本发明涉及蓄电池的充放电控制技术，属于蓄电池控制技术领域。
背景技术：
蓄电池组作为一种电能存储装置，由于单体蓄电池提供电压都远小于负载设备对电源电压的要求，因此必须将其串联后以电池组的方式使用。如图1所示
由于蓄电池组中所有电池单体全部采用直接串联结构，因此串联电池单体的充放电电流完全相同，全部电池单体同时实现同一电流充电和放电。理想情况下，单体电池电压相等，因此电池组充放电电压为单体电池电压*单体电池数量；但实际使用环境中，由于电池单体制造的非一致性和使用环境的原因，单体电池电压、容量等特性并不一致，在正常的电池组充放电使用过程中，会导致部分单体电池出现过充或欠充现象。单体电池长期处于过充或欠充状态，一方面会加剧电池组中单体电池的非一致性，引起其他正常单体电池出现过充或欠充，另一方面会逐步出现电池劣化问题，并最终导致电池组中全部电池失去存储电能的能力。
因此在电池组实际使用中，要求用户必须按时更换全部电池以保证电池组的电能存储能力和应急供电能力，而且一旦发现有单体电池出现劣化或失效，如果无法对电池单体进行严格全面的检测和筛选出和没有出现劣化或失效的其他电池高一致性的可替换电池进行更换，就必须整组更换全部同组的单体电池，形成巨大的浪费。
为解决单体电池的非一致性导致的电池劣化问题，目前多采用所谓有源(无源)均衡技术,如图2所示，即通过在电池单体上并联放电负载或充放电装置在常规电池组充放电的基础上进行单体电池小容量的充放电，以调整电池组中单体电池电压或容量的一致性，起到对电池的维护效果。其特点是外部均衡装置以并联方式连接到电池单体，本身不改变电池组原有的单体串联接线方式。由于单体均衡装置成本可实现性考虑，均衡装置容量有限，只能进行小容量调整，因此实际效果及其有限，且对电池制造或电池劣化带来的不一致性几乎没有效果。
技术实现要素：
本发明解决了现有充放电管理系统中，采用均衡技术仍不能够有效解决由于电池劣化带来的不一致性的问题。
本发明所述的电池组循环充电方法是一种时分充电法，该方法的充电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述充电方法为：将充电过程分为多个单位充电控制周期，每个单位充电控制周期为0.1～2分钟；在每个单位充电控制周期内，保持有n个单元电池在线，其余x个单元电池保持离线；在每个单位充电控制周期结束时，将在线的单元电池中已充能量最多的m个单元电池切除，同时从离线的x个单元电池中选择充能量最少的m个单元电池切入充电回路，然后启动下一个单位充电控制周期，直到n+x个单元电池均被充满，完成充电，其中m<n且m<x。
本发明所述的电池组循环放电方法是一种时分放电法，该方法的放电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述放电方法为：将放电过程分成多个单位放电控制周期，每个放电控制周期为0.1～2分钟；在每个单位放电控制周期内，保持有n个单元电池保持在线，其余x个单元电池保持离线；在每个单位放电控制周期结束时，将在线的单元电池中能量最少的m个单元电池切除，同时在离线的x个单元电池中选择能量最多的m个单元电池切入放电回路，然后启动下一个单位放电控制周期，直到n+x个单元电池均被放空，完成放电，其中m<n且m<x。
本发明所述的电池组循环充电系统电池组循环充电系统的充电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述电池组循环充电系统包括n+x个投切开关、单元电池检测装置、投切控制装置和充电控制装置，投切控制装置，用于根据充电控制装置发送的投切指令，将指定的一个或多个单元电池切入或切除充电回路；单元电池检测装置，用于检测电池组中每个单元电池的参数；充电控制装置，用于控制充电过程中每个单位充电控制周期的启动与停止，还用于在每个单位充电控制周期结束时根据单元电池检测装置检测的单元电池的参数产生投切指令；还用于维持每个单位充电控制周期中只有n个单元电池位于充电回路中，所述单位充电控制周期为0.1至2分钟之间，相邻两个单位充电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
本发明所述的电池组循环放电系统电池组循环放电系统的放电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述电池组循环放电系统包括n+x个投切开关、单元电池检测装置、投切控制装置和放电控制装置，其中：投切控制装置，用于根据充电控制装置发送的投切指令，将指定的一个或多个单元电池切入或切除放电回路；单元电池检测装置，用于检测电池组中每个单元电池的参数；放电控制装置，用于控制放电过程中每个单位放电控制周期的启动与停止，还用于在每个单位放电控制周期结束时根据单元电池检测装置检测的单元电池的参数产生投切指令；还用于维持每个单位放电控制周期中只有n个单元电池位于放电回路中，所述单位放电控制周期为0.1至2分钟之间，相邻两个单位放电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
所述的单元电池是电池组的最小单元，可以是单体电池，也可以是由多个单体串联或并联组成的小电池组。
本发明所述的电池组循环充放电方法，采用时分充放电方法对电池单体实现分时控制，是将现有连续的充电或放电过程变成有间断的多个固定时长的多个小连续过程，该充放电方法完全摒弃了蓄电池充放电均衡控制的理念，而是以单元蓄电池充满、放空且无过充过放为充放电最终控制目标，而不再以电池电压一致性为控制目标，最终实现电池组在使用过程中实现最大电能的储放能力和安全可靠使用目标。
本发明与现有的电池充放电技术相比较，本发明具有以下优点：
1、本发明所述的电池组循环充/放电管理系统及方法中，被充电或放电的电池组中的单元电池采用非直接串联方式，而是通过一个受控的双向投切开关进行串联使用，当电池组中单元电池出现过充或过放时，通过该投切开关将该单元电池旁路，并继续对其他单元电池进行充/放电，进而在有效保证在充/放电过程中每个单元电池不会出现过冲或过放的现象的同时，还能够保证每个单元电池都能够充满或放空，保证每个单元电池的性能为最佳状态。
2、本发明所述的电池组循环充/放电管理系统及方法完全摒弃了现有电池组充放电方法中每个充电周期要连续、直到充满，每个放电周期要连续、直到放空的设计思想，而是采用短时、循环充电或放电的原则，即：不是采用将电池充满或放空作为做一个充电周期或放电周期，而是将整个充电或放电周期分成若干个小周期、即：单元控制周期，并在这些单元控制周期的交替过程中不断地调整充电回路或放电中的单元电池，进而使得端电压较低的单元电池的在线充电时间较长，端电压较高的单元电池在线放电的时间较长，进而达到使得电池组中每个单元电池都能够充满或放空。
3、本发明所述的电池组循环充/放电管理系统及方法，由于将原来持续的充电/放电过程变成了若干个小周期，并且每个小周期的在线单元电池的数量不变，进而使得可以采用现有固定的充/放电电源。另外，小周期之间的短暂停顿，实现了对在线单元电池的调整，即：在充电过程中使电压较低的单元电池的在线充电总时间比较长，进而保证电压较低的单元电池也能够充满；在放电过程中使电压较高的单元电池在线放电总时间比较长，进而保证电压较高的单元电池也能够被放空。该种方法能够有效的保证电池组中的所有单元电池在充电完成时被充满，在放电完成时被放空，实现了每个单元电池的最大储放能力，进而实现了电池组整体的最大储放能力。
4、本发明所述的电池组循环充/放电管理系统及方法，在充/放电过程中存在两种停顿，对于多个周期连续充/放电的电池组中单体电池而言，由于将原来持续的充电/放电过程变成了若干个小周期，小周期之间是有停顿的，该种停顿时间小于10ms,；对于大部分单体电池而言，充放电过程是以小周期为单位的，由一组在线和离线的充/放及停止过程组成的实际充/放电过程，单体电池在充/放电过程中存在以小周期为时间单位的停顿，经试验证明，该种停顿并没有影响充电/放电的化学反应，相反，这个短暂的停顿更有利于让电池内部的化学反应有一个小的缓冲，这种缓冲更有利于化学反应的充分进行，因此还达到了整个充电周期或放电周期变短、节约能源的效果。
本发明适用于对现有电池充/放电技术的改进。
附图说明
图1是现有常见的电池组循环充放电管理系统的原理框图。
图2是现有技术中，带有均衡技术的电池组循环充放电管理系统的原理框图。
图3是本发明所述的电池组循环充/放电管理系统的原理框图。
图4是具体图3中所示的投切开关k的一种电路原理图。
实施方式
具体实施方式一、本实施方式所述的电池组循环充电方法的充电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述充电方法为：将充电过程分为多个单位充电控制周期，每个单位充电控制周期为0.1～2分钟；在每个单位充电控制周期内，保持有n个单元电池在线，其余x个单元电池保持离线；在每个单位充电控制周期结束时，将在线的单元电池中已充能量最多的m个单元电池切除，同时从离线的x个单元电池中选择充能量最少的m个单元电池切入充电回路，然后启动下一个单位充电控制周期，直到n+x个单元电池均被充满，完成充电，其中m<n且m<x。
本实施方式中，在首个单位充电控制周期启动前，将所有n+x个单元电池中的端电压最小的n个单元电池切入充电回路，然后启动所述首个单位充电控制周期。
本实施方式中强调充电对象强调是由n+x个单元电池组成的电池组，目的是为了便于描述在充电过程中，始终有n个单元电池在线、x个单元电池离线。
本实施方式中相邻两个单位充电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
本实施方式中，多个单位充电控制周期的时间可以相同，也可以不同。
对于不同的情况，可以为：单位充电控制周期的时间逐渐减小。
本实施方式所述的充电方法，将原来持续的充电过程切割成若干个小的单位充电控制周期，并且在切换充电控制周期时、根据所有单元电池的端电压情况调整在线充电的单元电池，使得端电压较低的单元电池有较长的在线充电时间，在全部电池充满前保持上述控制规律，该种充电方法能够在单元电池存在较大的容量差异的情况下，仍能够实现全部电池完全充满的效果。在整个充电过程中，充电回路中始终只有n个单元电池，进而使得充电回路的充电电压为固定值，即：采用现有的充电电源即可。
具体实施方式二、本实施方式所述的电池组循环放电方法的放电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述放电方法为：将放电过程分成多个单位放电控制周期，每个放电控制周期为0.1～2分钟；在每个单位放电控制周期内，保持有n个单元电池保持在线，其余x个单元电池保持离线；在每个单位放电控制周期结束时，将在线的单元电池中能量最少的m个单元电池切除，同时在离线的x个单元电池中选择能量最多的m个单元电池切入放电回路，然后启动下一个单位放电控制周期，直到n+x个单元电池均被放空，完成放电，其中m<n且m<x。
本实施方式中，在首个单位放电控制周期启动前，将所有n+x个单元电池中的端电压最大的n个单元电池切入放电回路，然后启动所述首个单位放电控制周期。
本实施方式中相邻两个单位充电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
本实施方式中，多个单位放电控制周期的时间可以相同，也可以不同。
对于不同的情况，可以为：单位放电控制周期的时间逐渐减小。
本实施方式所述的放电方法，将原来持续的放电过程切割成若干个小的单位放电控制周期，并且在切换放电控制周期时、根据所有单元电池的端电压情况调整在线放电的单元电池，使得端电压较高的单元电池有的较长的在线放电时间，在全部电池放空前保持上述控制规律，该种放电方法能够在单元电池存在较大的容量差异的情况下，仍能够实现全部电池完全放空，实现较大的放电能力。在整个放电过程中，充电回路中始终只有n个单元电池，进而使得充电回路的放电电压为固定值，即：采用现有的放电电源即可。
具体实施方式一和二所述的充电控制周期和放电周期的具体选择，在实际应用中根据电池的种类不同来确定。一般在选择时应该考虑电池组中单体电池在大部分适宜的充电电流范围内保持电池端电压在充放电过程中基本保持不变为原则，特别要确保在充放电的起始和结束阶段电池端电压变化速度较快的期间，以该时间确定的控制周期中电池端电压保持稳定。
具体实施方式一和二所述的该间隔时间小于10ms，该间隔时间一般是由实现切换的执行电路的硬件特性来决定的。例如，在选择现有技术充常用的电子开关电路作为投切开关为例，间隔时间为旁路电子开关开始切除-切除完毕-投切开关控制死区-电池回路开关投入开始-电池回路开关投入完成，整个过程需要考虑电池充放电电流的建立和截至速度，即电流由0至充放电电流变化的陡度，该陡度由设备和电池的电流耐冲击能力确定，从实验结果而言，一般为1至10ms是较为适宜的。
具体实施方式一和二所述的单位充电控制周期和单位放电控制周期的时间在不同的情况，一般为时间逐渐减小。在实际应用中，当电池在充放电首末期电压变化较快的阶段，如果控制周期不能保证周期内电压基本不变，则可以调节控制周期在基本控制周期的1至0.1倍的范围内对控制周期进行调整。
具体实施方式三、参见图3说明本实施方式，本实施方式所述的电池组循环充电系统电池组循环充电系统的充电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述电池组循环充电系统包括n+x个投切开关、单元电池检测装置、投切控制装置和充电控制装置，投切控制装置，用于根据充电控制装置发送的投切指令，将指定的一个或多个单元电池切入或切除充电回路；单元电池检测装置，用于检测电池组中每个单元电池的参数；充电控制装置，用于控制充电过程中每个单位充电控制周期的启动与停止，还用于在每个单位充电控制周期结束时根据单元电池检测装置检测的单元电池的参数产生投切指令；还用于维持每个单位充电控制周期中只有n个单元电池位于充电回路中，所述单位充电控制周期为0.1至2分钟之间，相邻两个单位充电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
本实施方式中，所述的充电控制装置包括控制单元、数据分析单元和投切指令生成单元，其中：控制单元，用于产生启动充电指令给投切指令产生单元；还用于在启动充电指令发出后，在每个单位充电控制周期结束时，启动数据分析单元；还用于根据数据分析单元反馈的信息产生停止充电指令给投切指令产生单元；数据分析单元，用于对单元电池检测装置检测获得的所有单元电池的参数进行分析，并根据分析结果生成投切信息给投切指令生成单元、或者产生全部充满信息给控制单元；投切指令生成单元，用于在接收到启动充电指令时，产生启动投切指令给投切控制装置，所述启动投切指令包括“切入”和n个单元电池的序号；还用于根据数据分析单元发送的投切信息生产投切指令给投切控制装置，所述投切指令中包含“切入”和m个单元电池的序号、“切除”和m个单元电池的序号；还用于根据停止充电指令产生切除指令给投切控制装置，所述切除指令中包含有“切除”和位于充电回路中所有单元电池的序号。
本实施方式中，所述的数据分析单元用于对单元电池检测装置检测获得的所有单元电池的参数进行分析是指：判断每个n+x个单元电池的端电压，如果都为充满状态，则产生全部充满的信息；否则，将位于充电回路中的n个单元电池的参数进行排序，将电压从大到小的m个单元电池的序号与“切除”组合后加入投切信息；将位于充电回路之外的x个单元电池的参数进行排序，将电压从小到大的m单元电池的序号与“切入”组合加入投切信息形成最终的投切信息。
具体实施方式四、参见图3说明本实施方式，本实施方式所述的电池组循环放电系统电池组循环放电系统的放电对象是由n+x个单元电池组成的电池组，所述电池组循环放电系统包括n+x个投切开关、单元电池检测装置、投切控制装置和放电控制装置，其中：投切控制装置，用于根据充电控制装置发送的投切指令，将指定的一个或多个单元电池切入或切除放电回路；单元电池检测装置，用于检测电池组中每个单元电池的参数；放电控制装置，用于控制放电过程中每个单位放电控制周期的启动与停止，还用于在每个单位放电控制周期结束时根据单元电池检测装置检测的单元电池的参数产生投切指令；还用于维持每个单位放电控制周期中只有n个单元电池位于放电回路中，所述单位放电控制周期为0.1至2分钟之间，相邻两个单位放电控制周期之间的间隔时间小于10ms。
本实施方式中，所述的放电控制装置包括控制单元、数据分析单元和投切指令生成单元，其中：控制单元，用于产生启动放电指令给投切指令产生单元；还用于在启动放电指令发出后，在每个单位放电控制周期结束时，启动数据分析单元；还用于根据数据分析单元反馈的信息产生停止放电指令给投切指令产生单元；数据分析单元，用于对单元电池检测装置检测获得的所有单元电池的参数进行分析，并根据分析结果生成投切信息给投切指令生成单元、或者产生全部放空信息给控制单元；投切指令生成单元，用于在接收到启动放电指令时，产生启动投切指令给投切控制装置，所述启动投切指令包括“切入”和n个单元电池的序号；还用于根据数据分析单元发送的投切信息生产投切指令给投切控制装置，所述投切指令中包含“切入”和m个单元电池的序号、“切除”和m个单元电池的序号；还用于根据停止放电指令产生切除指令给投切控制装置，所述切除指令中包含有“切除”和位于放电回路中所有单元电池的序号。
上述数据分析单元用于对单元电池检测装置检测获得的所有单元电池的参数进行分析是指：判断每个n+x个单元电池的端电压，如果都为放空状态，则产生全部放空的信息；否则，将位于放电回路中的n个单元电池的参数进行排序，将电压从小到大的m个单元电池的序号与“切除”组合后加入投切信息；将位于放电回路之外的x个单元电池的参数进行排序，将电压从大到小的m单元电池的序号与“切入”组合加入投切信息形成最终的投切信息。
上述投切开关为能够实现自动控制的双向投切开关，可以选用现有电子双向投切开关实现。例如：参见图4所示，可以采用mosfet功率器件实现，图4所示的具体切换开关包括两个mosfet功率器件t1、t2和一个稳压二极管d1，所述稳压二极管d1用于与投切开关连接单元电池并联连接，一个mosfet功率器件作为切入开关，另一个mosfet功率器件作为切除开关，且所述两个mosfet功率器件t1、t2的控制信号相反。为了防止瞬间同时导通而引起的电池短路放电现象的发生，所述两个mosfet功率器件t1、t2的控制信号之间采用死区控制的方式。
上述mosfet功率器件t1、t2均为具备反并联二极管的mosfet功率器件。该种投切开关的开关速度快，能够达到微秒级，进而能够保证每次的单元电池切入或者切除动作不会影响充电或放电过程中，保证电池组串联无瞬间断开的现象。