CN104578371A - 电池管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电池管理系统和方法，其中，该电池管理系统包括：备用电池模块；若干开关模块，串接在备用电池模块与电池组中若干电池模块之间；控制器，其用于检测电池组中若干电池模块的电压值、并根据电池组的充放电状态控制特定开关模块的闭合以将电池组中相应的电池模块与备用电池模块并接。本发明提供的电池管理系统通过设置的备用电池模块，可以根据电池组的充放电状态对其中的特定电池模块进行充电或放电，实现了电池组在充电和放电时的电量平衡，且简单可靠，成本较低。

Description

电池管理系统及方法

技术领域

本发明属于电池组生产制造技术领域，尤其涉及一种电池管理系统及方法。

背景技术

在太阳能储能电池的应用中，电池的期望使用时间往往达到10年以上，但由于电池在制造过程中很难去报具有完全的均已向，各串联的电池单元之间会存在充电或放电特性的差异，而长时间的使用会进一步加剧这种电池单元之间充放电特性的差异。因此，当使用串联电池单元的电池组时，会存在这样的问题：充电时，同一电池组中，即使某些电池单元被过度充电，也仍然存在某些电池单元尚未达到饱和；又或放电时，同一电池组中，有些电池单元尚未完全放电，但仍有些电池单元被过度放电。此外，如果电池单元长期被过度放电/充电，在构成电池单元的材料中可能会出现显著劣化，使得电池单元的特性变得不同，而这种劣化是加剧电池单元间差异的原因之一。

所以现有技术中通过提供电池管理系统的电量平衡功能来解决上述问题。现有的电量平衡方法主要有两种，其中一种为被动式电量平衡，即将电池单元中多余的电量以电阻的方式耗散成热，但仅能在充电时进行。另一种为主动式电量平衡，其采用能量转移的方式，将电池组中多余电量转移到电量不足的电池单元中，并可以在电池充电、放电以及不工作时都能进行，从而满足电池组更多情况的需要。

但仍然存在的问题是，由于上述的两种电量平衡方式都需要涉及到复杂的控制电路和算法，可靠性较低且成本较高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电池管理系统。

本发明的目的还在于提供一种电池管理方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括：

备用电池模块；

若干开关模块，串接在所述备用电池模块与电池组中若干电池模块之间；

控制器，其用于检测电池组中若干电池模块的电压值、并根据电池组的充放电状态控制特定开关模块的闭合以将电池组中相应的电池模块与所述备用电池模块并接。

作为本发明的进一步改进，所述控制器和所述若干开关模块之间串接有4线-16线译码器和功率驱动器。

作为本发明的进一步改进，所述电池管理系统包括两组分别与所述控制器并接的4线-16线译码器和功率驱动器，电池组中若干电池模块与所述备用电池模块之间分别串接有两个的所述开关模块，电池组中任一电池模块与所述备用电池模块之间串接的所述两个开关模块分别连接至所述两组的4线-16线译码器和功率驱动器。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块为继电器。

作为本发明的进一步改进，所述若干开关模块与电池组中若干电池模块之间分别串接有自恢复保险丝。

作为本发明的进一步改进，所述备用电池模块并接有保护单元，所述备用电池模块与电池组之间串接有保护开关，所述保护单元用于在所述备用电池模块的电压超过预设电压值时控制所述保护开关断开。

作为本发明的进一步改进，所述备用电池模块与所述电池组之间连接有保护电阻。

作为本发明的进一步改进，所述保护电阻的阻值为50mΩ。

为实现上述另一发明目的，本发明提供一种电池管理方法，所述方法包括以下步骤：

分别检测电池组中若干电池模块的电压值；

若电池组在放电状态，控制模块将电池组中电压低于预定低压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电压低于预定低压值的电池模块进行充电；

若电池组在充电状态，控制模块将电池组中电压高于预定高压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对所述电压高于预定高压值的电池模块进行放电。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

若电池组在放电状态，控制模块将电池组中电压最低的电池模块的电压与所述预定低压值进行比较，若该电池模块的电压低于所述预定低压值，则控制模块将该电池模块与所述备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行充电；

若电池组在充电状态，控制模块将电池组中电压最高的电池模块的电压与所述预定高压值进行比较，若该电池模块的电压高于所述预定高压值，则控制模块将该电池模块与所述备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行放电。

与现有技术相比，本发明提供的电池管理系统通过设置的备用电池模块，可以根据电池组的充放电状态对其中的特定电池模块进行充电或放电，实现了电池组在充电和放电时的电量平衡，且简单可靠，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明电池管理系统一实施方式的结构示意图；

图2是本发明电池管理系统又一实施方式的结构示意图；

图3是本发明电池管理方法一实施方式的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

并且，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这并不代表结构或者功能上的联系，而仅仅是为了描述的方便。

参图1，介绍本发明电池管理系统100的一具体实施方式。在本实施方式中，该电池管理系统100包括备用电池模块60、若干开关模块40、以及控制器10。

开关模块40的数量与电池组200中电池模块201的数量相对应，该若干的开关模块40分别串接在备用电池模块60与电池组200中若干电池模块201之间。在本实施方式中，开关模块40为继电器。当然，可以理解的是，在其它替换的实施方式中，开关模块40还可以采用本领域普通技术人员所熟知的其它形式。

控制器10用于检测电池组200中若干电池模块201的电压值、并根据电池组200的充放电状态控制特定开关模块40的闭合以将电池组200中相应的电池模块201与备用电池模块60并接。控制器10可以是包括微控制器（Micro Controller Unit, MCU）的集成电路。本领域技术人员所熟知的是，微控制器可以包括中央处理单元（Central Processing Unit, CPU）、只读存储模块（Read-Only Memory, ROM）、随机存储模块（Random Access Memory, RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D Converter）、以及若干输入/输出端口。当然，控制装置也可以采用其它形式的集成电路，如特定用途集成电路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）或现场可编程门阵列（Field-programmable Gate Array, FPGA）等。

控制器10和若干开关模块40之间串接有4线-16线译码器20和功率驱动器30，当控制器10需要控制备用电池模块60与电池组200中特定电池模块201进行充电时，控制器10首先发出控制信号，并通过4线-16线译码器20进行译码，4线-16线译码器20在同一时间仅会输出一个“0”信号，并通过功率驱动器30进行放大，进而控制相应的特定开关模块40闭合，使备用电池模块60并接到相应的电池模组上。在不同的实施方式中，根据电池组200中电池模块201的数量，可以优选地利用4线-16线译码器20中更为稳定的管脚。

具体地，若电池组200在放电状态，则此时备用电池模块60被并接到其中电压较低的电池模块201，备用电池模块60对该电压较低的电池模块201进行充电；而若电池组200在充电状态，则此时备用电池模块60被并接到其中电压较高的电池模块201，该电池模块201对备用电池模块60进行放电。并且，虽然本实施方式中以电池管理系统100包括一个备用电池模块60为例做阐述，但在更多的实施方式中，电池管理系统100中可以包括更多个的备用电池模块60，以同时对电池组200中的多个电池模块201进行电量均衡。

若干开关模块40与电池组200中若干电池模块201之间分别串接有自恢复保险丝50，进行意外情况保护，示范性地，例如继电器失效引起的过流。相对普通的保险丝，使用自恢复保险丝50的好处是，待继电器被修复后，无需对该自恢复保险丝50进行替换，降低了系统的维护成本。这里的自恢复保险丝50实质上是一种PTC热敏电阻，这是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度（居里温度）时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

备用电池模块60并接有保护单元（图未示），备用电池模块60与电池组200之间串接有保护开关80，保护单元用于在备用电池模块60的电压超过预设电压值时控制保护开关80断开。这里的保护单元可以是集成的保护IC，示范性地，例如采用MOS管的形式。

备用电池模块60与电池组200之间连接有保护电阻70，该保护电阻70的阻值可以根据电池组200中电池模块201的电压进行选择，在本实施方式中，例如该保护电阻70的阻值为50mΩ。

参图2，介绍本发明电池管理系统100的又一具体实施方式。在本实施方式中，该电池管理系统100包括备用电池模块60、若干开关模、以及控制器10。

与上述实施方式不同的是，在本实施方式中，电池管理系统100包括两组分别与控制器10并接的4线-16线译码器21、22和功率驱动器31、32，电池组200中若干电池模块201与备用电池模块60之间分别串接有两个的开关模块41、42，电池组200中任一电池模块与备用电池模块60之间串接的两个开关模块41、42分别连接至两组的4线-16线译码器21、22和功率驱动器31、32。在本实施方式中，该开关模块41、42同样优选地采用继电器，这样，当任一继电器失效时（短路），与其一路的另一继电器可以保证系统的正常运行，避免系统的失效。

参图3，介绍本发明电池管理方法的一具体实施方式，在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

首先，分别检测电池组中若干电池模块的电压值。

然后，判断电池组的工作状态：

若电池组在放电状态，控制模块将电池组中电压低于预定低压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电压低于预定低压值的电池模块进行充电。在此过程中，备用电池模块被优选地设置为同时仅对一个电池模块进行充电，为此，控制模块将电池组中电压最低的电池模块的电压与预定低压值进行比较，若该电池模块的电压低于该预定低压值，则控制模块将该电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行充电。

若电池组在充电状态，控制模块将电池组中电压高于预定高压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对所述电压高于预定高压值的电池模块进行放电。类似地，在此过程中，备用电池模块被优选地设置为同时仅接受一个电池模块的放电，为此，控制模块将电池组中电压最高的电池模块的电压与预定高压值进行比较，若该电池模块的电压低于该预定高压值，则控制模块将该电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行放电。

本发明通过上述实施方式，具有以下有益效果：本发明提供的电池管理系统通过设置的备用电池模块，可以根据电池组的充放电状态对其中的特定电池模块进行充电或放电，实现了电池组在充电和放电时的电量平衡，且简单可靠，成本较低。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统包括：

备用电池模块；

若干开关模块，串接在所述备用电池模块与电池组中若干电池模块之间；

控制器，其用于检测电池组中若干电池模块的电压值、并根据电池组的充放电状态控制特定开关模块的闭合以将电池组中相应的电池模块与所述备用电池模块并接。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制器和所述若干开关模块之间串接有4线-16线译码器和功率驱动器。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括两组分别与所述控制器并接的4线-16线译码器和功率驱动器，电池组中若干电池模块与所述备用电池模块之间分别串接有两个的所述开关模块，电池组中任一电池模块与所述备用电池模块之间串接的所述两个开关模块分别连接至所述两组的4线-16线译码器和功率驱动器。

4.根据权利要求1至3之任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述开关模块为继电器。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述若干开关模块与电池组中若干电池模块之间分别串接有自恢复保险丝。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述备用电池模块并接有保护单元，所述备用电池模块与电池组之间串接有保护开关，所述保护单元用于在所述备用电池模块的电压超过预设电压值时控制所述保护开关断开。

7.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述备用电池模块与所述电池组之间连接有保护电阻。

8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于，所述保护电阻的阻值为50mΩ。

9.一种电池管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

分别检测电池组中若干电池模块的电压值；

若电池组在放电状态，控制模块将电池组中电压低于预定低压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电压低于预定低压值的电池模块进行充电；

若电池组在充电状态，控制模块将电池组中电压高于预定高压值的电池模块与备用电池模块之间的开关模块闭合，以对所述电压高于预定高压值的电池模块进行放电。

10.根据权利要求9所述的电池管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

若电池组在放电状态，控制模块将电池组中电压最低的电池模块的电压与所述预定低压值进行比较，若该电池模块的电压低于所述预定低压值，则控制模块将该电池模块与所述备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行充电；

若电池组在充电状态，控制模块将电池组中电压最高的电池模块的电压与所述预定高压值进行比较，若该电池模块的电压高于所述预定高压值，则控制模块将该电池模块与所述备用电池模块之间的开关模块闭合，以对该电池模块进行放电。