CN104009525B - 智能通讯型电池充放电优化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能通讯型电池充放电优化控制系统，由电池控制板、以及与其相连接的至少一组电池单元控制模块组，电池单元控制模块组由多个电池单元控制模块构成，多个电池单元控制模块采用并联方式与电池控制板电连接；电池控制板中包括分别与控制模块相连接的信号处理模块a、信号处理模块b、调压电路模块、通讯模块、动力总线与数据总线。实施上述系统的方法为：当输入的当前电压大于预设的额定电压时，则多个电池控制板以并联方式与动力总线连接，以进行充电，否则，多个电池单元控制模块以串联方式与动力总线连接，控制多个电池单元控制模块进行放电。本发明可提高电池组的安全性、稳定性，加快电池组的充电速度，延长电池组整体寿命。

Description

智能通讯型电池充放电优化控制系统

技术领域

本发明涉及电池充放电控制领域，尤其是一种智能通讯型电池充放电优化控制系统。

背景技术

目前，铅酸蓄电池(VRLA)或锂电池或铁锂电池等由于密封性优良，能量密度大，价格低廉而广泛的用于工业储能设备和动力电池中(包括但不局限于电动车或以动力电池为驱动力的其他领域)。在一些小型独立光伏发电系统，对于太阳能的使用效率和整个光伏系统稳定性而言，蓄电池储能系统的性能显得尤为重要。然而由于蓄电池本身的特点以及对于蓄电池充放电管理技术上的局限性，采用传统的充放电方法(诸如恒流，恒压等等)会产生一系列问题：

1.长期处于欠充，过充，过放状态，会导致蓄电池产生严重的硫酸盐化现象，析气率高，使蓄电池的容量降低，使用寿命大大减少；

2.蓄电池在充电过程中，由于内阻会发热，导致内部温度升高。如果不及时的对温度进行检测和控制，及时调整充放电的电参数，会大幅度的减少蓄电池的寿命。

3、蓄电池不具备智能通讯或外联智能设备功能，对电池本身维护判断等存在很大技术难度，电池一旦功能衰减严重只能整体替换或报废。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种可以提高电池组的安全性、稳定性，加快电池组的充电速度，实现远程或本地智能判断，以对电池进行局部更换或维修，延长电池组整体寿命的智能通讯型电池充放电优化控制系统。

为实现上述目的，本发明提供一种智能通讯型电池充放电优化控制系统，由电池控制板、以及与其相连接的至少一组电池单元控制模块组，所述电池单元控制模块组由多个电池单元控制模块构成，多个所述电池单元控制模块采用并联方式与所述电池控制板电连接；

所述电池控制板中包括分别与控制模块相连接的信号处理模块a、信号处理模块b、调压电路模块、通讯模块、动力总线与数据总线，通过通讯模块实现对电池状况的远程/本地判断和控制。

上述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其中，所述调压电路模块的输出端分别与电子开关a和电子开关b的输入端电连接，所述电子开关a的输出端分别与控制模块和动力总线正极端电连接，所述电子开关b与所述控制模块以及电子开关c电连接，所述控制模块分别与所述信号处理模块a、所述信号处理模块b、所述调压电路模块以及所述通讯模块电连接，所述信号处理模块b与所述数据总线电连接，所述电子开关c分别与所述信号处理模块a以及动力总线负极端电连接。

上述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其中，所述控制模块还可与外部的拓展电路模块电连接，从而实现远程或本地的智能判断。

上述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其中，所述控制模块为MCU模块或CPU芯片。

上述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其中，所述电池单元控制模块中动力总线正极端分别与采样电路模块a、电子开关a与电池单元中的正极端电连接，所述采样电路模块a的输出端分别与电子开关b以及调压电路模块电连接，所述调压电路模块的输出与所述电子开关b的输出端电连接，所述电子开关b的输出端与动力总线负极端电连接，所述电子开关a输出端与所述电池单元的负极端电连接，所述电子开关a的输入端和输出端分别与采样电路模块a电连接，在所述电子开关a输入端还设有降压电路模块，所述电池单元的负极端还与电子开关b的输入端电连接。

本发明提供一种电池充放电优化控制方法，包括以下步骤：

当输入的当前电压大于预设的额定电压时，则多个电池控制板以并联方式与动力总线连接，控制多个电池单元控制模块进行充电，否则，多个电池单元控制模块以串联方式与动力总线连接，控制多个电池单元控制模块进行放电；

其中，在充电步骤中包括以下子步骤：

电池控制板通过电池单元控制模块向电池控制板传输的反馈信号和动力总线间电压的变化，判断电池组的充电时间；

当反馈信号和动力总线的电压变化达到设定值时，电池控制板停止充电模式，并提示充电状态；

其中，在放电步骤中包括以下子步骤：

当电池单元控制模块所输出的电压小于动力总线的电压时，电池单元控制模块关闭，且处于暂时隔离状态，否则，电池单元控制模块继续进行放电；

当电池单元控制模块释放的电压低于设定电压值时，电池单元控制模块关闭，且退出放电模式，并将关闭信号反馈至电池控制板。

上述的控制方法，其中，在充电步骤中，电池单元控制模块对输入的当前电压进行判断，当输入的当前电压低于设定值时，则开启电子开关，并将开启信号反馈至电池控制板，同时进入充电模式；

当输入的当前电压高于设定值时，则通过调压电路模块降低电压值，并开启电子开关，将开启信号反馈至电池控制板，同时进入充电模式；

当输入的当前电压高于设定值时，则关闭电子开关，将关闭信号反馈至电池控制板，充电结束。

上述的控制方法，其中，在放电步骤中，电池单元控制模块对输出的当前电压进行判断，当输出的当前电压高于设定值时，则开启电子开关，并将开启信号反馈至电池控制板，同时进入放电模式；

当输出的当前电压低于设定值时，则关闭电子开关，并将关闭信号反馈至电池控制板，放电结束。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明可提高电池组的安全性、稳定性，加快电池组的充电速度，延长电池组整体寿命，便利维护提高电池组的可靠性和资源利用性，减少环境污染和资源浪费；

2、本发明采用模块化设计，可便捷实现电池多样化和多层次化组合，更好的满足用户的多样化的实际使用需求。降低了电池组维护的专业难度，方便了电池组件的更换，可减少环境污染和资源浪费；

3、本发明采用分体化独立管理，降低了因材料稳定性、一致性、衰减程度等因素对电池组的整体影响，最大化的延长电池组寿命，提升电池性能；

4、本发明采用多样化数据管理，根据电池性能规模，自由组合，可通过显示面板/专业电脑/移动终端/个人PC/网络远程等智能终端进行通讯，实现电池组故障分析，从而提高电池组的寿命和循环利用的次数；

5、本发明采用并进串出的充放电模式，电池是通过一个个电池单体的串联来实现不同电压和电压的输出的，现有电池构造中，充放过程都是串联的方式，从而造成充电时间过长，充电过程发热量持续增加，在充电时采用并联电路，在所有电池单体中施加相同的电压，以达到各个单体同时充电的目的，同时，通过充电不同阶段的电压调节，达到对电池单体发热量和充电程度的控制，通过电池单体上的控制板，在单体充电充饱后，实现自动隔离，从而达到保护单体的目的。在放电过程中，也是通过电池单体上的控制板，控制单体的放电程度，在达到单体的欠压点后，实现自动隔离的。随着电池组单体放电数量的减少，电压值会不断降低，逐步达到整体停止放电的目的，最终实现电池组的整体保护和寿命的延长。

附图说明

图1为本发明中控制系统的结构框图；

图2为图1中电池控制板的结构框图；

图3为图1中电池单元控制模块的结构框图；

图4为本发明中控制方法的流程图；

图5为图4中电池控制板在充电步骤中的流程图；

图6为图4中电池单元控制模块在充电步骤中的流程图；

图7为图4中电池控制板在放电步骤中的流程图；

图8为图4中电池单元控制模块在放电步骤中的流程图。

主要附图标记说明如下：

1-电池控制板2-电池单元控制模块3-调压电路模块

4-电子开关a5-控制模块6-电子开关b

7-信号处理模块a8-拓展模块9-信号处理模块b

10-通讯模块11-动力总线正极端12-数据总线

13-动力总线负极端14-电子开关c15-降压电路模块

16-采样电路模块a17-采样电路模块b18-电池单元

具体实施方式

如图1至图3所示，该智能通讯型电池充放电优化控制系统由电池控制板1、以及与其相连接的一组电池单元控制模块组，其中，该电池单元控制模块组由多个电池单元控制模块2构成，多个电池单元控制模块2采用并联方式与电池控制板1电连接。

其中，若电池单元控制模块组的数量小于50个，则电池控制板中的控制模块为MCU模块，则电池控制板通过C语言/C++进行程序设计，从而实现对电池单元的个体状况的简单监控或通过专业电脑进行诊断分析，为电池发挥最大效能提供支持，为电池组的维护保养提供数据支持。

若电池单元控制模块组的数量大于50个，则电池控制板中的控制模块为CPU芯片，则电池控制板通过包括但不局限于JAVA/C++等进行程序设计，从而实现电池控制板与PC/智能移动终端的通讯，通过便捷的UI系统，实现对电池系统的实时监控和智能控制，从而最大化的延长电池寿命，提升电池性能，便捷维护和保养电池组，降低电池组维护的专业程度，模块化回收电池组件，减少环境污染和资源浪费。

在本实施例中，电池单元控制模块组的数量为1个。

电池控制板1中包括电子开关a4、控制模块5、电子开关b6、信号处理模块a7、拓展模块8、信号处理模块b9、通讯模块10、动力总线正极端11、数据总线12、动力总线负极端13与电子开关c14。其中，控制模块为MCU模块。通过通讯模块以实现对电池状况的远程/本地判断和控制。

调压电路模块的输入端与外接设备的正极端连接，调压电路模块的输出端分别与电子开关a和电子开关b的输入端电连接，电子开关a的输出端分别与控制模块和动力总线正极端电连接，电子开关b与控制模块以及电子开关c电连接，控制模块分别与信号处理模块a、信号处理模块b、调压电路模块以及通讯模块电连接，信号处理模块b与数据总线电连接，电子开关c分别与信号处理模块a以及动力总线负极端电连接，电子开关c的输入端还与外接设备的负极端电连接。

电池控制板主要以数字电路为主，电子开关以场效应管和二极管为主要功能元件构成，由核心处理芯片控制各向电路开关的开启/关闭和对外通讯的数据处理平台。数据总线的脉冲信号经过信号处理后传送给处理芯片，从而实现数据通讯和部分远程控制。拓展电路模块中主要是从定位追踪和数据存储之用，或是其他通讯功能。当动力总线出现短路现象时，信号处理模块收到信号后会断开所有电路开关，从而保证电池组的安全。

电池单元控制模块2中动力总线正极端11分别与采样电路模块a16、电子开关a4与电池单元18中的正极端电连接，采样电路模块a16的输出端分别与电子开关b17以及调压电路模块3电连接，调压电路模块3的输出与电子开关b6的输出端电连接，电子开关b6的输出端与动力总线负极端13电连接，电子开关a4输出端与电池单元18的负极端电连接，电子开关a4的输入端和输出端分别与采样电路模块a16电连接，在电子开关a4输入端还设有降压电路模块15，电池单元18的负极端还与电子开关b18的输入端电连接。

电池单元控制模块主要以模拟电路为主，利用场效应管和二极管的单向导通的特性进行电路充放电时的开关设计。充电时，动力总线正极与负极间的电压大于电池单元的自身电压的设定值时，采样电路模块b激活电子开关b，实现对电池单元的高压差充电动作(快充阶段)，当采样电路模块b处的电压变化超过设定值时，采样电路模块b控制电子开关b关闭，采样电路模块a激活电子开关a进行低压差充电(慢充阶段)，直至电子开关a关闭。当电子开关a和电子开关b开启或者关闭时，电池控制板都会通过数据总线收到脉冲信号。放电时，电子开关b处于反向导通状态，当采样电路模块感知到电池单元的变化超过规定数值时，触发电子开关b反向关闭。

如图4至图8所示，本发明提供一种电池充放电优化控制方法，包括以下步骤：

S1、向电池控制板输入电压；

S2、电池控制板对输入的当前电压与预设的额定电压进行判断，并根据判断结果进行充电步骤S3或放电步骤S4。

在充电步骤S3中，多个电池控制板以并联方式与动力总线连接，控制多个电池单元控制模块进行充电，包括以下子步骤：

电池控制板通过电池单元控制模块向电池控制板传输的反馈信号和动力总线间电压的变化，判断电池组的充电时间；

当反馈信号和动力总线的电压变化达到设定值时，电池控制板停止充电模式，并提示充电状态。

另外，在充电步骤S3中，电池单元控制模块对输入的当前电压进行判断，当输入的当前电压低于设定值时，则开启电子开关，并将开启信号反馈至电池控制板，同时进入充电模式；

当输入的当前电压高于设定值时，则通过调压电路模块降低电压值，并开启电子开关，将开启信号反馈至电池控制板，同时进入充电模式；

当输入的当前电压高于设定值时，则关闭电子开关，将关闭信号反馈至电池控制板，充电结束。

在放电步骤S4中，多个电池单元控制模块以串联方式与动力总线连接，控制多个电池单元控制模块进行放电，包括以下子步骤：

当电池单元控制模块所输出的电压小于动力总线的电压时，电池单元控制模块关闭，且处于暂时隔离状态，否则，电池单元控制模块继续进行放电；

当电池单元控制模块释放的电压低于设定电压值时，电池单元控制模块关闭，且退出放电模式，并将关闭信号反馈至电池控制板。

其中，在放电步骤S4中，电池单元控制模块对输出的当前电压进行判断，当输出的当前电压高于设定值时，则开启电子开关，并将开启信号反馈至电池控制板，同时进入放电模式；

当输出的当前电压低于设定值时，则关闭电子开关，并将关闭信号反馈至电池控制板，放电结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种智能通讯型电池充放电优化控制系统，其特征在于，由电池控制板、以及与其相连接的至少一组电池单元控制模块组，且所述电池单元控制模块组由多个电池单元控制模块构成，多个所述电池单元控制模块采用并联方式与所述电池控制板电连接；

所述电池控制板中包括分别与所述电池控制板中的控制模块相连接的信号处理模块a、信号处理模块b、调压电路模块、通讯模块、动力总线与数据总线，通过通讯模块实现对电池状况的远程/本地判断和控制；

所述调压电路模块的输出端分别与电子开关a和电子开关b的输入端电连接，所述电子开关a的输出端分别与控制模块和动力总线正极端电连接，所述电子开关b分别与所述控制模块以及电子开关c电连接，所述控制模块分别与所述信号处理模块a、所述信号处理模块b、所述调压电路模块以及所述通讯模块电连接，所述信号处理模块b与所述数据总线电连接，所述电子开关c分别与所述信号处理模块a以及动力总线负极端电连接。

2.根据权利要求1所述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其特征在于，所述电池控制板中的所述控制模块还与外部的拓展电路模块电连接。

3.根据权利要求2所述的智能通讯型电池充放电优化控制系统，其特征在于，所述电池控制板中的所述控制模块为MCU模块或CPU芯片。