一种电池包控制系统及充电设备的制作方法

本发明属于电池管理的技术领域，尤其是涉及一种电池包控制系统及充电设备。

背景技术：

随着电动汽车的普及，动力电池的有效回收利用也成为当今电动汽车发展所要面对的问题。目前针对电池包的二次利用，主要是通过对所述动力电池包进行拆解，再重新组装后进行利用，但是这种方案成本较高，同时具有放电功率不足的问题。此外，由于各电池厂家、电芯规格不同，会使动力电池包重组时存在差异，给电池包的二次梯次利用带来很大不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池包控制系统及充电设备，从而解决现有技术中电池包拆解成本高，且二次利用时放电功率不足的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电池包控制系统，包括：

与电池包一一对应连接的多个双向dc/dc变换单元；

通过开关矩阵单元与所述双向dc/dc变换单元连接的多个双向ac/dc变换单元；

通过can总线分别与所述电池包、所述双向dc/dc变换单元和所述开关矩阵单元连接的控制单元；

其中，所述控制单元用于根据电池包信息，控制所述开关矩阵单元闭合和所述双向dc/dc变换单元上电，为所述电池包充/放电，并调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率和输出电压；所述控制单元还用于根据所述电池包信息，控制所述开关矩阵单元断开和所述双向dc/dc变换单元下电，使所述电池包停止充/放电。

其中，所述双向ac/dc变换单元包括：

第一双向ac/dc变换单元，与交流电源连接，用于将所述交流电源的交流电压转换为直流电压，输出至所述双向dc/dc变换单元；

第二双向ac/dc变换单元，与负载连接，用于将所述双向dc/dc变换单元输出的直流电压转换为交流电压，输出至所述负载。

其中，所述开关矩阵单元包括：与所述双向dc/dc变换单元一一对应连接的第一充电端，与所述双向dc/dc变换单元一一对应连接的第一放电端，与所述第一双向ac/dc变换单元连接的第二充电端，以及与所述第二双向ac/dc变换单元连接的第二放电端；

其中，所述第二充电端与每一所述第一充电端之间设置有充电支路，所述充电支路用于将所述第一双向ac/dc变换单元和与所述充电支路连接的双向dc/dc变换单元连通或断开；

所述第二放电端与每一所述第一放电端之间设置有放电支路，所述放电支路用于将所述第二双向ac/dc变换单元和与所述放电支路连接的双向dc/dc变换单元连通或断开。

其中，所述充电支路包括：连接于所述第一充电端的正极和所述第二充电端的正极之间的充电开关，连接于所述第一充电端的负极和所述第二充电端的负极之间的充电保险丝。

其中，所述放电支路包括：连接于所述第一放电端的正极和所述第二放电端的正极之间的放电开关，连接于所述第一放电端的负极和所述第二放电端的负极之间的放电保险丝。

其中，所述充电开关和所述放电开关均为继电器。

其中，所述电池包信息包括：电池包的单体电压值，电池包的温度，以及，电池包的剩余电量。

其中，所述控制单元用于在检测到电池包的当前剩余电量小于第一预设剩余电量时，控制与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元上电，并控制与所述双向dc/dc变化单元连接的充电开关闭合，为所述电池包充电。

其中，所述控制单元还用于，在所述电池包充电的过程中，检测所述电池包的电芯电压；

其中，当所述电芯电压小于第一预设电压值时，调整与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元输出至所述电池包的电压，使输入至所述电池包的各电芯的电压为第二预设电压值，并调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率，使输入至各所述电芯的电流为第一预设电流值；

当所述电芯的电压值大于或等于所述第一预设电压值时，调整所述双向dc/dc变换单元输出至所述电池包的电压，使输入至各所述电芯的电压为第三预设电压值，并调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率，使输入至各所述电芯的电流为第二预设电流值。

其中，所述控制单元还用于，在所述电池包充电的过程中，当检测到所述电池包的当前剩余电量为第二预设剩余电量时，控制与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元下电，并控制与所述双向dc/dc变换单元连接的充电开关断开，停止为所述电池包充电。

其中，所述控制单元用于，在检测到电池包的当前剩余电量为第三预设剩余电量时，控制与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元上电，并控制与所述双向dc/dc变换单元连接的放电开关闭合，为所述电池包放电。

其中，所述控制单元还用于，在所述电池包放电的过程中，检测所述电池包的当前剩余电量；

其中，当所述当前剩余电量小于第四预设剩余电量时，调整与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元的输出功率为第一功率值；

当所述当前剩余电量大于或等于所述第四预设剩余电量时，调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率为第二功率值；

当所述当前剩余电量小于第五预设剩余电量时，控制所述双向dc/dc变换单元下电，并控制与所述双向dc/dc变换单元连接的放电开关断开，使所述电池包停止放电。

其中，所述控制单元还用于，在电池包充/放电过程中，当检测到所述电池包的温度大于第一预设温度或小于第二预设温度，或者当前检测到的所述电池包的电芯电压与前次检测到的电压的差值大于第一预设差值时，控制与所述电池包连接的双向dc/dc变换单元下电，并控制与所述双向dc/dc变换单元连接的充电/放电开关断开。

本发明实施例还提供一种充电设备，其中，所述充电设备包括如上所述的电池包控制系统。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明实施例通过将多个电池包与多个双向dc/dc变换单元一一对应连接，实现了边充电边放电的功能；通过在所述双向dc/dc变换单元和所述双向ac/dc变换单元之间设置开关矩阵，实现了对每一个所述电池包单独进行充/放电；在所述电池包充/放电过程中，在放电过程中，通过对所述开关矩阵的多个放电开关闭合，实现多个电池包同时放电，从而增大放电输出功率；当发生异常时，可以通过对所述开关矩阵的开关断开，以及使所述双向dc/dc变换单元下电，停止对所述电池包充/放电。

附图说明

图1是本发明实施例的电池包控制系统的示意图；

图2是本发明实施例的电池包控制系统的又一示意图。

附图标记说明：

1a-第一双向ac/dc变换单元，1b-第二双向ac/dc变换单元，2-开关矩阵，s1-放电开关，s2-放电开关，s3-放电开关，s11-充电开关，s21-充电开关，s31-充电开关，f1-放电保险丝，f2-放电保险丝，f3-放电保险丝，f11-充电保险丝，f21-充电保险丝，f31-充电保险丝，3a-双向dc/dc变换单元，3b-双向dc/dc变换单元，3c-双向dc/dc变换单元，4a-电池包，4b-电池包，4c-电池包，5-控制单元，6-can总线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、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。

如图1所示，本发明的一实施例提供了一种电池包控制系统，包括：

与电池包一一对应连接的多个双向dc/dc变换单元；

通过开关矩阵单元2与所述双向dc/dc变换单元连接的多个双向ac/dc变换单元；

通过can总线6分别与所述电池包、所述双向dc/dc变换单元和所述开关矩阵单元2连接的控制单元；

其中，所述控制单元5用于根据电池包信息，控制所述开关矩阵单元2闭合和所述双向dc/dc变换单元上电，为所述电池包充/放电，并调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率和输出电压；所述控制单元5还用于根据所述电池包信息，控制所述开关矩阵单元2断开和所述双向dc/dc变换单元下电，使所述电池包停止充/放电。

具体的，所述电池包控制系统包括多个所述电池包和多个所述双向dc/dc变换单元，每一所述电池包与一个所述双向dc/dc变换单元连接，如图1所示，所述电池包4a与双向dc/dc变换单元3a连接，所述双向dc/dc变换单元3a用于为所述电池包4a充电或放电；所述电池包4b与双向dc/dc变换单元3b连接，所述双向dc/dc变换单元3b用于为所述电池包4b充电或放电；所述电池包4c与双向dc/dc变换单元3c连接,所述双向dc/dc变换单元3c用于为所述电池包4c充电或放电。

需要说明的是，图1中包括三个所述电池包，但在具体应用中，并不限于三个所述电池包，可以为任意个所述电池包，但是需要每一所述电池包均与一个所述双向dc/dc变换单元连接。其中，所述电池包越多，所述电池包控制系统在放电时，输出的功率越大。

如图2所示，所述双向ac/dc变换单元包括：

第一双向ac/dc变换单元1a，所述第一双向ac/dc变换单元1a与交流电源连接，用于将所述交流电源的交流电压转换为直流电压，通过所述开关矩阵单元2输出至所述双向dc/dc变换单元；

第二双向ac/dc变换单元1b，所述第二双向ac/dc变换单元1b与负载连接，用于将所述双向dc/dc变换单元输出的直流电压转换为交流电压，输出至所述负载。

所述开关矩阵单元包括：与所述双向dc/dc变换单元一一对应连接的第一充电端，与所述双向dc/dc变换单元一一对应连接的第一放电端，与所述第一双向ac/dc变换单元连接的第二充电端，以及与所述第二双向ac/dc变换单元连接的第二放电端。

具体的，每一所述双向dc/dc变换单元均与一个第一充电端和一个第一放电端连接。其中，所述第一充电端用于为所述双向dc/dc变换单元输入第一直流电压，所述第一直流电压经过所述双向dc/dc变换单元进行电压转换后，为与所述双向dc/dc变换单元连接的电池包充电，此时，所述双向dc/dc变换单元用于将直流高压电转换为直流低压电；所述第一放电端用于将所述双向dc/dc变换单元输出的第二直流电压输出至所述第二双向ac/dc变换单元，为所述负载提供电压，此时，所述双向dc/dc变换单元用于将所述电池包输出的直流低压电转换为直流高压电。

其中，所述第二充电端与每一所述第一充电端之间设置有充电支路，所述充电支路用于将所述第一双向ac/dc变换单元和与所述充电支路连接的双向dc/dc变换单元连通或断开。所述充电支路包括：连接于所述第一充电端的正极和所述第二充电端的正极之间的充电开关，连接于所述第一充电端的负极和所述第二充电端的负极之间的充电保险丝。

所述第二放电端与每一所述第一放电端之间设置有放电支路，所述放电支路用于将所述第二双向ac/dc变换单元和与所述放电支路连接的双向dc/dc变换单元连通或断开。所述放电支路包括：连接于所述第一放电端的正极和所述第二放电端的正极之间的放电开关，连接于所述第一放电端的负极和所述第二放电端的负极之间的放电保险丝。

具体的，如图2所示，所述双向dc/dc变换单元3a通过所述第一充电端的正极与充电开关s11连接，通过所述第一充电端的负极与充电保险丝f11连接；所述充电开关s11的另一端通过所述第二充电端的正极与所述第一双向ac/dc变换单元连接，所述充电保险丝f11的另一端通过所述第二充电端的负极与所述第一双向ac/dc变换单元连接。所述双向dc/dc变换单元3a通过所述第一放电端的正极与放电开关s1连接，通过所述第一放电端的负极与放电保险丝f1连接；所述放电开关s1的另一端通过所述第二放电端的正极与所述第二双向ac/dc变换单元连接，所述放电保险丝f11的另一端通过所述第二放单端的负极与所述第二双向ac/dc变换单元连接。

同样的，所述双向dc/dc变换单元3b分别通过充电开关s21和充电保险丝f21与所述第一双向ac/dc变换单元连接；分别通过放电开关s2和放电保险丝f2与所述第二双向ac/dc变换单元连接。所述双向dc/dc变换单元3c分别通过充电开关s31和充电保险丝f31与所述第一双向ac/dc变换单元连接；分别通过放电开关s3和放电保险丝f3与所述第二双向ac/dc变换单元连接。

其中，所述充电开关和所述放电开关均为通过电压控制闭合或断开的继电器，或者是其他可控的开关，所述开关根据接收到的信号进行闭合或断开。

所述电池包控制系统的工作原理为：

所述控制单元5通过所述can总线6与各电池包的电池管理系统通信，实时采集各电池包的电池包信息，其中，所述电池包信息包括：电池包的单体电压值，电池包的温度，以及，电池包的剩余电量；所述控制单元5根据采集到的所述电池包信息，分别对各所述电池包进行判断，确定各所述电池包的充电或放电。

一方面，当所述控制单元5采集到所述电池包4a的当前剩余电量小于第一预设剩余电量时，所述控制单元5通过所述can总线6与所述双向dc/dc变换单元3a通信，从而控制所述双向dc/dc变换单元3a上电，并控制与所述双向dc/dc变换单元3a连接的充电开关s31闭合，从而使所述交流电源，所述第一双向ac/dc变换单元1a，所述双向dc/dc变换单元3a以及所述电池包4a构成闭合回路，为所述电池包4a充电。

在为所述电池包4a充电的过程中，所述控制单元5实时采集所述电池包4a的电池包信息，当检测到所述电池包4a的电芯电压小于第一预设电压值时，调整所述双向dc/dc变换单元3a输出至所述电池包4a的电压，使输入至所述电池包4a的各电芯的电压为第二预设电压值，并调整所述双向dc/dc变换单元3a的输出功率，使输入至各所述电芯的电流为第一预设电流值。

在为所述电池包4a充电的过程中，当所述电芯电压大于或等于所述第一预设电压值时，调整所述双向dc/dc变换单元3a输出至所述电池包4a的电压，使输入至各所述电芯的电压为第三预设电压值，并调整所述双向dc/dc变换单元3a的输出功率，使输入至各所述电芯的电流为第二预设电流值。

在为所述电池包4a充电的过程中，当检测到所述电池包4a的当前剩余电量为第二预设剩余电量时，所述控制单元5通过所述can总线6与所述双向dc/dc变换单元3a和所述开关矩阵单元2通信，从而控制所述双向dc/dc变换单元3a下电，控制所述充电开关s11断开，停止为所述电池包充电。其中，所述第二预设剩余电量为所述电池包4a处于满电状态时的电量。

其中，在为所述电池包4a充电的过程中，所述双向dc/dc变换单元3a输出的电压的范围是260～400v，其中，所述双向dc/dc变换单元3a的输出电压根据所述控制单元5输出的控制信号进行调整，其中，所述控制信号为所述控制单元5根据采集的所述电池包4a的电芯电压值进行确定的，所述双向dc/dc变换单元3a输出的电压的变化规律为，当所述电芯电压小于第一预设电压值时，通过低电压、大电流进行充电；当所述电芯电压大于或等于第一预设电压值时，通过高电压、小电流进行充电；即：所述第二预设电压值小于所述第三预设电压值，所述第一预设电流值大于所述第二预设电流值。

需要说明的是，当所述控制单元5检测到所述电池包4a和所述电池包4b的当前剩余电量均小于第一预设剩余电量时，所述控制单元5可以控制同时为所述电池包4a和所述电池包4b充电，两者的充电过程互不影响。因此，所述第一双向ac/dc变换单元的输出功率需满足所有电池包同时充电的要求，或者，在所述电池包控制系统中设置多个所述第一双向ac/dc变换单元为所述电池包充电。

另一方面，当所述控制单元5采集到所述电池包4c的当前剩余电量为第三预设剩余电量时，所述控制单元5通过所述can总线6与所述双向dc/dc变换单元3c和所述开关矩阵单元通信，控制所述双向dc/dc变换单元3c上电，并控制所述放电开关s3闭合，从而使所述负载，所述第二双向ac/dc变换单元1b，所述双向dc/dc变换单元3c以及所述电池包4c构成闭合回路，为所述电池包4c放电。

在为所述电池包4c放电的过程中，所述控制单元5通过所述can总线6与所述电池包4c进行通信，实时采集所述电池包4c的电池包信息，当所述电池包4c的当前剩余电量小于第四预设剩余电量时，调整所述双向dc/dc变换单元3c的输出功率为第一功率值；当所述当前剩余电量大于或等于所述第四预设剩余电量时，调整所述双向dc/dc变换单元的输出功率为第二功率值。

在为所述电池包4c放电的过程中，当所述当前剩余电量小于第五预设剩余电量时，所述控制单元5通过所述can总线6与所述双向dc/dc变换单元3c和所述开关矩阵单元2通信，控制所述双向dc/dc变换单元3c下电，并控制所述放电开关s3断开，使所述电池包停止放电，其中，所述第五预设剩余电量为所述电池包4c亏电的上限值。

其中，在所述电池包4c放电的过程中，所述双向dc/dc变换单元3c的输出电压为一额定电压值，一般地，所述额定电压值为400v；且所述第一功率值小于所述第二功率值。

需要说明的是，当所述控制单元5检测到多个所述电池包的当前剩余电量均为所述第三预设剩余电量时，所述控制单元5可以同时控制多个所述电池包放电，从而提高所述电池包控制系统的输出功率，解决二次利用的电池包电量不能完全放出和功率不足的问题。

其中，在电池包充/放电过程中，当所述控制单元5检测到所述电池包的温度大于第一预设温度或小于第二预设温度，或者，当前检测到的所述电池包的电芯电压与前次检测到的电芯电压的差值大于第一预设差值时，确定所述电池包存在异常，无法继续进行充/放电，因此，所述控制单元5控制与当前状态异常的所述电池包连接的双向dc/dc变换单元下电，并控制与所述双向dc/dc变换单元连接的充电/放电开关断开，从而结束对异常电池包充/放电，避免产生危险，对设备和人员造成损害。

需要说明的是，上述实施例为所述电池包控制系统独自对所述电池包进行充/放电的过程；当有操作人员对所述控制单元5输入控制指令时，所述控制单元5根据所述控制指令执行操作，实现对所述电池包的充放电。

本发明的上述实施例，实现了对电池包整包的二次利用，避免了对电池包的拆卸和二次组装，降低了成本；通过所述控制单元5单独对多个所述电池包的控制，实现了边充电边放电的功能，同时，避免其中一个电池包异常时，其余电池包无法正常使用的问题；通过所述控制单元5同时控制多个电池包放电，提高了放电功率；在放电过程中，根据所述电池包的电芯电压，调整所述上相dc/dc变换单元的输出功率，避免了由于各电芯电压差过大，导致所述电池包的电量不能完全放出的问题。

本发明实施例还提供了一种充电设备，所述充电设备包括如上所述的电池包控制系统。所述充电设备能够为大功率负载提供电压，所述充电设备还能够在为所述负载提供电压的同时，由交流电源为所述充电设备充电。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。