CN104051811B - 一种电池的浮充方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池的浮充方法和系统，通过电压测量装置、电流测量装置对电池数据进行测量，通过控制模块和双向逆变器或者双向DC/DC控制充放电，当电池处于浮充待机状态时，判断电池的SOC是否在设定的循环容量范围内，根据浮充下限控制循环充放，从而使得电池或电池组始终处于在线状态，适用于UPS、EPS等需要电池保持在线快速响应的场合。
Description
技术领域
本发明属于电池应用领域，具体讲的是一种电池的浮充方法和系统。
背景技术
随着社会的不断进步和自动化程度的进一步提高，越来越多的场合应用了EPS应急电源和UPS不间断电源等电源设备。一旦遇上突然的自然灾害或者其他紧急状况，市电停止供电，这些电源就可以向消防设施、安保设施、医用设备、应急照明、重要的服务器、自动化控制模块等供电，保证一些重要的设备的持续工作。由于电脑等一些设备能忍受的停电时间特别短，因此大部分的UPS和EPS需要做到无缝切换，为了能达到这样的目标大部分电源内部的电池都是直接接到母线上从不断开，因此这些电池都长期处于一种浮充的状态。
但是如何对电池进行浮充一直是一个难点，以UPS中最常用的阀控式铅酸电池为例。某单位的UPS铅酸电池使用时间不到两年，容量衰减就超过50%以上，经过研究表明是该公司UPS的铅酸电池常期浮充所致。因为蓄电池在长期浮充电状态下，只充电而不放电，势必会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻增大，容量大幅下降，从而造成蓄电池使用寿命下降。另外，铅酸电池浮充电压的选择应该随电池的状态进行调整，过高的浮充电压可能造成过充，影响电池的使用寿命；过低的浮充电压会造成电池氧复合效率降低，负极还原不彻底，PbSO4长时间积累形成不可逆的晶体，负板逐渐钝化，最终导致容量大幅衰减。锂离子电池同样存在长期浮充容量下降的问题，只有磷酸铁锂等少数锂电池耐浮充性能比较好。
现行的技术一般以固定的浮充电压对电池组进行浮充，问题是电池组的最优浮充电压与环境温度等因素有密切联系，因此当最优浮充电压变化的时候该方法很可能导致电池容量的快速衰减。如果要根据电池的状态进行调整的话，需要考虑温度等其他因素对浮充电压进行补偿计算，由于电池的一致性等问题，浮充电压的计算模型难以建立，并且很难实用化。
发明内容
本发明为克服上述技术缺陷，提出了一种电池的浮充方法和系统，该方法和系统不需要设定精确的浮充电压，控制电池在满电状态附近的范围内循环充放。该方法既不会导致电池寿命衰减（使用无记忆效应电池），同时又克服了电池自放电，浮充电压难以确定以及电池长期处于充电状态的问题，适用于所有的没有记忆效应的电池。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种电池的浮充方法，其特征在于：
当电池处于浮充待机状态时，判断电池的SOC(电池荷电状态)是否在设定的循环容量范围内；
如果电池的SOC在设定的循环容量范围内，则以0.1c（即电池额定电流的0.1倍）放电至浮充下限（浮充下限可根据需要设置，但不超出浅充浅放的范围，即浮充下限最低应不小于90%SOC，越接近100%SOC越好），放电至浮充下限后再继续以0.1 c充电至100%SOC，然后循环充放（循环充放应在上述浅充浅放范围内）；充放电电流可以小于0.1c并且越小越好，应该以软硬件能精确测量的最小电流作为参考设置。
如果电池的SOC不在设定的循环容量范围内，则以0.1 c（或者更小的电流）电流充电至100%，再继续以0.1C循环充放。
当上述电池是电池组时，同样适用上述方法。
为了保证电池或者电池组的安全，SOC应该以单电池的最高电压作为校准。例如磷酸铁锂电池以3.6v作为电池充满即SOC为100%，如果是电池组则应该以电池组中单体电池电压最高的那一个单电池电压作为校准。
因此要求硬件上必须有用于采集电压的测量电路，作为SOC校准以及电池保护。
SOC的计算利用安时积分法，也可以同时加入电压矫正和凯尔曼滤波等方法。
为实现上述方法，本发明的浮充系统包括电压测量装置、电流测量装置、控制模块和双向逆变器或者双向DC/DC（直流变换器）；电压测量装置、电流测量装置分别与电池连接，然后电压测量装置、电流测量装置分别连接至控制模块，控制模块连接计时器和双向逆变器或者双向DC/DC，双向逆变器或者双向DC/DC与整个电池组或电池连接。
所述电压测量装置和电流测量装置精度应尽量高。
所述电流测量装置以及计时装置（可以是外部计时器，也可以是控制模块集成的计时器）的精度很大程度上决定了SOC的精度。
所述可控的双向逆变器对电流的控制越精确越好。
所述双向逆变器或双向DC/DC要求有恒流模式且在小电流情况下控制精度较高纹波较小。
所述系统中的各个设备既可以采用现有的设备，也可以自行设计。
所述系统的工作流程为：
步骤一，电压测量装置采集电池或者电池组中各个单电池的电压值并上传到控制模块；
步骤二，电流测量装置采集总电流值上传到控制模块；
步骤三，控制模块根据计时器提供的时间数据计算前后两次采集电流的时间间隔；
步骤四，控制模块利用电流测量装置上传的总电流值与步骤三得到的时间间隔计算电池或电池组的SOC，SOC的计算方法采用安时积分法并辅助电池电压进行修正（例如磷酸铁锂电池电压达到3.6v则其SOC认为是100%），根据电池或电池组当前的SOC值给双向逆变器或双向DC/DC下达充放电命令；
步骤五，双向逆变器或双向DC/DC按照控制模块下达的充放电命令对电池或电池组进行充放电。
本发明的优点在于：
1、本发明中，电池或电池组始终处于在线状态，适用于UPS、EPS等需要电池保持在线快速响应的场合；
2、本发明中，不需要设定浮充电压，浮充电压的设定相当的困难，如设置不当有可能导致电池容量迅速衰减；
3、本发明中，不会使电池或电池组长时间只处于充电状态，有利于保护电池；同时小范围的浅充浅放不会减少电池寿命；
4、本发明的充放电逻辑方法适用于大多数充放电系统，所以可以直接在现有系统上对软件进行相应的设置，因此本发明的实现成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例中的控制流程图；
图2是本发明实施例中的硬件原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明实施的一种电池的浮充方法，其控制流程见图1，首先控制模块确认UPS没有工作在应急供电状态，系统转入浮充待机状态。判断电池或者电池组的SOC，如果是100%则以0.1c放电至浮充下限，下限可以人工设置但是不应该超出浅充浅放的范围，放至下限后再继续以0.1C循环充放。如果电池或者电池组的SOC不是100%,则以0.1c电流充电至100%，再继续以0.1C循环充放。
上述ups可以是单电池也可以是电池组。
为了保证电池或者电池组的安全，SOC应该以单电池最高电压作为校准，例如磷酸铁锂电池以3.6v作为电池充满即SOC为100%，如果是电池组则应该以电池组中单体电池电压最高的那一个作为校准。
因此要求硬件上必须有用于采集电压的测量电路，作为SOC校准以及电池保护。
SOC的计算利用安时积分法，也可以同时加入电压矫正和凯尔曼滤波等方法。
为实现上述方法，如图2所示，一个基本的硬件原理结构，包括电压测量装置、电流测量装置、控制模块和双向逆变器或者双向DC/DC（直流变换器）；电压测量装置、电流测量装置分别与电池连接，然后电压测量装置、电流测量装置分别连接至控制模块，控制模块连接计时器和双向逆变器或者双向DC/DC，双向逆变器或者双向DC/DC与整个电池组或电池连接。
所述电压测量装置和电流测量装置精度应尽量高。
所述电流测量装置以及计时装置（可以是外部计时器，也可以是控制模块集成的计时器）的精度很大程度上决定了SOC的精度。
所述可控的双向逆变器对电流的控制越精确越好。
所述双向逆变器或双向DC/DC要求有恒流模式且在小电流情况下控制精度较高纹波较小。
所述系统中的各个设备既可以采用现有的设备，也可以自行设计。
所述系统的工作流程为：
步骤一，电压测量装置采集电池或者电池组中各个单电池的电压值并上传到控制模块；
步骤二，电流测量装置采集总电流值上传到控制模块；
步骤三，控制模块根据计时器提供的时间数据计算前后两次采集电流的时间间隔；
步骤四，控制模块利用电流测量装置上传的总电流值与步骤三得到的时间间隔计算电池或电池组的SOC，SOC的计算方法采用安时积分法并辅助电池电压进行修正（例如磷酸铁锂电池电压达到3.6v则其SOC认为是100%），根据电池或电池组当前的SOC值给双向逆变器或双向DC/DC下达充放电命令；
步骤五，双向逆变器或双向DC/DC按照控制模块下达的充放电命令对电池或电池组进行充放电。
Claims (3)
1.一种电池的浮充方法，其特征在于：
首先，当电池处于浮充待机状态时，判断电池的SOC是否在设定的循环容量范围内；
如果电池的SOC在设定的循环容量范围内，则以0.1C放电至浮充下限，放电至浮充下限后再继续以0.1 C充电至100%SOC，然后循环充放；充放电电流小于0.1C，以软硬件能精确测量的最小电流作为参考设置；
如果电池的SOC不在设定的循环容量范围内，则以0.1 C或者更小的电流进行充电至100%，再继续以0.1C循环充放；
所述0.1C是指电池额定电流的0.1倍；
所述浮充下限的最低大于或等于90%SOC，并且小于100%SOC；
所述SOC以单电池的最高电压作为校准；
当上述电池是电池组时，同样适用上述方法。
2.根据权利要求1所述的一种电池的浮充方法，其特征在于：所述SOC的计算利用安时积分法。
3.实现权利要求1或2所述方法的浮充系统，其特征在于：电压测量装置、电流测量装置、控制模块和双向逆变器或者双向直流变换器；电压测量装置、电流测量装置分别与电池连接，然后电压测量装置、电流测量装置分别连接至控制模块，控制模块连接计时器和双向逆变器或者双向直流变换器，双向逆变器或者双向直流变换器与整个电池组或电池连接；所述计时装置是外部计时器，或者是控制模块集成的计时器；
所述浮充系统的工作流程如下：
步骤一，电压测量装置采集电池或者电池组中各个单电池的电压值并上传到控制模块；
步骤二，电流测量装置采集总电流值上传到控制模块；
步骤三，控制模块根据计时器提供的时间数据计算前后两次采集电流的时间间隔；
步骤四，控制模块利用电流测量装置上传的总电流值与步骤三得到的时间间隔计算电池或电池组的SOC，SOC的计算方法采用安时积分法并辅助电池电压进行修正，根据电池或电池组当前的SOC值给双向逆变器或双向DC/DC下达充放电命令；
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