CN101667737B - 供电系统及电池充/放电控制方法 - Google Patents
供电系统及电池充/放电控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种供电系统以及电池充/放电控制方法，在上述供电系统中，包含第一电池和第二电池，其中，第一电池的循环寿命长于第二电池，第二电池的电池能量或能量密度高于第一电池；开关单元，与第一电池和第二电池连接；控制单元，用于控制开关单元在第一电池和第二电池之间进行切换。通过本发明，可以有效缓解频繁充/放电带来的对电池包的冲击，从而可以提高电池包的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体地，涉及供电系统及电池充/放电控制方法。
背景技术
目前，笔记本电脑已经成为上班族的必备设备之一，笔记本使用的电池绝大部分都是钴酸锂离子电池包(Pack)，而锂离子电芯的形状又主要有圆筒形电芯和方形电芯两种，根据具体的笔记本电脑电池仓的设计，可以设计出纯圆筒形电芯组合、纯方形电芯组合和圆筒形和方形混合组合的几种电池Pack。
根据目前电池Pack的设计，对于纯圆筒形电芯组合和纯方形电芯组合的Pack，全部电芯都是同时充/放电，而圆形与方形混合组合的Pack则是分时切换充/放电。但是，无论是哪种组合的钴酸锂离子电池Pack，其循环寿命(Cycle Life)的指标基本上都是300次不低于70％的原始容量。因此，钴酸锂离子电池虽然作为笔记本电脑的主流，有着能量密度大(容量大)、电压高等特点，但是其使用的循环寿命并不理想，并且，随着能量密度的不断提高，发生安全事故的风险也会增大。
目前，有一种新型的充电电池——磷酸铁锂电池，这是一种以磷酸铁锂作为电极材料的可充电电池，其与现有主流的钴酸锂离子电池相比，最大的优点是安全、循环寿命长、价格便宜。其循环周期在2000次左右不低于80％的原始容量，其主要缺点是容量低，例如，对于同样形状的18650电芯，钴酸锂电芯的容量可以做到2600mAH，最大可到2900mAH，而磷酸铁锂电芯的容量目前最大只能做到1800mAH。所以，如果用磷酸铁锂电芯完全替代钴酸锂电芯，虽然循环寿命会延长，但是单次的使用时间将会缩短。
另外，在大多数情况下，尤其实在办公环境中，笔记本电脑用户都是习惯插上适配器(Adaptor)给电池充电，以便移动办公时能够携带尽可能多的电池能量。更多的时候，用户移动办公会频繁插拔Adaptor，这样，就会对笔记本电脑的电池产生频繁的充/放电冲击，进而对锂离子电池本身性能造成坏的影响，影响其循环寿命，甚至产生安全隐患。
对于充/放电冲击问题，目前的一种解决方案是，用户在笔记本电脑上自己设置调节电池的充电容量门限，例如，将原来的低于90％的容量就进行充电改为低于20％进行充电，这样，在电池容量高于20％时，即使连接充电器，也不会对电池进行充电。这样虽然减少了对电池的充/放电冲击，但是不能保证用户在移动办公时电池携带足够或尽可能多的电量，在极端情况下，电池可能只携带了20％的电量。
发明内容
考虑到相关技术中存在的电池的循环寿命不长以及频繁的充/放电冲击会影响电池寿命的问题而提出本发明，为此，本发明旨在提供一种供电系统及电池充/放电控制方法。
为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供了一种供电系统，包括：第一电池/电池组；第二电池/电池组，其中第一电池/电池组的循环寿命长于第二电池/电池组，第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于第一电池/电池组；开关单元，与第一电池/电池组和第二电池/电池组连接；控制单元，用于控制开关单元在第一电池/电池组和第二电池/电池组之间进行切换。
优选地，第一电池/电池组的充放电优先级高于第二电池/电池组。
优选地，上述控制单元包括：初始化模块，用于当供电系统与充电电源连接或断开时，控制开关单元切换至第一电池/电池组；检测模块，用于检测第一电池/电池组和第二电池/电池组的充放电情况；控制模块，用于根据检测模块的检测结果控制开关单元的切换操作。
优选地，上述第一电池/电池组包括：磷酸铁锂电池/电池组，第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
另一方面，本发明实施例提供了一种电池充电控制方法，包括以下处理：连接充电电源，导通开关与第一电池/电池组串联连接构成的第一充电电路；实时检测第一电池/电池组的电量是否为满或大于预定第一阈值，在检测结果为是的情况下，切断第一充电电路，并导通开关与第二电池/电池组串联连接构成的第二充电电路，第一电池/电池组的循环寿命长于第二电池/电池组，第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于第一电池/电池组。
优选地，在导通第二充/放电电路之后，上述方法进一步包括：实时检测第二电池/电池组的电量是否为满或大于预定第二阈值，在检测结果为是的情况下，禁止继续充电。
优选地，第一电池包括：磷酸铁锂电池/电池组，第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
再一方面，本发明实施例提供了一种电池放电控制方法，包括以下处理：断开充电电源，导通开关与第一电池/电池组串联连接构成的第一放电电路；实时检测第一电池/电池组的电量是否为零或者小于预定第三阈值，在检测结果为是的情况下，切断第一放电电路并导通开关与第二电池/电池组串联连接构成的第二放电电路，第一电池/电池组的循环寿命长于第二电池/电池组，第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于第一电池/电池组。
优选地，上述方法进一步包括：实时检测第二电池/电池组的电量，在检测到第二电池/电池组的电量为零或者小于预定第四阈值的情况下，进行电池电量低告警。
优选地，第一电池/电池组包括：磷酸铁锂电池或磷酸铁锂电池组，第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
通过本发明，同时设置具有不同充/放电优先级的电池/电池组，相比与现有技术，可以有效缓解频繁充/放电带来的对电池包的冲击，从而可以提高电池包的整体性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的供电系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的供电系统的一种实现方式的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的电池充电控制方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的电池充电控制方法的一种实现方式的流程图；
图5是根据本发明实施例的电池放电控制方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的电池放电控制方法的一种实现方式的流程图。
具体实施方式
在本发明实施例中，提出了一种基于混合电池(电池组)的供电系统及电池充/放电管理方法。下面，首先对本发明实施例相关的概念进行简要描述。
(1)循环寿命(cycle life)，在一定条件下，将充电电池进行反复充放电，当容量等电池性能达到规定的要求以下时所能发生的充/放电次数。
(2)能量密度(energy density)，单位质量或体积所能释放的能量，一般用W·h/L或W·h/kg表示。
(3)电池能量(battery energy)，等于体积比能量密度与体积的乘积，或质量比能量密度与质量的乘积，一般用W·h表示。
实施例一
根据本发明实施例，首先提供了一种供电系统，图1给出了该系统的结构框图，如图1所示，包括：第一电池(或电池组)2和第二电池(或电池组)4，二者可以构成电池包Pack，其中，第一电池的循环寿命长于第二电池，第二电池的电池能量或能量密度高于第一电池；开关单元6，与第一电池和第二电池连接；控制单元8，用于控制开关单元在第一电池和第二电池之间进行切换。在本实施例中，将第一电池的充/放电优先级设置为高于第二电池的充/放电优先级。
进一步地，如图1所示，上述控制单元8包括：初始化模块80，用于当供电系统与充电电源连接或断开时，控制开关单元6切换至第一电池2；检测模块82，用于检测第一电池和第二电池的充放电情况；控制模块84，连接至检测模块82，用于根据检测模块82的检测结果控制开关单元的切换操作。
鉴于钴酸锂电池和磷铁酸锂电池的各自特点，在本发明实施例中所使用的第一电池和第二电池分别为磷铁酸锂电池(组)和钴酸锂电池(组)，即，将磷铁酸锂(LiFePO4)电池或串联磷铁酸锂电池组与钴酸锂(LiCoO2)电池或串联钴酸锂电池组并联组合成混合型的电池Pack(如图2所示)。
此外，以磷铁酸锂电池为第一优先进行充/放电，只有当磷铁酸锂电池的电量充满或放光之后，再对钴酸锂电池进行充/放电。这样，例如在办公环境下，短时间频繁插拔充电器造成的充/放电冲击，基本上由磷酸铁锂电池组来承担，而不会影响到钴酸锂电池组。因此，以磷酸铁锂电池的长循环寿命(2000次80％剩余)来承受充/放电冲击，来弥补钴酸锂电池的循环寿命的不足(300次70％剩余)，以钴酸锂电池的高容量来弥补磷铁酸锂的容量不足，这样组合的电池Pack，就安全性和循环寿命而言，相比于单一的钴酸锂离子电池，有了较大提高。此外，由于磷酸铁锂电池价格比钴酸锂电池低廉，因此本发明实施例可以降低电池成本。
可选地，上述的第二电池还可以是银锌电池或银锌电池组。可选地，上述的第一电池和第二电池可以采用并联连接方式。
实施例二
根据本发明实施例，还提供了一种电池充电控制方法，用于对包括第一电池(或电池组)和第二电池(或电池组)、以及用于在第一电池和第二电池之间进行切换的开关的供电系统进行电池充电控制，其中，第一电池的循环寿命长于第二电池，第二电池的电池能量或能量密度高于第一电池，该供电系统可以是图1或图2所示的供电系统。
图3给出了本发明实施例的电池充电控制方法的流程图，如图3所示，包括以下处理：
步骤S302，连接充电电源，导通开关与第一电池串联连接构成的第一充电电路；
步骤S304，实时检测第一电池的电量是否为满或大于预定第一阈值，在检测结果为是的情况下，切断第一充电电路，并导通开关与第二电池串联连接构成的第二充电电路。
优选地，在导通第二充电电路之后，上述方法进一步包括步骤S306：实时检测第二电池的电量是否为满或大于预定第二阈值，在检测结果为是的情况下，禁止继续充电。
下面，以第一电池和第二电池分别为磷酸铁锂电池或磷酸铁锂电池组、钴酸锂电池或钴酸锂电池组为例来描述本发明。图4给出了该情况下本发明实施例的实现过程。
如图4所示，在插上充电器后，控制单元(或控制电路)控制开关单元切换到LiFeO4一边，即，导通第一充电电路，之后判断LiFeO4是否满充，如果判断结果为否，则继续对LiFeO4充电，否则，控制单元控制开关单元切换到LiCoO2一边，即，导通第二充电电路，之后判断LiCoO2是否满充，如果判断结果为否，则继续对LiCoO2充电，否则，充电结束。需要说明的是，本发明的实现不限于上述方式，使用银锌电池来代替钴酸锂电池也能获得相同的技术效果。
通过以上实施例，使得磷铁酸锂电池的电量满充之后，再对钴酸锂电池进行充电，短时间频繁插拔充电器造成的充电冲击，基本上由磷酸铁锂电池组来承担，而不会影响到钴酸锂电池组，进而可以提高整体电池性能。
实施例三
根据本发明实施例，还提供了一种电池放电控制方法，用于对包括第一电池和第二电池、以及用于在第一电池和第二电池之间进行切换的开关的供电系统进行电池放电控制，其中，第一电池的循环寿命长于第二电池，第二电池的电池能量或能量密度高于第一电池，该供电系统可以是图1或图2所示的供电系统。
图5给出了该方法的流程图，如图5所示，包括以下处理：
步骤S502，断开充电电源，导通开关与第一电池串联连接构成的第一放电电路；
步骤S504，实时检测第一电池的电量是否为零或者小于预定第三阈值，在检测结果为是的情况下，切断第一放电电路并导通开关与第二电池串联连接构成的第二放电电路；
步骤S506，实时检测第二电池的电量，在检测到第二电池的电量为零或小于预定第四阈值的情况下，进行电池电量低告警。
下面，以第一电池和第二电池分别为磷酸铁锂电池或磷酸铁锂电池组、钴酸锂电池或钴酸锂电池组为例来描述本发明。图6给出了该情况下本发明实施例的实现过程。
如图6所示，在拔下充电器之后，控制单元控制开关单元切换到LiFeO4一边，即，导通第一放电电路，之后判断LiFeO4是否电量放光，如果判断结果为否，则继续使LiFeO4放电，否则，控制电路控制开关单元切换到LiCoO2一边，即，导通第二放电电路，之后判断LiCoO2是否电量放光，如果判断结果为否，则继续使LiCoO2放电，否则，进行电池电量低告警。需要说明的是，本发明的实现不限于上述方式，使用银锌电池来代替钴酸锂电池也能获得相同的技术效果。
通过以上实施例，使得磷铁酸锂电池的电量放光之后，再对钴酸锂电池进行放电，短时间频繁插拔充电器造成的放电冲击，基本上由磷酸铁锂电池组来承担，而不会影响到钴酸锂电池组，进而可以提高整体电池性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种供电系统，其特征在于，包括：
第一电池/电池组；
第二电池/电池组，其中所述第一电池/电池组的循环寿命长于所述第二电池/电池组，所述第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于所述第一电池/电池组，且所述第一电池/电池组的充放电优先级高于所述第二电池/电池组；
开关单元，与所述第一电池/电池组和所述第二电池/电池组连接；
控制单元，包括用于检测所述第一电池/电池组和所述第二电池/电池组的充放电情况的检测模块，并根据检测模块的检测结果控制所述开关单元在所述第一电池/电池组和所述第二电池/电池组之间进行切换，且当所述供电系统与充电电源连接或断开时，控制所述开关单元切换至所述第一电池/电池组；
其中，以所述第一电池/电池组为第一优先级进行充/放电，当所述第一电池/电池组的电量充满或放光之后，再对所述第二电池/电池组进行充/放电。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述第一电池/电池组包括：磷酸铁锂电池/电池组，所述第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
3.一种基于供电系统的电池充电控制方法，其特征在于，所述供电系统为权利要求1或2所述的供电系统，所述方法包括：
连接充电电源，导通开关单元与第一电池/电池组串联连接构成的第一充电电路；
实时检测所述第一电池/电池组的电量是否为满，在检测结果为是的情况下，切断所述第一充电电路，并导通所述开关单元与第二电池/电池组串联连接构成的第二充电电路，所述第一电池/电池组的循环寿命长于所述第二电池/电池组，所述第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于所述第一电池/电池组。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在导通所述第二充电电路之后，所述方法进一步包括：
实时检测所述第二电池/电池组的电量是否为满或大于预定第二阈值，在检测结果为是的情况下，禁止继续充电。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述第一电池/电池组包括：磷酸铁锂电池/电池组，所述第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
6.一种基于供电系统的电池放电控制方法，其特征在于，所述供电系统为权利要求1或2所述的供电系统，所述方法包括：
断开充电电源，导通开关单元与所述第一电池/电池组串联连接构成的第一放电电路；
实时检测所述第一电池/电池组的电量是否为零或小于预定第三阈值，在检测结果为是的情况下，切断所述第一放电电路并导通所述开关单元与第二电池/电池组串联连接构成的第二放电电路，所述第一电池/电池组的循环寿命长于所述第二电池/电池组，所述第二电池/电池组的电池能量或能量密度高于所述第一电池/电池组。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在导通所述第二放电电路之后，所述方法进一步包括：
实时检测所述第二电池/电池组的电量，在检测到所述第二电池/电池组的电量为零或小于预定第四阈值的情况下，进行电池电量低告警。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第一电池/电池组包括：磷酸铁锂电池或磷酸铁锂电池组，所述第二电池/电池组包括：钴酸锂电池/电池组或银锌电池/电池组。
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