CN104283241A - 电池充放电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池充放电装置及方法，每一充放电模块采集其对应的电池电压；控制器在每一电压均小于第一设定电压时，电源接口接入交流电源，每一充放电模块对其对应的电池进行充电；控制器在每一电压达到第二设定电压时，每一充放电模块停止对其对应的电池充电；在负载接口接入负载时，每一电池对负载放电，控制器将每一电池的电压与第三设定电压比较，存在电压小于第三设定电压时，电压小于第三设定电压的电池对应的充放电模块对其对应的电池充电，在每一电压均达到第四设定电压时，每一充放电模块停止对其对应的电池充电，每一电池停止对负载放电。本发明结构简单、对每一电池单独充电、确保充电的均衡及延长电池使用寿命。

Description

电池充放电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电池充放电装置以及利用电池充放电装置实现的电池充放电方法。
背景技术
众所周知，锂电池作为动力源，需要使用十几节至几百节的大容量电池串联而成的电池组，目前对电池组实施充放电使用同一个电路，若其中一节电池出现问题，因安全原因电池组则不能继续工作，所以没有一个功能强大的电池管理系统是无法推广使用锂电池的。但现在因种种原因，目前国内外市场上尚未见到能达到使用要求、用户满意的产品，影响了锂电池作为动力能源的推广应用。
在锂电池组的使用过程中，其使用寿命是一个关键的问题，影响其使用寿命的因素有：单体电池的质量，出厂配组的一致性，使用过程的管理和维护。现阶段对锂电池组的管理和维护基本采用主被动均衡管理，其均衡能力有限，很难满足实际需求。而且，现有技术基本采用锂电池组整体充电模式，其导致锂电池组中的单体电池有的电压高，有的电压低，即出现电压不一致的现象，这种现象对锂电池组的损害很大，大大缩短了锂电池组的使用寿命、不利于锂电池组的推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电池管理系统均衡能力有限，且对整个电池组整体充电，导致电池组中的单体电池的电压不一致，使电池组受到损害并缩短电池组的使用寿命的缺陷，提供一种具有结构简单、对每一单体电池单独充电、确保充电的绝对均衡以及延长电池组的使用寿命的性能的电池充放电装置及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种电池充放电装置，其包括一电池组，其特点在于，该电池充放电装置还包括一控制器、一电源接口、一负载接口以及与该电池组中的电池一一对应且相互连接的充放电模块，该控制器分别与每一充放电模块、该电源接口和该负载接口相连接；
每一充放电模块用于实时地采集每一充放电模块对应的电池的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器；
该控制器用于将每一电压信息与一第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入一交流电源，每一充放电模块用于对每一充放电模块对应的电池进行充电；
该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电；
在该负载接口接入负载时，每一电池对该负载放电，该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对对应的电压信息小于该第三设定电压的电池充电，并且，该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电，最终使得每一电池的电压均一致，避免了现有技术中出现电池电压不一致的现象，大大延长了电池组的使用寿命。
其中，在本方案中，该第四设定电压小于该第三设定电压，且该第四设定电压为电池的最低保护电压。
电池组中的电池存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对电压信息小于该第三设定电压的电池充电，这时实现充放电模块对电压信息小于该第三设定电压的电池充电，同时电压信息小于该第三设定电压的电池放电的功能，即电池一边充电一边放电，不过电池放电的速度大于电池充电的速度，使得电池虽然在充电，但是其电压依然在逐渐减小，最终在每一电池的电压降到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电，这时电池既不充电也不放电，最终达到每一电池的电压均一致。
电池一边充电一边放电且电压降至该第四设定电压的过程延长了电池组的放电时间，且减缓了电池的放空速度，使得每一电池的电压基本上同时到达该第四设定电压。
较佳地，该电池充放电装置还包括一第一开关，该第一开关用于控制该电源接口与每一充放电模块的连通，该控制器用于控制该第一开关的导通与断开；
在该电源接口接入该交流电源时，该控制器控制该第一开关导通，每一充放电模块用于对每一充放电模块对应的电池进行充电；
在每一电压信息均达到该第二设定电压时，该控制器控制该第一开关断开，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电。
较佳地，该电池充放电装置还包括一第二开关，该第二开关用于控制该电池与该负载的连通，该控制器用于控制该第二开关的导通与断开；
在该负载接口接入该负载时，该控制器控制该第二开关导通，每一电池对该负载放电；
在每一电压信息均达到该第四设定电压时，该控制器控制该第二开关断开，每一电池停止对该负载放电。
较佳地，每一充放电模块将接收到的该交流电源传输来的交流电压转换为直流电压后，再对每一充放电模块对应的电池进行充电。
较佳地，每一充放电模块采用恒流恒压的充电模式进行充电。
较佳地，该电池充放电装置还包括与该些电池一一对应的温度传感器和一用于冷却电池的冷却装置，每一温度传感器用于检测每一温度传感器对应的电池的温度，并将所有温度传输至该控制器；
该控制器用于在判断出该些温度中的任一温度大于一设定温度时，控制该冷却装置开启。
较佳地，该冷却装置为冷却风扇。
较佳地，该控制器用于将接收到的每一电压信息和每一温度发送至一远程控制中心。将每一电压信息和每一温度发送至该远程控制中心后，操作人员通过该远程控制中心如计算机就能够得知每一电池的状态，并在电池组中的有些电池出现劣化状态时，及时地更换电池组。
本发明还提供一种电池充放电方法，其特点在于，其利用如上述的电池充放电装置实现，该电池充放电方法包括以下步骤：
S1、每一充放电模块实时地采集每一充放电模块对应的电池的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器；
S2、该控制器将每一电压信息与该第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入该交流电源，每一充放电模块对每一充放电模块对应的电池进行充电；
S3、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电；
S4、在该负载接口接入该负载时，每一电池对该负载放电，该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对其对应的电池充电；
S5、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电，其中，该第四设定电压小于该第三设定电压。
较佳地，在步骤S2中，每一充放电模块将接收到的该交流电源传输来的交流电压转换为直流电压后，再对每一充放电模块对应的电池进行充电。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过为每一电池配置一充放电模块，实现对每一电池单独充电，并在电池对负载放电过程中，当存在电池的电压达到第三设定电压时，电压小于第三设定电压的电池对应的充放电模块对电压小于第三设定电压的电池充电，并在每一电压信息均达到第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对负载放电，最终实现确保充电的绝对均衡，从而达到使用过程的均衡管理。而且，本发明还具有结构简单、生产成本低、延长电池组的使用寿命的优点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的电池充放电装置的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的电池充放电方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本实施例提供一种电池充放电装置10（如图中的虚框所示），其包括六个串联的电池1组成的一电池组、一控制器2、一第一开关3、一电源接口（图中未示出）、一第二开关4、一负载接口（图中未示出）以及与该些电池1一一对应且相互连接的充放电模块5，该控制器2与每一充放电模块5相连接（见图1，每一充放电模块5的OUT1端口均与该控制器2连接），该控制器2分别与该电源接口和该负载接口相连接，该控制器2还与该第二开关4相连接（见图1，该第二开关的OUT2端口与该控制器2连接）。
虽然在本实施例中，该电池1的数量选用六个，但本领域的技术人员知道知道，本实施例只是举出一具体的例子来说明本发明，本发明并不局限于本实施例，本领域的技术人员可根据实际需要，选用合适数量的电池，且为每一电池配备一个充放电模块。
下面详细说明上述各部件的功能：
首先，该第一开关3用于控制该电源接口与每一充放电模块5的连通，该控制器2用于控制该第一开关3的导通与断开；
该第二开关4用于控制该电池1与接入的负载7的连通，该控制器2用于控制该第二开关4的导通与断开。
其次，每一充放电模块5用于实时地采集每一充放电模块5对应的电池1的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器2；
该控制器2用于将每一电压信息与一第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入一交流电源6，该控制器2控制该第一开关3导通，每一充放电模块5将接收到的该交流电源6传输来的交流电压转换为直流电压后，每一充放电模块5再用于对每一充放电模块5对应的电池1进行充电，且每一充放电模块5采用恒流恒压的充电模式对每一充放电模块5对应的电池1进行充电，其中，该第一设定电压可以为电池1允许的一个比较低的电压；
该控制器2还用于将每一充放电模块5传输来的每一电池1的电压信息与一第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，该控制器2控制该第一开关3断开，每一充放电模块5停止对每一充放电模块5对应的电池1充电，其中，该第二设定电压可以为电池1的最高充电电压；
在该负载接口接入该负载7时，该控制器2控制该第二开关4导通，每一电池1对该负载7放电，该控制器2还用于将每一充放电模块5传输来的每一电池1的电压信息与一第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块5对对应的电压信息小于该第三设定电压的电池1充电，并且，该控制器2还用于将每一充放电模块5传输来的每一电池的电压信息与一第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块5停止对每一充放电模块对应的电池1充电，同时每一电池1停止对该负载7放电，最终使得每一电池的电压均一致，避免了现有技术中出现电池电压不一致的现象，大大延长了电池组的使用寿命，其中，该第四设定电压小于该第三设定电压。该第三设定电压可以为某一时刻每一电池1的电压信息中电压最低的电压，该第四设定电压可以为电池1的最低保护电压。
而且，该电池充放电装置10还包括与该些电池一一对应的温度传感器（图中未示出）和一用于冷却电池的冷却风扇（图中未示出），每一温度传感器用于检测每一温度传感器对应的电池的温度，并将所有温度传输至该控制器2，该控制器2用于在判断出该些温度中的任一温度大于一设定温度时，控制该冷却风扇开启，该冷却风扇就开始对该些电池进行冷却。本实施例选用该冷却风扇作为冷却装置，当然，本领域的技术人员应该知道，该冷却装置并不局限于该冷却风扇，本领域的技术人员还可以选用其它具有冷却功能的冷却装置实现。
当然，该控制器2可以将其接收到的每一电压信息和每一温度发送至一远程控制中心如计算机，便于操作人员及时地知道电池的使用状态。
如图2所示，本实施例还提供一种电池充放电方法，该电池充放电方法利用本实施例的电池充放电装置实现，该电池充放电方法包括以下步骤：
步骤101、每一充放电模块实时地采集每一充放电模块对应的电池的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器；
步骤102、该控制器将每一电压信息与该第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入该交流电源，每一充放电模块对每一充放电模块对应的电池进行充电；
步骤103、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电；
步骤104、在该负载接口接入该负载时，每一电池对该负载放电，该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对其对应的电池充电；
步骤105、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电。
下面举一具体的例子来进一步说明本发明，以使得本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案。
参考图1所示，具体说明电池的充电过程：每一充放电模块5实时地采集每一充放电模块5对应的电池1的电压并将所有的电压传输至该控制器2，该控制器2将接收到的每一电压与该第一设定电压进行比较，在每一电压均小于该第一设定电压时，这时表明需要对电池进行充电了。
然后该电源接口接入该交流电源6，该控制器2检测到该电源接口已经接入了该交流电源6，该控制器2控制该第一开关3导通，每一充放电模块5将接收到的该交流电源6传输来的交流电压转换为直流电压后，每一充放电模块5再对每一充放电模块5对应的电池1进行充电。
在充电的过程中，该控制器2不断地将每一充放电模块5传输来的每一电池1的电压与该第二设定电压进行比较，在每一电压均达到该第二设定电压时，该控制器2控制该第一开关3断开，每一充放电模块5停止对每一充放电模块5对应的电池1充电，这时表明对电池的充电过程已结束。
下面再具体说明电池对负载的放电过程：在需要对该负载接口接入的负载7如电冰箱进行放电时，该控制器2控制该第二开关4导通，每一电池1对该负载7放电。
在放电的过程中，该控制器2将每一充放电模块5传输来的每一电池1的电压与该第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块5对电压信息小于该第三设定电压的电池1进行充电，并且，该控制器2将每一充放电模块5传输来的每一电池的电压信息与该第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块5停止对每一充放电模块对应的电池1充电，同时每一电池1停止对该负载7放电，这时每一电池的电压均一致，避免了现有技术中出现电池电压不一致的现象。
通过上述的充放电过程可以看出，本发明通过为每一电池配置一充放电模块，实现对每一电池单独充电，并在电池对负载放电过程中，当存在电池的电压达到第三设定电压时，电压小于第三设定电压的电池对应的充放电模块对电压小于第三设定电压的电池充电，并在每一电压信息均达到第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对负载放电。本发明避免了现有技术中出现电池电压不一致的现象，最终实现确保充电的绝对均衡，从而达到使用过程的均衡管理。
而且，本发明还具有结构简单、生产成本低、延长电池组的使用寿命的性能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池充放电装置，其包括一电池组，其特征在于，该电池充放电装置还包括一控制器、一电源接口、一负载接口以及与该电池组中的电池一一对应且相互连接的充放电模块，该控制器分别与每一充放电模块、该电源接口和该负载接口相连接；
每一充放电模块用于实时地采集每一充放电模块对应的电池的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器；
该控制器用于将每一电压信息与一第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入一交流电源，每一充放电模块用于对每一充放电模块对应的电池进行充电；
该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电；
在该负载接口接入负载时，每一电池对该负载放电，该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对对应的电压信息小于该第三设定电压的电池充电，并且，该控制器还用于将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与一第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电；
其中，该第四设定电压小于该第三设定电压。
2.如权利要求1所述的电池充放电装置，其特征在于，该电池充放电装置还包括一第一开关，该第一开关用于控制该电源接口与每一充放电模块的连通，该控制器用于控制该第一开关的导通与断开；
在该电源接口接入该交流电源时，该控制器控制该第一开关导通，每一充放电模块用于对每一充放电模块对应的电池进行充电；
在每一电压信息均达到该第二设定电压时，该控制器控制该第一开关断开，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电。
3.如权利要求1所述的电池充放电装置，其特征在于，该电池充放电装置还包括一第二开关，该第二开关用于控制该电池与该负载的连通，该控制器用于控制该第二开关的导通与断开；
在该负载接口接入该负载时，该控制器控制该第二开关导通，每一电池对该负载放电；
在每一电压信息均达到该第四设定电压时，该控制器控制该第二开关断开，每一电池停止对该负载放电。
4.如权利要求1所述的电池充放电装置，其特征在于，每一充放电模块将接收到的该交流电源传输来的交流电压转换为直流电压后，再对每一充放电模块对应的电池进行充电。
5.如权利要求4所述的电池充放电装置，其特征在于，每一充放电模块采用恒流恒压的充电模式进行充电。
6.如权利要求1所述的电池充放电装置，其特征在于，该电池充放电装置还包括与该些电池一一对应的温度传感器和一用于冷却电池的冷却装置，每一温度传感器用于检测每一温度传感器对应的电池的温度，并将所有温度传输至该控制器；
该控制器用于在判断出该些温度中的任一温度大于一设定温度时，控制该冷却装置开启。
7.如权利要求6所述的电池充放电装置，其特征在于，该冷却装置为冷却风扇。
8.如权利要求6所述的电池充放电装置，其特征在于，该控制器用于将接收到的每一电压信息和每一温度发送至一远程控制中心。
9.一种电池充放电方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的电池充放电装置实现，该电池充放电方法包括以下步骤：
S1、每一充放电模块实时地采集每一充放电模块对应的电池的电压信息并将所有的电压信息传输至该控制器；
S2、该控制器将每一电压信息与该第一设定电压进行比较，在每一电压信息均小于该第一设定电压时，该电源接口接入该交流电源，每一充放电模块对每一充放电模块对应的电池进行充电；
S3、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第二设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第二设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电；
S4、在该负载接口接入该负载时，每一电池对该负载放电，该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第三设定电压进行比较，在该些电压信息中存在电压信息小于该第三设定电压时，电压信息小于该第三设定电压的电池对应的充放电模块对其对应的电池充电；
S5、该控制器将每一充放电模块传输来的每一电池的电压信息与该第四设定电压进行比较，在每一电压信息均达到该第四设定电压时，每一充放电模块停止对每一充放电模块对应的电池充电，同时每一电池停止对该负载放电，其中，该第四设定电压小于该第三设定电压。
10.如权利要求9所述的电池充放电方法，其特征在于，在步骤S2中，每一充放电模块将接收到的该交流电源传输来的交流电压转换为直流电压后，再对每一充放电模块对应的电池进行充电。
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