CN104901345A

CN104901345A - 串联蓄电池组充放电方法及独立充电式蓄电池组

Info

Publication number: CN104901345A
Application number: CN201410075472.3A
Authority: CN
Inventors: 耿直
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明介绍了一种由多个单体蓄电池或多个蓄电池模块构成的串联蓄电池组、负载、串联蓄电池独立充电控制器、串联蓄电池放电控制器所实现的串联蓄电池组充放电方法及独立充电式蓄电池组，在对串联蓄电池组进行充电时，根据各个单体蓄电池或蓄电池模块的实际状态进行分别充电，即对串联蓄电池组中的多个单体蓄电池或蓄电池模块进行独立充电及控制，这样即可使得各个单体蓄电池或蓄电池模块避免出现过充电现象，在串联蓄电池组放电状态下，当检测到串联支路中的某个单体蓄电池或蓄电池模块临近过放电状态时，关闭该串联蓄电池组的对外放电工作状态，避免该单体蓄电池或蓄电池模块出现过放电现象，能够提高串联蓄电池组的寿命，且具有实施方便的特点。

Description

串联蓄电池组充放电方法及独立充电式蓄电池组

技术领域

本发明为蓄电池组充放电工作方法及独立充电式蓄电池组，属于蓄电池组应用技术领域。

背景技术

在现有的蓄电池成组方式中，为满足负载电流及电压的要求，都是采用对单体蓄电池进行并联及串联的方式予以组合得到蓄电池组，或采用多个单体蓄电池进行并联及串联得到蓄电池模块，再将多个蓄电池模块进行并联及串联得到蓄电池组，由于蓄电池目前的生产技术及工艺的限制，造成各个单体蓄电池或蓄电池模块的技术指标一致性较差，因此成组后某些单体蓄电池或蓄电池模块在充放电过程中容易出现过充电或过放电现象，造成整个蓄电池组的工作寿命远小于其中的单体蓄电池或蓄电池模块的工作寿命，这在锂离子电池的应用中较为普遍；在现有的技术及解决方案中，都是采用对串联成组中的各个单体蓄电池的两极上并联一个均衡及测控支路，在测控支路的监测控制及均衡电路的辅助下使得串联中的单体蓄电池或蓄电池模块的对外充放电特性趋于一致，从而提高串联蓄电池组的寿命；这样做的缺陷是：在现有技术条件及器件指标的限制下，均衡及测控支路的有效工作范围有限，其均衡能力不能满足实际需要，因此当单体蓄电池或蓄电池模块的指标差别及变化过大时仍然会影响到整个蓄电池组的寿命，尤其是对串联蓄电池组，采用对串联蓄电池组进行整体充电及放电时，易于对其中的单体蓄电池或蓄电池模块造成损坏，从而使得整个串联蓄电池组寿命下降。

发明内容

鉴于上述原因及问题，本发明的目的在于提供一种串联蓄电池组充放电方法及独立充电式蓄电池组，本发明公开的技术方案为：在对串联蓄电池组进行充电时，根据各个单体蓄电池或蓄电池模块的实际状态进行分别充电，即对串联蓄电池组中的多个单体蓄电池或蓄电池模块进行独立充电及控制，这样即可使得各个单体蓄电池或蓄电池模块避免出现过充电现象，在串联蓄电池组放电状态下，当检测到串联蓄电池组中的某个单体蓄电池或蓄电池模块临近过放电状态时，关闭该串联蓄电池组的对外放电工作状态，避免该单体蓄电池或蓄电池模块出现过放电现象，这样就能够提高串联蓄电池组的寿命。

为达到上述目的，本发明介绍一种串联蓄电池组充放电工作方法，串联蓄电池由多个单体蓄电池或蓄电池模块串联而成，且包含有蓄电池充电控制器、蓄电池放电控制器、负载,其中负载可以是机电设备、DC-DC转换器、DC-AC转换器等用电设施，其特征在于分别选择采用以下工作方法：

（1）在蓄电池充电控制器及放电控制器中设置串联蓄电池各个单体蓄电池或蓄电池模块的工作温度、充电电压、充电电流、放电电压及放电电流参考参数及报警参数；

（2）蓄电池充电控制器及蓄电池放电控制器分别对串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块的温度、充电电压、充电电流、放电电压及放电电流模拟信号进行实时采集，对采集的模拟信号进行数字化处理得到各个对应的采集参数，将采集参数与设定的对应参考参数值进行比较得到比较参数，并将各个参考参数、采集参数及比较参数予以存储及显示，当比较参数超出报警参数后予以声光报警；

（3）当串联蓄电池组中的单体蓄电池或蓄电池模块处于充电状态时，蓄电池放电控制器关闭串联蓄电池组的放电输出；当串联蓄电池组处于放电状态时，蓄电池充电电控制器关闭对各个单体蓄电池或蓄电池模块的充电；

（4）当串联蓄电池组中的单体蓄电池或蓄电池模块处于充电状态时，蓄电池充电控制器根据各个采集参数及比较参数情况，对串联蓄电池组中的各个对应的单体蓄电池或蓄电池模块采用各自独立充电的工作方法，即：蓄电池充电控制器对串联蓄电池组中那些采集参数符合所设定的工作温度、充电电压、充电电流参考参数允许范围的单体蓄电池或蓄电池模块进行独立充电，并根据采集参数及比较参数当前情况实时调节对对应单体蓄电池或蓄电池模块的充电方式,如充电电流大小、充电电压高低、恒流方式、恒压方式、脉冲方式；

（5）当串联蓄电池组中的单体蓄电池或蓄电池模块处于充电状态时，其中的某个单体蓄电池或蓄电池模块的温度、充电电压、充电电流采集参数超出所设定的工作温度、充电电压、充电电流参考参数的允许范围时，则蓄电池充电控制器关闭对该单体蓄电池或蓄电池模块的充电；

（6）当串联蓄电池组处于放电状态时，串联蓄电池组中的某一个单体蓄电池或蓄电池模块的温度、放电电压、放电电流采集参数超出所设定的工作温度、放电电压、放电电流参考参数的允许范围时，则蓄电池充放电控制器关闭该串联蓄电池组的放电；

（7）蓄电池充电控制器及蓄电池放电控制器分别实时采集、存储及显示串联蓄电池组的放电工作状态、串联蓄电池组的放电电流值、串联蓄电池组中的放电电压值。

为实现本发明所述的工作方法，本发明还介绍一种独立充电式串联蓄电池组，包含有由多个单体蓄电池或多个蓄电池模块构成的串联蓄电池组及负载，其中负载可以是机电设备、DC-DC转换器、DC-AC转换器等用电设施，其特征在于有一个串联蓄电池独立充电控制器、一个串联蓄电池放电控制器，串联蓄电池独立充电控制器中有一个电源多路输出变换器、多个充电输出控制器、一个充电微处理系统，电源多路输出变换器有多个独立充电输出端，其中的独立充电输出端成对独立输出充电电流且相互隔离，各个独立充电电源的输出端分别与对应的充电输出控制器输入端相连接，各个充电输出控制器的输出端相互以串联方式连接并以抽头输出端输出，各个充电输出控制器的各个输出端通过各个抽头输出端分别与串联蓄电池组中的一个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极相连接，即：每个充电输出控制器与串联蓄电池组中的一个单体蓄电池或蓄电池模块以并联方式连接，也就是说：每个充电输出控制器的一对输出端与串联蓄电池组中的一个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极分别相连接，充电微处理系统中有多个光耦隔离器及模数转换端口，串联蓄电池放电控制器中有一个放电输出控制器、一个放电微处理系统，放电输出控制器及每个充电输出控制器中有一个单向输出电子开关、一个电流取样器、一个限流调压器，每个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极分别通过光耦隔离器隔离后分别与放电微处理系统及充电微处理系统的模数转换接口相连接，每个电流取样器的电流取样输出端分别通过光耦隔离器隔离后分别与放电微处理系统及充电微处理系统的模数转换接口相连接，串联蓄电池组的输出端通过串联蓄电池放电控制器与负载相连接，所有充电输出控制器中的单向输出电子开关的开关状态控制端分别与充电微处理系统的控制输出端口相连接，放电输出控制器中的单向输出电子开关的开关状态控制端与放电微处理系统的控制输出端口相连接。

本发明的工作原理为：在对串联蓄电池组进行充电时，通过设置的串联蓄电池独立充电控制器对串联蓄电池组中的每一个单体蓄电池或蓄电池模块提供独立充电电流，这样，每个单体蓄电池或蓄电池模块的充电工作就相对独立，则对在对串联蓄电池组进行充电时，实际为对串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块分别进行独立充电及控制，对各个单体蓄电池或蓄电池模块进行独立充电时，通过串联蓄电池独立充电控制器对串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块当前状态予以监测，并将实施获得的采集参数与设定的参考参数进行比较，根据各个单体蓄电池或蓄电池模块的实际状态执行充电或停止充电，或采用对应充电模式，即：在同一个串联蓄电池组中，对没充电到设定状态的单体蓄电池或蓄电池模块保持充电，对充电到设定状态的单体蓄电池或蓄电池模块则停止充电，因此在串联蓄电池组中就不会有某个单体蓄电池或蓄电池模块出现过充电现象，这样在某个单体蓄电池或蓄电池模块在充电时既不会受到其他单体蓄电池或蓄电池模块的影响，也不会去影响到其他单体蓄电池或蓄电池模块，这样就解决了在对串联蓄电池组进行充电时因为各个单体蓄电池或蓄电池模块的实际状态不相同而某些单体蓄电池或蓄电池模块出现过充电的现象；串联蓄电池组在放电状态时，对串联蓄电池组中的每个单体蓄电池或蓄电池模块进行监测，当有某个单体蓄电池或蓄电池模块的放电状态临近或达到过放电状态时，则关断该串联蓄电池组的放电工作，避免该单体蓄电池或蓄电池模块进入过放电工作状态，这样就避免了该串联蓄电池组因其中的单体蓄电池或蓄电池模块出现过充电或过放电而缩短工作寿命的现象。

附图说明

图1是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组的系统构成电原理图；

图2是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组中的串联蓄电池放电控制器的构成电原理图；

图3是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组中的串联蓄电池独立充电控制器的构成电原理图；

图4是本发明一实施例的串联蓄电池独立充电控制器中的电源多路输出变换器的构成电原理图；

图5是本发明一实施例的串联蓄电池独立充电控制器及串联蓄电池放电控制器中的放电输出控制器及充电输出控制器的构成电原理图；

图6是本发明一实施例的串联蓄电池独立充电控制器的另一种构成电原理图；

在图1、图2、图3、图4、图5及图6中，对于具有相同功能的部件及连接端标号在各附图中采用相同的编号来表示，以避免编号过多而带来混乱。

具体实施方式

下面以附图为例说明本发明的实施例：

图1是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组的系统构成电原理图，其中：

A为串联蓄电池组放电控制器，其电路构成原理详见附图2所示；B为串联蓄电池组，采用多个单体蓄电池或多个蓄电池模块串联而成，B1、B2、B3、Bn为多个单体蓄电池或蓄电池模块；图中给出了上述4个，在实际应用时可以为多个，其中n即为任意数；C为负载，可以是机电设备、DC-DC转换器、DC-AC转换器等用电设施；D为串联蓄电池组充电控制器，其电路构成原理详见附图3所示；E为外接充电电源，外接充电电源可以是交流电源，也可以是直流电源、DC-AC、AC-DC电源，选用的外接充电电源与串联蓄电池组充放电控制器的充电电源输入模式相匹配；各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极分别与串联蓄电池组充放电控制器的充电输出端、充电微处理系统及串联蓄电池组放电控制器中的微处理系统相连接，串联蓄电池组的输出端通过串联蓄电池组放电控制器与负载相连接；

图2是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组中的串联蓄电池放电控制器的构成电原理图，其中：

A为串联蓄电池组充放电控制器， F为放电输出控制器，其电路构成原理详见附图4所示， G１为放电微处理系统，由带有模数转换接口的单片机系统及光耦隔离器组成；串联蓄电池组放电输出正负极端与放电输出控制器Ｆ的Ａ１端、An端分别相连接，放电输出控制器Ｆ的Ａ6端、An端分别与负载相连接；串联蓄电池组中各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极端，分别通过串联蓄电池组充放电控制器的A1、A2、A3、A4、An端由放电微处理系统中的光耦隔离器后与放电微处理系统的模拟输入端口相连接；

图３是本发明一实施例的独立充电式蓄电池组中的串联蓄电池独立充电控制器的构成电原理图，其中：

Ｅ为电源多路输出变换器，其电路构成原理详见附图4所示；H1、H2、H3、Hn为多个充电输出控制器，其电路构成原理详见附图５所示；G２为放电微处理系统，由多个光耦隔离器及带有模数转换接口的单片机系统组成；电源多路输出变换器Ｅ的各个独立电源输出端分别成对输入到各个充电输出控制器，，各个充电输出控制器的输出端即为串联蓄电池组充放电控制器的充电输出端，各个相邻充电输出控制器的输出端正负相连接，以串联形式连接，并将首个充电输出控制器的正极Ｄ１、其他相邻正负极连接端Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４及最末端充电控制器的负极Ｄｎ分别与串联蓄电池组的输出正极、其他相邻单体蓄电池或蓄电池组的正负极连接端、串联蓄电池的输出负极相连接，即：各个充电输出控制器与各个串联蓄电池组中各个单体蓄电池或蓄电池模块分别成成对处于并联连接状态；串联蓄电池组中各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极端，分别通过充电微处理系统中的光耦隔离器与充电微处理系统的模拟输入端口相连接；

图4是本发明一实施例的串联蓄电池独立充电控制器中的电源多路输出变换器的构成电原理图，其中：

E为电源多路输出变换器，其中有：T为次级为多个绕组的变压器，每个次级绕组线圈为一对充电电源输出，则能保证各个充电电源输出相互隔离，且各自独立供电，在电源多路输出变换器选择为次级为多个绕组的变压器时，外接充电电源采用交流电源；S1、S2、S3、Sn为多个整流器，采用二极管桥式整流器电路构成；输入的单路交流电通过变压器Ｔ变换，输出多个相互隔离的独立交流电，各个独立交流电输入到各个整流器得到各自独立的直流电，分别由Ｅ１－Ｅ１＇、Ｅ２－Ｅ２＇、Ｅ３－Ｅ３＇、Ｅｎ－Ｅｎ＇成对连接输出到各个充电输出控制器的输入端；

图5是本发明一实施例的串联蓄电池独立充电控制器及串联蓄电池放电控制器中的放电输出控制器及充电输出控制器的构成电原理图，其中：

放电输出控制器及充电输出控制器的构成在的电原理图相同，标示为H1、H2、H3、Hn、F，在具体使用中，根据不同的使用目的及位置选择不同的器件指标及工作参数；其中：K为电子开关，采用单向导通电子开关，或采用整流管及继电器构成；L为限流调压器，采用具有调整及限制输出电压及电流的DC-DC模块构成；M为电流取样器，采用电阻器构成；电子开关、限流调压器、电流取样器串联后，根据使用目的及位置，分别连接充电电流输入端及充电电流输出端，或是串联蓄电池放电电流输入端及放电电流输出端；电子开关的开关控制端及电流取样器的取样输出端分别引入到充电微处理系统及放电微处理系统；

在上述各个部分中，其系统连接关系如附图１所示：电源多路输出变换器的每对独立充电输出端通过一个充电输出控制器与一个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极相连接，各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极分别通过光耦隔离器隔离后与充电微处理系统及放电微处理系统的模数转换接口相连接，各个电流取样器的电流取样输出端分别通过光耦隔离器隔离后与充电微处理系统及放电微处理系统的模数转换接口相连接，串联蓄电池组通过放电控制器与负载相连接，各个单向输出电子开关的开关状态控制端分别与充电微处理系统或放电微处理系统的控制输出端口相连接；

按照上述介绍选择各个模块及器件，并按上述连接关系连接各个部分，即可完成本发明的独立充电式串联蓄电池组实施例；

在独立充电式串联蓄电池组实施例的基础上，按照以下工作方法分别对充电微处理系统及放电微处理系统编制程序及设置各个参数：

（7）蓄电池充电控制器及蓄电池放电控制器分别实时采集、存储及显示串联蓄电池组的放电工作状态、串联蓄电池组的放电电流值、串联蓄电池组中的放电电压值；

即可实现本发明所介绍的串联蓄电池组充放电方法。

本发明的独立充电式串联蓄电池组，还可以是在电源多路输出变换器中有多个独立充电电源，各个独立充电电源的输出端采用串联方式连接后抽头输出；如附图６所示，其中Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎ为多个独立充电电源，独立充电电源可以是ＤＣ－ＤＣ、ＡＣ－ＤＣ电源，各个独立充电电源的输出端相互以串联方式连接后以抽头输出端予以输出，各个输出端分别与串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负端子对应连接；即：各个独立充电电源与串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块分别对应以并联方式相连接；这样可以使得本发明易于实施，便于推广应用。

Claims

1.一种串联蓄电池组充放电工作方法，串联蓄电池由多个单体蓄电池或蓄电池模块串联而成，且包含有蓄电池充电控制器、蓄电池放电控制器、负载，其特征在于分别选择采用以下工作方法：

（4）当串联蓄电池组中的单体蓄电池或蓄电池模块处于充电状态时，蓄电池充电控制器根据各个采集参数及比较参数情况，对串联蓄电池组中的各个对应的单体蓄电池或蓄电池模块采用各自独立充电的工作方法，即：蓄电池充电控制器对串联蓄电池组中那些采集参数符合所设定的工作温度、充电电压、充电电流参考参数允许范围的单体蓄电池或蓄电池模块进行独立充电，并根据采集参数及比较参数当前情况实时调节对对应单体蓄电池或蓄电池模块的充电方式；

2. 一种独立充电式串联蓄电池组，包含有由多个单体蓄电池或多个蓄电池模块构成的串联蓄电池组及负载，其特征在于有一个串联蓄电池独立充电控制器、一个串联蓄电池放电控制器，串联蓄电池独立充电控制器中有一个电源多路输出变换器、多个充电输出控制器、一个充电微处理系统，电源多路输出变换器有多个独立充电输出端，其中的独立充电输出端成对独立输出充电电流且相互隔离，各个独立充电电源的输出端分别与对应的充电输出控制器输入端相连接，各个充电输出控制器的输出端相互以串联方式连接并以抽头输出端输出，各个充电输出控制器的各个输出端通过各个抽头输出端分别与串联蓄电池组中的一个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极相连接，即：每个充电输出控制器与串联蓄电池组中的一个单体蓄电池或蓄电池模块以并联方式连接，充电微处理系统中有多个光耦隔离器及模数转换端口，串联蓄电池放电控制器中有一个放电输出控制器、一个放电微处理系统，放电输出控制器及每个充电输出控制器中有一个单向输出电子开关、一个电流取样器、一个限流调压器，每个单体蓄电池或蓄电池模块的正负极分别通过光耦隔离器隔离后分别与放电微处理系统及充电微处理系统的模数转换接口相连接，每个电流取样器的电流取样输出端分别通过光耦隔离器隔离后分别与放电微处理系统及充电微处理系统的模数转换接口相连接，串联蓄电池组的输出端通过串联蓄电池放电控制器与负载相连接，所有充电输出控制器中的单向输出电子开关的开关状态控制端分别与充电微处理系统的控制输出端口相连接，放电输出控制器中的单向输出电子开关的开关状态控制端与放电微处理系统的控制输出端口相连接。

3.如权利要求2所述的独立充电式串联蓄电池组，其特征在于串联蓄电池独立充电控制器中有多个独立充电电源，各个独立充电电源的输出端相互以串联方式连接后以抽头输出端予以输出，各个输出端分别与串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块的正负端子对应连接；即：各个独立充电电源与串联蓄电池组中的各个单体蓄电池或蓄电池模块分别对应以并联方式相连接。