CN102931694A - 并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法 - Google Patents

并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池充电控制技术领域，公开了一种并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，包括一个充电模块、一个总成管理模块、至少两个蓄电池模块与通信线路。总成管理模块检测到充电模块有电后，向所有蓄电池模块下发充电有效指令，需要充电的模块发送充电申请，在所有可检测到的蓄电池模块均处于允许充电申请状态时，总成管理模块会向处于充电申请状态的蓄电池模块中电压最低的发送充电授权，未获得充电授权的蓄电池模块向总成管理模块继续发送充电申请，直到获得授权的模块充电完成后，总成管理模块继续判断哪个模块仍需要充电。本发明对并联的多个蓄电池模块采取单独、有区别的充电方式，有利于提高锂离子蓄电池电源的整体充电性能。

Description

并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法
技术领域
本发明属于电池充电控制技术领域，特别涉及一种并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法。
背景技术
锂离子蓄电池的成功运用给后备电源储能系统提供了一种新的技术革新手段。锂离子蓄电池具有自放电率低、储能密度高、循环使用寿命长、无污染以及安全性高等诸多优点，广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车与后备电源等多个领域。
单体锂离子电池的电压低、储能有限，例如：典型的磷酸铁锂电池单体标称电压为3.2V，因此多数情况下需串联用以确保蓄电池模块具有较高的输出电压。串联后的锂离子蓄电池模块在充电过程中端电压随充电过程的进行发生改变，在简单的应用场合，可以根据蓄电池模块的端电压对蓄电池模块的充电过程进行控制以实现不同的充电方法。目前常用的充电方法包含恒流、恒压与涓流充电三个阶段。
串联后的锂离子蓄电池模块虽具有较高的供电电压，但其储能总量仍会受到单体电池容量的制约。为提高系统的储能总量，有两种组合方式：第一，将串联成的蓄电池模块并联；第二，将并联成的蓄电池模块串联。在煤矿防爆应用中，相关标准强制要求单个蓄电池防爆腔内不允许出现任何形式的并联，因此矿用后备电源中只能采取第一种蓄电池模块组合方式，即通过将串联的蓄电池模块并联以提高系统整体的储能。
然而，单体锂离子蓄电池的差异必然导致串联后的蓄电池模块端电压存在差异，现有蓄电池模块所采取的并联充电方式，必然会使得部分模块已经充满时而有的模块却处于未充满状态，不仅影响锂离子蓄电池电源的容量，同时也影响了锂离子蓄电池电源作为后备电源所在系统的运行稳定性与安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，能够更为合理的为锂离子蓄电池电源中各并联蓄电池模块进行充电。
本发明采用以下技术方案：
并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，包括一个充电模块、一个总成管理模块、以及至少两个蓄电池模块，还包括有通信线路，用于实现总成管理模块与每个蓄电池模块之间的通信，包括以下步骤：
a、充电模块连接至总成管理模块；
b、总成管理模块检测到充电模块有电后，通过通信线路向所有蓄电池模块下发充电有效的指令；
c、每个蓄电池模块将自身包括电压、内阻、剩余电量在内的主要运行数据通过通信线路反馈至总成管理模块，需要充电的蓄电池模块向总成管理模块发送充电申请；
d、总成管理模块接收需要充电的蓄电池模块的充电申请，在所有可检测到的蓄电池模块均处于允许充电申请状态后，总成管理模块向充电申请状态中电压最低的蓄电池模块发送充电授权；
e、获得授权的蓄电池模块充电完成后，总成管理模块检测是否仍存在处于充电申请状态的蓄电池模块，如果有，转至步骤d，否则转至步骤f；
f、充电结束。
进一步的，在所述步骤d与所述步骤e之间设置有步骤
g、获得充电授权的蓄电池模块开始充电后，其余未获得充电授权的蓄电池模块均处于不允许充电的状态并继续向总成管理模块发送充电申请。
进一步的，所述总成管理模块内部设置有运行数据映像区，在运行数据映像区的内部为每个蓄电池模块分配一个对应的模块运行数据映像。
进一步的，在所述步骤d中，总成管理模块发送的充电授权包含了每个蓄电池模块所对应的唯一识别号。
进一步的，所述通信线路采用CAN、485或以太网在内的现场总线。
进一步的，所述总成管理模块设置有功率接线口，该功率接线口连接到直流母线上，负责向并联连接在直流母线上的每个蓄电池模块进行功率传输。
本发明的优点是：充电模块接入总成管理模块后，总成管理模块通过通信线路向所有的蓄电池模块发送充电有效的指令，需要充电的蓄电池模块会向总成管理模块发送充电申请，总成管理模块内部的运行数据映像区，对应每个蓄电池模块分配一个模块运行数据映像，用于存储对应蓄电池模块的电压、内阻、剩余电量运行数据，当所有可检测到的蓄电池模块均处于充电申请或充电完成两个允许充电申请状态时，向充电申请状态中电压最低的蓄电池模块发送充电授权，而其他未获得充电授权的蓄电池模块处于不允许充电状态并继续向总成管理模块发送充电申请，只有当获得授权的模块充电完成后，总成管理模块才会向下一个符合充电授权条件的蓄电池模块发送充电授权，从而实现了对多个并联蓄电池模块的单独、有区别的充电，能够有效克服因单体锂离子蓄电池的差异导致串联后的蓄电池模块端电压存在差异，进而导致充电不均匀现象的发生，充电方式更为合理、有效，提高了锂离子蓄电池电源的有效容量，保证了锂离子蓄电池电源作为后备电源所在系统的运行稳定性与安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理系统结构图；
图2为本发明实施例中蓄电池模块的运行数据映像与充电控制结构示意图。
具体实施方式
矿用后备电源中，通常采用将多个蓄电池模块并联以提高系统的整体储能，每个蓄电池模块又是由若干个单体锂离子蓄电池串联组成，由于单体锂离子蓄电池的差异必然导致串联后的蓄电池模块端电压存在差异，现有蓄电池模块所采取的并联充电方式，必然会使得部分模块已经充满时而有的模块却处于未充满状态，不仅影响锂离子蓄电池电源的容量，同时也影响了锂离子蓄电池电源作为后备电源所在系统的运行稳定性与安全性。发明人提出了一种更为合理的充电管理方法，使得总成管理模块能够控制对每个蓄电池模块单独、有区别的进行充电，有利于提高并联多模块锂离子蓄电池电源的整体充电性能。
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例1
结合图1所示，并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理系统，包括一个充电模块、一个总成管理模块、以及至少两个蓄电池模块，还包括有通信线路，用于实现总成管理模块与每个蓄电池模块之间的通信，其包括以下步骤：
a、充电模块连接至总成管理模块；
b、总成管理模块检测到充电模块有电后，通过通信线路向所有蓄电池模块下发充电有效的指令；
c、每个蓄电池模块将自身包括电压、内阻、剩余电量在内的主要运行数据通过通信线路反馈至总成管理模块，需要充电的蓄电池模块向总成管理模块发送充电申请；
d、总成管理模块接收需要充电的蓄电池模块的充电申请，在所有可检测到的蓄电池模块均处于允许充电状态后，总成管理模块向充电申请状态中电压最低的蓄电池模块发送充电授权；
e、获得授权的蓄电池模块充电完成后，总成管理模块检测是否仍存在处于充电申请状态的蓄电池模块，如果有，转至步骤d，否则转至步骤f；
f、充电结束。
优选地，在步骤d与步骤e之间设置有步骤g、获得充电授权的蓄电池模块开始充电后，其余未获得充电授权的蓄电池模块均处于不允许充电的状态并继续向总成管理模块发送充电申请。
优选地，总成管理模块内部设置有运行数据映像区，在运行数据映像区的内部为每个蓄电池模块分配一个对应的模块运行数据映像。
优选地，在所述步骤d中，总成管理模块发送的充电授权包含了每个蓄电池模块所对应的唯一识别号。
优选地，通信线路采用CAN、485或以太网在内的现场总线。
优选地，总成管理模块设置有功率接线口，该功率接线口连接到直流母线上，负责向并联连接在直流母线上的每个蓄电池模块进行功率传输。
实施例2
结合图1至图2所示，并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理系统，包括一个充电模块、一个总成管理模块与12个蓄电池模块，还包括有通信线路，用于实现总成管理模块与每个蓄电池模块之间的通信；充电模块内部设置有一个充电机，该充电机连接有交流电源，充电机与总成管理模块之间设置有充电机输出线，负责充电机向总成管理模块的能量传输，总成管理模块设置有功率接线口，该功率接线口连接到直流母线上，充电时，总成管理模块通过直流母线向并联连接在直流母线上的每个蓄电池模块与负载进行功率传输，放电时，每个蓄电池模块通过直流母线向负载进行功率传输。
优选地，通信线路采用CAN总线，每个蓄电池模块是由8只磷酸铁锂蓄电池串联组成的，并且每个蓄电池模块内部的磷酸铁锂蓄电池串有可控制的双向电子开关1，用于控制对应蓄电池模块的充电或放电。12个24V50AH的蓄电池模块并联后的锂离子蓄电池电源将为系统提供12x24x50=14400WH的能量。
总成管理模块的内部设置有运行数据映像区，在运行数据映像区的内部为每个蓄电池模块分配一个对应的模块运行数据映像。
总成管理模块在与直流母线连接的功率传输线路上设置有控制开关2，充电机接入总成管理模块后向总成管理模块输出直流电，此时控制开关2断开，总成管理模块通过CAN总线向所有蓄电池模块下发充电有效指令，每个蓄电池模块接收指令后，判断是否需要充电，此时，每个模块将自身包括电压、内阻与剩余电量在内的主要运行数据以CAN报文的形式发送给总成管理模块，并储存至对应的模块运行数据映像中，总成管理模块根据模块运行数据映像对每个蓄电池模块的运行状态进行分析，如果所有蓄电池模块均处于充电申请或充电完成两种允许充电申请状态时，总成管理模块会向充电申请状态中电压最低的蓄电池模块下发充电授权。
总成管理模块以CAN报文的形式下发充电授权，该充电授权中包含了每个蓄电池模块所对应的唯一识别号，只有经过总成管理模块下发充电授权的蓄电池模块才能收到该CAN报文。获得充电授权的蓄电池模块进入充电状态后，该蓄电池模块所对应的双向电子开关1闭合，同时，总成管理模块的控制开关2闭合，并以获得充电授权的蓄电池模块的电压、内阻与剩余电量等运行数据对当前蓄电池模块进行充电，其他未获得充电授权的蓄电池模块处于不允许充电状态并继续向总成管理模块发送充电申请。
总成管理模块检测到当前蓄电池模块充电完成后，会继续判断所有蓄电池模块的运行状态，在所有的蓄电池模块均处于允许充电状态时，总成管理模块会继续向处于充电申请状态中且电压最低的蓄电池模块下发充电授权进行充电；直到所有的蓄电池模块分别充电完成后，充电过程结束。
本发明对多个并联蓄电池模块采用单独、有区别的充电方式，能够有效克服因单体锂离子蓄电池的差异导致串联后的蓄电池模块端电压存在差异，进而导致充电不均匀现象的发生，提高了并联多模块锂离子蓄电池电源的整体充电性能。

Claims (6)

1.并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，包括一个充电模块、一个总成管理模块、以及至少两个蓄电池模块，还包括有通信线路，用于实现总成管理模块与每个蓄电池模块之间的通信，其特征在于，包括以下步骤：
a、充电模块连接至总成管理模块；
b、总成管理模块检测到充电模块有电后，通过通信线路向所有蓄电池模块下发充电有效的指令；
c、每个蓄电池模块将自身包括电压、内阻、剩余电量在内的主要运行数据通过通信线路反馈至总成管理模块，需要充电的蓄电池模块向总成管理模块发送充电申请；
d、总成管理模块接收需要充电的蓄电池模块的充电申请，在所有可检测到的蓄电池模块均处于允许充电申请状态后，总成管理模块向充电申请状态中电压最低的蓄电池模块发送充电授权；
e、获得授权的蓄电池模块充电完成后，总成管理模块检测是否仍存在处于充电申请状态的蓄电池模块，如果有，转至步骤d，否则转至步骤f；
f、充电结束。
2.根据权利要求1所述的并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，其特征在于，在所述步骤d与所述步骤e之间设置有步骤
g、获得充电授权的蓄电池模块开始充电后，其余未获得充电授权的蓄电池模块均处于不允许充电的状态并继续向总成管理模块发送充电申请。
3.根据权利要求1所述的并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，其特征在于，所述总成管理模块内部设置有运行数据映像区，在运行数据映像区的内部为每个蓄电池模块分配一个对应的模块运行数据映像。
4.根据权利要求1所述的并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，其特征在于，在所述步骤d中，总成管理模块发送的充电授权包含了每个蓄电池模块所对应的唯一识别号。
5.根据权利要求1所述的并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，其特征在于，所述通信线路采用包括CAN、485或以太网在内的现场总线。
6.根据权利要求1所述的并联多模块锂离子蓄电池电源的充电管理方法，其特征在于，所述总成管理模块设置有功率接线口，该功率接线口连接到直流母线上，负责向并联连接在直流母线上的每个蓄电池模块进行功率传输。
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