CN104734236A - 电池组充放电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组充放电的装置及方法。本发明不通过能量转移来实现电池组的一致性，减少了能量损耗；使用电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值，并由此控制旁路开关而控制单体电池充放电的通断，结构简单，策略简便，容易实现。

Description

电池组充放电装置及方法
技术领域
本发明涉及可充电电池技术,具体涉及电池组充放电的方法。
背景技术
电动汽车的电池组大多由单体电池串联而成，由于在制造上以及在循环充放电过程中产生的差异，导致了各单体的额定容量、电压和内阻等方面不完全一致。这使得额定容量低的单体电池在充电时首先充满，继续充电则过充；在放电时首先放完，继续使用则过放。从而使电池组不能正常的工作，影响使用，对电池组的循环寿命也造成了极大的影响。
为了使电池组达到良好的一致性，普遍采取均衡方式来使电池组达到一致性。当下的电池组均衡技术分为两种：能量耗散型和非能量耗散型。核心思想都是实现能量的转移，能量耗散型是将能量高的单体的能量通过电阻等负载消耗掉，非能量耗散型是将能量高的单体的能量转移到能量低的单体中去。
能量耗散型均衡方式是通过旁路开关的开断来接通旁路的分流电阻，以达到消耗高的单体能量的目的，缺点是能耗较大，均衡速度慢，效率低，而且电阻的散热会影响系统正常运行。能量非耗散型通过能量存储装置以及开关或变压器来实现能量的转换，缺点是结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的是在电池组充放电时，不通过能量转移来实现电池组的一致性，减少能量损耗。
为了达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种电池组充放电装置，一种电池组充放电装置，其特征在于，该装置包括：
多个单体电池，连接成串联线路；
每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联；
电池管理系统，用于充放电时实时获取每个单体电池的荷电状态值，并根据每个单体电池的荷电状态值控制常闭开关与常开开关的通断；
电路接口，用于连接负载或充电机。
优选地，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
根据本发明的第二方面，提供了一种电池组充电方法，其特征在于，电池组包括连接成串联线路的多个单体电池，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联，当电池组的电路接口连接到充电机进行充电时，该方法包括：
通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值；
当一个电池单体的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而停止对该单体电池的充电；
当一个停止充电的单体电池的荷电状态值低于电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而再次对该单体电池的充电。
优选地，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
优选地，当停止或再次对某个单体电池充电时，电池管理系统还将当前电池组的电压发送给充电机，充电机据此调整充电功率。
优选地，充电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态。
根据本发明的第三方面，提供了一种电池组放电方法，电池组包括由多个单体电池连接构成的串联线路，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联，当电池组的电路接口连接到负载进行放电时，该方法包括：
通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值；
当一个电池单体的荷电状态值低于电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一放电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而使该单体电池停止放电；
当一个停止放电的单体电池的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二放电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而使该单体电池再次放电。
优选地，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
优选地，放电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态。
本发明不通过能量转移来实现电池组的一致性，减少了能量损耗。使用电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值，并由此控制旁路开关而控制单体电池充放电的通断，结构简单，策略简便，容易实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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些实施例，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他的附图。
图1为根据本发明一个实施例的电池组充放电装置的结构图；
图2为根据本发明另一个实施例的电池组充电方法的流程图；
图3为根据本发明又一个实施例的电池组放电方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
图1示出了根据本发明一个实施例的电池组充放电装置的结构图。如图所示，该装置包括：
多个单体电池B(包括B1、B2、B3…Ｂn)，连接成串联线路。每个单体电池B与设置在所述串联线路上的一个常闭开关L(包括L1、L2、L3…Ln)串联后再与一个常开开关S(包括S1、S2、S3…Sn)并联；
电池管理系统（图中未示出），用于充放电时实时获取每个单体电池的荷电状态值SOC，并根据每个单体电池的荷电状态值控制常闭开关与常开开关的通断；
电路接口，用于连接负载或充电机。
在本发明中，单体电池B可以为锂离子电池，也可以为其他类型的可充电电池。
常闭开关L和常开开关S优选均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。当然常闭开关L和常开开关S也可以为其他类型的开关，例如半导体开关、机械开关等。
荷电状态值SOC指蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，电池管理系统属于现有技术，其可以测量得到单体电池B的荷电状态值SOC，因而可以使用电池管理系统采集每个单体电池B的SOC，根据每个单体电池B的SOC与所有单体电池B的平均SOC比较的结果，对常闭开关L和常开开关S进行相应的通断控制，具体控制方法可参见随后的充电方法和放电方法的实施例。
图2为根据本发明另一个实施例的电池组充电方法的流程图。该方法的实施需要电池组进行如此设置：电池组包括连接成串联线路的多个单体电池，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联，电池组的电路接口连接到充电机进行充电。如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤101：通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值。
步骤102：当一个电池单体的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而停止对该单体电池的充电；
步骤103：当一个停止充电的单体电池的荷电状态值低于电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而再次对该单体电池的充电。
所述常闭开关与常开开关优选均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。当然常闭开关L和常开开关S也可以为其他类型的开关，例如半导体开关、机械开关等。
该方法还可以包括：当停止或再次对某个单体电池充电时，电池管理系统还将当前电池组的电压发送给充电机，充电机据此调整充电功率。
充电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态，以便于放电使用。
在该实施例中，第一充电阈值和第二充电阈值根据实际情况设定，第二充电阈值例如可以为0。
图3为根据本发明又一个实施例的电池组充电方法的流程图。该方法的实施需要电池组进行如此设置：电池组包括连接成串联线路的多个单体电池，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联。当电池组的电路接口连接到负载进行放电时，如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤201：通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值。
步骤202：当一个电池单体的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而停止对该单体电池放电；
步骤203：当一个停止放电的单体电池的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二放电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而使该单体电池再次放电。
所述常闭开关与常开开关优选均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。当然常闭开关L和常开开关S也可以为其他类型的开关，例如半导体开关、机械开关等。
该方法还可以包括：当停止或再次对某个单体电池充电时，电池管理系统还将当前电池组的电压发送给充电机，充电机据此调整充电功率。
放电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态，以便于充电或下次放电使用。
在该实施例中，第一放电阈值和第二放电阈值根据实际情况设定，第二充电阈值例如可以为0。
本领域技术人员可以知道，本发明的电池组充放电方法可通过本发明的电池组充放电装置实现。
本发明的实施例不通过能量转移来实现电池组的一致性，减少了能量损耗；使用电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值，并由此控制旁路开关而控制单体电池充放电的通断，结构简单，策略简便，容易实现。
以上实施例仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和范围当中。

Claims (9)

1.一种电池组充放电装置，其特征在于，该装置包括：
多个单体电池，连接成串联线路；
每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联；
电池管理系统，用于充放电时实时获取每个单体电池的荷电状态值，并根据每个单体电池的荷电状态值控制常闭开关与常开开关的通断；
电路接口，用于连接负载或充电机。
2.权利要求1所述的电池组充放电装置，其特征在于，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
3.一种电池组充电方法，其特征在于，电池组包括连接成串联线路的多个单体电池，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联，当电池组的电路接口连接到充电机进行充电时，该方法包括：
通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值；
当一个电池单体的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而停止对该单体电池的充电；
当一个停止充电的单体电池的荷电状态值低于电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二充电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而再次对该单体电池的充电。
4.权利要求3所述的电池组充电方法，其特征在于，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
5.权利要求3或4所述的电池组充电方法，其特征在于，当停止或再次对某个单体电池充电时，电池管理系统还将当前电池组的电压发送给充电机，充电机据此调整充电功率。
6.权利要求3或4所述的电池组充电方法，其特征在于，充电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态。
7.一种电池组放电方法，其特征在于，电池组包括由多个单体电池连接构成的串联线路，每个单体电池与设置在所述串联线路上的一个常闭开关串联后再与一个常开开关并联，当电池组的电路接口连接到负载进行放电时，该方法包括：
通过电池管理系统获取每个电池单体的荷电状态值；
当一个电池单体的荷电状态值低于电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第一放电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池并联的常开开关，并断开与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，从而使该单体电池停止放电；
当一个停止放电的单体电池的荷电状态值超出电池组的平均荷电状态值的数值达到设定的第二放电阈值时，电池管理系统闭合与该单体电池串联且与该常开开关并联的常闭开关，并断开与该单体电池并联的常开开关，从而使该单体电池再次放电。
8.权利要求6所述的电池组充电方法，其特征在于，所述常闭开关与常开开关均为继电器的触点，电池管理系统通过控制继电器线圈的电流来控制常闭开关与常开开关的通断。
9.权利要求7或8所述的电池组充电方法，其特征在于，放电完成时，所有常闭开关恢复到常闭状态，所有常开开关恢复到常开状态。
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