CN102237693B - 动力电池组充放电智能管理系统 - Google Patents

Abstract

动力电池组充放电智能管理系统，涉及供电技术。它包括第一微型处理器系统、电池串并联切换系统，电池串并联切换系统设有外部供电端口、充电端口、至少两组电能输入端口。电池串并联切换系统包括串并联切换动作系统、动作控制系统。动作控制系统设有控制信号输入端，控制信号输入端连接第一微型处理器系统的控制信号输出端。第一微型处理器系统还设有串并联切换信号采集端，串并联切换信号采集端连接有串并联切换信号采样电路，串并联切换信号采样电路连接外部供电端口。第一微型处理器系统根据外部供电端口的电力参数通过程序来自动调节电池串并联切换系统中各电池接口的串并联关系，整个切换过程无需人工操作，而且不需要重新进行线路布局。

Description

动力电池组充放电智能管理系统

技术领域

本发明涉及供电技术，具体涉及对电池充放电进行管理的供电技术。

背景技术

在电池的使用过程中，为了使电压匹配，经常会看到多个电池机械连接后再对外供电的情况。这种机械连接而成的电池组，无法控制连接后的输入、输出电流，存在安全隐患，在使用过程中容易发生意外而且影响电池的使用寿命，更重要的是串并联切换的过程中需重新布局电路，操作复杂。

特别是在可充电的动力电池组的使用过程中，由于充电时多采用多节动力电池并联的结构，而在放电过程中多节动力电池却通常要串联起来。多节动力电池的串并联关系需要随充放电的进行而频繁切换，而目前又没有用于串并联关系切换的智能化管理系统。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种动力电池组充放电智能管理系统。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于，包括一第一微型处理器系统，还包括一用于切换电池串并联关系的电池串并联切换系统；

所述电池串并联切换系统设有一外部供电端口、一充电端口，还设有至少两组用于接入电池或电池组的电能输入端口；

所述电池串并联切换系统包括一执行串并联切换动作的串并联切换系统，还包括一对所述串并联切换动作系统起控制作用的动作控制系统，所述动作控制系统设有一用于控制切换的控制信号输入端；

所述控制信号输入端连接所述第一微型处理器系统的一控制信号输出端口；

所述第一微型处理器系统还设有一串并联切换信号采集端，所述串并联切换信号采集端连接有一串并联切换信号采样电路，所述串并联切换信号采样电路连接所述外部供电端口。

本发明通过串并联切换信号采样电路采集外部供电端口的电力参数，并将该参数传送第一微型处理器系统，第一微型处理器系统进行处理，并将处理结果传送动作控制系统，动作控制系统发出控制信号，通过串并联切换动作系统调整各电池的串并联关系。使用过程中，第一微型处理器系统可以根据外部供电端口的电力参数通过控制程序来自动调节电池串并联切换系统中各电池接口的串并联关系，整个切换过程无需人工操作，而且不需要重新进行线路布局。

使用者可以通过对第一微型处理器系的控制程序的设定，来选择接入电能输入端口的电池或电池组的动作过程。作为一种优选方案，串并联切换信号采样电路采集外部供电端口的电力参数，并将该参数传送第一微型处理器系统，第一微型处理器系统进行处理，并将处理结果传送动作控制系统，动作控制系统发出控制信号，控制电能输入端口顺序串联或顺序并联起来，电能输入端口顺序串联或顺序并联起来也就是接入电能输入端口的电池或电池组顺序串联或顺序并联起来。电池或电池组顺序串联起来的控制方式较同时串联起来的控制方式，可有效控制放电过程中的输出电流，防止电流过大对接入外部供电端口的外部用电设备造成损害。电池或电池组顺序并联起来的控制方式较同时并联起来的控制方式，可有效控制电池或电池组并联起来的个数，防止因电池或电池组的个数过多造成的充电过程的输入功率过大的情况。

动力电池组充放电智能管理系统还包括一第二微型处理器系统，还包括一用于管理电池充放电情况的电池充放电管理系统；

所述电池充放电管理系统设有至少两组用于接入单个电池的电池接入端口，还设有一个用于对外输出电能的电能输出端口；

所述电池充放电管理系统包括一执行电池充电动作的电池充电动作系统，还包括一对所述电池充电动作系统起控制作用的充电控制系统，所述充电控制系统设有一充电控制信号输入端，

所述控制信号输入端连接所述第二微型处理器系统的一控制信号输出端；

所述第二微型处理器系统还设有一充放电信号采集端，所述充放电信号采集端连接一充放电信号采样电路，所述充放电信号采样电路连接所述电池接入端口；

所述第二微型处理器系统与所述第一微型处理器系统之间通信连接。

本发明的充放电信号采样电路实时检测单个电池的电参数，并将该参数上报给第二微型处理器系统。在充电过程中，当在电池组中出现个别电池电压偏低的情况下，第二微型处理器系统会通过充电控制系统启动电池充电系统，用该组电池组的能量对电压偏低的电池进行补充充电，以防止该电池发生老化。第二微型处理器系统与第一微型处理器系统通信连接，可实现单个电池的电参数的上报，还可以接受第一微型处理器系统的管理。

动力电池组充放电智能管理系统，还可以包括一人机对话控制面板，所述第一微型处理器系统通信连接所述人机对话控制面板。使用者可以通过人机对话控制面板人工控制各电池之间的串并联关系。

附图说明

图1为本发明的部分结构框图；

图2为本发明的串并联关系切换框图；

图3为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，动力电池组充放电智能管理系统，主要包括第一微型处理器系统11、电池串并联切换系统12。

电池串并联切换系统12用于切换电池串并联关系。电池串并联切换系统12设有外部供电端口18、充电端口19、至少两组电能输入端口15。其中，外部供电端口18用于电能输出，实现对外部设备的供电。电能输入端口15用于接入电池或电池组，电能输入端口15的端口数可以根据实际需要设定。充电端口19用于电能输入，可向接入了电能输入端口15的电池或电池组充电。

电池串并联切换系统12主要包括串并联切换动作系统、动作控制系统。串并联切换动作系统用于执行串并联切换动作，串并联切换动作系统可以采用具有双向选择功能的开关装置，双向选择功能的开关装置可以选用继电器、单刀双掷开关等。动作控制系统用于对串并联切换动作系统的控制。其中，动作控制系统设有一用于控制切换的控制信号输入端14，控制信号输入端14连接第一微型处理器系统11的一控制信号输出端13。第一微型处理器系统11设有一串并联切换信号采集端16，串并联切换信号采集端16连接有一串并联切换信号采样电路17，串并联切换信号采样电路17连接外部供电端口18。

动力电池组充放电智能管理系统的工作过程：

首先，串并联切换信号采样电路17采集外部供电端口18的电力参数，并将采集到参数报送第一微型处理器系统11，接着第一微型处理器系统11进行处理，并将处理结果传送动作控制系统，然后控制系统根据第一微型处理器系统11传送来的指令，发出控制信号，通过串并联切换动作系统调整各电池的串并联关系。

为了有效控制放电过程中的输出电流以及充电过程的输入功率，减少使用过程中对外部用电设备、供电设备以及电池或电池组的损害，串并联切换信号采样电路17采集外部供电端口18的电力参数，并将该参数传送第一微型处理器系统11，第一微型处理器系统11读取第一微型处理器系统11的控制程序，经处理后将控制命令传送动作控制系统，动作控制系统发出控制信号，控制接入电能输入端口的电池或电池组顺序串联或顺序并联起来。参照图2，当接入动力电池组充放电智能管理系统的电池或电池组切换为串联关系时，电池或电池组会先将第一组电池或电池组串联起来，然后再将下一组电池或电池组串联起来，直至将最后一组电池或电池组串联起来，即电池或电池组1、电池或电池组2……电池或电池组N-1、电池或电池组N顺序串联起来。当接入动力电池组充放电智能管理系统的电池或电池组切换为并联关系时，电池或电池组会先将第一组电池或电池组并联起来，然后再将下一组电池或电池组并联起来，直至将最后一组电池或电池组并联起来，即电池或电池组1、电池或电池组2……电池或电池组N-1、电池或电池组N顺序并联起来。

下面我们以电动汽车的供电系统为例，进行详述。

电力汽车的高压马达的电压要求在240伏左右，但常见的动力锂电池电压在3伏左右，故我们选用80节3伏的动力锂电池。

首先选择一个具有相应电能输入端口15个数的动力电池组充放电智能管理系统，将80节动力锂电池分别接入电能输入端口15中，也可以分组串联后再接入电能输入端口15中。然后将电池串并联切换系统12接入电动汽车。通过设定第一微型处理器的程序，当串并联切换信号采样电路17采集到的外部供电端口18电压为高电压且有电流输出时，即电动汽车启动或行驶时，第一微型处理器系统11通过动作控制系统控制串并联切换动作系统动作，使电能输入端口顺序串联；当串并联切换信号采样电路17采集到的外部供电端口18电压为高电压但无电流输出时，即电动汽车暂停时或刚刚熄火后，第一微型处理器系统11开始计时，当满三分钟后就切断连接，如果切断连接后采样电路采集到的外部供电端口18电压仍为高电压，就重新使电能输入端口15顺序串联，每三分钟重复一次；当串并联切换信号采样电路17采集到的外部供电端口18电压为低电压时，即电动汽车熄火后，第一微型处理器系统11通过动作控制系统控制串并联切换动作系统动作，使电能输入端口15顺序并联起来，80节动力锂电池并联后主要用作安全充电。

参照图3，为了方便对80节动力锂电池的管理，我们可以将80节动力锂电池多节串联后，在进行串并联。例如我们将80节动力锂电池分为5组，每组16个。此时动力电池组充放电智能管理系统还可以包括一第二微型处理器系统、一电池充放电管理系统。

电池充放电管理系统用于管理电池充放电情况。电池充放电管理系统还包括电池充电动作系统、充电控制系统。电池充电动作系统用于执行电池充电动作，充电控制系统对电池充电动作系统起控制作用。充电控制系统设有一充电控制信号输入端，充电控制信号输入端连接第二微型处理器系统的一控制信号输出端。电池充放电管理系统设有至少两组用于接入单个电池的电池接入端口21，此处是16个，还设有一个用于对外输出电能的电能输出端口22，电能输出端口22连接电能输入端口15。第二微型处理器系统还设有一充放电信号采集端，充放电信号采集端连接一充放电信号采样电路，充放电信号采样电路连接所述电池接入端口21。第二微型处理器系统与第一微型处理器系统11之间通信连接。当然，第二微型处理器系统和第一微型处理器系统11可以并用一个微型处理器系统。

这样，第一微型处理器系统11可以通过第二微型处理器系统了解各电池的情况，包括电池的电压、使用时间、充放电次数等，同时也可以通过第二微型处理器系统对电池的充放电情况进行控制。第二微型处理器系统的充放电信号采样电路可以实时检测单个电池的电参数，并将该参数上报给第二微型处理器系统。当在电池组中出现个别电池电压偏低的情况下，第二微型处理器系统会通过充电控制系统启动电池充电系统，用该组电池组的能量对电压偏低的电池进行补充充电，以防止该电池发生老化。

在生产过程中，可以将第一微型处理器系统11和电池串并联切换系统12合并生产，将第二微型处理器系统和电池充放电管理系统合并生产，此时，动力电池组充放电智能管理系统还包括一总电池控制单元外壳、一单组电池控制单元外壳。第一微型处理器系统11和电池串并联切换系统12封装在总电池控制单元外壳内，构成总电池控制单元1，第二微型处理器系统和电池充放电管理系统封装在单组电池控制单元外壳内，构成单组电池控制单元2。动力电池组充放电智能管理系统分为总电池控制单元1和单组电池控制单元2后，可实现模块化生产，这样，动力电池组充放电智能管理系统的生产和使用就具有了灵活性。这时，单组电池控制单元外壳上设有电池接入端口21、电能输出端口22、与第一微型处理器系统11通信的第一通信端口31。总电池控制单元外壳上设有电能输入端口15、与第二微型处理器系统通信的第二通信端口32、外部供电端口18、充电端口19。电能输出端口22连接电能输入端口15，第一通信端口31连接第二通信端口32。

为了提高使用者的主动性，动力电池组充放电智能管理系统，还可以包括一人机对话控制面板，第一微型处理器系统11通信连接人机对话控制面板。使用者可以通过人机对话控制面板人工控制各电池之间的串并联关系。当使用者通过人机对话控制面板人工控制各电池之间的串并联关系时，第一微型处理器系统11会优选考虑人机对话控制面板传来的控制参数，然后再考虑串并联切换信号采样电路17采集外部供电端口18的电力参数，也可以直接关闭串并联切换信号采样电路17。当人机对话控制面板和串并联切换信号采样电路的输送参数矛盾时，第一微型处理器系统11执行人机对话控制面板的控制命令。计人机对话控制面板的优先级大于串并联切换信号采样电路。

为了使人机对话控制面板更直观的反映电量的多少，使使用者了解可行驶的里程，人机对话控制面板可以设有一里程表，里程表包括一表盘和一指示针，表盘的刻度值从零到电池一次充放电的最大里程值的理论值，指示针所指的刻度值的大小与电池电量的大小呈正相关。

动力电池组充放电智能管理系统可以用于电动车辆，如上面提到的电动汽车，再如混合动力汽车、电动三轮车、电动自行车上。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：包括第一微型处理器系统、用于切换电池串并联关系的电池串并联切换系统、第二微型处理器系统，用于管理电池充放电情况的电池充放电管理系统；

所述电池串并联切换系统设有一外部供电端口、一充电端口，还设有至少两组用于接入电池或电池组的电能输入端口；

所述电池串并联切换系统包括一执行串并联切换动作的串并联切换动作系统，还包括一对所述串并联切换动作系统起控制作用的动作控制系统，所述动作控制系统设有一用于控制切换的控制信号输入端；

所述控制信号输入端连接所述第一微型处理器系统的一控制信号输出端；

所述第一微型处理器系统还设有一串并联切换信号采集端，所述串并联切换信号采集端连接有一串并联切换信号采样电路，所述串并联切换信号采样电路连接所述外部供电端口;

所述电池充放电管理系统设有至少两组用于接入单个电池的电池接入端口，还设有一个用于对外输出电能的电能输出端口，所述电能输出端口连接所述电能输入端口；

所述电池充放电管理系统包括一执行电池充电动作的电池充电动作系统，还包括一对所述电池充电动作系统起控制作用的充电控制系统，所述充电控制系统设有一充电控制信号输入端；

所述控制信号输入端连接所述第二微型处理器系统的一控制信号输出端；

所述第二微型处理器系统还设有一充放电信号采集端，所述充放电信号采集端连接一充放电信号采样电路，所述充放电信号采样电路连接所述电池接入端口；

所述第二微型处理器系统与所述第一微型处理器系统之间通信连接。

2.根据权利要求1所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：所述串并联切换信号采样电路采集所述外部供电端口的电力参数，并将该参数传送所述第一微型处理器系统，所述第一微型处理器系统进行处理，并将处理结果传送所述动作控制系统，所述动作控制系统发出控制信号，控制所述电能输入端口顺序串联或顺序并联起来。

3.根据权利要求1所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：所述第二微型处理器系统的充放电信号采样电路实时检测单个电池的电参数，并将该参数上报给所述第二微型处理器系统；

在充电过程中，当在电池组中出现个别电池电压偏低的情况下，所述第二微型处理器系统会通过所述充电控制系统启动所述电池充电系统，用该组电池组的能量对电压偏低的电池进行补充充电。

4.根据权利要求1或2或3所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：还包括一总电池控制单元外壳、一单组电池控制单元外壳；

所述第一微型处理器系统和所述电池串并联切换系统封装在所述总电池控制单元外壳内，构成总电池控制单元；

所述第二微型处理器系统和所述电池充放电管理系统封装在所述单组电池控制单元外壳内，构成单组电池控制单元；

所述单组电池控制单元外壳上设有所述电池接入端口、所述电能输出端口、与所述第一微型处理器系统通信的第一通信端口；

所述总电池控制单元外壳上设有所述电能输入端口、与所述第二微型处理器系统通信的第二通信端口、所述外部供电端口、所述充电端口；

所述电能输出端口连接所述电能输入端口，所述第一通信端口连接所述第二通信端口。

5.根据权利要求4所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：还包括一人机对话控制面板，所述第一微型处理器系统通信连接所述人机对话控制面板。

6.根据权利要求5所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：所述人机对话控制面板设有一里程表，所述里程表包括一表盘和一指示针，所述表盘的刻度值从零到电池一次充放电的最大里程值的理论值，所述指示针所指的刻度值的大小与电池电量的大小呈正相关。

7.根据权利要求6所述的动力电池组充放电智能管理系统的应用，其特征在于：动力电池组充放电智能管理系统用于电动车辆，如电动汽车、混合动力汽车、电动三轮车、电动自行车上。

8.根据权利要求7所述的动力电池组充放电智能管理系统在动力汽车上的应用，其特征在于：当所述串并联切换信号采样电路采集到的所述外部供电端口电压为高电压且有电流输出时，即电动汽车启动或行驶时，所述第一微型处理器系统通过所述动作控制系统控制所述串并联切换动作系统动作，使所述电能输入端口顺序串联；

当所述串并联切换信号采样电路采集到的所述外部供电端口电压为高电压但无电流输出时，即电动汽车暂停时或刚刚熄火后，所述第一微型处理器系统开始计时，当满三分钟后就切断连接，如果切断连接后所述采样电路采集到的所述外部供电端口电压仍为高电压，就重新使所述电能输入端口顺序串联，每三分钟重复一次；

当所述串并联切换信号采样电路采集到的所述外部供电端口电压为低电压时，即电动汽车熄火后，所述第一微型处理器系统通过所述动作控制系统控制所述串并联切换动作系统动作，使所述电能输入端口顺序并联起来。

9.根据权利要求8所述的动力电池组充放电智能管理系统，其特征在于：所述串并联切换动作系统采用具有双向选择功能的开关装置，所述双向选择功能的开关装置采用继电器或单刀双掷开关。

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