CN109450047B - 一种串联能量密度电池组循环充放电电路与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联能量密度电池组循环充放电电路及控制方法，包括n节单电池，其中第n节单电池正极与充电电源正极之间连接有第二继电器开关Kn‑2，第n节单电池负极与充电电源负极之间连接有第四继电器开关Kn‑4；第n节单电池的负极与第1节单电池的正极之间串联有第三继电器开关Kn‑3和第一继电器开关K1‑1；第n节单电池的正极与第n‑1节单电池的负极之间连接有第一继电器开关Kn‑1，利用本发明的控制策略通过相应的控制器发出指令给相应的继电器开关，通过改变不同单节电池连接的开关，控制电池组充放电顺序的改变，不间断的对每个电池的电压进行检测，对于出现故障的电池可以实现自动切除，提高电池组的使用率，减少维修费用，达到节约成本投入的目的。

Description

一种串联能量密度电池组循环充放电电路与控制方法
技术领域
本发明属于储能装置技术领域，具体涉及一种串联能量密度电池组循环充放电电路与控制方法。
背景技术
随着电力能源在全球能源比率中的日益增加，电池作为储存电能的装置在生活中的使用也是越来越广泛了。由于电池组都存在多次充放电会对首尾节的电池性能产生严重损耗的问题，长时间工作也会对其他电池的性能产生不利的影响，这个问题的存在影响了电池的使用寿命，增加了维护成本的投入；而且目前实际中大多都是以n节电池串联组成电池组的形式来使用的，在应用过程中如果其中某一节电池出现故障时，由于电池数量较多，工作人员进行维修时往往需要逐个排查，找出发生故障的电池，这种情况也为工作人员的工作带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串联能量密度电池组循环充放电电路与控制方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种串联能量密度电池组循环充放电电路，包括n节单电池，其中第n 节单电池正极与充电电源正极之间连接有第二继电器开关Kn-2，第n节单电池负极与充电电源负极之间连接有第四继电器开关Kn-4；第n节单电池的负极与第1节单电池的正极之间串联有第三继电器开关Kn-3和第一继电器开关 K1-1；
第n节单电池的正极与第n-1节单电池的负极之间连接有第一继电器开关Kn-1。
进一步的，还包括用于监测n节单电池电压的控制器，多个继电器开关均连接于控制器。
进一步的，控制器连接有人机交互系统，人机交互系统用于显示控制器的监测信息。
进一步的，控制器采用STM32控制器。
进一步的，控制器通过多个采样电路分别采集n节单电池的电压。
进一步的，其中电池组为串联能量密度电池组。
一种串联能量密度电池组循环充放电控制方法，通过控制器实时监测各节单电池的电压状态，如果各单节电池均正常，使其中一个单电池正极开关与充电电源开关导通，作为第一充电单电池，其余单电池的正极与充电电源连接的开关断开，闭合其余与第一充电单电池组成充电串联回路的继电器开关；依次改变不同单电池的正极与充电电源连接作为第一充电单电池，使其余电池依次串联在第一充电单电池末端，从而改变n节并联单电池的不同充电顺序；
如果其中一个单节电池电压不在预设阈值范围内，控制器控制连接该单节电池正负极的开关导通，使其短路，其他电路正常充电。
进一步的，通过控制器实时监测各节单电池的电压状态，如果各单节电池均正常，
第1节单电池作为第一充电电池时，使第1节单电池正极与充电电源连接的第二继电器开关K1-2导通，断开第1节单电池正极与第1节单电池负极串联的第三继电器开关K1-3和第一继电器开关K1-1，闭合其他所有第一继电器开关，闭合最后单电池负极与充电电源连接的开关；
非第1节单电池作为第一充电电池时，使第n节单电池正极与充电电源连接的开关导通，断开所有第三继电器开关和第n节单电池与前一节单电池连接的第一继电器开关Kn-1-1，闭合其他所有第一继电器开关；闭合第n-1 节单电池负极与充电电源连接的第四继电器开关，断开其余所有第四继电器开关；
如果第n单节电池电压不在预设阈值范围内，控制器控制连接该单节电池正负极的开关导通，使其短路，其他电路正常充电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种串联能量密度电池组循环充放电电路，包括n节单电池，其中第n节单电池正极与充电电源正极之间连接有第二继电器开关Kn-2，第n 节单电池负极与充电电源负极之间连接有第四继电器开关Kn-4；第n节单电池的负极与第1节单电池的正极之间串联有第三继电器开关Kn-3和第一继电器开关K1-1；第n节单电池的正极与第n-1节单电池的负极之间连接有第一继电器开关Kn-1，通过改变不同单节电池连接的开关，实现充放电过程中快速改变电池组的充放电顺序，延长电池的使用寿命。
进一步的，还包括用于监测n节单电池电压的控制器，多个继电器开关均连接于控制器，利用控制器控制多个继电器开关的闭合与开关，能够实现定时改变电池组的充放电顺序，从而提高电池的使用寿命，同时利用控制器能够监测两端电池受损和部分电池出现的故障问题，利用短路开关对于出现故障的电池可以实现自动切除，并将故障信息通过人机交互界面发送至管理员，提高电池组的使用率，减少维修费用，达到节约成本投入的目的。
进一步的，利用本发明的控制策略通过相应的控制器发出指令给相应的继电器开关，控制电池组充放电顺序的改变，不间断的对每个电池的电压进行检测，对于出现故障的电池可以实现自动切除，提高电池组的使用率，减少维修费用，达到节约成本投入的目的。
附图说明
图1为本发明系统连接结构示意图。
图2为本发明系统电路连接结构示意图。
图3为实施例2系统电路故障充电连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1、图2所示，一种串联能量密度电池组循环充放电电路，包括由n 节单电池组成的电池组1以及用于监测n节单电池电压的控制器2，
其中第n节单电池正极与充电电源正极之间连接有第二继电器开关 Kn-2，第n节单电池负极与充电电源负极之间连接有第四继电器开关Kn-4；第n节单电池的负极与第1节单电池的正极之间串联有第三继电器开关Kn-3 和第一继电器开关K1-1；
第n节单电池的正极与第n-1节单电池的负极之间连接有第一继电器开关Kn-1，此处n＞1，n为并联组成电池组1的单电池个数，即并联组成电池组1的单电池编号；
多个第三继电器开关Kn-3和同一个第一继电器开关K1-1串联；
多个继电器开关均连接于控制器2，控制器2连接有人机交互系统4，进行指令和信息的交换；人机交互系统4获取控制器2的检测信息，并将控制器2的检测信息反馈给工作人员；
其中电池组1为串联能量密度电池组；
控制器采用STM32控制器；
控制器2通过多个采样电路分别采集n节单电池的电压，然后将采集到的电压信息传送给控制器，控制器2对n节单电池的电压进行不间断监测，并对采集到的电压进行评估，判断电池是否存在故障，如果采集到的各电压信号不在设置阈值范围内，说明该节单电池出现故障；
一种串联能量密度电池组循环充放电控制方法，具体包括以下步骤：
通过控制器实时监测各节单电池的电压状态，如果各单节电池电压均处于预设范围内，说明各单节电池组正常，使其中一个单电池正极开关与充电电源开关导通，作为第一充电单电池，其余单电池的正极与充电电源连接的开关断开，闭合其余与第一充电单电池组成充电串联回路的继电器开关；依次改变不同单电池的正极与充电电源连接作为第一充电单电池，使其余电池依次串联在第一充电单电池末端，从而改变n节并联单电池的不同充电顺序；
如果其中一个单节电池电压不在预设阈值范围内，控制器控制连接该单节电池正负极的开关导通，使其短路，其他电路正常充电。
本实施例针对7节并联的单电池组成的电池组1进行第一次正常充电，具体的充电逻辑顺序如表1所示：
表1第一次正常工作时继电器的工作逻辑顺序
表中K1-K7表示7组与对应单电池连接的继电器；1-4表示每组继电器的编号，即1表示每个单电池的正极与其相邻的前一个单电池的负极之间连接的第一继电器开关编号，2表示每节单电池正极与充电电源正极之间连接的第二继电器开关编号，3表示每节单电池的负极与第一节单电池的正极之间串联的第三继电器开关编号，4表示每节单电池负极与充电电源负极之间连接的第四继电器开关编号，继电器开关打开状态表示“0”，继电器开关闭合状态表示“1”；
第二次充放电时电池组顺序发生改变后的继电器工作的逻辑顺序，如表 2所示：
表2第二次正常工作时继电器的工作逻辑顺序
由表1和表2的工作逻辑顺序，电池组1多次充放电时，改变继电器工作的逻辑顺序，可以实现电池组顺序的改变；
所述电池组充放电时可以根据实际情况，改变继电器工作的逻辑顺序，可以按照需要的电池组顺序进行充放电。
所述电池组中有电池出现故障时，通过改变继电器工作逻辑顺序，实现对故障电池进行切除的操作。
在检测到某一项单电池故障时，所述电池组中有电池出现故障时，需要对故障电池进行切除，表3列出当第一次充放电时检测到第一节电池发生故障后的继电器工作的逻辑顺序，实现对第一节故障电池的切除。
表3第一节电池故障时继电器的工作逻辑顺序
所述电池组中有电池出现故障时，可以对电池组中任意出现故障的一节或n节电池进行短路切除。
所述人机交互界面通过接收控制器STM32所采集到的电池电压情况，并将这些信息通过显示屏传输给管理人员；所述人机交互界面在电池出现故障的情况下，可以清楚的将故障电池的位置反馈给管理人员。
总上所述，本发明可以广泛应用于各种电池使用的场合，通过设计电池组循环充放电系统，可以有效地减缓首尾电池因频繁充电而出现过度损耗的问题，大大地提高了电池的使用寿命和充电效率，减少在电池维护和修复方面投入的大量资本；而且设计电池组循环充放电系统可以对电池的荷电量进行监测，判断电池是否出现故障，对出现故障的电池进行精确定位，并将定位到的故障电池通过控制器STM32发送到人机交互界面，提醒工作人员对故障电池及时进行维修或更换。
实施例1：
参照图1，电池组1不存在故障电池的情况，第一次充电时，控制器对充电次数计数，按照图1的继电器逻辑顺序发送指令，使继电器开关吸合开始充电，并将电池组充电顺序编号通过控制器传送到人机交互界面；第二次充电时，控制器对充电次数加一，发送断开K1-2和Kn-4，闭合K1-1、K2-2、 Kn-3和K1-4的指令，其他继电器仍按照图1的逻辑顺序指令发送，使继电器开关吸合开始充电，并将更新后的电池组充电顺序编号通过控制器传送到人机交互界面，此时的第一节电池已经更新为第一次充电时的最后节电池，按照这种逻辑顺序执行的过程中，可以实现随着充电次数的增加，首尾节的电池总是在规律性的变化，避免了首尾节电池因频繁充电而出现过度损耗的问题，提高电池使用效率，延长电池的使用寿命。
实施例2：
参照图3，电池组1存在故障电池的情况，以第一次充电时第一节电池出现故障为例，控制器对充电次数计数，监测每节电池的电压，将采集回的数据进行处理，经过判断发现第一节电池存在故障，随即发送闭合K1-3的命令，切除第一节电池，将出现故障的电池编号信息发送给人机交互界面，发出警报提醒工作人员，并且将发生故障的指令发送给充电机，根据实际情况改变充电的设定电压。当工作人员排除故障后，控制器监测到电池电压恢复正常后，发送断开K1-3的命令，自动接入第一节电池，解除故障报警，恢复人机交互界面，并将发送给充电机的故障指令清除，恢复充电电压的设定值。

Claims (6)

1.一种串联能量密度电池组循环充放电电路，其特征在于，包括n节单电池，其中第n节单电池正极与充电电源正极之间连接有第二继电器开关Kn-2，第n节单电池负极与充电电源负极之间连接有第四继电器开关Kn-4；第n节单电池的负极与第1节单电池的正极之间串联有第三继电器开关Kn-3和第一继电器开关K1-1；
第n节单电池的正极与第n-1节单电池的负极之间连接有第一继电器开关Kn-1；还包括用于监测n节单电池电压的控制器(2)，多个继电器开关均连接于控制器(2)；控制器(2)通过多个采样电路分别采集n节单电池的电压。
2.根据权利要求1所述的一种串联能量密度电池组循环充放电电路，其特征在于，控制器(2)连接有人机交互系统(4)，人机交互系统(4)用于显示控制器(2)的监测信息。
3.根据权利要求1所述的一种串联能量密度电池组循环充放电电路，其特征在于，控制器(2)采用STM32控制器。
4.根据权利要求1所述的一种串联能量密度电池组循环充放电电路，其特征在于，其中电池组(1)为串联能量密度电池组。
5.一种根据权利要求1所述的充放电电路的一种串联能量密度电池组循环充放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过控制器实时监测各节单电池的电压状态，如果各单节电池均正常，使其中一个单电池正极开关与充电电源开关导通，作为第一充电单电池，其余单电池的正极与充电电源连接的开关断开，闭合其余与第一充电单电池组成充电串联回路的继电器开关；依次改变不同单电池的正极与充电电源连接作为第一充电单电池，使其余电池依次串联在第一充电单电池末端，从而改变n节并联单电池的不同充电顺序；
如果其中一个单节电池电压不在预设阈值范围内，控制器控制连接该单节电池正负极的开关导通，使其短路，其他电路正常充电。
6.根据权利要求5所述的一种串联能量密度电池组循环充放电控制方法，其特征在于，
通过控制器实时监测各节单电池的电压状态，如果各单节电池均正常，
第1节单电池作为第一充电电池时，使第1节单电池正极与充电电源连接的第二继电器开关K1-2导通，断开第1节单电池正极与第1节单电池负极串联的第三继电器开关K1-3和第一继电器开关K1-1，闭合其他所有第一继电器开关，闭合最后单电池负极与充电电源连接的开关；
非第1节单电池作为第一充电电池时，使第n节单电池正极与充电电源连接的开关导通，断开所有第三继电器开关和第n节单电池与前一节单电池连接的第一继电器开关Kn-1-1，闭合其他所有第一继电器开关；闭合第n-1节单电池负极与充电电源连接的第四继电器开关，断开其余所有第四继电器开关；
如果第n单节电池电压不在预设阈值范围内，控制器控制连接该单节电池正负极的开关导通，使其短路，其他电路正常充电。
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