CN104104117A - 一种蓄电池组充放电均衡控制方法及系统 - Google Patents

一种蓄电池组充放电均衡控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电能充放控制领域，提供了一种蓄电池组充放电均衡控制方法及系统。本发明通过同时对蓄电池组进行放电和对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒流恒压充电，并在充电过程中实时检测蓄电池组中的单体蓄电池的电压、电流值，当蓄电池组中某一单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值时，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并在放电电流不大于等于截止电流阈值，并且单体电池电压值均不高于预设电压阈值时，停止对蓄电池组进行放电，蓄电池组中的各个单体蓄电池的充电在接收到停机指令后，停止充电过程。通过这样的充放电循环调节后，使所述蓄电池组中的各个单体蓄电池的电压趋于一致，进而达到对整个蓄电池组实现充放电均衡调节的目的。

Description

一种蓄电池组充放电均衡控制方法及系统
技术领域
本发明属于电能充放控制领域，尤其涉及一种蓄电池组充放电均衡控制方法及系统。
背景技术
目前，在许多电子设备中都需要用到蓄电池作为电源供给，而电子设备中一般都是采用多个蓄电池串联组成的蓄电池组进行供电的。由于每个单体蓄电池的生产工艺略有差别，虽然在生产的时候已经经过严格的挑选和容量分类，但还是会存在容量和内阻等各方面的不同差异，这样就造成了在同一个蓄电池组中各个蓄电池之间出现电压不均衡的情况，进而损耗整个蓄电池组的容量；再者，如果某个蓄电池在正常充电过程中出现容量或内阻过高，则此蓄电池必然会存在电压过高的问题，若继续保持充电电流而不加限制，则会进一步导致该蓄电池的电压过高，从而导致蓄电池组整体受到损坏。因此，现有的蓄电池组存在因内部各蓄电池之间的电压不均衡而损耗蓄电池组的容量，且会进一步损坏蓄电池组的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄电池组充放电均衡控制方法，旨在解决现有的蓄电池组所存在的因内部各蓄电池之间的电压不均衡而损耗蓄电池组的容量，且会进一步损坏蓄电池组的问题。
本发明是这样实现的，一种蓄电池组充放电均衡控制方法，所述蓄电池组充放电均衡控制方法包括以下步骤：
A．获取外部交流电源，并同时执行步骤B和步骤G；
B．根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电；
C．判断所述蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，是，则执行步骤D，否，则跳转回所述步骤B；
D．按照预设电流递减比例值减小所述放电电流，并判断所述放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，是，则执行步骤E，否，则跳转回所述步骤C；
E．判断所述蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，是，则执行步骤F，否，则跳转回所述步骤E；
F．停止对所述蓄电池组进行放电；
G．根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒压恒流充电；
H．判断是否接收到所述停止指令，是，则执行步骤I，否，则跳转回所述步骤G；
I．停止对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
本发明的另一目的还在于提供一种蓄电池组充放电均衡控制系统，所述蓄电池组充放电均衡控制系统包括：
电源获取模块，用于获取外部交流电源；
放电控制模块，用于根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电；
第一电压判断模块，用于判断所述蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回所述放电控制模块；
放电电流控制与判断模块，用于在所述第一电压判断模块的判断结果为是时，按照预设电流递减比例值减小所述放电电流，并判断所述放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，且在判断结果为否时跳转回所述第一电压判断模块；
第二电压判断模块，用于在所述放电电流控制与判断模块的判断结果为是时，判断所述蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，，并在判断结果为否时跳转回所述第二电压判断模块；
放电终止控制模块，用于在所述第二电压判断模块的判断结果为是时，停止对所述蓄电池组进行放电；
充电控制模块，用于根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒压恒流充电；
指令接收判断模块，用于判断是否接收到停止指令，并在判断结果为否时跳转回所述充电控制模块；
充电终止控制模块，用于停止对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
本发明通过同时对蓄电池组进行放电和对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒流恒压充电，并在充电过程中实时检测蓄电池组中的单体蓄电池的电压值，当单体蓄电池的电压值不大于于预设电压阈值时，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并在放电电流不大于截止电流阈值且所有单体电池电压值均不高于预设电压阈值时停止对蓄电池组进行放电，蓄电池组中的各个单体蓄电池的充电在接收到停机指令后，停止充电过程。通过这样的充放电循环调节后，使所述蓄电池组中的各个单体蓄电池的电压趋于一致，进而达到对整个蓄电池组实现充放电均衡调节的目的，解决现有的蓄电池组所存在的因内部各蓄电池之间的电压不均衡而损耗蓄电池组的容量，且会进一步损坏蓄电池组的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制系统的模块结构图；
图3是本发明实施例所涉及的蓄电池组能量均衡控制系统的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制方法的实现流程图；
图5是本发明另一实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制系统的模块结构图；
图6是本发明另一实施例所涉及的蓄电池组能量均衡控制系统的结构示意图。
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。
本发明实施例通过同时对蓄电池组进行放电和对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒流恒压充电，并在充电过程中实时检测蓄电池组中的单体蓄电池的电压值，当单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值时，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并在放电电流不大于截止电流阈值且单体电池电压值均不高于预设电压阈值时停止对蓄电池组进行放电，蓄电池组中的各个单体蓄电池的充电在接收到停机指令后，停止充电过程。通过这样的充放电循环调节后，使所述蓄电池组中的各个单体蓄电池的电压趋于一致，进而达到对整个蓄电池组实现充放电均衡调节的目的。
图1示出了本发明实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
在步骤S1中，获取外部交流电源，并同时执行步骤S2和步骤S7。
在步骤S2中，根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电。
在步骤S3中，判断蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，是，则执行步骤S4，否，则跳转回所述步骤S2。
其中，预设电压阈值是指单体蓄电池的最小平衡电压值，如果单体蓄电池的电压值不大于该预设电压阈值，则表明该单体蓄电池的电压已趋于稳定，需要减小放电电流以放缓放电进程。
在步骤S4中，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并判断放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，是，则执行步骤S5，否，则跳转回步骤S3。
其中，预设电流递减比例值是所述当前放电电流的电流值以1/N的比值减小，N>1；截止电流阈值是指预先设定的对蓄电池组进行放电的最小放电电流值；当放电电流的电流值等于该截止电流阈值时，则需要进一步判断蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压是否均不大于前述的预设电压阈值，如果是，则需要停止对蓄电池组进行放电。
在步骤S5中，判断所述蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，是，则执行步骤S6，否，则跳转回所述步骤S5。
在步骤S6中，停止对蓄电池组进行放电。
在步骤S7中，根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
从此处可以看出，单体蓄电池充电是以恒流恒压（CCCV,Constant CurrentConstant Voltage）模式进行的，这样可以避免单体蓄电池因过度充电而出现损坏的问题。
在步骤S8中，判断是否接收到停止指令，是，则执行步骤S9，否，则跳转回步骤S8。
在步骤S9中，停止对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
在具体实现中，假设放电电流依次为I1、I2、……、Im、Im+1、……In，且每一个放电电流对应的放电时间依次为△t1、△t2、……、△tm、△tm+1……△tn，充电电流为i，则当每个单体蓄电池到达充电平衡时，对应的放电电流为Im，那么i≥Im，所以从放电电流为I1一直到Im（即每个单体蓄电池的电压值到达最小平衡电压值）时，每个单体电池容量分别为I1*△t1+I2*△t2+……+Im*△tm。
图2示出了本发明实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
蓄电池组充放电均衡控制系统包括：
电源获取模块100，用于获取外部交流电源；
放电控制模块200，用于根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电；
第一电压判断模块300，用于判断蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回放电控制模块200；
放电电流控制与判断模块400，用于在电压判断模块300的判断结果为是时，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并判断放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，且在判断结果为否时跳转回第一电压判断模块300；
第二电压判断模块500，用于在放电电流控制与判断模块400的判断结果为是时，判断蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回第二电压判断模块500；
放电终止控制模块600，用于在第二电压判断模块500的判断结果为是时，停止对蓄电池组进行放电；
充电控制模块700，用于根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒压恒流充电；
指令接收判断模块800，用于判断是否接收到停止指令，并在判断结果为否时跳转回充电控制模块700；
充电终止控制模块900，用于停止对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
在实际应用中，如图3所示，电源获取模块100、放电控制模块200、第一电压判断模块300、放电电流控制与判断模块400、第二电压判断模块500及放电终止控制模块600集成于一蓄电池组充放电设备10，蓄电池组充放电设备10的电源端连接交流电220V/380V；充电控制模块700、指令接收判断模块800及充电终止控制模块900集成于一DC/DC电源20，且该DC/DC电源20可内置于蓄电池组30内部或外置于蓄电池组30的外部；蓄电池组30内部包含n个单体蓄电池，且n的取值范围为(1,500]；蓄电池组充放电设备10的电流电极和电压电极分开与蓄电池组30连接（如图3所示），其中电极V+和电极V-用于采样蓄电池组30两极的电压信息，电极I+和电极I-用于对蓄电池组30实现放电过程，同样，DC/DC电源20的电流电极和电压电极也是分开与蓄电池组30的两极连接（如图3所示），通过电极V+和电极V-采样单体蓄电池1～n两极的电压信息，电极I+和电极I-对单体蓄电池1～n实现电流均衡。此外，为了实现对蓄电池组充放电设备10的控制，还可以将蓄电池组充放电设备10和DC/DC电源20分别通过CAN总线、RS232通讯总线或RS485通讯总线与计算机40实现数据通讯，且蓄电池组充放电设备10可以通过CAN（ControllerArea Network，控制器局域网络）总线、RS232通讯总线或RS485通讯总线输出控制指令对DC/DC电源20进行控制，因此，蓄电池组充放电设备10、DC/DC电源20、蓄电池组30以及计算机40便可组成一个蓄电池组能量均衡控制系统以实现对蓄电池组30的充放电均衡控制。
本发明实施例通过同时对蓄电池组进行放电和对蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒流恒压充电，并在充电过程中实时检测蓄电池组中的单体蓄电池的电压值，当单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值时，按照预设电流递减比例值减小放电电流，并在放电电流等于截止电流阈值且单体电池电压值均不高于预设电压阈值时停止对蓄电池组进行放电，蓄电池组中的各个单体蓄电池的充电在接收到停机指令后，停止充电过程。通过这样的充放电循环调节后，使所述蓄电池组中的各个单体蓄电池的电压趋于一致，进而达到对整个蓄电池组实现充放电均衡调节的目的，解决现有的蓄电池组所存在的因内部各蓄电池之间的电压不均衡而损耗蓄电池组的容量，且会进一步损坏蓄电池组的问题。
图4示出了本发明另一实施例提供的蓄电池组充放电均衡控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
在步骤S101中，获取外部交流电源，并同时执行步骤S102和步骤S106。
在步骤S102中，根据第一预设电流值控制充电电流以对蓄电池组进行充电。
在步骤S103中，判断蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不小于预设电压阈值，是，则执行步骤S104，否，则跳转回步骤S102。
其中，预设电压阈值是指单体蓄电池的最大电压值，如果单体蓄电池的电压值超过该预设电压阈值，则表明该单体蓄电池的电压过高；如果单体蓄电池的电压值小于或等于该预设电压阈值时，则表明该单体蓄电池已完成充电且电压趋于稳定。
在步骤S104中，按照预设电流递减比例值减小充电电流，并判断充电电流的电流值是否等于第一截止电流阈值，是，则执行步骤S105，否，则跳转回所述步骤S103。
其中，预设电流递减比例值是所述当前放电电流的电流值以1/N的比值减小，N>1；第一截止电流阈值是指预先设定的对蓄电池组进行充电的最小充电电流值；当充电电流的电流值等于或小于该第一截止电流阈值时，则停止对蓄电池组进行充电。
在步骤S105中，停止对所述蓄电池组进行充电。
在步骤S106中，根据第二预设电流值对蓄电池组中各个单体蓄电池进行充电，并判断单体蓄电池的电压值是否不小于预设电压阈值，是，则执行步骤S107，否，则跳转回步骤S106。
在步骤S107中，根据预设电压值对蓄电池组中各个单体蓄电池进行充电，并判断单体蓄电池的电流值是否不大于第二截止电流阈值，是，则执行步骤S108，否，则跳转回所述步骤S107。
其中，第二截止电流阈值是指预先设定的对单体蓄电池进行充电的最小充电电流值；当充电电流的电流值不大于该第二截止电流阈值时，则停止对单体蓄电池进行充电。
在步骤S108中，停止对蓄电池组中的单体蓄电池进行充电。
在本发明实施例中，从步骤S106和步骤S107可以看出，步骤S106是对电压未达到预设电压阈值的单体蓄电池进行恒流充电，步骤S107是对单体蓄电池进行恒压充电，采用如此的先恒流后恒压的充电模式可以保证单体蓄电池真正达到充电平衡。
在具体实现中，假设对蓄电池组的充电电流依次为I1、I2、……、Im、Im+1、……In，且每一个放电电流对应的放电时间依次为△t1、△t2、……、△tm、△tm+1……△tn，对蓄电池组中的单体蓄电池的充电电流为i；则通过对蓄电池组的充电电流所实现的充电容量Q为I1*△t1+I2*△t2+……+Im*△tm，通过对蓄电池组中的单体蓄电池的充电电流所实现的充电容量Qn为∫(im+im-1)/2*△t，im和im-1分别为前后两次对单体蓄电池采样的充电电流，△t为前后两次对单体蓄电池进行充电采样的时间间隔，所以，单体蓄电池的总容量为Q+Qn。
图5示出了本发明实施例提供的蓄电池组充电均衡控制系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
蓄电池组充电均衡控制系统包括：
电源获取模块100，用于获取外部交流电源；
充电控制模块200，用于根据第一预设电流值控制充电电流以对蓄电池组进行充电；
电压判断模块300，用于判断蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不小于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回充电控制模块200；
电流控制与判断模块400，用于当电压判断模块300的判断结果为是时，按照预设电流递减比例值减小充电电流，并判断充电电流的电流值是否等于第一截止电流阈值，且在判断结果为否时跳转回电压判断模块300；
第一充电终止控制模块500，用于当电流控制与判断模块400的判断结果为是时，停止对蓄电池组进行充电；
充电控制与电压判断模块600，用于根据第二预设电流值对蓄电池组中各个单体蓄电池进行充电，并判断单体蓄电池的电压值是否大于预设电压阈值，且在判断结果为否时跳转回充电控制与电压判断模块600；
充电控制与电流判断模块700，用于当充电控制与电压判断模块600的判断结果为否时，根据预设电压值对蓄电池组中各个单体蓄电池进行充电，并判断单体蓄电池的电流值是否等于第二截止电流阈值，且在判断结果为否时跳转回充电控制与电流判断模块700；
第二充电终止控制模块800，用于当充电控制与电流判断模块700的判断结果为是时，停止对蓄电池组中的单体蓄电池进行充电。
在实际应用中，如图6所示，电源获取模块100、充电控制模块200、电压判断模块300、电流控制与判断模块400以及第一充电终止控制模块500集成于一蓄电池组充放电设备10，蓄电池组充放电设备10的电源端连接交流电220V/380V；充电控制与电压判断模块600、充电控制与电流判断模块700以及第二充电终止控制模块800集成于一DC/DC变换器20，且该DC/DC变换器可内置于蓄电池组30内部或外置于蓄电池组30的外部；蓄电池组30内部包含n个单体蓄电池，且n的取值范围为(1,500]；蓄电池组充放电设备10的电流电极和电压电极分开与蓄电池组30连接（如图6所示），其中电极V+和电极V-用于采样蓄电池组30两极的电压信息，电极I+和电极I-用于对蓄电池组30实现充电过程，同样，DC/DC电源20的电流电极和电压电极也是分开与蓄电池组30的两极连接，（如图6所示），通过电极V+和电极V-采样单体蓄电池1～n两极的电压信息，电极I+和电极I-对单体蓄电池1～n实现电流均衡。此外，为了实现对蓄电池组充放电设备10的控制，还可以将蓄电池组充放电设备10和DC/DC变换器20分别通过CAN总线、RS232通讯总线或RS485通讯总线与计算机40实现数据通讯，且蓄电池组充放电设备10可以通过CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线、RS232通讯总线或RS485通讯总线输出控制指令对DC/DC变换器20进行控制，因此，蓄电池组充放电设备10、DC/DC变换器20、蓄电池组30以及计算机40便可组成一个蓄电池组能量均衡控制系统以实现对蓄电池组30的充电均衡控制。
本发明另一实施例通过对蓄电池组进行恒流充电，并在充电过程中实时检测所述蓄电池组中的单体蓄电池的电压值，当其中一个单体蓄电池的电压值不小于预设电压阈值时，按照预设电流递减比例值减小充电电流，同时对未达到充电平衡的单体蓄电池实现先恒流后恒压的充电模式进行充电，通过如此多次的循环调节后，使所述蓄电池组中的各个单体蓄电池的电压趋于一致，进而达到对整个蓄电池组实现充放电均衡调节的目的，解决了现有的蓄电池组所存在的因内部各蓄电池之间的电压不均衡而损耗蓄电池组的容量，且会进一步损坏蓄电池组的问题。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种蓄电池组充放电均衡控制方法，其特征在于，所述蓄电池组充放电均衡控制方法包括以下步骤：
A．获取外部交流电源，并同时执行步骤B和步骤G；
B．根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电；
C．判断所述蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，是，则执行步骤D，否，则跳转回所述步骤B；
D．按照预设电流递减比例值减小所述放电电流，并判断所述放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，是，则执行步骤E，否，则跳转回所述步骤C；
E．判断所述蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，是，则执行步骤F，否，则跳转回所述步骤E；
F．停止对所述蓄电池组进行放电；
G．根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电；
H．判断是否接收到到所述停止指令，是，则执行步骤I，否，则跳转回所述步骤G；
I．停止对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
2.如权利要求1所述的蓄电池组充放电均衡控制方法，其特征在于，所述第一预设电流值不小于所述第二预设电流值。
3.如权利要求1所述的蓄电池组充放电均衡控制方法，其特征在于，所述预设电压阈值是所述单体蓄电池的最小平衡电压值。
4.如权利要求1所述的蓄电池组充放电均衡控制方法，其特征在于，所述预设电流递减比例值是所述当前放电电流的电流值以1/N的比值减小。
5.如权利要求1所述的蓄电池组充放电均衡控制方法，其特征在于，所述截止电流阈值是预先设定的对所述蓄电池组进行充电的最小放电电流值。
6.一种蓄电池组充放电均衡控制系统，其特征在于，所述蓄电池组充放电均衡控制系统包括：
电源获取模块，用于获取外部交流电源；
放电控制模块，用于根据第一预设电流值控制放电电流以对蓄电池组进行放电；
第一电压判断模块，用于判断所述蓄电池组中是否存在单体蓄电池的电压值不大于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回所述放电控制模块；
放电电流控制与判断模块，用于在所述第一电压判断模块的判断结果为是时，按照预设电流递减比例值减小所述放电电流，并判断所述放电电流的电流值是否不大于截止电流阈值，且在判断结果为否时跳转回所述第一电压判断模块；
第二电压判断模块，用于在所述放电电流控制与判断模块的判断结果为是时，判断所述蓄电池组中的所有单体蓄电池的电压值是否均不高于预设电压阈值，并在判断结果为否时跳转回所述第二电压判断模块；
放电终止控制模块，用于在所述第二电压判断模块的判断结果为是时，停止对所述蓄电池组进行放电；
充电控制模块，用于根据第二预设电流值和预设电压值对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行恒压恒流充电；
指令接收判断模块，用于判断是否接收到停止指令，并在判断结果为否时跳转回所述充电控制模块；
充电终止控制模块，用于停止对所述蓄电池组中的各个单体蓄电池进行充电。
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