池的数量要求，以及电池组的所有电池的终 止电压及额定电压。电压监测模块在用电设备启动时，接收与每块电池相连接的感测器传 送的相应电池的开路电压值。电池分组模块按照开路电压值的高低及上述设置的数量要求 将各电池加入放电组或充电组。电压监测模块还用于在放电组向用电设备供电及/或能量 转换系统向充电组供电过程中，实时监测各电池的开路电压变化情况。电池分组模块还用 于在放电组向用电设备供电过程中，将放电组中开路电压低于终止电压的电池从放电组切 换到充电组，以避免任意一块电池过度放电，并在能量转换系统向充电组供电过程中，将充 电组中开路电压等于额定电压的电池从充电组切换到放电组，以避免任意一块电池过度充 电。
一种电池充放电控制方法，用于控制包括多块电池的电池组向用电设备或接受能 量转换控制系统向该电池组供电的过程，该方法包括(A)设置电池组的放电组及充电组 所包括的电池的数量要求，以及电池组的所有电池的终止电压及额定电压；(B)在用电设 备启动时，接收与每块电池相连接的感测器传送的相应电池的开路电压值；(C)按照开路 电压值的高低及上述设置的数量要求将各电池加入放电组或充电组；(D)在放电组向用电 设备供电及/或能量转换系统向充电组供电过程中，实时监测各电池的开路电压变化情 况；及(E)在放电组向用电设备供电过程中，将放电组中开路电压低于终止电压的电池从 放电组切换到充电组，以避免任意一块电池过度放电，及在能量转换系统向充电组供电过程中，将充电组中开路电压等于额定电压的电池从充电组切换到放电组，以避免任意一块 电池过度充电。
相较于现有技术，本发明提供的电池充放电控制系统及方法，将电池组的电池分 为放电组和充电组，放电组用于放电，充电组用于充电，并根据电池在充放电过程中开路电 压的变化进行分组切换，避免了电池过度放电或过度充电对电池性能的损害，可以提高电 池的使用寿命。
图1是本发明电池充放电控制系统较佳实施例的应用环境图。
图2是电池的分组示意图。
图3是本发明电池充放电控制系统较佳实施例的功能模块图。
图4是本发明电池充放电控制方法较佳实施例的流程图。
图5是图4中步骤S40的具体流程图。
图6是图4中步骤S50的具体流程图。
主要元件符号说明
电池组I电池充放电控制系统2能量转换控制系统3用电设备4电池10放电组11充电组12感测器13放电级联总线14充电级联总线15参数设置模块21电压监测模块22电池分组模块23警示模块24微处理器25存储器26连接触角101
如下具体实施方式
将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
参阅图1所示，是本发明电池充放电控制系统2较佳实施例的应用环境图。该电 池充放电控制系统2与电池组1、能量转换控制系统3及用电设备4电连接。能量转换控制 系统3包括太阳能、风能等自然能转换装置或电力充电器。用电设备4可以为电动汽车的 发动机或其它需要供电的设备，例如车载空调或其它电子设备。
电池组I包括放电组11及充电组12。放电组11及充电组12分别包括多块电池 10，放电组11的电池10向用电设备4供电，充电组12的电池10由能量转换控制系统3进 行充电。放电组11及充电组12的每块电池10分别连接一个感测器13，用于感测各电池10 在放电或充电过程中的实时电压值，并将感测到的电压值传送到电池充放电控制系统2。
参阅图3所示，是本发明电池充放电控制系统2较佳实施例的功能模块图。该电 池充放电控制系统2包括参数设置模块21、电压监测模块22、电池分组模块23、警示模块 24、微处理器25及存储器26。本实施例所述的模块是一种能够被计算机微处理器25所执 行并且能够完成固定功能的计算机程序段，其存储在存储器26中。
参数设置模块21用于设置放电组11及充电组12所包括的电池10的数量要求， 以及电池组I的所有电池10的终止电压及额定电压。例如，放电组11所包括的电池10的 第一数量NI可以设置为所有电池10数量N的第一比例(例如50%)或者大于第一比例 (例如50%)而小于第二比例(例如90%)，充电组12所包括的电池10的第二数量N2可 以设置为N-N1。终止电压是指电池10放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电 压。额定电压是指电池在常温下的标准工作电压。
电压监测模块22用于在用电设备4启动时，接收各感测器13传送的相应电池10 的开路电压值。开路电压是指电池10不放电时，正、负两级的电位差。
电池分组模块23用于按照开路电压值的高低及上述设置的数量要求将各电池10 加入放电组11或充电组12。例如，电池分组模块23按照开路电压值的从高到低的顺序选 择NI个电池10加入放电组11，并将余下的电池10加入充电组12。参阅图2所示，加入放 电组11的电池10的连接触角101连接到放电极联总线14，加入充电组12的电池10的连 接触角101连接到充电级联总线15。
电压监测模块22还用于实时监测放电组11放电(即放电组11向用电设备4供 电)过程中各电池10的开路电压变化情况，以及监测充电组12充电(即能量转换控制系 统向充电组12充电)过程中各电池10的开路电压变化情况。
电池分组模块23还用于在放电组11放电过程中，将放电组11中开路电压低于终 止电压的电池10从放电组11切换到充电组12(具体介绍参阅图5)，以避免任意一块电池 10过度放电，并在充电组12充电过程中，将充电组12中开路电压等于额定电压的电池10从充电组12切换到放电组11 (具体介绍参阅图6)，以避免任意一块电池10过度充电。
警示模块24用于当放电组11在放电过程中、充电组12中开路电压高于终止电压 的电池10的数量少于预设的第三数量，例如组成电池组I的所有电池10数量N的第三比 例(例如10%)时，发出低电量警告，以及用于当充电组12在充电过程中、所有电池10的 开路电压都等于额定电压时，提示充电完成。
参阅图4所示，是本发明电池充放电控制方法较佳实施例的流程图。该流程图中 步骤S40、S50的顺序可以调换。
步骤S 10，参数设置模块21设置放电组11及充电组12所包括的电池10的数量 要求，以及电池组I的所有电池10的终止电压及额定电压。例如，放电组11所包括的电池 10的第一数量NI可以设置为所有电池10数量N的第一比例(例如50%)或者大于第一 比例(例如50% )而小于第二比例(例如90% )，充电组12所包括的电池10的第二数量 N2可以设置为N-Nl。
步骤S20，当用电设备4启动时，电压监测模块22接收各感测器13传送的相应电 池10的开路电压值。电池分组模块23按照开路电压值的高低及上述设置的数量要求将各 电池10加入放电组11或充电组12。例如，电池分组模块23按照开路电压值的从高到低的 顺序选择NI个电池10加入放电组11，并将余下的电池10加入充电组12。
步骤S30，电压监测模块22实时监测放电组11放电过程中各电池10的开路电压 变化情况，并监测充电组12充电过程中各电池10的开路电压变化情况。
步骤S40，电池分组模块23在放电组11放电过程中，将放电组11中开路电压低于 终止电压的电池10从放电组11切换到充电组12(具体介绍参阅图5)，以避免任意一块电 池10过度放电。
步骤S50，电池分组模块23在充电组12充电过程中，将充电组12中开路电压等于 额定电压的电池10从充电组12切换到放电组11 (具体介绍参阅图6)，以避免任意一块电 池10过度充电。
参阅图5所示，是图4中步骤S40的具体流程图。
步骤S400，放电组11的电池10对用电设备4进行供电。
步骤S402，电压监测模块22接收各感测器13实时监测到的电池组I的各电池10 的开路电压值。
步骤S404，电压监测模块22判断放电组11中是否存在开路电压低于终止电压的 电池10。若放电组11中不存在开路电压低于终止电压的电池10，则流程返回步骤S400。 若放电组11中存在开路电压低于终止电压的电池10，则流程进入步骤S406。
步骤S406，电压监测模块22判断充电组12中开路电压高于终止电压的电池10 的数量是否小于预设的第三数量，例如组成电池组I的所有电池10数量N的第三比例(例 如10% )。若充电组12中开路电压高于终止电压的电池10的数量小于预设的第三数量， 则流程进入步骤S408，警示模块24发出低电量警告，之后流程再进入步骤S410。若充电组 12中开路电压高于终止电压的电池10的数量不小于预设的第三数量，则流程直接进入步 骤 S410。
步骤S410，电池分组模块23将放电组11中开路电压低于终止电压的电池10与充 电组12中开路电压最高的电池10进行分组切换，以避免该电池10过度放电。切换过程可以通过电池分组模块23发送控制指令触发相应的控制电路(图中未示出)将该开路电压 低于终止电压的电池10的连接触角101从放电级联总线14上移开后连接至充电级联总线 15，并将充电组12中开路电压最高的电池10的连接触角101从充电级联总线15上移开后 连接至放电级联总线14。
步骤S412，电压监测模块22判断是否电池组I中所有电池10的开路电压都不高 于终止电压。若还有电池10的开路电压高于终止电压，则流程返回步骤S400。若所有电池 10的开路电压都不高于终止电压，则电池组I停止向用电设备4供电，流程结束。
图4中步骤S408发出的低电量警告可以保证用电设备4在被停止供电前正常运 行一段时间。在电池组I放电的过程中采取逐一切换电量低的电池10，而不是将多块电池 10同时切换可以避免电池组I的供电总量突然降低导致用电设备的不稳定。
参阅图6所示，是图4中步骤S50的具体流程图。
步骤S500，能量转换控制系统3对充电组12的电池10进行充电。
步骤S502，电压监测模块22接收各感测器13实时监测到的电池组I的各电池10 的开路电压值。
步骤S504，电压监测模块22判断充电组12是否有电池10的开路电压等于额定电 压。若充电组12所有电池10的开路电压都低于额定电压，则表明充电组12不存在充电完 成的电池10，流程返回步骤S500 ;若充电组某块电池10的开路电压等于额定电压，则表明 该电池10充电完成，流程进入步骤S506。
步骤S506，电池分组模块23将充电组12中开路电压等于额定电压的电池10与放 电组11中开路电压最低的电池10进行分组切换，以避免该开路电压等于额定电压的电池 10过度充电。切换过程可以通过电池分组模块23发送控制指令触发相应的控制电路(图 中未示出)将该开路电压等于额定电压的电池10的连接触角101从充电级联总线15上移 开后连接至放电级联总线14，并将放电组11中开路电压最低的电池10从放电级联总线14 上移开后连接至充电级联总线15。
步骤S508，电压监测模块22判断电池组I中是否还有电池10的开路电压低于额 定电压。若电池组I中还有电池10的开路电压低于额定电压，则流程返回步骤S500 ;若电 池组I中所有电池10的开路电压都等于额定电压，则流程进入步骤S510。
步骤S510，警示模块24提示充电完成。
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限制，尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的 技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种电池充放电控制系统，该系统与包括多块电池的电池组、能量转换控制系统及用电设备电连接，其特征在于，该系统包括参数设置模块，用于设置电池组的放电组及充电组所包括的电池的数量要求，以及电池组的所有电池的终止电压及额定电压；电压监测模块，用于在用电设备启动时，接收与每块电池相连接的感测器传送的相应电池的开路电压值；电池分组模块，用于按照开路电压值的高低及上述设置的数量要求将各电池加入放电组或充电组；电压监测模块，还用于在放电组向用电设备供电及/或能量转换系统向充电组充电的过程中，实时监测各电池的开路电压变化情况 '及电池分组模块，还用于在放电组向用电设备供电过程中，将放电组中开路电压低于终止电压的电池从放电组切换到充电组，并在能量转换系统向充电组充电的过程中，将充电组中开路电压等于额定电压的电池从充电组切换到放电组。
2.如权利要求1所述的电池充放电控制系统，其特征在于，所述放电组所包括的电池的第一数量NI设置为总电池数量N的第一比例或者大于第一比例且小于第二比例，充电组所包括的电池的第二数量N2设置为总电池数量N减去第一数量NI。
3.如权利要求1所述的电池充放电控制系统，其特征在于，该系统还包括警示模块，用于在放电组向用电设备供电过程中、充电组中开路电压高于终止电压的电池的数量少于预设的第三数量时，发出低电量警告，以及用于能量转换系统向充电组供电过程中、所有电池的开路电压都等于额定电压时，提示充电完成。
4.如权利要求1所述的电池充放电控制系统，其特征在于，所述终止电压是指电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压，额定电压是指电池在常温下的标准工作电压，开路电压是指电池不放电时，正、负两级的电位差。
5.一种电池充放电控制方法，用于控制包括多块电池的电池组向用电设备供电或接受能量转换控制系统向该电池组充电的过程，其特征在于，该方法包括参数设置步骤设置电池组的放电组及充电组所包括的电池的数量要求，以及电池组的所有电池的终止电压及额定电压；电压监测步骤在用电设备启动时，接收与每块电池相连接的感测器传送的相应电池的开路电压值；电池分组初始化步骤按照开路电压值的高低及上述设置的数量要求将各电池加入放电组或充电组；电压监测步骤在放电组向用电设备供电及/或能量转换系统向充电组充电的过程中，实时监测各电池的开路电压变化情况 '及电池分组切换步骤(a)在放电组向用电设备供电的过程中，将放电组中开路电压低于终止电压的电池从放电组切换到充电组，及(b)在能量转换系统向充电组充电的过程中，将充电组中开路电压等于额定电压的电池从充电组切换到放电组。
6.如权利要求5所述的电池充放电控制方法，其特征在于，所述参数设置步骤包括设置放电组所包括的电池的第一数量NI为总电池数量N的第一比例或者大于第一比例且小于第二比例；及设置充电组所包括的电池的第二数量N2为总电池数量N减去第一数量NI。
7.如权利要求5所述的电池充放电控制方法，其特征在于，所述电池分组切换步骤中的步骤(a)包括(al)接收各感测器实时监测到的各电池的开路电压值；(a2)判断放电组中是否存在开路电压低于终止电压的电池，若放电组中不存在开路电压低于终止电压的电池，则返回步骤(al)，若放电组中存在开路电压低于终止电压的电池， 则执行步骤(a3)；(a3)判断充电组中开路电压高于终止电压的电池的数量是否小于预设的第三数量，若充电组中开路电压高于终止电压的电池的数量小于预设的第三数量，则发出低电量警告， 之后执行步骤(a4)，若充电组中开路电压高于终止电压的电池的数量大于或等于预设的第三数量，则直接执行步骤(a4)；(a4)将放电组中开路电压低于终止电压的电池与充电组中开路电压最高的电池进行分组切换 '及(a5)判断是否电池组中所有电池的开路电压都不高于终止电压，若还有电池的开路电压高于终止电压，则继续向用电设备供电，若所有电池的开路电压都不高于终止电压，则停止向用电设备供电。
8.如权利要求7所述的电池充放电控制方法，其特征在于，所述步骤(a4)包括发送控制指令触发相应的控制电路将该开路电压低于终止电压的电池的连接触角从放电级联总线上移开后连接至充电级联总线，并将充电组中开路电压最高的电池的连接触角从充电级联总线上移开后连接至放电级联总线。
9.如权利要求5所述的电池充放电控制方法，其特征在于，所述电池分组切换步骤中的步骤(b)包括(bl)接收各感测器实时监测到各电池的开路电压值；(b2)判断充电组是否有电池的开路电压等于额定电压，若充电组所有电池的开路电压都低于额定电压，则继续接受能量转换系统的供电，若充电组某块电池的开路电压等于额定电压，则执行步骤(b3)；(b3)将充电组中开路电压等于额定电压的电池与放电组中开路电压最低的电池进行分组切换 '及(b4)判断是否还有电池的开路电压低于额定电压，若还有电池的开路电压低于额定电压，则继续接受能量转换系统的充电，若所有电池的开路电压都等于额定电压，则提示充电完成。
10.如权利要求9所述的电池充放电控制方法，其特征在于，所述步骤(b3)包括发送控制指令触发相应的控制电路将该开路电压等于额定电压的电池的连接触角从充电级联总线上移开后连接至放电级联总线，并将放电组中开路电压最低的电池的连接触角从放电级联总线上移开后连接至充电级联总线。
全文摘要
一种电池充放电控制系统，该系统与电池组、能量转换控制系统及用电设备电连接。电池组包括放电组及充电组。放电组及充电组分别包括多块电池，放电组向用电设备供电，充电组由能量转换控制系统进行充电。放电组及充电组的每块电池分别连接一个感测器，用于感测各电池在放电或充电过程中的实时电压值，并将感测到的电压值传送到电池充放电控制系统。电池充放电控制系统根据各电池开路电压的变化将该电池从放电阻切换到充电组，或者从充电组切换到放电组。本发明还提供一种电池充放电控制方法。
文档编号H02J7/00GK103023082SQ201110296810
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者唐俊 申请人:深圳富泰宏精密工业有限公司, 奇美通讯股份有限公司