CN102870311B - 电池供电系统及其上电的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信领域，具体提供一种电池供电系统及控制方法，所述电池供电系统包括主控单元，第一连接点和第二连接点，以及连接在所述第一连接点和第二连接点之间的多个电池模块；该电池模块包括：第一节点、电池组阵列，充电电路，以及充放电电路；其中，充放电电路，用于为电池组阵列充电或放电，充电电路，用于为电池组阵列充电；主控单元，用于控制多个电池模块的充电电路启动，使充电电路为与充电电路位于同一电池模块的电池组阵列充电；另外，其进一步用于在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动。

Description

电池供电系统及其上电的控制方法

技术领域

本发明涉及电池供电领域，尤其涉及一种电池供电系统及其上电的控制方法。

背景技术

目前，有些电池需要电池管理系统（Battery Management System，BMS）做监控管理，电池必须与BMS配合使用，在大功率应用中，首先需要单体电芯串联组成电池组来提高供电电压，然后电池组再并联来提高供电电流。

现有技术的电池供电系统如图1所示，该电池供电系统包括n个并联的锂电模块，n为大于1的整数，其中每个锂电模块包括串联的电池组和BMS，电池组由多个电芯串联起来组成，BMS包括并联的充电电路和放电电路，其中充电电路是按照所用的锂电池规格的充电曲线设计的，充电电路具有限流功能，充电电路和放电电路独立设置。在多个锂电模块接入母排为负载供电之前，BMS设置为充电状态，因为有充电限流功能，所以可以避免大电流冲击。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：由于每个BMS都独立控制，容易导致在部分电池组充电时，其他的电池组在放电，从而导致多组并联的电池组之间的组间环流问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种电池供电系统，旨在解决现有技术存在多组电池组并联使用时的组间环流的问题。

一方面，本发明提供一种电池供电系统，所述电池供电系统包括：主控单元，第一连接点和第二连接点，以及连接在所述第一连接点和第二连接点之间的多个电池模块；

该电池模块包括：第一节点、电池组阵列，充电电路，以及充放电电路；所述电池组阵列连接在所述第一连接点与所述第一节点之间，所述充电电路和所述充放电电路分别连接在所述第一节点与所述第二连接点之间；所述电池组阵列包括：一个或多个电池组；

其中，所述充放电电路，用于为所述电池组阵列充电或放电，所述充电电路，用于为所述电池组阵列充电；

所述主控单元，用于控制多个电池模块的充电电路启动，使充电电路为与充电电路位于同一电池模块的电池组阵列充电；

所述主控单元，进一步用于在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，以便于充到预设电压的电池模块中的电池组阵列通过充放电模块进行充电或放电。

另一方面，本发明还提供一种电池供电系统上电的控制方法，所述方法包括：

在电池供电系统首次上电时，控制所有电池模块的电池管理系统BMS开启充电电路给所有电池模块内的电池组阵列充电；

在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，以便于充到预设电压的电池模块中的电池组阵列通过充放电模块进行充电或放电。

本发明技术方案由于包括与多个电池模块连接的主控单元，并且本技术方案是通过主控单元统一控制电池组阵列的电压是已经充到预设电压的，因此当电池组阵列充到预设电压以后，所有电池组阵列都是通过充放电电路进行充电或者放电的。因此采用本发明技术方案提供的电池供电系统解决了现有技术存在的有的电池组充电，有的电池组放电，导致多组电池组并联使用的组间环流的问题，算法简单，系统可靠。

附图说明

图1为现有技术提供的电池供电系统的功能模块框图；

图2为本发明具体实施方式提供的电池供电系统的功能模块框图；

图3为本发明具体实施方式提供的电池组阵列的功能模块框图；

图4为本发明具体实施方式提供的电池供电系统上电的控制方法的流程图；

图5为本发明一实施例提供的电池供电系统的功能模块框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本发明实施例提供的电池供电系统如图2所示，包括：主控单元21，第一连接点22和第二连接点23，以及连接在所述第一连接点和第二连接点之间的多个电池模块24，电池模块24包括第一节点241、电池组阵列242，充电电路243，以及充放电电路244；电池组阵列242连接在第一连接点22与第一节点241之间，电池组阵列242包括：一个或多个电池组；充电电路243和充放电电路244分别连接在第一节点241与第二连接点23之间；

充放电电路244，用于为电池组阵列242充电或放电，充电电路243，用于为电池组阵列242充电；

主控单元21，用于控制多个电池模块24的充电电路243启动，使充电电路243为与充电电路243位于同一电池模块24的电池组阵列242充电；

主控单元21进一步用于在多个电池模块24的电池组阵列242充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块24的充电电路243关闭，并控制充到预设电压的电池模块24的充放电模块244启动，以便于充到预设电压的电池模块24中的电池组阵列242通过充放电模块244进行充电或放电。

本发明实施例由于包括与多个电池模块连接的主控单元，并且本实施例是通过主控单元统一控制电池组阵列的电压是已经充到预设电压的，因此当电池组阵列充到预设电压以后，所有电池组阵列都是通过充放电电路进行充电或者放电的。因此采用本发明实施例提供的电池供电系统解决了现有技术存在的有的电池组充电，有的电池组放电，导致多组电池组并联使用的组间环流的问题，算法简单，系统可靠。

需要说明的是，上述电池组阵列242的具体结构以及连接关系如图3所示，其中在电池组阵列242具体包括多组电池组31时，多组电池组31可以为并联连接关系，即该电池组阵列242包括并联连接的多组电池组31，另外，该电池组31可以包括一个或多个电芯311（其中图3以多个电芯为例，在实际情况中，也可以为一个电芯）；

另外，该主控单元进一步用于在多组电池模块24中的任一电池组阵列242中的任一电池组31或任一电芯311欠压告警时，控制上述电池供电系统的电源给欠压的该电池组阵列242充电，在多组电池模块24中的任一电池组阵列242中的任一电池组31或任一电芯311过压告警时，控制上述电池供电系统的电源停止给过压的该电池组阵列242充电。

需要说明的是，上述欠压的电池组阵列与过压的电池组阵列并非完全是同一电池组阵列，即在实际情况中，如果有3个电池模块，其分别对应的电池组阵列可以为：电池组阵列A、电池组阵列B、电池组阵列C，则可能同时出现，电池组阵列A过压，电池组阵列B正常，电池组阵列C欠压，上述过压的具体含义可以为：任一电池组或任一电芯过压均可以理解成电池组阵列过压；上述欠压的具体含义可以为：任一电池组或任一电芯欠压时均可以理解成电池组阵列欠压，上述正常的具体含义可以为：所有电池组和所有电芯即不过压也不欠压时，可以理解成电池组阵列正常。当然上述实际情况仅为举例说明，在实际情况中，出现欠压或过压的电池组阵列也可以为同一电池组阵列。

需要说明的是，上述电池组欠压与电池组内部的电芯欠压完全属于两种不同的情况，即当电池组欠压时，该电池组内部的电芯有可能欠压，也有可能电压正常，当然该电芯欠压时，该电池组也有可能为欠压，也有可能电压正常。另外，每个电池组均有可能包括有多个电芯，当然也可以为一个电芯，当为多个电芯时，多个电芯串联组成电池组。

可以看出，电池组阵列中的多个电池组是一起充电，因此不容易出现电池组之间的组间环流的问题。

需要说明的是，上述充电电路243和充放电电路244位于BMS，在上述电池模块24出现异常情况时，BMS断开充放电模块244，该主控单元21进一步用于，控制出现异常情况的电池模块24内的充电模块243开启，使该充电模块243可以为该充电模块243对应的电池组阵列242充电，在出现异常情况的电池模块24的电池组阵列242充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块24的充电电路243关闭，并控制该充到预设电压的电池模块24的充放电模块244启动，使该充放电模块244可以为该电池组阵列242充电或放电。

另外，需要说明的是，上述控制单元21控制充电模块243或充放电模块244均是通过向BMS发送命令，然后由BMS根据该控制单元21的命令控制充电模块243或充放电模块244执行该命令对应的相关操作。

需要说明的是，上述电池模块24出现异常情况具体可以为：电池组阵列出现高温、低温、过压、欠压、过流、欠流等情况中的任何一种或多种。

本发明实施例中，在为供电的过程（在业内也叫全充全放模式，即此时由充放电模块244处于工作状态，充电模块243处于非工作状态）中，在任意一个电池组或任意一个电芯出现欠压时，为整个电池组阵列充电，在任意一个电池组或任意一个电芯过压时，停止整个电池组阵列充电。因此可以看出，在多个电池模块的电池组阵列是一起充电，一起停止，因此不容易出现电池组之间的组间环流的问题。

可选的，上述第一连接点22与第二连接点23之间还可以连接负载，当连接负载时，该电池模块24为该负载供电，在为负载供电的过程中，当任意一个电池模块24中的电池组阵列242中的任意一个电池组或任意一个电芯欠压时，控制第二连接点23与负载断开，停止为负载供电，并控制具有欠压情况（具体可以为任意一个电池组或任意一个电芯欠压）的电池模块24连接系统电源，使系统电源可以为电池模块24的电池组阵列242充电，在任意一个电池模块24中的电池组阵列242中的任意一个电池组或任意一个电芯欠压时，控制系统电源与第二连接点23断开，停止充电；当然还可以进一步控制所述第二连接点与负载连接，以便于任一电池模块24中的电池组阵列242分别通过充放电模块244进行放电或充电，当有负载时，可以实现该电池模块24为负载供电。

本发明实施例中，在为负载供电的过程中，在任意一个电池组出现欠压时，为整个电池组阵列充电，在任意一个电池组过压时，停止对整个电池组阵列充电。可以看出，在多个电池模块的电池组阵列中的电池组是一起充电，一起放电，因此不容易出现电池组之间的组间环流的问题。

需要说明的是，上述充电电路243具体可以为小电流充电电路，上述充放电电路244具体可以为大电流充放电电路。另外，上述电池组阵列242中的电池组31具体可以为：锂电池组，当然也可以为其他形式的电池组。

需要说明的是，上述小电流充电电路的具体范围可以小于等于0.1C的充电电路；上述大电流充放电电路的具体范围可以为：大于等于0.3C小于等于1C的充放电电路。其中，C可以表示电池组阵列的容量。

上述通过充电电路243为与充电电路243位于同一电池模块的电池组阵列充电，此时系统电源可以位于48伏（根据实际情况不同，也可以能为其他的电压值），在充电此时，通过系统电源为负载供电，电源处于满足负载要求的工作状态。

充电电路243和充放电电路244可以位于：电池管理系统（BMS）。

主控单元21可以位于电池供电系统的控制中心内。

另外，上述充电电路243可以进一步用于限制电池组阵列242的输入电流的大小。

上述预设电压为电池组阵列满充电压，该满充电压即电池组阵列在容量充满时的电压。

在本发明的实施例中，可以在第一节点241的位置设置第一开关模块，上述第一开关模块，用于根据主控单元21的控制命令，选择将充电电路243或充放电电路244与第一节点连接；

当然，在本发明的实施例中，也可以在第二连接点23与电池模块24的连接位置设置第二开关模块，该第二开关模块，用于通过主控单元21的另一控制命令，选择将充电电路243或充放电电路244与第二连接点23连接。

在本发明的实施例中，上述电池供电系统可以在充放电模块244启动后，在第一连接点22和第二连接点23之间连接负载，实现为负载供电。

本发明还提供一种上述电池供电系统上电的控制方法，该方法如图4所示，需要说明的是，上述电池供电系统的具体结构可以如图2所示，该结构具体包括的装置或模块可以参见上述系统实施例的表述，这里不再赘述，该方法由电池供电系统完成，具体由电池供电系统的控制单元完成，该方法具体可以包括：

S41、在电池供电系统首次上电时，控制所有电池模块的BMS开启充电电路给所有电池模块内的电池组阵列充电；

S42、在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，以便于充到预设电压的电池模块中的电池组阵列通过充放电模块进行充电或放电。

需要说明的是，当电池供电系统的所有电池模块的电池组阵列均充到预设电压时，完成电池供电系统的首次上电，然后进入到全充全放模式，该全充全放模式具体可以为：所有电池模块的电池组阵列的充电或放电均由充放电模块完成的模式。

需要说明的是，检测电池供电系统是否为首次上电的具体方式可以为：在电池模块接入负载的输入端之前，检测到负载的输入端电压是否正常，如正常则为首次上电，否则确定不是首次上电，不进行步骤S41、S42。该正常的具体情况可以参见系统实施例中的描述。

需要说明的是，上述方法在S42之后，还可以包括：

在全充全放模式下，在多个电池模块中的电池组阵列中的任一电池组或任一电芯欠压告警时，控制上述电池供电系统的电源给欠压的电池组阵列充电，在该电池组阵列中的任一电池组或任一电芯过压告警时，控制上述电池供电系统的电源停止给过压的电池组阵列充电。

需要说明的是，上述方法在S42之后，还可以包括：

在电池模块（可以一个，也可以为多个）出现异常情况时，控制异常电池模块中的充电模块开启，使该充电模块可以为该异常电池模块的电池组阵列充电，在该异常电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制该充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制该充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，使该充放电模块可以为该电池组阵列充电或放电。

本发明实施例提供的方法是通过主控单元统一控制电池组阵列的电压是已经充到预设电压的，因此当电池组阵列充到预设电压以后，所有电池组阵列都是通过充放电电路进行充电或者放电的。因此采用本发明实施例提供的电池供电系统上电控制方法解决了现有技术存在的有的电池组充电，有的电池组放电，导致多组电池组并联使用的组间环流的问题，算法简单，系统可靠。

本发明一实施例提供一种电池供电系统，本实施例实现的技术场景如图5所示，可以包括：以电池模块中的电池组阵列242包括一个电池组为例，电池组可以为锂电模块54，电池组为锂电池组，负载的输入端为母排为例来说明本发明提供的电池供电系统，本发明一实施例提供的电池供电系统同样适用于其他类型的电池。

本发明一实施例提供的电池供电系统包括n个锂电模块和分别与该n个锂电模块连接的主控单元21，n为大于1的整数，其中每个锂电模块包括：电池组阵列242和BMS301，其中该电池组阵列242和BMS301串联连接，锂电池组阵列242中的一个锂电池组包括多个串联的电芯，BMS301包括并联的充电电路243和充放电电路244。

充电电路243用于对与BMS301串联的电池组阵列242进行充电及限制电池组阵列242的输入电流的大小；

充放电电路244用于对与BMS301串联的电池组阵列242进行充电或放电；

主控单元21用于在锂电模块54接入母排601之前，检测到母排601电压正常时，控制所有锂电模块54的BMS301开启充电电路243给与BMS301串联的电池组阵列242充电；当任意一个电池组阵列电压242充到与预设电压（即母排601电压）相等时，控制充到预设电压的电池组阵列242所属的锂电池模块54的BMS301开启充放电电路244，同时控制BMS301关闭充到预设电压的电池组阵列242对应的充电电路243。

需要说明的是，上述母排601为了叙述的方便，可以将母排601的二端分别称为第一连接点和第二连接点，其中，第一连接点或第二连接点可以由用户自行设定，例如：本发明提供的电池供电系统（如图2所示）中的第一连接点可以为靠近电池组阵列端，第二连接点可以为靠近BMS端。

另外，本发明一实施例提供的电池供电系统还可以包括：系统电源501，该系统电源501可以由主控单元21控制，当多组锂电池模块54中的任意一个锂电池组或者任意一个电芯欠压告警时，给欠压告警的电池组阵列242充电，当多组锂电池模块54中的任意一个锂电池组或者任意一个电芯过压告警时，停止给过压告警的电池组阵列242充电。

另外，本发明一实施例提供的电池供电系统还可以包括：

在上述锂电池模块54出现异常情况时，BMS断开充放电模块244，该主控单元21进一步用于，控制出现异常情况的锂电池模块54中的充电模块243开启，使该充电模块243可以为该电池组阵列242充电，在该锂电池模块54的电池组阵列242充到预设电压时，控制该充到预设电压的锂电池模块54的充电电路243关闭，并控制该充到预设电压的锂电池模块54的充放电模块244启动，使该充放电模块244可以为该电池组阵列242充电或放电。

可选的，上述充电电路242可以采用小电流充电电路，充放电电路243可以采用大电流充放电电路。其中小电流充电电路起充电限流的作用，其能限制电池组阵列的输入电流，由于充电电流比较小，功率较小，损耗小，所以发热小，大电流充放电电路不限流，只是起导通和关断的作用，所以容易做到导通损耗小，效率高，发热小；该小电流充电电路可以根据系统设计而定；例如50Ah电池可以用5A充电12小时充满；该大电流充放电电路根据系统设计和负载情况而定；例如10A，15A，30A，100A等等。

由于大电流充放电电路的导通阻抗很小，所以全充全放模式下的损耗很小，整个电池供电系统效率很高。又因为只有在首次上电和异常模式下才关闭大电流充放电电路，所以电池供电系统的整个生命周期内效率都很高。

上述装置实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例提供的电池供电系统首次上电的控制方法和电池供电系统全充全放的控制方法中，其全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成。比如可以通过计算机运行程序来完成。该程序可以存储在可读取存储介质，例如，随机存储器、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电池供电系统，其特征在于，所述电池供电系统包括：主控单元，第一连接点和第二连接点，以及连接在所述第一连接点和第二连接点之间的多个电池模块；

该电池模块包括：第一节点、电池组阵列，充电电路，以及充放电电路；所述电池组阵列连接在所述第一连接点与所述第一节点之间，所述充电电路和所述充放电电路分别连接在所述第一节点与所述第二连接点之间；所述电池组阵列包括：一个或多个电池组；

其中，所述充放电电路，用于为所述电池组阵列充电或放电，所述充电电路，用于为所述电池组阵列充电；

所述主控单元，用于控制多个电池模块的充电电路启动，使充电电路为与充电电路位于同一电池模块的电池组阵列充电；

所述主控单元，进一步用于在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，以便于充到预设电压的电池模块中的电池组阵列通过充放电模块进行充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电池供电系统，其特征在于，在所述电池组阵列包括多组电池组时，所述多组电池组为并联连接关系，所述电池组包括：一个或多个电芯，其中，多个电芯为串联连接关系；

所述主控单元，还进一步用于在多组电池模块中的任一电池组阵列中的任一电池组或任一电芯欠压告警时，控制所述电池供电系统的电源给欠压的电池组阵列充电，在多组电池模块中的任一电池组阵列中的任一电池组或任一电芯过压告警时，控制所述电池供电系统的电源停止给过压的电池组阵列充电。

3.根据权利要求1所述的电池供电系统，其特征在于，所述充电电路和所述充放电电路位于电池管理系统（BMS），在电池模块出现异常情况时，BMS断开所述充放电模块；

所述主控单元，进一步用于控制出现异常情况的电池模块内的充电模块开启，使该充电模块为其对应的电池组阵列充电，在该电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制该充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，使该充放电模块为该电池组阵列充电或放电。

4.一种电池供电系统上电的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

在电池供电系统首次上电时，控制所有电池模块的电池管理系统（BMS）开启充电电路给所有电池模块内的电池组阵列充电；

在多个电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，以便于充到预设电压的电池模块中的电池组阵列通过充放电模块进行充电或放电。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动之后还包括：

在多个电池模块中的电池组阵列中的任一电池组或任一电芯欠压告警时，控制所述电池供电系统的电源给欠压的该电池组阵列充电，在该电池组阵列中的任一电池组或任一电芯过压告警时，控制所述电池供电系统的电源停止给过压的该电池组阵列充电。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法在控制充到预设电压的电池模块的充放电模块启动之后还包括：

在电池模块出现异常情况时，控制异常电池模块中的充电模块开启，使该充电模块可以为该异常电池模块的电池组阵列充电，在该异常电池模块的电池组阵列充到预设电压时，控制该充到预设电压的电池模块的充电电路关闭，并控制该充到预设电压的电池模块的充放电模块启动，使该充放电模块可以为该电池组阵列充电或放电。

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