CN107769280A - 一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法 - Google Patents

一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法。包括能够储电和对外放电的充放电模块，还包括并联的放电控制电路和充电控制电路；所述放电控制电路包括使充放电模块放电方向单向导通的单向导通电路及其放电开关电路；所述充电控制电路包括使充电模块充电方向单向导通的单向导通电路及其充电开关电路；当对充放电模块进行放电时，置放电开关电路导通，充电开关电路阻断；当对充放电模块进行充电时，置充电开关电路导通，放电开关电路阻断。在多组充放电模块并联进行同时充电或放电时，能够进行充放电保护，避免互相充放电；并且能够随意增加并联充放电模块。

Description

一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统 和管理方法
技术领域
本发明涉及一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法，特别是涉及一种适用于能够储电和对外放电的充放电模块的充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法。
背景技术
随着电子技术的蓬勃发展，中型、大型电池组的用量越来越大。而在这些电池组的生产、测试与使用过程中，要用到许多充电和放电过程。
现有的充电设备或放电设备存在以下缺点：
1、电池组需要使用相同型号的电池模组进行并联使用，即并联的电池组要求每个电池电压相同，不能将完全不一样类型、电压等级的电池模组进行并联输入输出。因为在电池组中，单体之间的差异总是存在的，以容量为例,其差异性永不会趋于消失,而是逐步恶化的。电池组中流过同样电流，相对而言，容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于容量衰减缓慢、寿命延长，而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命缩短，两者之间性能参数差异越来越大，形成正反馈特性，小容量提前失效，组寿命缩短。
2、电池组不能随意的并联增加容量，并联的时候需要考虑并联在一起的电池是否是同一种类，是否处于同一电压，不能实现任意时间，任意种类电池，任意电压电池直接并联。
发明内容
本发明首先要解决的技术问题是提供一种在多组充放电模块并联进行同时充电或放电时，能够进行充放电保护，避免互相充放电的充放电电路和充放电保护方法。
本发明其次要解决的技术问题是提供一种能够随意增加并联充放电模块的充放电管理系统和管理方法。
本发明采用的技术方案如下：一种充放电电路，包括能够储电和对外放电的充放电模块，还包括串联于充放电回路的充放电控制电路；所述充放电控制电路包括并联的放电控制电路和充电控制电路；所述放电控制电路包括使充放电模块放电方向单向导通的单向导通电路及其放电开关电路；所述充电控制电路包括使充电模块充电方向单向导通的单向导通电路及其充电开关电路。
当多组充放电模块并联时，充放电控制电路控制充放电模块所在的回路的电流走向。当并联电路处于充电状态时，置所有的充电开关电路处于导通状态，置所有的放电开关电路处于阻断状态，充电开关电路所在充电回路为导通状态，放电开关电路所在的放电回路为断开状态，所有并联电路的电流方向只能是对充放电模块充电的方向。当并联电路处于放电状态时，置所有的放电开关电路处于导通状态，置所有的充电开关电路处于阻断状态，放电开关电路所在放电回路为导通状态，充电开关电路所在的充电回路为断开状态，所有并联电路的电流方向只能是对充放电模块放电的方向。因此避免了两个充电模块互相充放电的可能性，从而允许两组以上充电模块存在容量差异和电压差异，不会相互充放电。
所述充放电模块包括但不限于物理电池或者化学电池；所述的物理电池包括但不限于超级电容器、飞轮电池；所述的化学电池包括但不限于铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池、钠硫电池。
所述单向导通电路为二极管，或二极管与开关并联所组成的并联电路，或MOS管；所述放电开关电路和/或充电开关电路为继电器开关电路或三极管（如MOS管和IGBT管）开关电路；所述放电开关电路和充电开关电路为至少二选一的多选一开关（如二选一或三选一）开关电路或单路分别控制开关电路。而与二极管并联的开关也可以是继电器开关或三极管开关。放电开关电路和充电开关电路为二选一开关电路时，开关在放电开关电路和充电开关电路之间选择；放电开关电路和充电开关电路为三选一开关电路时，开关在放电开关电路、充电开关电路和空路（即前两者都不选）之间选择。空路时，放电开关电路和充电开关电路均处于阻断状态。
作为优选，单向导通电路为MOS管，通路开关短路体内二极管，能够使导通时工作压降降为零。
基于上述充放电电路的充放电保护方法，当对充放电模块进行放电时，置放电开关电路导通，充电开关电路阻断；当对充放电模块进行充电时，置充电开关电路导通，放电开关电路阻断；既不属于充电模式又不属于放电模式时，置充电开关电路和放电开关电路全部阻断。
一种基于上述充放电电路的充放电管理系统，包括两路以上并联的充放电电路；所有的充放电电路通过正负接口与直流母线并联进行充电或放电；还包括电压检测模块，用于检测充放电模块的电压和直流母线的电压。
由于基于上述充放电电路，能够保护对并联的充放电模块，避免相互之间充放电，因此，能够实现随意增加并联充放电模块
还包括主控制模块，分别与电压检测模块、充电开关电路和放电开关电路相连。主控制模块接收电压检测模块的检测电压，并控制放电开关电路的导通和阻断。
所述电压检测模块包括两个以上，与两路以上的充放电电路一一对应。
所述主控制模块为一个总的主控制模块，或包括两个以上，与两路以上的充电电路一一对应，进行就近控制。
还包括电流检测电路，与主控模块相连，对充放电电路回路电流进行检测。
基于上述充放电管理系统的充放电管理方法，其特征在于：新的充放电模块在接入并联电路之前，置其对应的充电开关电路和放电开关电路为阻断状态；判断所述并联电路当前状态为放电状态还是充电状态；
若并联电路当前状态为放电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置放电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为充电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置充电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路；
若并联电路当前状态为充电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置充电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为放电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置放电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路。
所述方法还包括，主控制模块接收当前所述新的充电模块的测量电压和直流母线的电压，根据设定的判断设置条件，实现对放电开关电路和充电开关电路导通和阻断的控制，从而控制所述新的充放电模块的接入。
所述方法还包括，对所有的并联充放电电路的充电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过充电门限，置充电开关电路为阻断状态。
所述方法还包括，对所有并联充放电电路的放电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过放电门限，置放电开关电路为阻断状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在多组充放电模块并联进行同时充电或放电时，能够进行充放电保护，避免互相充放电；
2、能够随意增加并联充放电模块。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的原理示意图。
图2为本发明其中一实施例的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
具体实施例一
如图1所示的充放电电路，包括能够储电和对外放电的充放电模块，还包括串联于充放电回路的充放电控制电路；所述充放电控制电路包括并联的放电控制电路和充电控制电路；所述放电控制电路包括使充放电模块放电方向单向导通的单向导通电路及其放电开关电路；所述充电控制电路包括使充电模块充电方向单向导通的单向导通电路及其充电开关电路。
其充电保护方法为：当对充放电模块进行放电时，置放电开关电路导通，充电开关电路阻断；当对充放电模块进行充电时，置充电开关电路导通，放电开关电路阻断；既不属于充电模式又不属于放电模式时，置充电开关电路和放电开关电路全部阻断。
具体实施例二
在具体实施例一的基础上，所述单向导通电路为二极管（如图1所示），也可以是二极管与开关并联所组成的并联电路（如图2所示），也可以是MOS管（如图2所示为其等效电路）；所述放电开关电路和/或充电开关电路为继电器开关电路或三极管开关电路；在本具体实施例中，所述放电开关电路和充电开关电路为单路分别控制的开关电路（如图1所示），也可以为至少为二选一的多选一开关开关电路（如二选一开关电路或三选一开关电路）；为二选一开关电路时，在放电控制电路通路和充电控制电路通路之间进行二选一选择；为三选一开关电路是，在放电控制电路通路、充电控制电路通路和空路之间选择；空路时，放电控制电路和充电控制电路均处于阻断状态。
具体实施例三
在具体实施例一或二的基础上的充放电电路的充放电管理系统，包括两路以上并联的充放电电路；所有的充放电电路通过正负接口与直流母线并联进行充电或放电；还包括电压检测模块，用于检测充放电模块的电压和直流母线的电压。
其充放电管理方法为：新的充放电模块在接入并联电路之前，置其对应的充电开关电路和放电开关电路为阻断状态；判断所述并联电路当前状态为放电状态还是充电状态；
若并联电路当前状态为放电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置放电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为充电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置充电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路；
若并联电路当前状态为充电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置充电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为放电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置放电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路。
具体实施例四
在具体实施例三的基础上，还包括主控制模块，分别与电压检测模块、充电开关电路和放电开关电路相连。
具体实施例五
在具体实施例四的基础上，所述电压检测模块包括两个以上，与两路以上的充放电电路一一对应。
具体实施例六
在具体实施例五的基础上，所述主控制模块为一个总的主控制模块，或包括两个以上，与两路以上的充电电路一一对应，进行就近控制。
具体实施例七
在具体实施例四、五或六的基础上，还包括电流检测电路，与主控模块相连，对充放电电路回路电流进行检测。
具体实施例八
在具体实施例四到七之一的基础上，所述方法还包括，主控制模块接收当前所述新的充电模块的测量电压和直流母线的电压，根据设定的判断设置条件，实现对放电开关电路和充电开关电路导通和阻断的控制，从而控制所述新的充放电模块的接入。
具体实施例九
在具体实施例四到八之一的基础上，所述方法还包括，对所有的并联充放电电路的充电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过充电门限，置充电开关电路为阻断状态。
具体实施例十
在具体实施例四到九之一的基础上，所述方法还包括，对所有并联充放电电路的放电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过放电门限，置放电开关电路为阻断状态。

Claims (10)

1.一种充放电电路，包括能够储电和对外放电的充放电模块，其特征在于：还包括串联于充放电回路的充放电控制电路；所述充放电控制电路包括并联的放电控制电路和充电控制电路；所述放电控制电路包括使充放电模块放电方向单向导通的单向导通电路及其放电开关电路；所述充电控制电路包括使充电模块充电方向单向导通的单向导通电路及其充电开关电路。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于：所述单向导通电路为二极管，或二极管与开关并联所组成的并联电路，或MOS管；所述放电开关电路和/或充电开关电路为继电器开关电路或三极管开关电路；所述放电开关电路和充电开关电路为至少二选一的多选一开关开关电路或单路分别控制开关电路。
3.基于权利要求1或2所述的充放电电路的充放电保护方法，其特征在于：当对充放电模块进行放电时，置放电开关电路导通，充电开关电路阻断；当对充放电模块进行充电时，置充电开关电路导通，放电开关电路阻断；既不属于充电模式又不属于放电模式时，置充电开关电路和放电开关电路全部阻断。
4.基于权利要求1或2所述的充放电电路的充放电管理系统，其特征在于：包括两路以上并联的充放电电路；所有的充放电电路通过正负接口与直流母线并联进行充电或放电；还包括电压检测模块，用于检测充放电模块的电压和直流母线的电压。
5.根据权利要求4所述的充放电管理系统，其特征在于：还包括主控制模块，分别与电压检测模块、充电开关电路和放电开关电路相连。
6.根据权利要求5所述的充放电管理系统，其特征在于：还包括电流检测电路，与主控模块相连，对充放电电路回路电流进行检测。
7.基于权利要求5或6所述的充放电管理系统的充放电管理方法，其特征在于：新的充放电模块在接入并联电路之前，置其对应的充电开关电路和放电开关电路为阻断状态；判断所述并联电路当前状态为放电状态还是充电状态；
若并联电路当前状态为放电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置放电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为充电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置充电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路；
若并联电路当前状态为充电状态，则判断充放电模块的电压值与母线电压值的大小与差值是否符合接入并联电路的条件；若符合接入并联电路的条件，则接入并联电路，置充电开关电路为导通状态；若不符合接入并联电路的条件，则直到检测到并联电路为放电状态，并且直流母线电压值与充放电模块的电压值接近时，置放电开关电路为导通状态，使该新的充放电模块接入电路。
8.根据权利要求7所述的充放电管理方法，所述方法还包括，主控制模块接收当前所述新的充电模块的测量电压和直流母线的电压，根据设定的判断设置条件，实现对放电开关电路和充电开关电路导通和阻断的控制，从而控制所述新的充放电模块的接入。
9.根据权利要求7或8所述的充放电管理方法，所述方法还包括，对所有的并联充放电电路的充电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过充电门限，置充电开关电路为阻断状态。
10.根据权利要求9所述的充放电管理方法，所述方法还包括，对所有并联充放电电路的放电状态进行控制，当检测到充放电模块的电压达到过放电门限，置放电开关电路为阻断状态。
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