CN101860059A

CN101860059A - 电池管理方法和装置

Info

Publication number: CN101860059A
Application number: CN201010186854A
Authority: CN
Inventors: 薛冰
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: CN101860059B; WO2011147169A1; EP2579418A4; EP2579418A1

Abstract

本发明揭示了一种电池管理方法，包括：监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数；根据负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算得到限流点；根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值。本发明还提供了对应的电池管理装置。本发明将调节限流点和调节输出电压结合起来对电池进行管理，使电池的限流调节既有实时性，又稳定，延长了电池的使用寿命。

Description

电池管理方法和装置

技术领域

本发明涉及到电池管理领域，特别涉及到一种电池管理方法和装置。

背景技术

随着移动通信网络的建设和发展，与之相应的通信用组合电源的需求量也在逐日增大。为保证通信设备的可靠工作，组合电源一般都会配置蓄电池，阀控式铅酸蓄电池以其体积小、电压稳定、无污染、放电能力高等特点，而成为组合电源系统的首选电池。由于电池的成本在整个系统中占较大比例，如何合理可靠的对电池进行有效管理和维护，提高电池使用寿命，也成为各个电源厂家竞争的重点之一。电池管理中主要是对充放电的管理，充放电的管理主要包括放电保护和充电保护。通常对电池的充电管理，是通过对整流器的输出电流进行控制，控制方法可分为调压型和调限流点型。

调压型应用在非智能整流器上。非智能整流器，通过调节整流器输出电压和蓄电池的电压的压差，来进行限流管理。

调限流点型一般应用在智能整流器上。智能整流器自带处理器，通过RS485总线或CAN总线接收系统下发的命令。系统根据当前配置的充电电流和负载电流计算限流点，下发给整流器。

在具体实施过程中，本发明的发明人发现，对采用智能整流器系统的电池充电管理都采用调限流点的方式，整流器电压直接调至浮充或均充电压，系统不稳定。而且如果对整流器频繁的开关机，充电电流突变导致电池使用寿命缩短。

发明内容

本发明的主要目的为提供基于智能整流器、将调压和调限流点结合实现稳定充放电的高效电池管理方法，本发明还提供了对应的装置。

本发明提出一种电池管理方法，包括：

监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数；

根据所述负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算得到限流点；

根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值。

进一步，所述根据电池电流调整整流器工作电压，使得电池电流达到预设限流值前包括：

当整流器输出电压大于目标电压时，下调整流器输出电压。

进一步，所述根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值后包括：

检测每一组有效电池电流；

当任一电池电流大于或等于预设第一阈值时，将限流点下调一预设第一步长。

检测每一组有效电池电流；

当任一电池电流大于或等于预设第二阈值小于第一阈值时，将输出电压下调一预设第二步长。

进一步，检测每一组有效电池电流后包括：

检测整流器状态；

当任一有效电池的电流小于预设放电阈值且整流器处于限流状态时，上调限流点一预设第三步长；

当任一有效电池的电流大于等于限流值时，停止上调限流点。

进一步，所述检测整流器状态后包括：

整流器不处于限流状态时，按照预设第四步长逐步上调输出电压至目标电压。

本发明还提出一种电池管理装置，包括：

监测模块，用于监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数；

计算模块，用于根据所述负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算得到限流点；

调整模块，用于根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值。

进一步，所述装置还包括：

整流器输出电压调整模块，用于当整流器输出电压大于目标电压时，下调整流器输出电压。

进一步，所述装置还包括：

第一检测模块，用于检测每一组有效电池电流；

限流点调整模块，用于当任一电池电流大于或等于预设第一阈值时，将限流点下调一预设第一步长。

进一步，所述装置还包括：

输出电压调整模块，用于当任一电池电流大于或等于预设第二阈值小于第一阈值时，将输出电压下调一预设第二步长。

进一步，所述装置还包括：

第二检测模块，用于检测整流器状态；

所述限流点调整模块还用于当任一有效电池的电流小于预设放电阈值且整流器处于限流状态时，上调限流点一预设第三步长；当任一有效电池的电流大于等于限流值时，停止上调限流点。

进一步，所述输出电压调整模块还用于当整流器不处于限流状态时，按照预设第四步长逐步上调输出电压至目标电压。

本发明将调节限流点和调节输出电压结合起来对电池进行管理，使电池的限流调节既有实时性，又稳定，延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种电池管理方法的一实施例的流程图；

图2为本发明一种电池管理方法的一实施例中具体的调节示意图；

图3为本发明一种电池管理装置的一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，为本发明一种电池管理方法的一实施例的流程图；

以下具体描述本发明提供的电池管理的实现方法。在本发明中调节限流点的根本目的是保证电池既不过充，也不欠充，即保持电池充电电流在设定的限流值附近，通常调节至e倍限流值到b倍限流值之间即可，可根据需求灵活配置，一般e取值0.9，b取值1.1。每组电池的限流值通过电池容量×充电电流比率计算得到。具体的采用如下步骤：

步骤S101、监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数；

电池管理装置先实时监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数，以便步骤S102中计算限流点。

步骤S102、计算限流点；

根据负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算限流点计算基本公式如下：

限流点＝(负载总电流+电池总容量×充电电流比率)/正常工作的整流器数。

此公式可快速得到整流器限流点的大概值，使电池的充电电流可以快速锁定在合理的范围内。如果所有的量都非常精确，那只根据此公式就可实现电池管理，但电池管理装置都可能存在点误差，并且可能出现异常情况，就需要进行微调来纠正。

当公式中负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数中任意一个量发生变化时，重新按照公式计算限流点，否则进行步骤S103。为了防止频繁的进行公式计算，对各个量可设定一个阈值，例如负载变化10A时才认为变化。计算出限流点后根据电池电流调整整流器工作电压，使得电池电流达到预设限流值。

步骤S103、调整整流器输出电压；

由于有些电源系统考虑成本的限制，并未配置负载分流器，因此负载电流也无法检测，考虑到这种情况，限流调压可直接根据电池电流进行调节。

当整流器输出电压大于目标电压时，例如系统从浮充转入测试时，需要下调整流器输出电压。由于下调电压不会增加电池充电电流，故下调电压可直接执行。下调的步长不易过大，建议在0.1到0.3V之间。

如果不需下调整流器输出电压，再判断是否需要上调电压。如果整流器输出电压小于目标电压，例如系统从测试转入浮充时，需要上调整流器输出电压。由于上调电压会增加电池充电电流，在上调电压的过程中，需要时刻检测电池电流，将电池电流限制在合理的范围内，以下所有步骤都是建立在上调电压之上。

步骤S104、限流点下调；

为防止电池过充较大，第一步调整结束后，电池充电电流可能过大，会对电池造成较严重的损坏，需要进行快速纠正。步骤S103就需要判断电池是否以过大的电流充电，并进行限流点的调节。

具体步骤为：

A、检查每一组有效电池的电流；

B、当任意一个电池以过大电流充电时，则限流点下调一个第一步长。

这时调节限流点可实现快速减小电池充电电流的目的。电池充电电流过大是指电池充电电流大于或等于预设第一阈值，第一阈值应该大于电池容量×充电电流比率；第一阈值可以根据使用场景或用户要求进行配置，例如电池充电电流大于a倍的限流值即认为是过大，一般a取值1.3。所述第一步长的值c也可自由配置，例如一次调节10％。如果所有电池充电电流都降至第一阈值以内，则进行步骤S105。

步骤S105、输出电压下调；

步骤S104解决了电池充电电流过大的问题，电池还有可能处于过充状态，即电池充电电流大于第二阈值小于第一阈值，所述第二阈值取b倍限流值，也即是当电池充电电流在b倍限流值和a倍限流值之间。虽然不会对电池造成致命影响，但也是不允许的。但这时对电池电流调节的及时性就不是很重要，为了系统的稳定性，可采用降低输出电压的方式来调节，输出电压每次降低一个预设第二步长d。第二步长d不能太大，建议在0.1到0.3V之间。如果所有电池都没有过充，则进行步骤S106。

步骤S106、限流点上调；

步骤S106主要为了防止电池异常放电。步骤S105解决了电池过充的问题，但电池有可能处于放电的状态，这是不允许的。电池放电有两种可能，一种是自然放电，另一种是限流放电。自然放电在系统停电、测试等过程中，是一种正常的情况，这时整流器无输出电流，由电池给负载供电。而限流放电则是种异常的情况，这说明整流器限流点太小，不够支持负载的需求，而由电池提供一部分电流。

具体的，先对检测整流器状态；当任一有效电池的电流小于预设放电阈值且整流器处于限流状态时，上调限流点一预设第三步长；当任一有效电池的电流大于等于限流值时，停止上调限流点。放电阈值由电池规格参数的不同预先设置。

出现限流放电是一种异常情况，需要快速的调整，这时可通过对限流点进行调节，限流点上调一个第三步长。所述第三步长可自由配置，例如一次调节10％。如果所有电池都没有异常放电，则进行步骤S106。

步骤S107、判断电池充电电流是否达到限流值；

到这步以后，所有的电池即没有过充，又没有异常放电。即所有的电池电流小于b倍限流值。这时只要有任意一组的电池大于第三阈值即e倍限流值时，则停止调节。

如果所有电池的充电电流都小于e倍限流点，则进行步骤S108。

步骤S108、限流点上调；

如果所有电池的充电电流都小于e倍限流点，且整流器处于限流状态，这说明整流器限流点偏小，这时通过调节电压是无效的，只能上调限流点一预设第三步长f。由于此时电池在充电，只是充电电流不足，上调预设第三步长f不能太大，防止电池过充，步长可按照电池目标限流值的10％逐步上调。如果整流器不在处于限流状态，则进行步骤S109。

步骤S109、输出电压上调至目标电压。

到步骤S109时，系统的一切状态都处于正常，可逐步调节输出电压至目标电压。上调或下调的第四步长不易过大，建议在0.1到0.3V之间。

至此，一个限流调压的流程结束，电池管理根据采样的数据周期性的按照以上流程进行调节。

下面结合上述流程以及图2以具体的电池管理实例进行说明，暂不考虑电流温度补偿，则电池限流值为300×0.15＝45A，整流器限流点为(50+45)/4＝23.75A。如果系统检测一切正常，则电池充电电流肯定能限制在限流值内，调节结束。

如果此时手动开启一个整流器，但监控暂时还没有检测到，在这段期间内整流器总的输出电流为5*23.75＝118.75A，除去负载的50A之外，剩下的68.75A全部给电池充电；由于剩下的电流远大于45×1.3＝58.5A，这时系统会分次降低限流点10％，在第一次调节之后，电池充电电流降低至56.875A；由于第一调节后的充电电流小于58.5A，这时需要对电压进行微调，电压从53.5V，按0.1V的步长逐步下调，假设八次后下调至52.7V时，电池充电电流为49A，小于45*1.1＝49.5A，微调结束。如果这时监控检测到整流器，重新计算限流点(50+45)/5＝19A，电池充电电流又变为45A。此时整流器输出电压和电池电压保持在一个合理的压差内，以后即使在增加整流器，由于压差固定，整流器虽然有额外的输出能力，也不会增加电池的充电电流。如果单纯采用调压的方式，电池可能长时间保持在在较高的的充电电流；而如果单纯采用调限流点的方式，配合限流点的微调，经过四次后就调节到位，速度很快，但如果这时又开启整流器，整流器还需要经过几次调节，电池还是要有一段过充的阶段。由此看出限流点和电压结合调节的优势了。

以上是由于开启整流器导致电池过充的场景，整流器通讯断开造成电池过充的场景也都类似。

本发明实施例采用限流点和输出电压结合方法进行电池管理。限流点的调节相能快速的将电池电流限制在一个安全范围内，输出电压在安全范围内再对电池充电电流进行微调，直到达到限流值为止。由于有输出电压的限制，即使在调节过程中有整流器的开关机操作，也不会对电池的充电电流造成影响，从而达到了即快速有稳定的目的，实现了高效的电池管理。

请参阅图3，为本发明一种电池管理装置的一实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的一种电池管理装置，包括：

监测模块31，用于监测负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数；

计算模块32，用于根据负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算得到限流点；

调整模块33，用于根据电池电流微调整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值。

进一步，所述装置还包括：

整流器输出电压调整模块34，用于当整流器输出电压大于目标电压时，下调整流器输出电压。

进一步，装置还包括：

第一检测模块35，用于检测每一组有效电池电流；

限流点调整模块36，用于当任一电池电流大于或等于预设第一阈值时，将限流点下调一预设第一步长。

进一步，装置还包括：

输出电压调整模块37，用于当任一电池电流大于或等于预设第二阈值小于第一阈值时，将输出电压下调一预设第二步长。

进一步，装置还包括：

第二检测模块38，用于检测整流器状态；

限流点调整模块36还用于当任一有效电池的电流小于预设放电阈值且整流器处于限流状态时，上调限流点一预设第三步长；当任一有效电池的电流大于等于限流值时，停止上调限流点。

进一步，输出电压调整模块37还用于当整流器不处于限流状态时，按照预设第四步长逐步上调输出电压至目标电压。

具体的，计算模块32根据负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数计算限流点计算基本公式如下：

当公式中负载总电流、电池容量、充电电流比率和工作整流器个数中任意一个量发生变化时，所述计算模块32重新按照公式计算限流点。为了防止频繁的进行公式计算，对各个量可设定一个阈值，例如负载变化10A时才认为变化。

当整流器输出电压大于目标电压时，例如系统从浮充转入测试时，需要采用整流器输出电压调整模块34下调整流器输出电压。由于下调电压不会增加电池充电电流，故下调电压可直接执行。下调的步长不易过大，建议在0.1到0.3V之间。

如果不需下调整流器输出电压，再判断是否需要上调电压。如果整流器输出电压小于目标电压，例如系统从测试转入浮充时，需要采用整流器输出电压调整模块34上调整流器输出电压。由于上调电压会增加电池充电电流，在上调电压的过程中，需要时刻检测电池电流，将电池电流限制在合理的范围内，以下所有步骤都是建立在上调电压之上。

当任一电池电流大于或等于预设第一阈值时，限流点调整模块36将限流点下调一预设第一步长。所述第一阈值应该大于电池容量×充电电流比率；所述第一阈值可以根据使用场景或用户要求进行配置，例如电池充电电流大于a倍的限流值即认为是过大，一般a取值1.3。步长c也可自由配置，例如一次调节10％。

为了系统的稳定性，当任一电池电流大于或等于预设第二阈值小于第一阈值时，输出电压调整模块37可采用降低输出电压的方式来调节输出电压，输出电压每次降低一个第二步长，所述第二步长不能太大，建议在0.1到0.3V之间。

出现限流放电是一种异常情况，需要快速的调整，这时可通过对限流点进行调节即当任一有效电池的电流小于预设放电阈值且整流器处于限流状态时，限流点调整模块36将限流点上调一个第三步长。第三步长可自由配置，例如一次调节10％。所述放电阈值由电池规格参数的不同预先设置。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电池管理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述根据电池电流调整整流器工作电压，使得电池电流达到预设限流值前包括：

当整流器输出电压大于目标电压时，下调整流器输出电压。

3.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于，所述根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值后包括：

检测每一组有效电池电流；

4.根据权利要求3所述的电池管理方法，其特征在于，所述根据电池电流调整整流器工作电压和限流点，使得电池电流达到预设限流值后包括：

检测每一组有效电池电流；

5.根据权利要求4所述的电池管理方法，其特征在于，检测每一组有效电池电流后包括：

检测整流器状态；

6.根据权利要求5所述的电池管理方法，其特征在于，所述检测整流器状态后包括：

整流器不处于限流状态时，按照预设第四步长逐步调节输出电压至目标电压。

7.一种电池管理装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的电池管理装置，其特征在于，所述装置还包括：

9.根据权利要求7所述的电池管理装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一检测模块，用于检测每一组有效电池电流；

10.根据权利要求9所述的电池管理装置，其特征在于，所述装置还包括：

11.根据权利要求10所述的电池管理装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二检测模块，用于检测整流器状态；

12.根据权利要求11所述的电池管理装置，其特征在于，所述输出电压调整模块还用于当整流器不处于限流状态时，按照预设第四步长逐步上调输出电压至目标电压。