CN108599323A - 一种具有分区充电降温功能的电池充电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种具有分区充电降温功能的电池充电系统，该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行充电控制，可实现与充电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。本发明的优点在于电路能够进行分组充电，分组冷却，满足电容量电池组的分组充电需求，并能保证充电的可靠性、稳定性和安全性。

Description

一种具有分区充电降温功能的电池充电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池领域。
背景技术
新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组充电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。
电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。
目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。
整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够以分区对每个电池单元进行充电和降温的系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有分区充电降温功能的电池充电系统，电池组由电池单元串联构成，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，其特征在于：每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件，电路设有控制器，所述控制器输出调控信号至每个所述开关元件，每个电池单元均盘绕有水冷管路，每个所述水冷管路上均设有一个冷却电磁阀，每个所述冷却管路的两端接入到冷却支管上，所述冷却支管上与每个冷却管路连接的两个连通位置之间均设有一个支管电磁阀，所述冷却支管的两端接入到冷却主管上，所述冷却主管上与每个冷却支管连接的两个连通位置之间均设有一个主管电磁阀，所述冷却主管两端连接冷却水箱，且冷却主管其中一端设有冷却泵，控制器输出控制信号至冷却控制器，所述冷却控制器经冷却控制单元输出驱动信号至冷却电磁阀、支管电磁阀、主管电磁阀以及冷却泵。
当电池单元的第一开关元件断开、第二开关元件闭合时，该电池单元从电池组中分离，当电池单元的第一开关元件闭合、第二开关元件断开时，该电池单元接入到电池组中。
电池管理单元采集每个电池单元的电压和电量信号并输送至控制器。
基于所述具有分区充电降温功能的电池充电系统的控制方法：
控制器根据预先设定将电池单元分为至少两个充电组；
开始充点前，所有电池单元的第一开关元件均为断开状态，第二开关元件均为闭合状态；
当开始充电后，将第一个充电组的所有电池单元的第一开关元件闭合，第二开关元件断开；
当控制器得到电池管理单元发出的第一个充电组所有电池单元充满电的信号后，将第一个充电组的所有电池单元的第一开关元件断开，第二开关元件闭合，将第二个充电组的所有电池单元的第一开关元件闭合，第二开关元件断开；
以此类推直至最后将最后一个充电组的所有电池单元充满电，完成电池组充电。
每个充电组配有一个独立的冷却支管，同一个充电组内的所有电池单元均连通在同一个冷却支管上，开启充电后，启动冷却泵；
开始充电后，将当前处于充电状态的充电组内电池单元的冷却电磁阀打开，闭合该充电组所在冷却支管上的所有支管电磁阀，该冷却支管与冷却主管连接位置之间的主管电磁阀闭合，其他冷却电磁阀和支管电磁阀均闭合，其他主管电磁阀均打开。
本发明的优点在于电路能够进行分组充电，分组冷却，满足电容量电池组的分组充电需求，并能保证充电的可靠性、稳定性和安全性。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为电池组连接示意图；
图2为冷却管路连接示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种可调整电池组串联结构的主动均衡充电控制电路。该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行充电控制，可实现与充电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，实现将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。
单体电池(或单体电池组)的负极直接与串联母线相连，正极则通过Sx_1 (第一开关元件)开关连接串联母线。Sx_1开关导通，Sx_2(第一开关元件) 开关断开，则该级单体电池(或单体电池组)串入母线，参与充电。Sx_1开关断开，Sx_2开关导通，则该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不进行充电。
如图2所示，Sx_1开关导通，Sx_2开关断开。但存在异常的B1、B2电池单元，控制电池正极与母线连接的S1_1、S2_1开关断开，控制母线直接连通的 S1_2、S2_2开关导通。充电电流不经过B1、B2电池单元，B1、B2电池单元不进行充电，且与电池组分离。
充电过程对每个单体电池(或单体电池组)的均衡电流等于充电电流。
通过该发明技术，可以大大降低电池组包对单体电池一致性的要求。
通过该发明技术，可对电池组中的每个单体电池(或单体电池组)实现充电保护和主动均衡。每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
通过该发明技术，可将存在问题的单体电池(或单体电池组)彻底排除在串联组合外，不会因个别单体电池(或单体电池组)的损坏影响电池组的使用，大大提高系统的安全性和可靠性。
电池组设有冷却系统，可以采用水冷，每个电池单元均盘绕有水冷管路，每个水冷管路上均设有一个冷却电磁阀，每个冷却管路的两端接入到冷却支管上，冷却支管上与每个冷却管路连接的两个连通位置之间均设有一个支管电磁阀，冷却支管的两端接入到冷却主管上，冷却主管上与每个冷却支管连接的两个连通位置之间均设有一个主管电磁阀，构成一个可以选择性接入冷却系统的水冷装置，冷却主管两端连接冷却水箱，水箱内的水可以通过风力冷却，冷却主管其中一端设有冷却泵，控制器输出控制信号至冷却控制器，冷却控制器经冷却控制单元输出驱动信号至冷却电磁阀、支管电磁阀、主管电磁阀以及冷却泵，每个所述电池单元均设有一个采集该电池单元温度的温度传感器，温度传感器输出温度信号至控制器，这样控制器可以根据当前每个电池单元的温度，控制进入进行冷却的电池单元，达到精确和重点冷却的目的，有助于提高冷却的效果。
冷却的控制策略如下：
每个充电组配有一个独立的冷却支管，同一个充电组内的所有电池单元均连通在同一个冷却支管上，开启充电后，启动冷却泵；
开始充电后，将当前处于充电状态的充电组内电池单元的冷却电磁阀打开，闭合该充电组所在冷却支管上的所有支管电磁阀，该冷却支管与冷却主管连接位置之间的主管电磁阀闭合，其他冷却电磁阀和支管电磁阀均闭合，其他主管电磁阀均打开。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有分区充电降温功能的电池充电系统，其特征在于：电池组由电池单元串联构成，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，其特征在于：每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件，电路设有控制器，所述控制器输出调控信号至每个所述开关元件，每个电池单元均盘绕有水冷管路，每个所述水冷管路上均设有一个冷却电磁阀，每个所述冷却管路的两端接入到冷却支管上，所述冷却支管上与每个冷却管路连接的两个连通位置之间均设有一个支管电磁阀，所述冷却支管的两端接入到冷却主管上，所述冷却主管上与每个冷却支管连接的两个连通位置之间均设有一个主管电磁阀，所述冷却主管两端连接冷却水箱，且冷却主管其中一端设有冷却泵，控制器输出控制信号至冷却控制器，所述冷却控制器经冷却控制单元输出驱动信号至冷却电磁阀、支管电磁阀、主管电磁阀以及冷却泵。
2.根据权利要求1所述的具有分区充电降温功能的电池充电系统，其特征在于：当电池单元的第一开关元件断开、第二开关元件闭合时，该电池单元从电池组中分离，当电池单元的第一开关元件闭合、第二开关元件断开时，该电池单元接入到电池组中。
3.根据权利要求2所述的具有分区充电降温功能的电池充电系统，其特征在于：电池管理单元采集每个电池单元的电压和电量信号并输送至控制器。
4.基于权利要求1、2或3所述具有分区充电降温功能的电池充电系统的控制方法，其特征在于：
控制器根据预先设定将电池单元分为至少两个充电组；
开始充点前，所有电池单元的第一开关元件均为断开状态，第二开关元件均为闭合状态；
当开始充电后，将第一个充电组的所有电池单元的第一开关元件闭合，第二开关元件断开；
当控制器得到电池管理单元发出的第一个充电组所有电池单元充满电的信号后，将第一个充电组的所有电池单元的第一开关元件断开，第二开关元件闭合，将第二个充电组的所有电池单元的第一开关元件闭合，第二开关元件断开；
以此类推直至最后将最后一个充电组的所有电池单元充满电，完成电池组充电。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：
每个充电组配有一个独立的冷却支管，同一个充电组内的所有电池单元均连通在同一个冷却支管上，开启充电后，启动冷却泵；
开始充电后，将当前处于充电状态的充电组内电池单元的冷却电磁阀打开，闭合该充电组所在冷却支管上的所有支管电磁阀，该冷却支管与冷却主管连接位置之间的主管电磁阀闭合，其他冷却电磁阀和支管电磁阀均闭合，其他主管电磁阀均打开。
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