CN109450051B - 一种电池系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池系统及其控制方法，包括：M个电池模块并联连接，每个电池模块包括：N个电池支路，每个电池支路至少包括一个电池或者多个串并联的电池；第一输出端和第二输出端；连接在电池和第一输出端之间的开关电路；和电池管理器，用于检测电池的电池电压并控制开关电路，其中每个电池管理器通过通信总线连接到其他电池管理器，并将相应电池模块的模块信息发送给其他电池管理器，从其他电池管理器接收模块信息，并根据模块信息控制相应的开关电路；所述电池管理器根据电池的生命周期，调整接入的电池模块的数量以及每个电池模块的电池支路的数量。本发明能够提高电池的使用寿命，合理调配电池的接入数量以满足电池供电需求。
Description
技术领域
本发明涉及电池充放电技术领域，具体而言，涉及一种电池系统及其控制方法。
背景技术
为了提供稳定的电力供应，可以将直流电力施加到要长时间接通的电子设备。直流电力可以从电池系统提供。 即使在发生电源故障或另一个电源不可用时，电池系统也可以提供电力。可以通过并联连接电池模块来形成高容量电池系统。 如果不同电压的电池模块并联连接，则可能发生浪涌电流。 浪涌电流可能导致一个或多个电池模块或整个电池系统发生故障。
在现有技术中，通过多个电池模块进行并联以满足电池系统输出的需求，这是常规的进行供电的方式，然后，对于并联的电池系统，如何进行调配电池接入的数量，如何根据有效的调配接入电池数量，以在满足电池供电的需求的同时，提高电池的使用寿命，最大限度的减少电池的损耗，提高电池的使用寿命以降低成本，这是现有技术中的难点，急需一种有效的方式进行电池系统的管理。
发明内容
本发明提出了一种电池系统，包括：
M个电池模块并联连接，每个电池模块包括：
N个电池支路，每个电池支路至少包括一个电池或者多个串并联的电池；
第一输出端和第二输出端；
连接在电池和第一输出端之间的开关电路；和
电池管理器，用于检测电池的电池电压并控制开关电路，其中每个电池管理器通过通信总线连接到其他电池管理器，并将相应电池模块的模块信息发送给其他电池管理器，从其他电池管理器接收模块信息，并根据模块信息控制相应的开关电路；
所述电池管理器根据电池的生命周期，调整接入的电池模块的数量以及每个电池模块的电池支路的数量。
所述的电池系统，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入合适数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数。
所述的电池系统，所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式（1）和式（2）推导可得出生命周期提高因数
：
其中，
、
、
、
分别为电池系统电流三次方程的系统，均为常数，
为电池系统输出的电动势，
为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
所述的电池系统，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
所述的电池系统，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
一种如上述任意一项所述电池系统的控制方法，包括如下步骤：
检测负载需求电压和电流大小；
根据电压和电流的大小，控制M个电池模块的其中一个电池模块的放电开关导通以接入N个电池支路中合适数量的电池；
将接入电池数量和开关动作方式发送到其他电池管理器以进行复制操作，控制开关的动作；
根据开关的动作方式，调整生命周期提高因数。
所述的控制方法，通过电池管理器控制开关动作，并调整生命周期提高因数，其中，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入合适数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数。
所述的控制方法，所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式（1）和式（2）推导可得出生命周期提高因数
：
其中，
、
、
、
分别为电池系统电流三次方程的系统，均为常数，
为电池系统输出的电动势，
为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
所述的控制方法，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
所述的控制方法，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够针对多并联模块的电池系统进行生命周期提高判断，通过调整并联连接的电池的分配数量，提升电池的运行时间，有助于节约电池使用寿命。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的电池系统的示意图。
图2是本发明电池系统的控制方法的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，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于解释本发明 ，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
实施例一：
如图1所示，为本发明提出的一种电池系统的示意图，包括：
M个电池模块并联连接，每个电池模块包括：
N个电池支路，每个电池支路至少包括一个电池或者多个串并联的电池；
第一输出端和第二输出端；
连接在电池和第一输出端之间的开关电路；和
电池管理器，用于检测电池的电池电压并控制开关电路，其中每个电池管理器通过通信总线连接到其他电池管理器，并将相应电池模块的模块信息发送给其他电池管理器，从其他电池管理器接收模块信息，并根据模块信息控制相应的开关电路；
所述电池管理器根据电池的生命周期，调整接入的电池模块的数量以及每个电池模块的电池支路的数量。
所述的电池系统，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入合适数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数。
所述的电池系统，所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式（1）和式（2）推导可得出生命周期提高因数
：
其中，
、
、
、
分别为电池系统电流三次方程的系统，均为常数，
为电池系统输出的电动势，
为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
所述的电池系统，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
所述的电池系统，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
如图2所示，为本发明一种如上述任意一项所述电池系统的控制方法的示意图，包括如下步骤：
检测负载需求电压和电流大小；
根据电压和电流的大小，控制M个电池模块的其中一个电池模块的放电开关导通以接入N个电池支路中合适数量的电池；
将接入电池数量和开关动作方式发送到其他电池管理器以进行复制操作，控制开关的动作；
根据开关的动作方式，调整生命周期提高因数。
所述的控制方法，通过电池管理器控制开关动作，并调整生命周期提高因数，其中，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入合适数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数。
所述的控制方法，所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式（1）和式（2）推导可得出生命周期提高因数
：
其中，
、
、
、
分别为电池系统电流三次方程的系统，均为常数，
为电池系统输出的电动势，
为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
所述的控制方法，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
所述的控制方法，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够针对多并联模块的电池系统进行生命周期提高判断，通过调整并联连接的电池的分配数量，提升电池的运行时间，有助于节约电池使用寿命。
实施例二：
本发明提出了一种电池系统，包括：
M个电池模块并联连接，每个电池模块包括：
N个电池支路，每个电池支路至少包括一个电池或者多个串并联的电池；
第一输出端和第二输出端；
连接在电池和第一输出端之间的开关电路；和
电池管理器，用于检测电池的电池电压并控制开关电路，其中每个电池管理器通过通信总线连接到其他电池管理器，并将相应电池模块的模块信息发送给其他电池管理器，从其他电池管理器接收模块信息，并根据模块信息控制相应的开关电路；
所述电池管理器根据电池的生命周期，调整接入的电池模块的数量以及每个电池模块的电池支路的数量。
所述的电池系统，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入合适数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行根据接收的信息进行反馈操作，相应的反馈调整开关导通信息，以及分配的接入的电池信息，通过反馈信息，使不同模块模块之间可以不按照相同的方式接入电池数量，如第一电池模块接入的数量A，第二个电池模块接入的数量为B，A>B，并通过该方式与完全复制相同的接入的电池数量的生命提高因数进行比较，确定生命提高周期因数的大小，选择大的作为生命提高因数，并再一次反馈给电池系统以得出合适的控制方式，接入电池。
通过两次反馈，得出最佳的提高电池系统使用寿命的运行方式，生命周期因数可以按照公式（1）-公式（3）的方式进行推导计算得出，调整接入电池的数量即可。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统或设备等均是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术的发展许多元素仅是示例而不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
此外，尽管每个操作可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的顺序。一个过程可能有其他步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。当在软件、固件、中间件或代码中实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的非暂时性计算机可读介质中，并通过处理器执行所描述的任务。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，所述权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (6)
1.一种电池系统，其特征在于，包括：
M个电池模块并联连接，每个电池模块包括：
N个电池支路，每个电池支路至少包括一个电池或者多个串并联的电池；
第一输出端和第二输出端；
连接在电池和第一输出端之间的开关电路；和
电池管理器，用于检测电池的电池电压并控制开关电路，其中每个电池管理器通过通信总线连接到其他电池管理器，并将相应电池模块的模块信息发送给其他电池管理器，从其他电池管理器接收模块信息，并根据模块信息控制相应的开关电路；
所述电池管理器根据电池的生命周期，调整接入的电池模块的数量以及每个电池模块的电池支路的数量；所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入设定数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数；所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式(1)和式(2)推导可得出生命周期提高因数δ：
其中，
分别为电池系统电流三次方程的系数，均为常数，E(I)为电池系统输出的电动势，
为每个电池对于的每个支路输出的电动势，RD为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
3.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述电池系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
检测负载需求电压和电流大小；
根据电压和电流的大小，控制M个电池模块的其中一个电池模块的放电开关导通以接入N个电池支路中设定数量的电池；
将接入电池数量和开关动作方式发送到其他电池管理器以进行复制操作，控制开关的动作；
根据开关的动作方式，调整生命周期提高因数；通过电池管理器控制开关动作，并调整生命周期提高因数，其中，所述电池管理器包括电压检测模块、电流检测模块、生命周期预测模块、生命周期优化调整模块、控制模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别用于检测电池系统需要输出的电压和电流大小，根据电压和电流的大小，控制模块控制开关电路导通以接入设定数量的电池，并将接入的电池数量和开关控制情况发送给其他电池管理器和所述生命周期预测模块，其他电池管理器根据接收的信息进行复制操作；所述生命周期预测模块根据接收到的控制模块的信号，进行生命周期预测判断，并将判断结果发送给所述生命周期优化调整模块，所述生命周期优化调整模块根据所述判断结果调整生命周期提高因数；所述生命周期提高因数的计算方式如下：
由式(1)和式(2)推导可得出生命周期提高因数δ：
其中，
分别为电池系统电流三次方程的系数，均为常数，E(I)为电池系统输出的电动势，
为每个电池对于的每个支路输出的电动势，RD为电池系统的等效电阻，I为电池系统输出的电流。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，每个电池管理器用于：根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，将相应电池的电池电压与端电压进行比较，以及基于比较结果控制相应开关电路的连接状态。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述开关电路包括：充电开关和放电开关串联连接在电池和第一输出端子之间；和预充电开关和预充电电阻串联连接在电池和第一输出端之间；模块信息表示电池的电池电压和充电开关，放电开关和预充电开关的连接状态，每个电池管理器根据模块信息确定第一输出端和第二输出端之间的端电压，当相应电池的电池电压与端电压之间的差值大于预设值时，打开充放电开关，关闭预充开关，当差值等于或小于预设值时，应关闭充电和放电开关并打开预充电开关；当电池系统开启时，每个电池管理器将从模块信息中收集其他电池模块的电池电压，当相应电池模块的电池电压大小在其他电池模块的电池电压大小之间的预设顺序时，相应开关电路的充放电开关将被关闭，相应开关的预充电开关为被打开。
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