CN108064429B - 用于控制ups电池充电容量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制电池充电容量，以最小化电池损坏，从而能使电池使用较长时间的装置和方法。更具体地，本发明提供了一种用于根据温度控制电池充电容量，以减少电池损坏，从而延长电池寿命的装置和方法。

Description

用于控制UPS电池充电容量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制电池充电容量的方法和装置。
更特别地，本发明涉及一种用于根据温度控制电池充电容量的方法和装置。
背景技术
UPS是不间断电源的缩写，作为通过接收商业功率或者发电机功率正常地保持电池处于充满电状态，并且在失去功率时电池放电以向负载持续提供电流达预定时间而不存在瞬间的功率故障的功率装置，UPS是即使发生输入功率的电压波动和频率波动，也总是向负载提供额定电压和额定频率电流的装置。
在UPS装置中使用电池，由于当提供给电子装置的总功率中断时，UPS装置中使用的电池向电子装置提供功率，因此电池大多数时候保持充满电。
在典型的BMS中，基于电池的输出电压和电流以及输出电压和电流的保持时间，确定电池的充满电状态。
图1是示出根据电池充电容量的输出电压的图表。
参考图1，可以看到电池的输出电压随着充电容量增加而增加。
另一方面，即使是相同电池，取决于温度，电池内部的化学变化会引起充电容量变化。
表1示出了在相同条件下根据温度的电池充电和放电容量。
[表1]
Figure GDA0002695295020000021
在上表中，在高温下进行充电和放电时，与低温相比会保留多于40％的充电容量。
在保留电池充电容量的情况下，可比规格时间更长地使用电池提供功率，但是在电池保持充满电状态的情况下，电池充电容量过剩，缩短了电池寿命。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种用于控制电池充电容量，以最小化电池损坏，从而能使电池使用较长时间的装置和方法。
更具体地，本发明提供了一种用于根据温度控制电池充电容量，以减少电池损坏，从而延长电池寿命的装置和方法。
技术方案
一种根据温度控制电池充电容量的方法，所述方法包括：测量当前温度的当前温度检测操作；检测与每一温度对应的电池最佳充电容量的最佳充电容量检测操作；检测电池当前充电容量的当前充电容量检测操作；比较最佳充电容量和当前充电容量的充电容量比较操作；根据充电容量比较操作的结果，确定电池的充电/放电的充电/放电确定操作；和根据充电/放电确定操作的结果，充电/放电电池的充电/放电进程操作。
最佳充电容量检测操作可包括：对于每一预定温度检测对应于温度的最大充电容量的最大充电容量检测操作；和对于每一预定温度检测对应于温度的最小充电容量的最小充电容量检测操作。
根据充电量比较操作的结果，如果电池当前充电容量大于最大充电容量，则充电/放电确定操作可将放电电池的信号传输至控制单元，根据充电量比较操作的结果，如果电池当前充电容量小于最小充电容量，则充电/放电确定操作可将充电电池的信号传输至控制单元。
一种根据温度控制电池充电容量的装置，所述装置包括：被配置成控制电池充电容量的控制单元；被配置成存储与温度对应的最佳充电容量表的存储器；被配置成测量温度和电池当前充电容量的测量单元。
控制单元可包括：被配置成比较最佳充电容量表和电池当前充电容量的比较单元；和被配置成根据比较单元的结果控制电池处于充电或放电状态的充电/放电控制开关。
测量单元可包括：被配置成测量电池的温度和热量的温度测量模块；和被配置成测量电池当前充电容量的充电容量测量模块。
一种根据温度控制电池充满电的电压条件的装置，所述装置包括：被配置成控制电池的充电容量的控制单元；被配置成存储与温度对应的最佳充电容量表的存储器；和被配置成测量电池的温度和热量的温度测量模块；和被配置成与BMS通信以接收电池当前充电容量的通信单元。
控制单元可包括：被配置成比较最佳充电容量表和电池当前充电容量的比较单元；和被配置成根据比较单元的结果控制电池处于充电或放电状态的充电/放电控制开关。
有益效果
本发明通过控制电池充电容量以适应温度来减少电池损坏，从而延长电池寿命。
附图说明
图1是示出根据充电容量的电池输出电压的图表。
图2是本发明整体流程。
图3是本发明具体流程。
图4是根据本发明第一实施例的结构图。
图5是根据本发明第一实施例的具体结构图。
图6是根据本发明第二实施例的结构图。
图7是本发明的温度-电压关系的实施例。
具体实施方式
本发明涉及一种用于控制UPS电池的充电和放电的装置和方法。
下文将参考附图中描述的内容更具体地描述本发明的示范性实施例。但是，本发明不限于或者限制于示范性实施例。每一附图中的相同参考数字表示用于执行基本相同功能的部件。
尽管本文中使用术语“第一”、“第二”等描述各元件，但是这些元件不应受到这些术语限制。上述术语仅用于区分一个部件和另一个部件。例如，第一部件可称作第二部件，反之亦然，而不脱离本发明构思的范围。说明书中使用的术语用于描述具体实施例，不用于限制本发明构思的范围。单数表达包括复数表达，除非在上下文中另外指出。
考虑到本发明的功能，说明书中使用的术语是目前广泛使用的一般术语，但是可根据本领域技术人员的意图、先例或者新技术的出现而改变。此外，在某些情况下，可以存在申请人任意选择的术语，这种情况下，该术语的含义在本发明相应描述部分进行了说明。因此，应基于术语的含义以及本发明整体内容定义本发明中使用的术语，而非单纯用术语名称来定义术语。
当在整体说明书中描述一个部分“包括”一些元件时，其意思是如果没有特别说明的话，一个部分可仅包括这些元件，或者包括其他元件以及这些元件。
1.本发明的电池充电容量控制方法
图2是本发明的整体流程。
下文将参考图2描述本发明的电池充电容量控制方法。
对于根据温度控制电池充电容量的方法，本发明包括测量当前温度的当前温度检测操作(S110)，检测与每一温度对应的电池最佳充电容量的最佳充电容量检测操作(S120)，检测电池当前充电容量的当前充电容量检测操作(S130)，比较最佳充电容量和当前充电容量的充电容量比较操作(S140)，根据充电容量比较操作(S140)的结果确定电池的充电/放电的充电/放电确定操作(S150)，和根据充电/放电确定操作(S150)充电/放电电池的充电/放电进程操作(S160)。
下文将参考图3具体描述各操作。
当前温度检测操作(S110)是使用温度测量模块测量电池的当前温度和热量的操作。测量电池的当前温度和热量的原因在于，如果使用相同电池，电池充电容量根据电池的温度和热量而变化，且因此充满电容量变化。
同时，最佳充电容量检测操作(S120)是检测在由于电池的温度和热量变化而改变的电池充电容量当中，对于预定温度最佳的电池充电容量的操作。
更具体地，最佳充电容量检测操作(S120)包括根据存储在存储器中的最佳充电容量表，检测与当前温度检测操作(S110)测量的温度对应的最大充电容量的最大充电容量检测操作(S121)，和检测最小充电容量的最小充电容量检测操作(S122)。
最大充电容量检测操作(S121)是根据存储在存储器中的最佳充电容量表，检测在当前温度下，电池不会过充电的最大充电容量的操作。
而且，最小充电容量检测操作(S122)是根据存储在存储器中的最佳充电容量表，检测在当前温度下，能够提供满足用户需求的最小输出的电池最小充电容量的操作，。
同时，当前充电容量检测操作(S130)是基于电池的输出电压和电流，使用充电容量测量模块测量电池当前充电容量，或者由BMS检测电池当前充电量的操作。
同时，充电容量比较操作(S140)是比较最佳充电容量检测操作(S120)中检测的最大充电容量和最小充电容量与当前充电容量检测操作(S130)中检测的电池当前充电容量的操作。
如果电池当前充电容量的值介于最佳充电容量检测操作(S120)中检测的最大充电容量和最小充电容量之间，则确定充电容量对于当前温度是合适的，从而不产生单独信号。
但是，在比较当前充电容量检测操作(S130)中测量的电池当前充电容量与最佳充电容量检测操作(S120)中检测的最大充电容量时，如果电池当前充电容量较大，则确定电池在相应温度下过充电，从而产生放电请求信号。另一方面，当前充电容量检测操作(S130)中测量的电池当前充电容量小于最佳充电容量检测操作(S120)中检测的最小充电容量时，则确定相应电池处于不输出用户所需的最小输出的状态，从而产生充电请求信号。
同时，当在充电容量比较操作(S140)中产生放电请求信号时，根据电池当前放电量，充电/放电确定操作(S150)设定预定的放电时间(S151)并且操作放电开关来连接电池和放电电路。
另一方面，当在充电容量比较操作中产生充电请求信号时，根据电池当前充电量，设定预定的充电时间(S152)并且操作充电开关来连接电池和充电电路。
同时，充电/放电进程操作(S160)是在充电/放电确定操作中设定的预定时间放电(S162)或充电(S161)的操作。
2.本发明的电池充电容量控制装置
图4是根据本发明第一实施例的电池充电容量控制装置的结构图。
下文参考图4描述根据本发明第一实施例的电池充电容量控制装置。
根据本发明第一实施例的电池充电容量控制装置包括用于控制电池充电容量的控制单元100、用于存储与温度对应的最佳充电容量表的存储器200和用于测量电池的温度和当前充电容量的测量单元300。
更具体地，控制单元100被配置成包括用于比较测量单元200测量的电池当前充电容量和与测量温度对应的最佳充电容量表的比较单元110、和用于根据比较单元110产生的充电或放电信号控制电池处于充电或放电状态的充电/放电控制开关120。
下文参考图5具体描述比较单元110。
比较单元110被配置成包括用于存储测量单元200测量的电池当前充电容量的第一存储单元111，用于检测与对应于温度的最佳充电容量表中的当前温度对应的最佳充电容量的最佳充电容量检测模块112，用于存储最佳充电容量检测模块检测的最佳充电容量的第二存储单元113，和用于比较电池当前充电容量和与当前温度对应的最佳充电容量的比较模块114。
最佳充电容量意味着电池能输出满足用户需求的最小输出的最小充电容量和介于不会损坏电池的范围内的最大充电容量。
参考图1，当检查电池的充电容量和输出时，可看到电池输出随着充电容量增加而增加。
当电池充电容量增加且长时间保持在充满电的高电压状态下时，电池加速劣化且平均寿命快速下降。
为了防止这种长时间保持充满电的高电压状态，如图7中所示，必须保持适当的温度-电压关系。
可通过将充电容量调整为能满足用户需求的电池输出的最小充电容量和不会损坏电池的最大充电容量的范围之内的值来设置这种温度-电压关系。
例如，如图7中所示，可使用线性插值来设置温度和电压之间的值。
比较模块114比较电池当前充电容量和最小充电容量，根据比较结果，如果电池当前充电容量较小，由于电池当前充电容量不足以满足用户的输出需求，因此计算充电所需的预定充电时间且产生充电请求信号。另一方面，如果电池当前充电容量较大，则比较电池当前充电容量和最大充电容量，根据比较结果，如果电池当前充电容量较小，由于电池充电容量在最小充电容量和最大充电容量之间，因此不产生其他信号，但是根据比较结果，如果电池当前充电容量较大，由于电池充电容量超出最大充电容量，则计算放电所需的预定放电时间且产生放电信号。
同时，存储器200存储最佳充电容量表。如上所述，最佳充电容量意味着电池能输出满足用户需求的最小输出的最小充电容量和介于不会损坏电池的范围内的最大充电容量。对于每个电池，最小充电容量和最大充电容量具有不同值，作为检测该值的方法，除了温度之外，对相同电池设置相同条件，且在改变温度的同时，可通过充电/放电试验来获得该值。
另一方面，测量单元300被配置成包括用于测量温度的温度测量模块310，和用于测量电池充电容量的充电容量测量模块320。
温度测量模块310测量电池的温度和热量，温度测量模块310测量的温度值被存储在存储器200中或者被直接传输至控制单元100，使得其可用于最佳充电容量检测。
充电容量测量模块320测量电池的电压和电流，具有测量电池当前充电容量的配置，更具体地，充电容量测量模块320在此配置基础之上测量充电容量。之后，在控制单元100的比较单元110中，比较测量的电池当前充电容量与最佳充电容量。
图6是根据本发明第二实施例的电池充电容量控制装置的结构图。
下文将参考图6描述根据本发明第二实施例的电池充电容量控制装置。
根据本发明第二实施例的电池充电容量控制装置被配置成包括用于控制电池充电容量的控制单元100，用于存储与温度对应的最佳充电容量表的存储器200，用于测量温度的温度测量模块310，和与BMS 500通信以接收电池当前充电容量的通信单元400。
更具体地，控制单元100被配置成包括用于比较与温度测量模块310测量的当前温度对应的最佳充电容量表中检测的最佳充电容量和由BMS 500测量的当前充电容量的比较单元110，和用于根据比较单元110产生的充电或放电信号控制电池处于充电或放电状态的充电/放电控制开关120。
更具体地，当参考图5描述比较器110时，比较器110被配置成包括用于检测与温度测量模块310测量的当前温度对应的最佳充电容量的最佳充电容量检测模块，用于存储最佳充电容量检测模块检测的最佳充电容量的第二存储单元，和用于比较由BMS 500测量且经由通信单元400传输到控制单元100的电池当前充电容量和与当前温度对应的最佳充电容量的比较模块。
最佳充电容量意味着电池能输出满足用户需求的最小输出的最小充电容量和介于不会损坏电池的范围内的最大充电容量。
比较单元比较电池当前充电容量和最小充电容量，根据比较结果，如果电池充电容量较小，由于电池当前充电容量不足以满足用户的输出需求，因此计算充电所需的预定充电时间且产生充电请求信号。另一方面，如果电池充电容量较大，则比较电池当前充电容量和最大充电容量，根据比较结果，如果电池当前充电容量较小，由于电池充电容量在最小充电容量和最大充电容量之间，因此不产生其他信号，但是根据比较结果，如果电池当前充电容量较大，由于电池充电容量超出最大充电容量，则计算放电所需的预定放电时间且产生放电请求信号。
同时，存储器200存储对于每一温度记录最佳充电容量的最佳充电容量表。
最佳充电容量意味着电池能输出满足用户需求的最小输出的最小充电容量和介于不会损坏电池的范围内的最大充电容量。
参考图1，当检查电池的充电容量和输出时，可以看出电池输出随着充电容量增加而增加。
当电池充电容量增加且长时间保持充满电的高电压状态时，电池加速劣化且平均寿命快速下降。
为了防止这种长时间保持充满电的高电压状态，必须保持适当的温度-电压关系。
可通过将充电容量调整为能满足用户需求的电池输出的最小充电容量和不会损坏电池的最大充电容量的范围之内的值来设置这种温度-电压关系。
例如，如图7中所示，可使用线性插值来设置温度和电压之间的值。
如上所述，最佳充电容量意味着电池能输出满足用户需求的最小输出的最小充电容量和介于不会损坏电池的范围内的最大充电容量。对于每个电池，最小充电容量和最大充电容量具有不同值，作为检测该值的方法，除了温度之外，对相同电池设置相同条件，且在改变温度的同时，可通过充电/放电试验来获得该值。
另一方面，温度测量模块310测量电池的温度和热量，温度测量模块测量的温度值被存储在存储器200中或者被直接传输至控制单元100，使得其可用于最佳充电容量检测。
通信单元400与BMS 500通信以将BMS 500周期性测量的电池当前充电容量传输至控制单元100。之后，在控制单元100的比较单元110中，比较测量的电池当前充电容量与最佳充电容量。
另一方面，尽管参考上述实施例具体描述了本发明的技术理念，但是应当注意，上述实施例是用于解释的目的，而不是用于限制的目的。对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下在本发明中可做出各种修改。

Claims (6)

1.一种根据温度控制UPS电池充电容量的方法，所述方法包括：
当前温度检测操作，测量电池的当前温度；
最大充电容量检测操作，检测在当前温度下，电池不会过充电的最大充电容量；
最小充电容量检测操作，检测在当前温度下，能够提供满足用户需求的最小输出的最小充电容量；
当前充电容量检测操作，检测电池当前充电容量；
充电容量比较操作，比较当前充电容量与最大充电容量、最小充电容量；
充电/放电确定操作，根据充电容量比较操作的结果，如果电池当前充电容量大于最大充电容量，则产生放电请求信号；根据充电容量比较操作的结果，如果电池当前充电容量小于最小充电容量，则产生充电请求信号；根据充电容量比较操作的结果，如果电池当前充电容量介于最大充电容量和最小充电容量之间，则确定电池当前充电容量对于当前温度是合适的，从而不产生单独信号；和
充电/放电进程操作，根据充电/放电确定操作的结果，充电/放电电池。
2.一种根据温度控制UPS电池充电容量的装置，所述装置包括：
控制单元，被配置成控制电池的充电容量；
存储器，被配置成存储与温度对应的最佳充电容量表，最佳充电容量表包括电池不会过充电的最大充电容量和能够提供满足用户需求的最小输出的最小充电容量；和
测量单元，被配置成测量电池的当前温度和当前充电容量，
其中控制单元包括：
比较单元，被配置成根据存储器的最佳充电容量表，检测与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量，并且比较电池当前充电容量和与当前温度对应的最大充电容量、最小充电容量，并且被配置成根据比较结果，如果电池当前充电容量大于最大充电容量，则产生放电请求信号；根据比较结果，如果电池当前充电容量小于最小充电容量，则产生充电请求信号；根据比较结果，如果电池当前充电容量介于最大充电容量和最小充电容量之间，则确定电池当前充电容量对于当前温度是合适的，从而不产生单独信号；和
充电/放电控制开关，被配置成根据比较单元产生的充电请求信号或放电请求信号控制电池处于充电状态或放电状态。
3.根据权利要求2所述的装置，其中比较单元包括：
第一存储单元，被配置成存储测量单元测量的电池当前充电容量；
最佳充电容量检测模块，被配置成根据存储器的最佳充电容量表，检测与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量；和
第二存储单元，被配置成存储与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量；和
比较模块，被配置成通过比较电池当前充电容量和与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量，产生充电请求信号或放电请求信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其中测量单元包括：
温度测量模块，被配置成测量电池的温度和热量；和
充电容量测量模块，被配置成测量电池当前充电容量。
5.一种根据温度控制UPS电池充电容量的装置，所述装置包括：
控制单元，被配置成控制电池充电容量；
存储器，被配置成存储与温度对应的最佳充电容量表，最佳充电容量表包括电池不会过充电的最大充电容量和能够提供满足用户需求的最小输出的最小充电容量；和
温度测量模块，被配置成测量电池的温度和热量；和
通信单元，被配置成与BMS通信地接收电池当前充电容量，
其中控制单元包括：
比较单元，被配置成根据存储器的最佳充电容量表，检测与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量，并且比较电池当前充电容量和与当前温度对应的最大充电容量、最小充电容量，并且被配置成根据比较结果，如果电池当前充电容量大于最大充电容量，则产生放电请求信号；根据比较结果，如果电池当前充电容量小于最小充电容量，则产生充电请求信号；根据比较结果，如果电池当前充电容量介于最大充电容量和最小充电容量之间，则确定电池当前充电容量对于当前温度是合适的，从而不产生单独信号；和
充电/放电控制开关，被配置成根据比较单元产生的充电请求信号或放电请求信号控制电池处于充电状态或放电状态。
6.根据权利要求5所述的装置，其中比较单元包括：
第一存储单元，被配置成存储BMS中测量并经由通信单元传输的电池当前充电容量；
最佳充电容量检测模块，被配置成根据存储器的最佳充电容量表，检测与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量；和
第二存储单元，被配置成存储与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量；和
比较模块，被配置成通过比较电池当前充电容量和与当前温度对应的最大充电容量和最小充电容量，产生充电请求信号或放电请求信号。
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