电池充放电方法及电路与流程

本发明涉及电子技术领域，特别是指一种电池充放电方法及电路。

背景技术：

在铁锂电池作为备用电源供电的系统中，根据铁锂电池特性，需要对电池充电和放电进行比传统铅酸电池更为精细化的控制，尤其铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流给电池充放电带来不可控的安全问题，是铁锂电池充放电管理的关键点和难点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种铁锂电池充放电方法及电路，能够有效解决铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流导致充放电不可控的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种电池充放电电路，包括电源、负载和至少一个电池组，所述电源的第一极与所述负载的第一极连接于第一节点，所述电源的第二极与所述负载的第二极连接于第二节点，所述充放电电路还包括与所述电池组一一对应的回路电路，所述电池组的第一极与所述第一节点连接，所述回路电路位于所述电池组的第二极与所述第二节点之间，所述回路组件包括：第一开关、第二开关、二极管，

其中，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的第二极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的第一极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的第二极连接于第三节点。

进一步地，所述回路组件还包括：

电压检测模块、电压电流检测模块和测控模块，

其中，所述电压检测模块与所述电池组的第二极连接，用于检测所述电池组的电压；

所述电压电流检测模块位于所述第三节点与所述第二节点之间，用于检测所述第二节点的电压、以及所述电池组的充放电电流；

所述测控模块，用于根据所述电压检测模块和所述电压电流检测模块的检测结果控制所述第一开关和所述第二开关的闭合或关断。

进一步地，所述充放电电路包括一个电池组和一个回路组件，

所述电源的正极、所述电池组的正极与所述负载的正极连接于第一节点，所述电源的负极与所述负载的负极连接于第二节点，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的负极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阴极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阳极连接于第三节点，所述电压检测模块与所述电池组的负极连接。

进一步地，所述充放电电路包括多个电池组和与电池组一一对应的多个回路组件，

所述电源的正极、所述电池组的正极与所述负载的正极连接于第一节点，所述电源的负极与所述负载的负极连接于第二节点，每一回路组件中，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与对应电池组的负极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阴极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阳极连接于第三节点，所述电压检测模块与对应电池组的负极连接。

进一步地，所述充放电电路包括一个电池组和一个回路组件，

所述电源的负极、所述电池组的负极与所述负载的负极连接于第一节点，所述电源的正极与所述负载的正极连接于第二节点，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的正极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阳极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阴极连接于第三节点，所述电压检测模块与所述电池组的正极连接。

进一步地，所述充放电电路包括多个电池组和与电池组一一对应的多个回路组件，

所述电源的负极、所述电池组的负极与所述负载的负极连接于第一节点，所述电源的正极与所述负载的正极连接于第二节点，每一回路组件中，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与对应电池组的正极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阳极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阴极连接于第三节点，所述电压检测模块与对应电池组的正极连接。

进一步地，所述测控模块具体用于在进行充电且所述第一开关关断时，若所述电池组的电压与所述第二节点的电压之间的差值达到第一预设值时，控制所述第一开关闭合；

在充电结束后，控制所述第一开关关断，所述第二开关闭合；

在所述第二开关闭合，进行放电时，若所述电池组的放电电流小于第二预设值，维持所述第二开关的闭合；若所述电池组的放电电流大于第三预设值，控制所述第一开关闭合；若所述电池组的放电电流大于第四预设值，控制所述第一开关和所述第二开关关断。

进一步地，所述第一开关为接触器、继电器、金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet、三极管、或绝缘栅双极型晶体管igbt；

所述第二开关为接触器、继电器、mosfet管、三极管、或igbt。

进一步地，所述电池组为铁锂电池组。

本发明实施例还提供了一种电池充放电方法，应用于如上所述的电池充放电电路，所述方法包括：

通过所述电压检测模块检测所述电池组的电压；

通过所述电压电流检测模块检测所述第二节点的电压、以及所述电池组的充放电电流；

根据所述电压检测模块和所述电压电流检测模块的检测结果，通过所述测控模块控制所述第一开关和所述第二开关的闭合或关断。

进一步地，所述方法具体包括：

在进行充电且所述第一开关关断时，通过所述测控模块判断所述电池组的电压与所述第二节点的电压之间的差值是否达到第一预设值，在所述差值达到第一预设值时，控制所述第一开关闭合；

在充电结束后，通过所述测控模块控制所述第一开关关断，所述第二开关闭合；

在所述第二开关闭合，进行放电时，判断所述电池组的放电电流是否小于第二预设值，在所述电池组的放电电流小于第二预设值时，通过所述测控模块维持所述第二开关的闭合；判断所述电池组的放电电流是否大于第三预设值，在所述电池组的放电电流大于第三预设值时，通过所述测控模块控制所述第一开关闭合；判断所述电池组的放电电流是否大于第四预设值，在所述电池组的放电电流大于第四预设值时，控制所述第一开关和所述第二开关关断。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，利用二极管的单向导电性与开关串联组合成回路电路，再与开关并联，并根据回路电压和电流实时检测数据，组合成电池充放电电路，能够有效解决铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流导致充放电不可控带来的安全问题。

附图说明

图1为本发明实施例一的电池充放电电路结构示意图；

图2为本发明实施例二的电池充放电电路结构示意图；

图3为本发明实施例三的电池充放电电路结构示意图；

图4为本发明实施例四的电池充放电电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例提供一种铁锂电池充放电方法及电路，能够有效解决铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流导致充放电不可控的问题。

本发明实施例提供一种电池充放电电路，包括电源、负载和至少一个电池组，所述电源的第一极与所述负载的第一极连接于第一节点，所述电源的第二极与所述负载的第二极连接于第二节点，所述充放电电路还包括与所述电池组 一一对应的回路电路，所述电池组的第一极与所述第一节点连接，所述回路电路位于所述电池组的第二极与所述第二节点之间，所述回路组件包括：第一开关、第二开关、二极管，

其中，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的第二极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的第一极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的第二极连接于第三节点。

进一步地，所述回路组件还包括：

电压检测模块、电压电流检测模块和测控模块，

所述电压检测模块与所述电池组的第二极连接，用于检测所述电池组的电压；

所述电压电流检测模块位于所述第三节点与所述第二节点之间，用于检测所述第二节点的电压、以及所述电池组的充放电电流；

所述测控模块，用于根据所述电压检测模块和所述电压电流检测模块的检测结果控制所述第一开关和所述第二开关的闭合或关断。

本实施例利用二极管的单向导电性与开关串联组合成回路电路，再与开关并联，并根据回路电压和电流实时检测数据，组合成电池充放电电路，能够有效解决铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流导致充放电不可控带来的安全问题。

进一步地，所述充放电电路包括一个电池组和一个回路组件，

所述电源的正极、所述电池组的正极与所述负载的正极连接于第一节点，所述电源的负极与所述负载的负极连接于第二节点，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的负极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阴极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阳极连接于第三节点，所述电压检测模块与所述电池组的负极连接。

进一步地，所述充放电电路包括多个电池组和与电池组一一对应的多个回路组件，

所述电源的正极、所述电池组的正极与所述负载的正极连接于第一节点，所述电源的负极与所述负载的负极连接于第二节点，每一回路组件中，所述第 一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与对应电池组的负极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阴极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阳极连接于第三节点，所述电压检测模块与对应电池组的负极连接。

进一步地，所述充放电电路包括一个电池组和一个回路组件，

所述电源的负极、所述电池组的负极与所述负载的负极连接于第一节点，所述电源的正极与所述负载的正极连接于第二节点，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与所述电池组的正极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阳极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阴极连接于第三节点，所述电压检测模块与所述电池组的正极连接。

进一步地，所述充放电电路包括多个电池组和与电池组一一对应的多个回路组件，

所述电源的负极、所述电池组的负极与所述负载的负极连接于第一节点，所述电源的正极与所述负载的正极连接于第二节点，每一回路组件中，所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端均与对应电池组的正极连接，所述第二开关的第二端与所述二极管的阳极连接，所述第一开关的第二端、所述二极管的阴极连接于第三节点，所述电压检测模块与对应电池组的正极连接。

进一步地，所述测控模块具体用于在进行充电且所述第一开关关断时，若所述电池组的电压与所述第二节点的电压之间的差值达到第一预设值时，控制所述第一开关闭合；

在充电结束后，控制所述第一开关关断，所述第二开关闭合；

在所述第二开关闭合，进行放电时，若所述电池组的放电电流小于第二预设值，维持所述第二开关的闭合；若所述电池组的放电电流大于第三预设值，控制所述第一开关闭合；若所述电池组的放电电流大于第四预设值，控制所述第一开关和所述第二开关关断。

进一步地，所述第一开关为接触器、继电器、金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet、三极管、或绝缘栅双极型晶体管igbt；

所述第二开关为接触器、继电器、mosfet管、三极管、或igbt。

进一步地，所述电池组为铁锂电池组。

本发明实施例还提供了一种电池充放电方法，应用于如上所述的电池充放电电路，所述方法包括：

通过所述电压检测模块检测所述电池组的电压；

通过所述电压电流检测模块检测所述第二节点的电压、以及所述电池组的充放电电流；

根据所述电压检测模块和所述电压电流检测模块的检测结果，通过所述测控模块控制所述第一开关和所述第二开关的闭合或关断。

进一步地，所述方法具体包括：

在进行充电且所述第一开关关断时，通过所述测控模块判断所述电池组的电压与所述第二节点的电压之间的差值是否达到第一预设值，在所述差值达到第一预设值时，控制所述第一开关闭合；

在充电结束后，通过所述测控模块控制所述第一开关关断，所述第二开关闭合；

在所述第二开关闭合，进行放电时，判断所述电池组的放电电流是否小于第二预设值，在所述电池组的放电电流小于第二预设值时，通过所述测控模块维持所述第二开关的闭合；判断所述电池组的放电电流是否大于第三预设值，在所述电池组的放电电流大于第三预设值时，通过所述测控模块控制所述第一开关闭合；判断所述电池组的放电电流是否大于第四预设值，在所述电池组的放电电流大于第四预设值时，控制所述第一开关和所述第二开关关断。

本实施例中，利用二极管的单向导电性与开关串联组合成回路电路，再与开关并联，并根据回路电压和电流实时检测数据，组合成电池充放电电路，能够有效解决铁锂电池不能长期浮充和电池接通期间瞬态大电流导致充放电不可控带来的安全问题。

下面结合具体的实施例对本发明的电池充放电电路进行介绍：

实施例一

本实施例提供一种铁锂电池充放电电路，利用二极管的单向导电性与开关串联组合成辅助放电回路，再与主回路开关并联，并根据回路电压和电流的实时检测数据，来对铁锂电池充电和放电进行控制。如图1所示，本实施例的铁 锂电池充放电电路包含两个开关和一个二极管：与电池组负极连接的主开关s1，s1的另一端与电源和负载的公共负极(一般称之为负排)相连，电池充放电主回路经过开关s1；开关s2和二极管vd1串联构成辅助放电回路，辅助放电回路与开关s1并联，开关s2与电池组负极相连，s2另一端与二极管vd1阴极相连；vd1的阳极与公共负排相连，同时该连接点与s1的另一端也是相连的；s1和s2是可以受控制的开关元器件，其控制端连接控制信号。

逻辑上，二极管vd1和开关s2串联，构成单方向放电回路，用作放电辅助回路，二者位置顺序可以互换，功能仍是一样；二极管vd1和开关s2串联后，再与s1并联，s1构成充电和放电的主回路；vd1的阳极方向公共连接端(如图1中的vd1和s1的公共连接端)与公共负排相连，vd1的阴极方向公共端(如图1中的s1和s2的公共连接端)与电池组负极相连；充放电回路开关s1和放电回路开关s2，其开关状态受控制而定。

在s1关断的状态下，当需要进入充电阶段，判断电池组电压和负排电压压差满足一定值，即可接通开关s1进行充电，形成低压差接入，从而解决了开关s1接通瞬间大电流充电的问题；若充电电流还是过大，为了保护设备和线路，可以关断s1。

当充电结束，接通开关s2，关断开关s1，此状态可以允许放电，但不能充电；从而解决了长期浮充的问题。

当进入放电阶段，若放电电流小于约定值iz，就维持放电回路开关s2接通；若放电电流大于约定值iz，则接通开关s1主回路放电；若放电电流过大，为了保护设备和线路，可关断s1和s2；通过开关s2过渡，保留有一定压差的存在，从而解决了主回路s1接通瞬间大电流放电的问题。

其中，开关s1和s2，可以是任何一种受控的开关特性元器件，包括但不限于接触器、继电器、mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、三极管、igbt(绝缘栅双极型晶体管)等。

实施例二

如图2所示，本实施例中，铁锂电池组作为备用供电电源，铁锂电池组回路(虚线框内)与y1主电源回路并联，正极作为负排公共端，对等效负载 rl供电。其中铁锂电池组回路，电池组u1正极一端与电源y1正极连接，电池组u1另一端负极与主开关s1一端连接，同时该连接点与辅助开关s2一端连接，同时该连接点还和电压检测模块d1连接；s2另一端与二极管vd1阴极连接；s1的另一端与vd1的阳极连接，同时该连接点与电压电流检测模块d2一端连接；电压电流检测模块d2另一端与电源另一端负排负极连接；电压检测模块d1的输出端与测控模块u2连接，同时电压电流检测模块d2的输出端与测控模块u2连接，测控模块u2的控制输出分别与开关s1和开关s2的控制端连接。

如图2中所示关系，由于s1和s2的存在，电池组负极电压和负排负极电压在开关关断期间不相同，所以必须分别检测。电压检测模块d1检测电池组负极的电压，即电池组的电压；电压电流检测模块d2检测的是电池组回路的电流和负排负极的电压；测控模块u2根据得到的电流、电压值，运算得出控制策略，分别控制充放电开关s1和s2。

逻辑上，二极管vd1和开关s2串联，构成单方向放电回路，用作放电辅助回路，二者位置顺序可以互换；二极管vd1和开关s2串联后，再与s1并联，s1构成充电和放电的主回路；电源正极与电池组正极连接，正极作为公共端；d1检测电池组负极电压，即电池组电压；d2检测电源负排电压，即负排电压；d2还检测电池组回路充电电流和放电电流；d2可以是电流检测和电压检测两个功能模块，也可以是一个模块完成两个功能；u2测控模块运算处理电压、电流的检测数据，并控制充电回路开关s1和放电回路开关s2。

在s1关断的状态下，当需要进入充电阶段，判断电池组电压和负排电压压差满足一定值，即可接通开关s1充电，从而解决了开关s1接通瞬间大电流充电的问题；若充电电流还是过大，为了保护设备和线路，可以关断s1；当充电结束，接通开关s2，关断开关s1，此状态可以允许放电，但不能充电；从而解决了长期浮充的问题；当进入放电阶段，若放电电流小于约定值iz，就维持放电回路开关s2接通；若放电电流大于约定值iz，则接通开关s1主回路放电；若放电电流过大，为了保护设备和线路，可关断s1和s2；通过开关s2过渡，保留有一定压差的存在，从而解决了主回路s1接通瞬间大电流放电 的问题。

其中，电源y1用于充电和供电，负载rl为实际供电对象的等效负载。所述开关s1和s2，可以是任何一种受控的开关特性器件，包括但不限于接触器、继电器、mosfet管、三极管、igbt等。

本实施例利用二极管的单向导电性与开关串联组合成辅助放电回路，再与主回路开关并联，控制断开主回路并接通辅助回路即可以单向放电而不能充电，有效解决了铁锂电池不能长期浮充的问题；另外根据充放电回路电压和电流实时检测数据，判断电池电压和负排电压压差满足一定值，才接通主回路充电开关，从而解决了开关接通瞬间大电流充电的问题；本实施例的回路主要器件为两个开关和一个二极管，方案简单，可靠性高，成本低。

实施例三

进一步地，如图3所示，在实施例二的基础上，还可以设置多个并联的铁锂电池组回路，形成多组铁锂电池组备电工作，工作原理同实施例二，不再赘述。由于二极管单向放电辅助回路的存在，多个电池组放电接通过程可以先接通辅助回路，电压低的电池组不能被充电，等两组电池电压接近后再接通主回路，从而避免接通过程中一个电池组给另一个电池组充电的问题。

实施例四

进一步地，在实施例二的基础上，还可以将电源负极作为公共端，如图4所示，铁锂电池组作为备用供电电源，铁锂电池组回路(虚线框内)与y1主电源回路并联，负极作为负排公共端，对等效负载rl供电。其中铁锂电池组回路，电池组u1负极一端与电源y1负极连接，电池组u1另一端正极与主开关s1一端连接，同时该连接点与辅助开关s2一端连接，同时该连接点还和电压检测模块d1连接；s2另一端与二极管vd1阳极连接；s1的另一端与vd1的阴极连接，同时该连接点与电压电流检测模块d2一端连接；电压电流检测模块d2另一端与电源另一端负排正极连接；电压检测模块d1的输出端与测控模块u2连接，同时电压电流检测模块d2的输出端与测控模块u2连接，测控模块u2的控制输出分别与开关s1和开关s2的控制端连接。

本实施例的工作原理同实施例二，不再赘述。

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同物理上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，可执行代码模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(vlsi)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，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，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。