CN103715735B - 蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蓄电池充放电技术领域，要解决的技术问题是传统的蓄电池组由于单体电池的不一致性，以及充放电过程的不均衡现象，使电池组寿命缩短，导致整个直流电源系统寿命缩短，为解决上述问题，提供一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法及其装置，它包括：温度检测比较电路，电流测量电路，电池隔离电路，控制器。本发明通过增加电池组的总容量，使每个单体电池轮流参与充、放电，也使每个单体电池被轮流替换休息，温度检测比较电路、电流测量电路、电池隔离电路和控制器，能够检测到出现故障的单体电池，并将该单体电池进行短路隔离，然后调用正常的单体电池，这样保证了整个电池组工作的稳定性，延长了电池组的工作寿命。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池充放电技术领域，涉及一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置及其方法，尤其涉及电动汽车动力电池充放电装置及方法。
背景技术
电池组的基本组成是电池单体，多个电池单体串联组成动力电池组。目前电池组使用中的一个很重要的问题是应用寿命缩短，达不到设计寿命。在影响电池寿命的因素中除了电池本身的物理性能和不正确的充放电规则外，各单体电池的充放电特性不一致是重要原因。单体电池的不一致会造成充放电时电池电量的不平衡，会对那些过量充电或过量放电的电池造成损害进而影响整个电池组。
电池的不一致性是指同一种型号规格的电池的电压、内阻、容量等参数存在差别，产生这种差别的原因有两个方面：一是在制造过程中，由于工艺和材质均匀性的问题，使得同批次出厂的同型号电池的容量、内阻等不完全一致；二是在电池实际使用时，由于电池组中的各电池电解液的密度、温度和通风条件等的差别增加了电池的不一致性。
从电池组的使用过程中发现，单个电池的寿命远比电池组长。研究表明，除去不正确的充电方法外，电池组的各单体电池的不均衡是重要原因，充放电过程，不均衡而不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，充电过程中个别电池两端的充电电压过高会缩短电池的寿命，而那些未充满电池在与其他电池同时放电时也造成损害。从而引起所在的电池组的寿命缩短，从而使整个直流电源系统的寿命缩短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是传统的蓄电池组由于单体电池的不一致性，以及充放电过程的不均衡现象，使电池组寿命缩短，导致整个直流电源系统寿命缩短，为解决上述问题，提供一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法及其装置。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：
一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法，它包括如下步骤：
（一）通过增加串联在一起的单体电池的数量，使电池组的总容量大于额定容量；
（二）根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量；
（三）当单体电池正常工作时，根据需要投入工作的单体电池的数量，使该数量的单体电池参与充、放电，将剩余的单体电池空闲；
（四）当单体电池出现故障时，则执行如下步骤：
（1）确定电池组中温度异常的单体电池，并将该单体电池标记为X；
（2）确定电池组中内阻最大的单体电池，并将该单体电池标记为Y；
（3）如果X与Y相同，则该单体电池为故障电池，将该单体电池短路隔离，剩余的单体电池从步骤（三）开始执行操作；
（4）如果X与Y不相同，则电池组正常工作，即从步骤（三）开始执行操作。
所述步骤（三）为，当单体电池正常工作时，根据需要投入工作的单体电池的数量，始终保持该数量的单体电池参与充、放电，使剩余数量的单体电池空闲，每个单体电池轮流参与充、放电。
一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置，它包括：
温度检测比较电路，它与电池组中的每个单体电池相连接，并对单体电池的温度值进行比较，并将温度比较结果发送给控制器；
电流测量电路，它与电池组中串联在一起的单体电池串联，并将电流值发送给控制器；
电池隔离电路，它与电池组中的每个单体电池相连接，并与控制器相连；
控制器，根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量，使该数量的单体电池参与充、放电，将剩余的单体电池空闲；并且根据温度比较结果确定温度异常单体电池，根据单体电池电流值确定内阻最大单体电池，最后，判断温度异常与内阻最大的单体电池是否为同一单体电池，若为同一单体电池，则将该单体电池短路隔离。
所述温度检测比较电路包括与每个单体电池相连接的温度探头，温度探头输出的温度值经放大后送入比较器的输入端。
所述电池隔离电路包括并联在每个单体电池两端的继电器常开开关，继电器通过光电隔离电路与控制器相连接。
相对于现有技术，本发明通过增加电池组的总容量，使每个单体电池轮流参与充、放电，也使每个单体电池被轮流替换休息，温度检测比较电路、电流测量电路、电池隔离电路和控制器，能够检测到出现故障的单体电池，并将该单体电池进行短路隔离，然后调用正常的单体电池，这样保证了整个电池组工作的稳定性，和各个单体电池的的一致性，延长了电池组的工作寿命。
附图说明
图1是正常情况下循环投切流程图。
图2是本发明的流程图。
图3是温度检测比较电路、电流测量电路和电池隔离电路的原理图。
图4是控制器的电路原理图。
具体实施方式
一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法，它包括如下步骤：
（一）通过增加串联在一起的单体电池的数量，使电池组的总容量大于额定容量；
（二）根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量；
（三）当单体电池正常工作时，根据需要投入工作的单体电池的数量，始终保持该数量的单体电池参与充、放电，使剩余数量的单体电池空闲，每个单体电池轮流参与充、放电；
（四）当单体电池出现故障时，则执行如下步骤：
（1）确定电池组中温度异常的单体电池，并将该单体电池标记为X；
（2）确定电池组中内阻最大的单体电池，并将该单体电池标记为Y；
（3）如果X与Y相同，则该单体电池为故障电池，将该单体电池短路隔离，剩余的单体电池从步骤（三）开始执行操作；
（4）如果X与Y不相同，则电池组正常工作，即从步骤（三）开始执行操作。
如图3所示，一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置，它包括：
温度检测比较电路A，它与电池组中的每个单体电池相连接，并对单体电池的温度值进行比较，并将温度比较结果发送给控制器；温度检测比较电路包括与每个单体电池相连接的温度探头a，温度探头输出的温度值经放大后送入比较器的输入端。相邻两个单体电池的温度值经放大后送入同一个比较器中，比较器输出端连接编码器e，编码器与控制器相连接；
电流测量电路C，它与电池组中串联在一起的单体电池串联，并将电流值发送给控制器；
电池隔离电路B，它与电池组中的每个单体电池相连接，并与控制器相连。电池隔离电路包括并联在每个单体电池两端的继电器常开开关，继电器b通过光电隔离电路与控制器相连接；
控制器，根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量，使该数量的单体电池参与充、放电，将剩余的单体电池空闲；并且根据温度比较结果确定温度异常单体电池，根据单体电池电流值确定内阻最大单体电池，最后，判断温度异常与内阻最大的单体电池是否为同一单体电池，若为同一单体电池，则将该单体电池短路隔离。
工作时，温度检测比较电路将温度比较结果送入控制器，电流测量电路将电流值送入控制器，经控制器比较判断后，确定内阻最大和温度异常的单体电池，发出控制信号给继电器，继电器得电后，其常开开关闭合，将该单体电池短路隔离。
如图1所示，正常情况下，所谓“冗余”，就是电池组冗余设计，在设计电池组时，提高电池组的设计容量，即多增加一些单体电池，按设计容量的110%~120%设计，每次充、放电仅用100%,10%~20%作为机动备用。例如，蓄电池组系统供电设计按额定电压110%配备电池，将电池分成11组，运行时只用10组供电，正常情况下，只用10组供电，循环轮流值班、替换休息，每隔一段时间（比如10分钟）切换、隔离出1组电池休息，在规定的时间内轮休一遍。所谓“循环投切”，就是在电池组各电池都正常的情况下，电池的充、放电对每一块电池充、放电都做均衡安排，轮流值班、替换休息，使每一块电池都精神饱满的参与工作，有劳有逸。图1中给出的方法是时间间隔控制法，就是先隔离最后两个，其余的全部供电；20分钟后投切，切1号、投倒数第二个；20分钟后投切，切2号、投倒数第一个，以此类推。
如图2所示，当检测到某一单体电池效率低下（简称故障），将该单体电池隔离，其余电池继续进行循环投切过程。
如图4所示，控制器控制电池组的循环投切，通过温度比较值和电流测定值确定故障单体电池，并将其隔离。
Claims (5)
1.一种蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法，其特征在于：它包括如下步骤：
（一）通过增加串联在一起的单体电池的数量，使电池组的总容量大于额定容量；每个单体电池与温度检测比较电路相连接，温度检测比较电路对单体电池的温度值进行比较，并将温度比较结果发送给控制器；所述串联在一起的单体电池与电流测量电路串联，电流测量电路将测量的电流值发送给控制器；
（二）控制器，根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量；所述控制器与电池隔离电路连接，电池隔离电路与每个单体电池相连接；
（三）当单体电池正常工作时，控制器根据需要投入工作的单体电池的数量，使该数量的单体电池参与充、放电，将剩余的单体电池空闲，对各电池单体充放电都做均衡安排，轮流工作休息；
（四）当单体电池出现故障时，则执行如下步骤：
（1）确定电池组中温度异常的单体电池，并将该单体电池标记为X；
（2）确定电池组中内阻最大的单体电池，并将该单体电池标记为Y；
（3）如果X与Y相同，则该单体电池为故障电池，将该单体电池短路隔离，剩余的单体电池从步骤（三）开始执行操作；
（4）如果X与Y不相同，则电池组正常工作，即从步骤（三）开始执行操作。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组充放电循环投切冗余控制方法，其特征在于：所述步骤（三）为，当单体电池正常工作时，根据需要投入工作的单体电池的数量，始终保持该数量的单体电池参与充、放电，使剩余数量的单体电池空闲，每个单体电池轮流参与充、放电。
3.一种实施权利要求1所述方法的蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置，其特征在于：它包括：
温度检测比较电路，它与电池组中的每个单体电池相连接，并对单体电池的温度值进行比较，并将温度比较结果发送给控制器；
电流测量电路，它与电池组中串联在一起的单体电池串联，并将电流值发送给控制器；
电池隔离电路，它与电池组中的每个单体电池相连接，并与控制器相连；
控制器，根据额定容量，确定需要投入工作的单体电池的数量，根据需要投入工作的单体电池的数量，将剩余的单体电池空闲，使需要投入工作的单体电池参与充、放电；并且根据温度比较结果确定温度异常单体电池，根据单体电池电流值确定内阻最大单体电池，最后，判断温度异常与内阻最大的单体电池是否为同一单体电池，若为同一单体电池，则将该单体电池短路隔离。
4.根据权利要求3所述的蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置，其特征在于：所述温度检测比较电路包括与每个单体电池相连接的温度探头，温度探头输出的温度值经放大后送入比较器的输入端。
5.根据权利要求3所述的蓄电池组充放电循环投切冗余控制装置，其特征在于：所述电池隔离电路包括并联在每个单体电池两端的继电器常开开关，继电器通过光电隔离电路与控制器相连接。
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