CN105262162B - 电池模块充放电控制方法及电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池模块充放电方法及电池系统，该方法包括确定电池系统中多个电池模块的充电优先等级，增高电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，和/或降低较易拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，控制多个电池模块充电时，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电，和/或确定电池系统中多个电池模块的放电优先等级，增高电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，和/或降低较难拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级；控制多个电池模块放电时，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电。本发明可以减小拆装、更换电池模块过程中消耗的劳力。

Description

电池模块充放电控制方法及电池系统

技术领域

本发明涉及电池的充放电领域，具体地，是涉及电池模块充放电的控制方法及实施这种方法的电池系统。

背景技术

电池具有储存电能的作用，已经得到广泛的应用。现有的仪器、电子设备、工业装置，甚至汽车都大量使用电池来供电。然而，单个电池储存的电能往往有限，对于用电量较大的设备、汽车等，均使用具有多个电池模块的电池系统来供电。电池模块可以是单个的蓄电池，也可以是电池系统内被划分出来能够单独拆卸、安装、更换的部分。

例如，图1所示的是一种具有多个电池模块的电池系统，该电池系统具有排列成m行n列的电池模块，因此电池模块的数量为m×n个。受限于电池模块的体积，每一个电池模块所储存的电能有限，因此需要经常为已经放电的电池模块充电或者更换已经无法使用的电池模块。然而，对电池模块进行充电将带来以下几个问题：

首先，电池系统的多个电池模块通常放置在固定的容器内，如需要对电池模块进行充电，往往需要使用特殊的电线连接电池模块以及充电设备，对于汽车使用的电池系统，电池模块、充电设备的接口往往较为特殊，面对较为复杂的情况，可能需要经过培训的人员才能实现电池模块、充电设备与电线的连接，而且连接电线的工作量较大，电池模块的充电极为不方便。

其次，由于电池系统内电池模块较多，而装在电池系统的容器往往只设置一个较小的装卸口，例如，图1中的电池系统上端为拆装电池模块的装卸口，则安装在容器内底部的电池模块，如最后一行的电池模块，即编号为[m,1]、[m,2]等多个电池模块的拆装极为困难。

最后，由于部分电池系统需要将电池模块拆卸之后才能充电，然而由于电池模块的重量通常较大，因此拆装电池模块需要耗费大量的劳力，且电池模块的拆装效率非常低。尤其是安装在例如图1中容器底部的电池模块的拆装更为困难，导致电池系统的充电效率非常低，而且耗费过多的劳力。

如果更换电池系统内的电池模块，则需要将电池系统内需要更换的电池模块逐一搬出，然后将用于替换的电池模块逐一安装到对应的位置。可见，更换电池模块也需要耗费大量的劳力，尤其是更换位于例如图1中容器底部的电池模块，不利于电池系统的长时间使用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种降低对电池系统充电或更换电池模块时耗费的劳力的电池模块充放电控制方法。

本发明的另一目的是提供一种充电或更换电池模块时效率高且耗费劳力少的电池系统。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的电池模块充放电控制方法包括确定电池系统中多个电池模块的充电优先等级，增高电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，和/或降低电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，控制多个电池模块充电时，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电；和/或确定电池系统中多个电池模块的放电优先等级，增高电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，和/或降低电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，控制多个电池模块放电时，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电。

由上述方案可见，根据电池模块的拆装、更换的难易程度决定多个电池模块的充电和/或放电优先等级，并且在充电时优先给予拆装、更换较难的电池模块充电，和/或让拆装、更换较易的电池模块优先放电，这样提高较难拆装、更换的电池模块的充电水平，降低较易拆装、更换的电池模块的充电水平，从而避免需要频繁地拆装较难拆装的电池模块以为其充电和/或频繁地更换较难拆装的电池模块，降低对电池模块充电和/或更换电池模块时耗费的劳力。

一个优选的方案是，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电的方法是：控制充电优先等级较高的电池模块的相对充电电流强度大于充电优先等级较低的电池模块的相对充电电流强度，相对充电电流强度是电池模块的充电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。

由此可见，根据电池模块的充电优先等级以及该电池模块的能量存储容量来确定给每一电池模块的充电电流强度，进而可以调节每一电池模块的充电量，可以确保为充电优先等级更高的电池模块得到更多的电能，从而提高较难拆装、更换的电池模块的充电水平，且減小较难拆装、更换的电池模块的充电需要，避免频繁地对拆装、更换较难的电池模块进行拆装、更换操作。

一个可选的方案是，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电的方法是：向充电优先等级较高的电池模块充电的同时停止向或者不向充电优先等级较低的电池模块充电。

可见，在适当的时候停止向或者不向充电优先等级较低的电池模块充电可以确保充电优先等级较高的电池模块获得足够大的充电电流强度，从而实现充电优先等级较高的电池模块的优先充电。

另一个可选的方案是，控制多个电池模块的充电及放电的方法是：由放电优先等级较高的电池模块放电从而向充电优先等级较高的电池模块充电。

由此可见，通过放电优先等级较高的电池模块向充电优先等级较高的电池模块充电来实现较难拆装、更换的电池模块的优先充电，并且可以实现较容易拆装、更换的电池模块的优先放电，可以实现避免频繁拆装、更换较难拆装、更换的电池模块的目的。

可选的方案是，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电的方法是：控制放电优先等级较高的电池模块的相对放电电流强度大于放电优先等级较低的电池模块的相对放电电流强度，相对放电电流强度是电池模块的放电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。

可见，根据电池模块的放电优先等级以及该电池模块的能量存储容量来确定每一电池模块的放电电流强度，可以确保放电优先等级较高的电池模块的相对放电电流强度较大，而放电优先等级较低的电池模块的相对放电电流强度较小，从而提高较难拆装、更换的电池模块的充电水平，且減小较难拆装、更换的电池模块的充电需要，避免频繁地对拆装、更换较难的电池模块进行拆装、更换操作。

可选地，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电的方法是：控制放电优先等级较高的电池模块放电的同时停止或者不让放电优先等级较低的电池模块放电。

这样，在特定的场合下停止或者不让放电优先等级较低的电池模块放电，可以避免放电优先等级较低的电池模块过早放电，从而避免频繁地更换较难拆装、更换的电池模块。

为实现上述的另一目的，本发明提供的电池系统包括多个电池模块以及控制器，控制器用于确定多个电池模块的充电优先等级：增高电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，和/或降低电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，控制多个电池模块充电时，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电；和/或控制器用于确定电池系统中多个电池模块的放电优先等级：增高电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，和/或降低电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级；控制多个电池模块放电时，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电。

由上述方案可见，通过控制器控制电池系统中多个电池模块的充电过程中和/或放电过程中的充电优先和/或放电优先的操作，可以让拆装、更换难度较大的电池模块得到优先的充电和/或不优先放电，而拆装、更换难度较小的电池模块得到优先放电和/或不优先充电。这样，提高拆装、更换难度较大的电池模块的充电水平，且減小拆装、更换难度较大的电池模块的充电需要，避免对拆装、更换难度较大的电池模块进行频繁的拆装、更换，电池系统的充电、更换所耗费的劳力较小，且电池系统的充电效率也因为通常只需要对拆装、更换较易的电池模块进行拆装、更换而变得更高。

附图说明

图1是现有电池系统的结构框图。

图2是本发明电池系统实施例的结构框图。

图3是本发明电池模块充放电控制方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的电池系统包括多个可以独立拆卸、安装的电池模块，如图2所示，多个电池模块排列成m行n列，并且装载在一个容器内。例如，电池系统为电动汽车使用的电池系统时，则多个电池模块装载在电动汽车特定的容器内。当然，电池系统也可以是应用在其他领域上的电池系统，如应用在电子设备、仪表仪器、机械装备等多种场合的电池系统。

本发明的电池系统还设有一个控制器10，用于控制多个电池模块的充电和/或放电，具体的，控制器10是根据每个电池模块的拆装、更换的难易程度确定每一个电池模块的充电优先等级和/或放电优先等级，并且根据每一个电池模块的充电优先等级、放电优先等级来确定每一个电池模块的充电、放电。

本实施例中，排列成m行n列的电池模块中，第一行的电池模块，即编号为[1,1]、[1,2]…[1,n]的多个电池模块位于容器的最上端，第二行的电池模块，即编号为[2,1]、[2,2]…[2,n]的多个电池模块位于容器的较为上端的位置，最后一行的电池模块，即编号为[m,1]、[m,2]…[m,n]的多个电池模块位于容器的最下端，如此类推。

并且，由于容器的上端为拆装、更换电池模块的装卸口，因此，位于最上端的电池模块，即编号为[1,1]、[1,2]…[1,n]的多个电池模块最容易拆装、更换，而第二行的电池模块，即编号为[2,1]、[2,2]…[2,n]的多个电池模块的拆装、更换难度比第一行的电池模块的拆装、更换难度稍微增加，而最后一行的电池模块，即编号为[m,1]、[m,2]…[m,n]的多个电池模块的拆装、更换难度最大，倒数第二行，即编号为[m-1,1]、[m-1,2]…[m-1,n]的多个电池模块的拆装、更换难度仅次于最后一行的电池模块的拆装、更换难度。

当然，电池系统中，每一行可以仅设置一个电池模块，这样，在装卸口位于容器的上端的情况下，最上端的电池模块就是最容易拆装、更换的电池模块，而最下端的电池模块就是最困难拆装、更换的电池模块，并且，电池模块的拆装、更换的难易程度随其在容器中的位置改变而改变。这种情况下，可以根据前述的原理确定各个电池模块的充电优先等级和/或放电优先等级。

本发明的主要构思是尽可能减小拆装、更换难度较大的电池模块的拆装、更换操作，而增加拆装、更换难度较小的电池模块的拆装、更换操作，从而减小电池模块的拆装、更换操作过程中所消耗的劳力，也可以提高电池模块的充电、更换效率。因此，首先需要对多个电池模块进行分级，也就是根据各个电池模块的拆装、更换的难易程度确定各个电池模块的充电优先等级和/或放电优先等级。

图3所示的是控制器10控制多个电池模块充电以及放电的方法流程图，其中步骤S1是确定多个电池模块的充电优先等级以及放电优先等级。本实施例中，控制器10根据各个电池模块的位置，也就是根据各个电池模块的拆装、更换难易程度确定其充电优先等级。例如，拆装、更换难度较大的电池模块的充电优先等级较高，而拆装、更换难度较小的电池模块的充电优先等级较低。因此，图2所示的电池系统中，最后一行的电池模块，即编号为[m,1]、[m,2]…[m,n]的多个电池模块的充电优先等级最高，而倒数第二行的电池模块，即编号为[m-1,1]、[m-1,2]…[m-1,n]的多个电池模块的充电优先等级其次，而第一行电池模块，即编号为 [1,1]、[1,2]…[1,n]的多个电池模块的充电优先等级最低，如此类推。

当然，电池模块的充电优先等级并不一定仅与电池模块的拆装、更换难易程度有关，因此，可以增加拆装、更换难度较大的电池模块的充电优先等级，和/或降低拆装、更换难度较小的电池模块的充电优先等级，也能实现相同的效果。

并且，控制器10还根据各个电池模块的位置确定各个电池模块的放电优先等级，与充电优先等级确定方法相反，多个电池模块中拆装、更换难度较大的电池模块的放电优先等级较低，而拆装、更换难度较小的电池模块的放电优先等级较高。例如，图2所示的电池系统中，第一行电池模块，即编号为[1,1]、[1,2]…[1,n]的多个电池模块的放电优先等级最高，而第二行电池模块，即编号为[2,1]、[2,2]…[2,n]的多个电池模块的放电优先等级次之，而最后一行的电池模块，即编号为[m,1]、[m,2]…[m,n]的多个电池模块的放电优先等级最低，如此类推。

当然，电池模块的放电优先等级并不一定仅与电池模块的拆装、更换难易程度有关，因此，可以增加拆装、更换难度较小的电池模块的放电优先等级，和/或降低拆装、更换难度较大的电池模块的放电优先等级，也能实现相同的效果。

确定了各个电池模块的充电优先等级以及放电优先等级后，如控制器10在步骤S2判断电池系统需要充电时，则在步骤S3根据各个电池模块的充电优先等级控制各个电池模块的充电，即充电优先等级较高的电池模块获得较高的充电优先，而充电优先等级较低的电池模块获得较低的充电优先。

本发明中，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块的优先充电可以通过以下方式实现：控制充电优先等级较高的电池模块的相对充电电流强度大于充电优先等级较低的电池模块的相对充电电流强度。由于不同电池模块的能量存储容量有可能并不完全相同，如加载相同的充电电流强度，则能量存储容量较小的电池模块的充电水平上升速率更高，而能量存储容量较大的电池模块的充电水平上升速率反而变低，因此，如果只是给充电优先等级较高的电池模块提供较大的充电电流强度，则有可能因为充电优先等级较高的电池模块具有较大的能量存储容量而导致充电水平上升速率更低，因此需要给充电优先等级较高的电池模块提供较大的相对充电电流强度。

因此，本发明的一种方式是为充电优先等级较高的电池模块提供较大的相对充电电流强度，而为充电优先等级较低的电池模块提供较小的相对充电电流强度。本发明的相对充电电流强度是加载到电池模块的充电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值，因而充电优先等级越高的电池模块可以获得越大的相对充电电流强度。

根据上述的方案，拆装、更换难度较大的电池模块，如图2所示的电池系统中最后一行的电池模块可以获得最大的相对充电电流强度，而第一行的电池模块获得最小的相对充电电流强度，第二行的电池模块获得的相对充电电流强度比第一行的电池模块获得的相对充电电流强度稍大，如此类推。

在本发明的另一种方式中，可以为充电优先等级较高的电池模块充电的同时，停止向或者不向充电优先等级较低的电池模块充电。因此，控制器10执行步骤S2后，如判断需要向电池系统充电，则执行步骤S3，可以是为充电优先等级较高的电池模块提供较大的相对充电电流强度，并为充电优先等级较低的电池模块提供较小的相对充电电流强度，或者是停止向或者不向充电优先等级较低的电池模块充电。

类似地，控制器10控制多个电池模块放电时，也是需要根据各个电池模块的能量存储容量、放电优先等级来确定各个电池模块的放电电流强度，也就是具有较高的放电优先等级的电池模块的相对放电电流强度大于具有较低的放电优先等级的电池模块的相对放电电流强度，相对放电电流强度是该电池模块的放电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。因此，拆装、更换难度较大的电池模块，如图2所示的电池系统中最后一行的电池模块的相对放电电流强度最小，而拆装、更换难度较小的电池模块，如第一行的电池模块的相对放电电流强度最大，第二行的电池模块的相对放电电流强度比第一行的电池模块的相对放电电流强度稍小，如此类推。

在本发明的另一种方式中，可以控制放电优先等级较高的电池模块放电的同时，停止或者不让放电优先等级较低的电池模块放电。因此，控制器10执行步骤S4后，如判断电池系統需要放电，则执行步骤S5，可以是控制放电优先等级较高的电池模块输出较大的相对放电电流强度，并控制放电优先等级较低的电池模块输出较小的相对放电电流强度，或者是停止或者不让放电优先等级较低的电池模块放电。

除此之外，本发明还可以控制具有较高放电优先等级的电池模块向具有较高充电优先等级的电池模块放电，当然，接收放电电流的具有较高充电优先等级的电池模块即为正在充电。

由于具有较高放电优先等级的电池模块通常是拆装、更换难度较小的电池模块，如图2所示的电池系统中第一行的电池模块、第二行的电池模块等，而具有较高充电优先等级的电池模块通常是拆装、更换难度较大的电池模块，如最后一行的电池模块。因此，控制具有较高放电优先等级的电池模块向具有较高充电优先等级的电池模块放电，就是电池系统中一部分具有较高放电优先等级的电池模块向另一部分具有较高充电优先等级的电池模块放电，从而实现该另一部分的电池模块进行充电。

通过本发明的方案，在电池系统中，拆装、更换难度较大的电池模块获得优先充电，并且在放电过程中，拆装、更换难度较大的电池模块没有被优先放电，这样提高拆装、更换难度较大的电池模块的充电水平，并且需要拆卸充电、更换的可能性将大大降低。而拆装、更换难度较小的电池模块将优先放电，但充电时沒有被优先充电，因此減低拆装、更换难度较小的电池模块的充电水平，且需要拆卸充电、更换的可能性增多。由于这些电池模块的拆装、更换的难度较小，耗费的劳力也较小，拆装、更换所花费的时间也较少，因此本发明的方法可以减小电池系统使用过程中因电池模块的拆卸、安装、更换所耗费的劳力，也提高需要拆装电池模块来实现充电的电池系统的充电效率。

对于电能消耗量大、电池系统体积庞大的设备，如电动汽车、大型电动设备等，本发明的方法可以提高电池系统的使用效率，给人们的使用带来极大的方便。

当然，上述的方案只是本发明优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的变化，例如，图2所示的电池系统中，如电池模块的装卸口位于容器的左侧，而不是位于容器的顶部，则第一列的电池模块，即编号为[1,1]、[2,1]…[m,1]的多个电池模块具有较小的拆装、更换难度，相应地，第一列的电池模块的充电优先等级最低，但放电优先等级最高；与此同时，最后一列的电池模块，即编号为[1,n]、[2,n]…[m,n]的多个电池模块具有较大的拆装、更换难度，相应地，最后一列的电池模块的充电优先等级最高，但放电优先等级最低，如此类推。在上述情况下，仍可以根据上述的方法确定每一电池模块的相对充电电流强度、相对放电电流强度和/或控制不同电池模块的充电、放电来实现让具有较大拆装、更换难度的电池模块优先充电且不优先放电，让具有较小拆装、更换难度的电池模块优先放电且不优先充电，这样的改变也能实现本发明的目的。此外，容器可以设置两个或两个以上的装卸口，如容器设置多个装卸口，则需要根据每个电池模块的安装位置以及装卸口的位置确定每个电池模块的拆装和/或更换的难易程度。另外，本发明不排除电池模块的安装位置以及装卸口的位置之外，可以有其他因素确定每个电池模块的拆装和/或更换的难易程度。

Claims (10)

1.电池模块充放电控制方法，其特征在于，包括：

确定电池系统中多个电池模块的充电优先等级，增高所述电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，和/或降低所述电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级；

控制多个电池模块充电时，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电；和/或

确定所述电池系统中多个电池模块的放电优先等级，增高所述电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，和/或降低所述电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级；

控制多个电池模块放电时，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电。

2.根据权利要求1所述的电池模块充放电控制方法，其特征在于：

控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电的方法是：控制充电优先等级较高的电池模块的相对充电电流强度大于充电优先等级较低的电池模块的相对充电电流强度，所述相对充电电流强度是电池模块的充电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。

3.根据权利要求1所述的电池模块充放电控制方法，其特征在于：

控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电的方法是：向充电优先等级较高的电池模块充电的同时停止向或者不向充电优先等级较低的电池模块充电。

4.根据权利要求1所述的电池模块充放电控制方法，其特征在于：

控制多个电池模块的充电及放电的方法是：由放电优先等级较高的电池模块向充电优先等级较高的电池模块放电，从而实现充电优先等级较高的电池模块的充电。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电池模块充放电控制方法，其特征在于：

控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电的方法是：控制放电优先等级较高的电池模块的相对放电电流强度大于放电优先等级较低的电池模块的相对放电电流强度，所述相对放电电流强度是电池模块的放电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。

6.根据权利要求1至4任一项所述的电池模块充放电控制方法，其特征在于：

控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电的方法是：控制放电优先等级较高的电池模块放电的同时停止或者不让放电优先等级较低的电池模块放电。

7.电池系统，包括

多个电池模块；

其特征在于：

所述电池系统还包括控制器，用于确定多个电池模块的充电优先等级：增高所述电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级，和/或降低所述电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的充电优先等级；

所述控制器控制多个电池模块充电时，控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电；和/或

所述控制器用于确定所述电池系统中多个电池模块的放电优先等级，增高所述电池系统中较易拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级，和/或降低所述电池系统中较难拆装和/或更换的电池模块的放电优先等级；

所述控制器控制多个电池模块放电时，控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电。

8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于：

所述控制器控制充电优先等级较高的电池模块比充电优先等级较低的电池模块优先充电时，控制充电优先等级较高的电池模块的相对充电电流强度大于充电优先等级较低的电池模块的相对充电电流强度，所述相对充电电流强度是电池模块的充电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。

9.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于：

所述控制器控制多个电池模块的充电及放电时，由放电优先等级较高的电池模块向充电优先等级较高的电池模块放电，从而实现充电优先等级较高的电池模块的充电。

10.根据权利要求7至9任一项所述的电池系统，其特征在于：

所述控制器控制放电优先等级较高的电池模块比放电优先等级较低的电池模块优先放电时，控制放电优先等级较高的电池模块的相对放电电流强度大于放电优先等级较低的电池模块的相对放电电流强度，所述相对放电电流强度是电池模块的放电电流强度与该电池模块的能量存储容量的比值。