CN107863806A - 电池充电系统及电池充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池充电系统及电池充电方法。所述电池充电系统用于对电池组进行充电，包括充电机和电池管理系统；其中，所述电池管理系统用于对所述电池组进行状态监测，并且用于根据状态监测的结果向所述充电机发送信息；所述充电机用于根据接收到的信息调整对所述电池组进行充电的充电策略和/或输出电流。本发明的电池充电系统能够使电池管理系统和充电机协同配合实现串联充电，可防止电池组中所有单体电池发生过充，从而可对电池提供良好的保护，提高电池组的性能，延长电池组的使用寿命。

Description

电池充电系统及电池充电方法
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种电池充电系统。本发明还涉及一种电池充电方法。
背景技术
目前，锂离子电池组的充电一般都采用串联充电方式，这主要是因为串联充电方式具有结构简单、成本低、容易实现等优点。但由于电池组中各个单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面存在差异，使得在对电池组进行串联充电时，电池组中容量最小的那个单体锂离子电池将最先充满，而此时，其它电池还没有充满电，如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子就可能会被过充电。而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害和/或财产损失。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种电池充电系统及电池充电方法，能够对电池组形成良好的保护，从而提高电池组的性能，延长电池的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的第一方面，一种电池充电系统，用于对电池组进行充电，包括充电机和电池管理系统；其中，所述电池管理系统用于对所述电池组进行状态监测，并且用于根据状态监测的结果向所述充电机发送信息；所述充电机用于根据接收到的信息调整对所述电池组进行充电的充电策略和/或输出电流。
优选地，在充电状态下：
所述电池管理系统通过第一通讯线路与所述电池组相连；
和/或，所述电池管理系统通过第二通讯线路与所述充电机相连。
优选地，所述第一通讯线路包括CAN总线；和/或，所述第二通讯线路包括CAN总线。
优选地，所述电池管理系统对所述电池组进行状态监测包括监测每个单体电池的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性；
和/或，所述电池管理系统向所述充电机发送的信息包括电池组的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流。
优选地，所述电池管理系统用于根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流，并发送给所述充电机；所述充电机用于根据接收到的最大允许充电电流调整充电策略和/或输出电流。
优选地，当所述充电机接收到的最大允许充电电流大于所述充电机的设计电流容量时，所述充电机按照设计的最大输出电流进行充电；
和/或，当所述充电机接收到的信息表明电池组的电压和/或温度超限时，所述充电机减小输出电流和/或电压；
和/或，当所述充电机接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机按照所述最大允许充电电流进行充电；
和/或，当充电过程出现故障时，所述电池管理系统将最大允许充电电流设为0，所述充电机接收到所述最大允许充电电流为0的信息后，停止充电。
根据本发明的第二方面，一种电池充电方法，利用前面所述的电池充电系统对电池组进行充电，包括步骤：
S10、开始充电；
S20、所述电池管理系统对所述电池组进行状态监测，并且根据状态监测的结果向所述充电机发送信息；
S30、所述充电机根据接收到的信息调整对所述电池组进行充电的充电策略和/或输出电流。
优选地，步骤S20中，
所述电池管理系统对所述电池组中每个单体电池的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性进行监测；
和/或，所述电池管理系统根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流；
和/或，所述电池管理系统向所述充电机发送的信息包括电池组的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流。
优选地，步骤S30中，
当所述充电机接收到的最大允许充电电流大于所述充电机的设计电流容量时，所述充电机按照设计的最大输出电流进行充电；
和/或，当所述充电机接收到的信息表明电池组的电压和/或温度超限时，所述充电机减小输出电流和/或电压；
和/或，当所述充电机接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机按照所述最大允许充电电流进行充电。
优选地，当充电过程出现故障时，所述电池管理系统将最大允许充电电流设为0，并发送给所述充电机，所述充电机接收到相应的信息后停止充电。
本发明的电池充电系统能够使电池管理系统和充电机协同配合实现串联充电，通过电池管理系统监测电池组的状态并使充电机根据电池组的状态实时地改变充电策略，从而可防止电池组中所有单体电池发生过充，对电池提供良好的保护，提高电池组的性能，延长电池组的使用寿命。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的电池充电系统及电池充电方法的优选实施方式进行描述。图中：
图1为根据本发明的优选实施方式的电池充电系统的原理图；
图2为一种示例性的动力电池系统集成方案的原理图；
图3为根据本发明的优选实施方式的电池充电方法的流程图。
具体实施方式
为了提高动力电池组(特别是电动汽车动力电池组)的性能，延长电池组的使用寿命，降低电动汽车的运行成本，本发明对电池组的充电系统和充电方法进行了改进，从而能够通过对电池充电过程进行实时监控，来实现对电池组的保护，进而充分发挥电池组的性能。需要说明的是，本发明中所涉及的电池组优选为锂离子电池组，但也可以是其他类型的电池组，并且，除了电动汽车的动力电池组以外，本发明中所涉及的电池组也可以是其他场合下使用的电池组，如机器人的电池组、飞行器的电池组、电动自行车的电池组、或者其他充电式电器设备的电池组，等等。
如图1所示，本发明的第一方面提供了一种电池充电系统，用于对电池组300进行充电，该电池充电系统包括充电机100和电池管理系统200；其中，所述电池管理系统200用于对所述电池组300进行状态监测，并且用于根据状态监测的结果向所述充电机100发送信息；所述充电机100用于根据接收到的信息调整对所述电池组300进行充电的充电策略和/或输出电流。优选地，电池组300包括多个单体电池301，这些单体电池301以串联的方式进行充电。
本发明的电池充电系统能够使电池管理系统200和充电机100协同配合实现串联充电，通过电池管理系统200监测电池组300的状态并使充电机100根据电池组300的状态实时地改变充电策略，从而可防止电池组300中所有单体电池301发生过充，对电池提供良好的保护，提高电池组300的性能，延长电池组300的使用寿命。
也即，本发明的电池充电系统一方面完善了电池管理系统200的管理和控制功能，从而实现对电池的性能和状态的最全面的掌控，另一方面又使电池管理系统200和充电机100之间实现数据共享，使得充电机100也能实时了解电池的状态，从而可根据电池状态改变输出电流，最终达到保护电池的目的。
相比之下，传统的充电方式同样采用串联充电，但因为单体电池间容量和内阻等的差异，在对电池组串联充电时，电池组中容量最小的单体电池将先充满，此时，其它电池还没充满，如果充电机继续按照原先的设定参数串联充电，则已充满电的单体电池就可能会被过充，最终影响电池的寿命。
优选地，如图1所述，在充电状态下，所述电池管理系统200通过第一通讯线路(优选包括CAN总线)与所述电池组300相连；和/或，所述电池管理系统200通过第二通讯线路(优选包括CAN总线)与所述充电机100相连。于是，当电池组300与充电机100相连以进行充电时，电池管理系统200便可以方便地通过第一通讯线路来监测电池的状态，并通过第二通讯线路向充电机100发送信息，实现数据共享。
优选地，所述电池管理系统200对所述电池组300进行状态监测的内容包括：监测每个单体电池301的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性等。优选地，所述电池管理系统200向所述充电机100发送的信息包括电池组的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流等。
也即，在充电过程中，电池管理系统200通过对电池组300的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、电池电量一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算，例如，电池管理系统自身可以通过安时法对SOC进行估算，然后通过电量的大小对电压和电流进行估算。电池管理系统200将总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机100，充电机100就能根据电池管理系统200提供的信息改变自己的充电策略和输出电流。例如，电池管理系统200估算出电池组300的最大电流和电压后，通过第二通讯线路传递给充电机100的控制模块，所述控制模块就会根据电池组300的状态切换充电机100的输出电流和电压。
优选地，所述电池管理系统200用于根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流，并发送给所述充电机100；所述充电机100用于根据接收到的最大允许充电电流调整充电策略和/或输出电流。具体调整方式包括如下几种优选方式：
当所述充电机100接收到的最大允许充电电流大于所述充电机100的设计电流容量时，所述充电机100能够按照设计的最大输出电流进行充电。也即，当电池管理系统200提供的最大允许充电电流比充电机100的设计电流容量高时，充电机100将按照设计的最大输出电流进行充电。
当所述充电机100接收到的信息表明电池组的电压和/或温度超限时，所述充电机100能够减小输出电流和/或电压。也即，当电池组的电压、温度超限时，电池管理系统200能够实时检测到并及时通知充电机100改变电流输出，即，电池管理系统200通过第二通讯线路把最大电流、电压实时反馈给充电机100的控制模块，所述控制模块再根据需要调节(例如减小)充电机100的输出电流和电压。
当所述充电机100接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机100能够按照所述最大允许充电电流进行充电。也即，当当前的实际充电电流大于最大允许充电电流时，充电机100便开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。
当充电过程出现故障时，所述电池管理系统200能够将最大允许充电电流设为0，所述充电机100接收到所述最大允许充电电流为0的信息后，能够停止充电。也即，充电过程中一旦出现故障，电池管理系统200可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机100停止充电(优选为停机)，避免发生事故，保障充电安全。
示例性地，如图2所示，充电机100本身自带控制模块101，锂离子蓄电池系统包括电池组300和电池管理系统200，电池管理系统200包括充电控制模块201和放电控制模块202，能够提供充放电数据支持，用电系统400指负载，其包括控制模块401。其中，对于充电机100而言，因其具有控制模块101，因而可以根据需要手动设置输出电流和电压。因锂离子蓄电池系统带有电池管理系统200，可以实时检测电池电压和电流，并且可以实时计算出电池组300所需的最大电流和电压。用电系统400即负载本身，通常为放电装置，有自己的额定电流和电压，可根据需要输入。此优选方案把充电机100的控制模块101和电池管理系统200的充电控制模块201通过通讯线(CAN总线)连接起来，让充电机100随时了解锂离子蓄电池系统的最大电流和电压，然后自动改变充电机100的输出电流和电压；同时，此优选方案还把电池管理系统200的放电控制模块202和用电系统400的控制模块401通过通讯线(CAN总线)连接起来，从而使电池管理系统200可以把锂离子蓄电池系统任意时刻的最大电流和电压实时分享给用电系统400，让用户根据需要使用。
在上述工作的基础上，本发明的第二方面提供了一种电池充电方法，该方法利用本发明前面所述的电池充电系统对电池组300进行充电，如图3所示，该方法包括步骤：
S10、开始充电；
S20、所述电池管理系统200对所述电池组300进行状态监测，并且根据状态监测的结果向所述充电机100发送信息；
S30、所述充电机100根据接收到的信息调整对所述电池组300进行充电的充电策略和/或输出电流。
优选地，步骤S20中，
所述电池管理系统200对所述电池组300中每个单体电池301的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性进行监测；
和/或，所述电池管理系统200根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流；
和/或，所述电池管理系统200向所述充电机100发送的信息包括电池组300的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流。
优选地，步骤S30中，
当所述充电机100接收到的最大允许充电电流大于所述充电机100的设计电流容量时，所述充电机100按照设计的最大输出电流进行充电；
和/或，当所述充电机100接收到的信息表明电池组300的电压和/或温度超限时，所述充电机100减小输出电流和/或电压；
和/或，当所述充电机100接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机100按照所述最大允许充电电流进行充电。
优选地，当充电过程出现故障时，所述电池管理系统200将最大允许充电电流设为0，并发送给所述充电机100，所述充电机100接收到相应的信息后停止充电，例如停机。
本发明的电池充电方法通过对整个电池组的充电过程进行实时监控，并将电池的状态信息实时共享给充电机，从而使得充电机能够实时调整自己的充电策略，于是便可实现对各个单体电池的过充保护，进而有利于充分发挥电池的性能。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电池充电系统，用于对电池组进行充电，其特征在于，包括充电机和电池管理系统；其中，所述电池管理系统用于对所述电池组进行状态监测，并且用于根据状态监测的结果向所述充电机发送信息；所述充电机用于根据接收到的信息调整对所述电池组进行充电的充电策略和/或输出电流。
2.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，在充电状态下：
所述电池管理系统通过第一通讯线路与所述电池组相连；和/或，
所述电池管理系统通过第二通讯线路与所述充电机相连。
3.根据权利要求2所述的电池充电系统，其特征在于，所述第一通讯线路包括CAN总线；和/或，所述第二通讯线路包括CAN总线。
4.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池管理系统对所述电池组进行状态监测包括监测每个单体电池的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性；和/或，
所述电池管理系统向所述充电机发送的信息包括电池组的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流。
5.根据权利要求1-4之一所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池管理系统用于根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流，并发送给所述充电机；所述充电机用于根据接收到的最大允许充电电流调整充电策略和/或输出电流。
6.根据权利要求5所述的电池充电系统，其特征在于，当所述充电机接收到的最大允许充电电流大于所述充电机的设计电流容量时，所述充电机按照设计的最大输出电流进行充电；
和/或，当所述充电机接收到的信息表明电池组的电压和/或温度超限时，所述充电机减小输出电流和/或电压；
和/或，当所述充电机接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机按照所述最大允许充电电流进行充电；
和/或，当充电过程出现故障时，所述电池管理系统将最大允许充电电流设为0，所述充电机接收到所述最大允许充电电流为0的信息后，停止充电。
7.一种电池充电方法，其特征在于，利用根据权利要求1-6之一所述的电池充电系统对电池组进行充电，包括步骤：
S10、开始充电；
S20、所述电池管理系统对所述电池组进行状态监测，并且根据状态监测的结果向所述充电机发送信息；
S30、所述充电机根据接收到的信息调整对所述电池组进行充电的充电策略和/或输出电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S20中，
所述电池管理系统对所述电池组中每个单体电池的温度、电压、工作电流、温升、和/或电量一致性进行监测；
和/或，所述电池管理系统根据状态监测的结果估算出最大允许充电电流；
和/或，所述电池管理系统向所述充电机发送的信息包括电池组的总电压、最高单体电池电压、电池组的最高温度、电池组的实时温度、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压、和/或最大允许充电电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S30中，
当所述充电机接收到的最大允许充电电流大于所述充电机的设计电流容量时，所述充电机按照设计的最大输出电流进行充电；
和/或，当所述充电机接收到的信息表明电池组的电压和/或温度超限时，所述充电机减小输出电流和/或电压；
和/或，当所述充电机接收到的最大允许充电电流小于当前充电电流时，所述充电机按照所述最大允许充电电流进行充电。
10.根据权利要求7-9之一所述的方法，其特征在于，当充电过程出现故障时，所述电池管理系统将最大允许充电电流设为0，并发送给所述充电机，所述充电机接收到相应的信息后停止充电。
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