CN102545322B - 一种电池模块、供电系统及电池供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电池模块、供电系统及电池供电控制方法，属于供电技术领域，以解决电池组并联使用时出现的组间环流问题，延长电池组使用寿命。其中电池模块包括：多个并联的电池组；多个充放电电路，分别与所述电池组一一对应电性连接，每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路；以及与所述多个充放电电路连接的控制电路。本发明实施例用于电池模块供电。

Description

一种电池模块、供电系统及电池供电控制方法

技术领域

本发明涉及供电技术领域，尤其涉及一种电池模块、供电系统及电池供电控制方法。

背景技术

当前，锂动力电池在储能、零时备电、油电混合等场景有大规模的应用，这些应用场景都要求供电系统具有零时备电功能，尤其在市电较差的地区，要求供电系统具有长时间的零时供电功能。

供电系统的备用电池通常采用单个的锂电池，在大功率的应用场景中，单个的锂电池提供的电压和电流无法满足需求，需要用电池组替代单体电芯。通常是将单体电芯串联组成电池组提高供电电压，然后再将电池组并联提高供电电流。但是，由于锂电池本身内阻很小，当并联的各电池组间存在压差时，电池组之间的环流很大，这种电池组之间的组间环流会对电池组的寿命产生较大影响。

发明内容

本发明的实施例提供一种电池模块、供电系统及电池供电控制方法，可以解决电池组并联使用时的组间环流问题，延长电池组使用寿命。

为达到上述目的，本发明实施例提供的电池模块采用如下技术方案：

一方面，提供一种电池模块，包括：

多个并联的电池组；

多个充放电电路，分别与所述电池组一一对应电性连接，每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路；所述检测电路用于检测对应电池组的工作参数，并将所述工作参数发送给控制电路；所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组的充电；

所述控制电路，与所述多个充放电电路连接，用于接收所述检测电路发送的各个电池组的工作参数，并根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭。

一方面，一种供电系统，包括：电源、负载、电池模块和防浮充零时供电控制电路；

所述电池模块包括：多个并联的电池组；多个充放电电路，分别与所述电池组一一对应电性连接，每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路；所述检测电路用于检测对应电池组的工作参数，并将所述工作参数发送给控制电路；所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现所述电源或者所述电池模块中电压值最高的电池组向对应电池组的充电；所述控制电路，与所述多个充放电电路连接，用于接收所述检测电路发送的各个电池组的工作参数，并根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭；

所述防浮充零时供电控制电路，一端与所述电池模块连接，另一端与所述负载和所述电源连接，用于当确定所述负载电压低于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路开启，以便所述电池模块向所述负载供电；当确定所述负载电压高于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路关闭。

一方面，提供一种电池供电控制方法，包括：

检测电池模块的各个电池组的工作参数；

根据所述工作参数控制所述电池模块的充放电，以及所述电池模块中各个电池组之间的充放电。

本发明实施例提供的电池模块、供电系统及电池供电控制方法，检测电路检测每个电池组的工作参数，并根据该工作参数判断电池模块的各个电池组之间是否出现了组间环流，通过控制对应电池组的正常充放电电路和异常充电电路的开启或关闭，使各个并联的电池组之间电压保持基本相等，有效解决了电池组之间的组间环流问题，延长电池模块的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电池模块结构示意图；

图2为本发明实施例提供的供电系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电池供电控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种电池模块1，如图1所示，包括：

多个并联的电池组(本实施例中以三个电池组11、21、31为例)，每个电池组包括多个依次串联的电芯111。

多个充放电电路(本实施例中以三个充放电电路12、22、32为例)，分别与电池组一一对应电性连接。在本实施例中，充放电电路12对应电性连接电池组11、充放电电路22对应电性连接电池组21、充放电电路32对应电性连接电池组31。

每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路。在本实施例中，充放电电路12包括检测电路121、正常充放电电路122和异常充电电路123；充放电电路22包括检测电路221、正常充放电电路222和异常充电电路223；充放电电路32包括检测电路321、正常充放电电路322和异常充电电路323。

其中，检测电路用于检测对应电池组的工作参数，并将该工作参数发送给控制电路；正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组充电。

控制电路13，与充放电电路12、22、32连接，用于接收检测电路121、221、321发送的对应电池组11、21、31的工作参数，并根据工作参数控制电池组11、21、31对应的正常充放电电路122、222、322和异常充电电路123、223、323的开启或关闭。

具体的，当电池模块1与负载连接时，控制电路13控制开启电池组11对应的充放电电路12的正常充放电电路122、控制开启电池组21对应的充放电电路22的正常充放电电路222、以及控制开启电池组31对应的充放电电路32的正常充放电电路322、实现电池模块1对负载的零时备电功能。

当电池组1与电源连接时，控制电路13控制开启电池组11对应的充放电电路12的正常充放电电路122、控制开启电池组21对应的充放电电路22的正常充放电电路222、以及控制开启电池组31对应的充放电电路32的正常充放电电路322，实现电源对电池模块1的充电。

如果各个电池组的电压值都相等，则各个电池组的正常充放电电路开启，异常充电电路关闭，电池模块1可实现对负载的零时备电和电源对电池模块1内部各个电池组的充电。

进一步地，控制电路13接收到的工作参数包含各个电池组的电压值时，若确定电池组21的电压值高于电池组11和电池组31的电压值时，即确定出现组间环流问题，则控制电路13控制开启电池组21对应的正常充放电电路222并关闭该电池组21对应的异常充电电路223；同时开启电池组11的异常充电电路123并关闭电池组11的正常充放电电路122；同时开启电池组31的异常充电电路323，并关闭电池组11的正常充放电电路322。此时，电池模块1不能进行向外接负载的供电，而是进行内部电压值最高的电池组21向低电压的电池组11、31的充电，当控制电路13接收到电池组11、21、31电压相等时，控制电路13控制开启电池组11对应的正常充放电电路122，并关闭该电池组11对应的异常充电电路123，同时开启电池组31对应的正常充放电电路322，并关闭电池组11对应的异常充电电路323。此时电池模块1回到默认的正常工作状态。这样，通过内部电压值最高的电池组21向低电压的电池组11、31的充电，进而使得电池组11、21、31电压相等，从而解决组间环流问题，保护了电池模块1，延长电池模块1的寿命。

进一步地，控制电路13接收到的工作参数包含各个电池组的电压值、电流值，以及各个电芯的电压值、温度值时，若确定任一电池组，如电池组11的电压值或电流值在预设阈值范围之外，或者确定任一电芯，如电池组11的任一电芯的电压值或温度值在预设阈值范围之外，则同时关闭电池组11的正常充放电电路122和异常充电电路123、关闭电池组21的正常充放电电路222和异常充电电路223、关闭电池组31的正常充放电电路322和异常充电电路323。这样，一旦发现电池模块1发生异常，能够及时切断供电，一方面保护了电池模块1，另一方面也保护了负载。

在本实施例中，该预设阈值范围可以根据经验预先设置并存储在控制电路13的内部存储器中。

本发明的实施例提供的供电系统，如图2所示，包括：电源6、负载5、电池模块1和防浮充零时供电控制电路4，其中，电池模块1与上一实施例提供的电池模块结构相同，在此不再赘述。

该防浮充零时供电控制电路4，一端与电池模块1连接，另一端与负载5和电源6连接，用于当确定负载5电压低于电池模块1电压时，防浮充零时供电控制电路4开启，以便电池模块1向负载5供电。实现电池模块1向负载5的零时供电功能，当确定负载5电压高于电池模块1电压时，即确定电池模块1满容量时，防浮充零时供电控制电路4关闭。这样可以有效避免电池模块1浮充，延长了电池模块1的使用寿命。

示例性的，防浮充零时供电控制电路4可以包括：单向导通器件41、双向开关42和主控单元43。单向导通器件41和双向开关42并联，且并联的所述单向导通器件41和双向开关42的一端与电池模块1连接，另一端与电源6和负载5连接；主控单元43分别与单向导通器件41、双向开关42连接。

其中，单向导通器件41，用于当负载5的电压低于电池模块1的电压时，单向导通器件41导通；当负载5的电压高于电池模块1的电压时，即电池模块1满容量时，单向导通器件41关断。

主控单元43，用于当确定单向导通器件41导通时，控制双向开关42闭合；当确定单向导通器件41关断时，控制双向开关42关断。

下面以单向导通器件41为晶闸管，双向开关42为接触器为例说明供电系统的工作过程。

在本实施例的供电系统中，晶闸管41的门极与接触器42的触点相连接，主控单元43与接触器42的电磁线圈及晶闸管41的阳极和阴极并联，并且与电池模块1串联，电池模块1的阳极与晶闸管41的阳极相连。

在默认状态下，接触器42是关断的，负载5由市电供电。当市电掉电时，晶闸管41阳极电压大于阴极电压，晶闸管41中有电流流过，主控单元43检测到晶闸管41中有电流，控制接触器42导通。

在默认状态下，各个电池组电压值相等，电池模块1的各个正常充放电电路122、222、322开启，各个异常充电电路123、223、323关闭，电池模块1通过正常充放电电路122、222、322和导通的接触器42可以实现对负载5零时供电。当负载5电压高于电池模块1的电压时，即电池模块1满容量时，主控单元43检测到晶闸管41中没有电流，控制接触器42关断。接触器42关断后由于负载上的电源电压高于电池模块1电压，晶闸管反向截止，可以防止电池模块1被负载5浮充。

此外，供电系统的电池模块1的组间环流自适应以及异常保护等操作与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明实施例提供的供电系统，在解决了电池模块1内部的组间环流等问题的基础上，进一步，通过防浮充零时供电控制电路4防止了负载5作为电源向电池模块1的浮充，因此是一种寿命长且安全系数高的供电系统。

本发明的实施例提供的电池供电控制方法，参照上一实施例提供的供电系统，如图3所示，该方法包括：

S301，检测电池模块的各个电池组的工作参数。

S302：根据各个电池组的工作参数控制电池模块的充放电，以及电池模块中各个电池组之间的充放电。

其中，检测电池模块的各个电池组的工作参数包括：检测电池模块的各个电池组的电压值时，

若确定任一电池组的电压值高于其他电池组的电压值，则关闭电池模块与电源和负载之间的充放电，同时使该电压值最高的电池组向其他电池组充电，当所述电池模块的各个电池组电压值恢复相等时，开启所述电池模块与电源和负载的充放电。具体的可以是：关闭各个电池组的正常充放电电路，以关闭所述电池模块向负载的放电和外接电源向所述电池模块的充电。开启所述电压值最高的电池组对应的正常充放电电路并关闭所述电压值最高的电池组对应的异常充电电路，同时开启其他电池组的异常充电电路。当所述电池模块的各个电池组电压值恢复相等时，关闭各个电池组的异常充电电路并开启各个电池组的正常充放电电路，以便于外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电。其中，正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组的充电。这样一来，可以使得电池模块的各个电池组电压相等，解决了电池模块的组间环流问题。

进一步的，检测电池模块的各个电池组的工作参数包括：检测电池模块的各个电池组的电压值、电流值，以及各个电芯的电压值、温度值时，若确定电池模块的任一电池组的电压值或电流值在预设阈值范围之外，或者确定任一电芯的电压值或温度值在预设阈值范围之外，则关闭电池模块的充放电。具体的，可以关闭各个电池组的正常充放电电路和异常充电电路。这样，一方面保护了电池模块1，另一方面也保护了负载。

此外，该电池供电控制方法还包括：

S303、当确定负载上的电压低于所述电池模块的电压时，开启所述电池模块与所述负载之间的防浮充零时供电控制电路。

S304、当确定负载上的的电压高于所述电池模块的电压时，关闭所述电池模块与所述负载之间的防浮充零时供电控制电路。

其中，所述防浮充零时供电控制电路，一端与所述电池模块连接，另一端与负载和电源连接，用于当确定所述负载电压低于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路开启，以便所述电池模块向所述负载供电；当确定所述负载电压高于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路关闭。

示例性的，所述防浮充零时供电控制电路包括：单向导通器件、双向开关和主控单元；所述单向导通器件，用于当所述负载的电压低于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件导通；当所述负载的电压高于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件自动关断；所述主控单元，用于当确定所述单向导通器件导通时，闭合所述双向开关。

步骤S303具体为，当确定连接负载与电池模块的单向导通器件中有电流从所述电池模块向所述负载流动时，闭合连接负载与电池模块的防浮充零时供电控制电路中的双向开关。实现电池模块向负载的供电。

步骤S304具体为当确定连接负载与电池模块的单向导通器件中没有电流流动时，确定负载上的的电压高于所述电池模块的电压，即电池模块满容量时，断开连接负载与电池模块的防浮充零时供电控制电路中的双向开关。这样，可以防止电池模块浮充，能够延长电池模块的使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电池模块，其特征在于，包括：

多个并联的电池组；

多个充放电电路，分别与所述电池组一一对应电性连接，每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路；所述检测电路用于检测对应电池组的工作参数，并将所述工作参数发送给控制电路；所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组的充电；

所述控制电路，与所述多个充放电电路连接，用于接收所述检测电路发送的各个电池组的工作参数，并根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭；

所述控制电路接收到的所述工作参数包含各个电池组的电压值；

相应，根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭包括，

若确定任一电池组的电压值高于其它电池组的电压值时，开启所述电压值最高的电池组对应的正常充放电电路，并关闭所述电压值最高的电池组对应的异常充电电路；同时开启其它电池组的异常充电电路，并关闭其它电池组的正常充放电电路，使得所述电压值最高的电池组向其他电池组充电；当各个电池组电压值恢复相等时，关闭各个电池组的异常充电电路并开启各个电池组的正常充放电电路，以便于外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，

每个电池组包括多个依次串联的电芯；

所述控制电路接收到的所述工作参数包含各个电池组的电压值或电流值、或者包含各个电芯的电压值或温度值；

相应，根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭包括，

若确定任一电池组的电压值或电流值，或者确定任一电芯的电压值或温度值在预设阈值范围之外，则关闭各个电池组的正常充放电电路和异常充电电路。

3.一种供电系统，其特征在于，包括：电源、负载、电池模块和防浮充零时供电控制电路；

所述电池模块包括：多个并联的电池组；多个充放电电路，分别与所述电池组一一对应电性连接，每个充放电电路包括相互独立的检测电路、正常充放电电路和异常充电电路；所述检测电路用于检测对应电池组的工作参数，并将所述工作参数发送给控制电路；所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现所述电源或者所述电池模块中电压值最高的电池组向对应电池组的充电；所述控制电路，与所述多个充放电电路连接，用于接收所述检测电路发送的各个电池组的工作参数，并根据所述工作参数控制各个电池组对应的所述正常充放电电路和所述异常充电电路的开启或关闭；

所述防浮充零时供电控制电路，一端与所述电池模块连接，另一端与所述负载和所述电源连接，用于当确定所述负载电压低于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路开启，以便所述电池模块向所述负载供电；当确定所述负载电压高于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路关闭；

所述防浮充零时供电控制电路包括：单向导通器件、双向开关和主控单元；所述单向导通器件和所述双向开关并联，且并联的所述单向导通器件和所述双向开关的一端与所述电池模块连接，另一端与所述负载和所述电源连接；所述主控单元分别与所述单向导通器件、双向开关连接；

所述单向导通器件，用于当所述负载的电压低于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件导通；当所述负载的电压高于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件自动关断；

所述主控单元，用于当确定所述单向导通器件导通时，闭合所述双向开关。

4.一种电池供电控制方法，其特征在于：

检测电池模块的各个电池组的工作参数；

根据所述工作参数控制所述电池模块的充放电，以及所述电池模块中各个电池组之间的充放电；

所述检测电池模块的各个电池组的工作参数包括：检测电池模块的各个电池组的电压值；

相应，根据所述工作参数控制所述电池模块的充放电，以及所述电池模块中各个电池组之间的充放电包括：

若确定任一电池组的电压值高于其他电池组的电压值，则关闭所述电池模块与电源和负载之间的充放电，同时使该电压值最高的电池组向其他电池组充电，当所述电池模块的各个电池组电压值恢复相等时，开启所述电池模块与电源和负载的充放电；

所述关闭所述电池模块与电源和负载之间的充放电，同时使该电压值最高的电池组向其他电池组充电，当所述电池模块的各个电池组电压值恢复相等时，开启所述电池模块与电源和负载的充放电包括：

关闭各个电池组的正常充放电电路，以关闭所述电池模块向负载的放电和外接电源向所述电池模块的充电；

开启所述电压值最高的电池组对应的正常充放电电路并关闭所述电压值最高的电池组对应的异常充电电路，同时开启其他电池组的异常充电电路；

当所述电池模块的各个电池组电压值恢复相等时，关闭各个电池组的异常充电电路并开启各个电池组的正常充放电电路，以便于外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接负载的放电；

其中，所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接电路的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值时实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组的充电。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述每个电池组包括多个依次串联的电芯；

相应，所述检测电池模块的各个电池组的工作参数包括：检测电池模块的各个电池组的电压值或电流值、各个电芯的电压值或温度值；

相应，根据所述工作参数控制所述电池模块的充放电，以及所述电池模块的各个电池组之间的充放电包括：

若确定所述电池模块的任一电池组的电压值或电流值，或者确定任一电芯的电压值或温度值在预设阈值范围之外，则关闭所述电池模块的充放电。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述关闭所述电池模块的充放电包括：

关闭各个电池组的正常充放电电路和异常充电电路；

其中，所述正常充放电电路用于当各个电池组电压值相等时实现外接电源向对应电池组的充电以及所述对应电池组向外接电路的放电，当对应电池组的电压值高于其他电池组的电压值是实现对应电池组向其他电池组的放电；所述异常充电电路用于当各个电池组电压值不相等时实现外接电源或所有电池组中电压值最高的电池组向对应电池组的充电。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定负载上的电压低于所述电池模块的电压时，开启所述电池模块与所述负载之间的防浮充零时供电控制电路；

当确定负载上的的电压高于所述电池模块的电压时，关闭所述电池模块与所述负载之间的防浮充零时供电控制电路；

其中，所述防浮充零时供电控制电路，一端与所述电池模块连接，另一端与负载和电源连接，用于当确定所述负载电压低于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路开启，以便所述电池模块向所述负载供电；当确定所述负载电压高于所述电池模块电压时，所述防浮充零时供电控制电路关闭。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述防浮充零时供电控制电路包括：单向导通器件、双向开关和主控单元；所述单向导通器件，用于当所述负载的电压低于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件导通；当所述负载的电压高于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件自动关断；所述主控单元，用于当确定所述单向导通器件导通时，闭合所述双向开关；

相应，所述当确定负载的电压低于所述电池模块的电压时，开启所述电池模块与所述负载之间的防浮充零时供电控制电路包括：

当确定连接所述负载与所述电池模块的单向导通器件中有电流从所述电池模块向所述负载流动时，闭合所述防浮充零时供电控制电路中的双向开关。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述防浮充零时供电控制电路包括：单向导通器件、双向开关和主控单元；所述单向导通器件，用于当所述负载的电压低于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件导通；当所述负载的电压高于所述电池模块的电压时，所述单向导通器件自动关断；所述主控单元，用于当确定所述单向导通器件导通时，闭合所述双向开关；

相应，所述当确定负载的电压高于所述电池模块的电压时，断开所述电池模块与所述负载之间的供电电路包括：

当确定连接所述负载与所述电池模块的单向导通器件中没有电流流动时，断开连接所述负载与所述电池模块的供电电路中的双向开关。