CN111384736A - 充放电装置、控制方法及装置、电池装置、存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种充放电装置、控制方法及装置、电池装置、存储介质。该充放电装置包括处理器、电压测量单元、限流单元和开关单元，所述处理器根据所述电压测量单元测量的电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。本实施例提供了快充解决方案。

Description

充放电装置、控制方法及装置、电池装置、存储介质

技术领域

本发明实施例涉及但不限于充放电装置、充放电控制方法及装置、电池装置、存储介质。

背景技术

锂电池具有循环寿命高、体积小、重量轻、可大电流快速充放电的优势特性，要想充分利用锂电池的这些特性以获得相应的经济价值，在业界非常困难，尤其是在充电过程中容易出现过流的安全性问题，一直是锂电池管理系统需要攻克的重要难关之一。业界现有的锂电池管理在充电安全方面都是被动的从保护电池角度出发，只能采取被动地充电过流保护措施。

传统分离式锂电池，采用充放电保护措施，体积较大，在锂电池充电过程中，尤其是充电初始电池电压比较低的情况下，容易出现大电流甚至过流充电，为避免持续过流引发连锁的安全风险，此时电池管理系统会执行过流保护，断开充电回路，停止充电。这种方法不仅影响电池使用寿命，也严重影响电池充电效果，导致充电无法进行或者充电时间过长，甚至会损坏电池。

发明内容

本发明至少一实施例提供了一种充放电装置、充放电控制方法及装置、电池装置、存储介质，提高充电效率。

本发明至少一实施例提供一种充放电装置，包括：处理器、电压测量单元、限流单元和开关单元，其中：所述限流单元和开关单元并联后与待充放电的电池单元串联，所述处理器与所述电压测量单元、所述限流单元、所述开关单元相连，所述电压测量单元连接在所述电池单元两端，以及，所述电压测量单元连接在用于对所述电池单元充电的电源两端，其中：

所述电压测量单元用于，测量所述电池单元两端的电压，以及，测量所述电源两端的电压；

所述处理器用于，根据所述电压测量单元测量的电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电；

所述限流单元用于，基于所述处理器的控制闭合或断开电流受限的充电支路；

所述开关单元用于，基于所述处理器的控制闭合或断开电流不受限的充电支路。

本发明至少一实施例提供一种电池装置，包括：任一实施例所述的充放电装置、电池单元。

本发明至少一实施例提供一种充放电控制方法，应用于任一实施例所述的充放电装置，包括：

获取所述电池单元两端的第一电压和所述电源两端的第二电压；

根据所述第一电压和所述第二电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

本发明至少一实施例提供一种充放电控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现任一实施例所述的充放电控制方法。

本发明至少一实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现任一实施例所述的充放电控制方法。

与相关技术相比，本发明至少一实施例中，提供限流单元和电流不受限的开关单元，根据电压选择电流受限的限流单元或电流不受限的开关单元进行充电，提供了大电流的充电解决方案，提高了充电效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是相关技术中的一种简易充电电池系统示意图；

图2a是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图；

图2b是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(增加电流测量单元)；

图2c是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(电压测量单元细化)；

图3是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(增加电芯测量单元)；

图4是本发明一实施例提供的一种充放电控制方法示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(开关单元实现方式一)；

图6是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(开关单元实现方式二)；

图7是本发明一实施例提供的一种电池装置示意图(开关单元实现方式三)；

图8是本发明一实施例提供的限流单元示意图；

图9是本发明一实施例提供的电压测量单元示意图；

图10是本发明一实施例提供的电流测量单元示意图；

图11是本发明一实施例提供的充放电控制方法流程图；

图12是本发明另一实施例提供的充放电控制方法流程图；

图13是本发明一实施例提供的充放电控制装置示意图；

图14是本发明一实施例提供的存储介质示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

业界相关的技术方案是在充放电回路中串联限流模块，充放电中一直限流工作，如图1中的简易充电电池系统所示。这种方案虽然解决了充电阶段过流问题，但限流模块功率消耗大，充放电损耗大、效率很低，成本高，且无法应用在需要大电流快充快放的领域，极大浪费了锂电池大电流快充特性的经济价值，只有小电流充放电限流而无法发挥大电流快充的优势。在充电电池的充电不过流的情况下，充放电效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

图2a为本发明一实施例提供的电池装置示意图。如图2a所示，本发明一实施例提供一种电池装置，包括：电池单元U1和充放电装置，所述充放电装置包括处理器U2、电压测量单元D1、限流单元U3以及开关单元U4。所述限流单元U3与所述开关单元U4并联，所述限流单元U3与所述开关单元U4并联之后与所述电池单元U1、以及用于对所述电池单元充电的所述电源Y1串联，所述处理器U2与所述电压测量单元D1、所述限流单元U3、所述开关单元U4相连，所述电压测量单元D1连接在所述电池单元U1两端，以及，所述电压测量单元D1连接在所述电源Y1两端，其中，所述电源Y1两端A、B之间可以接入负载设备RL(图2a中未示出)，其中，电池单元U1和电源Y1可以对负载设备RL供电，电源Y1未断电时，由Y1为负载设备RL供电，在所述电源Y1断电的情况下，所述电池单元U1为所述负载设备RL供电，其中：

所述电压测量单元D1用于，测量电源Y1两端的电压，测量所述电池单元U1两端的电压；

所述处理器U2用于，控制所述电压测量单元D1，根据所述电压测量单元D1测量的电压，控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态以通过所述限流单元U3、所述开关单元U4至少之一实现所述电池单元U1的充放电；

所述限流单元U3用于，基于所述处理器U2的控制闭合或断开，且在闭合时提供电流受限的充电支路；断开时相当于该限流单元U3从电路中断开。

所述开关单元U4用于，提供电流不受限的充电支路，基于所述处理器U2的控制闭合或断开所述电流不受限的充电支路。

本实施例提供的方案，能根据电池单元的电压和电源电压选择不同的充电方式，提供了大电流充电方案，实现了快充。本实施例中，通过控制限流支路和快充支路分时轮换充电和放电，实现在保障充电电池的充电不过流的情况下，使得电池充放电效率提高，损耗降低，节约充电时间、节约充电能源，达到了充电电池安全、实现成本低与充电效率高的经济价值。

其中，所述电池单元U1包括至少一个电池。所述电池比如为锂电池。所述电池单元U1作为备用电源，包括但不限于磷酸铁锂电池，三元锂电池，钴酸锂电池等锂电池。

在一实施例中，所述限流单元U3比如为具有限定最大电流功能的元件和线路组成的功率变换单元。所述限流单元U3用于充电限流，解决充电过流。

在一实施例中，所述开关单元U4比如为具有单方向控制电流功能的开关元件或开关元件组合。具体的，开关单元U4可以只包括一个开关，也可以包括多个开关，或者，包括多个开关和多个二极管的组合。

在一实施例中，所述处理器U2比较电源Y1和电池单元U1的电压，根据比较结果控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态，具体的，所述处理器U2根据所述电压测量单元D1测量的电压，控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态以通过所述限流单元U3、所述开关单元U4至少之一实现所述电池单元U1的充放电包括：

当所述电源Y1的电压与所述电池单元U1的电压的差值大于或等于第一阈值U0时，断开所述开关单元U4的充电支路，闭合所述限流单元U3以通过所述限流单元U3对所述电池单元U1进行充电；此时为限流充电状态；

当所述电源Y1的电压与所述电池单元U1的电压的差值小于所述第一阈值U0时，断开所述限流单元U3，闭合所述开关单元U4的充电支路以通过所述开关单元对所述电池单元U1进行充电。此时为非限流充电状态，或称快充状态；

其中，所述第一阈值可以根据需要设定，或者，通过试验的方式测定。

在另一实施例中，如图2b所示，所述电池装置还包括电流测量单元D2、分流器D3、所述电流测量单元D2与所述分流器D3、所述处理器U2相连，所述分流器D3连接在所述电池单元U1的充放电支路中(图2b中仅为示意，也可以连接在其他位置，能检测充电电流和放电电流即可)，其中：

所述电流测量单元D2用于，测量所述电池单元U1的放电电流或充电电流；

所述处理器U2还用于，根据所述电流测量单元D2测量的放电电流或充电电流，控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态以通过所述限流单元U3、所述开关单元U4至少之一实现所述电池单元的充放电。

在一实施例中，所述处理器U2根据所述电流测量单元D2测量的放电电流或充电电流，控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态以通过所述限流单元U3、所述开关单元U4至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述限流单元U3断开，所述开关单元U4的充电支路闭合，且所述电流测量单元D2测量的电流大于或等于第二阈值Imax时，断开所述开关单元U4的充电支路，闭合所述限流单元U3。即处于快充状态时，检测电流，电流过大时，切回限流充电状态。如果电流小于第二阈值时，维持快充状态。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在所述限流单元U3闭合后，调整所述限流单元U3的电流值。通过该方式控制回路中的电流值，使得充电电流不超过限流值ILm。限流单元U3是一种开关电路，作为次级旁路与主回路充、放电开关并联。限流单元U3包含但不限于直流功率变换电路、限流板、BUCK电路、BUCK-BOOST电路等。其通过PWM方式控制限流支路上MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)的通断，从而控制充电电流，实现小电流限流充电。

在一实施例中，所述开关单元U4还用于，基于所述处理器U2的控制提供单向放电支路。比如，二极管和一个开关元件串联组成的支路，二极管的导电方向为电池单元的放电电流方向。需要说明的是，开关单元U4中的充电支路和单向放电支路的元件可能存在重合，即二者可能共用同一元件。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在初始时(进行充电前或者比较电源Y1和电池单元U1的电压值之前)，闭合所述开关单元U4的单向放电支路。即提供一放电支路，使得在电源Y1断电时，电池单元U1能及时对负载设备RL进行供电，避免中断。此时，称为在线非浮充状态，该状态下，开关单元U4的充电支路，限流单元U3均处于断开状态。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，当所述电池单元U1满充时，断开所述开关单元U4的充电支路，闭合所述开关单元U4的单向放电支路，断开所述限流单元U3。该实施例充电完毕后及时断开，可以防止电池单元U1过充。电池单元U1是否满充可以通过电池单元U1两端的电压及充电电流是否达到预设阈值来判断。此时进入了在线非浮充状态。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在所述电源Y1断电时且所述电流测量单元D2测量的电流小于第三阈值Imin时，断开所述开关单元U4的充电支路，断开所述限流单元U3。在电源Y1断电后，通过单向放电支路放电。其中，第三阈值可以根据需要设定。适用于负载RL需要的电流较小的情况。此时进入在线非浮充状态。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在所述电源Y1断电且所述电流测量单元D2测量的电流大于第三阈值Imin时，断开所述限流单元U3，闭合所述开关单元U4的充电支路。在电源Y1断电后，通过单向放电支路和开关单元U4的充电支路放电。该状态定义为放充状态，逻辑上与快充状态是一致的、可自由转换，这样就实现了大倍率充放电。

在一实施例中，所述开关单元U4包括：

第一开关、第二开关、第一二极管，所述第一二极管与所述第二开关串联，所述第一开关并联在所述第一二极管与所述第二开关构成的串联支路两端，且所述第一二极管的导电方向为所述电池单元的放电电流方向；此时，充电支路为第一开关组成的电路，放电支路为第二开关、第一二极管组成的电路；

或者，

串联的第一开关和第二开关，并联在所述第一开关两端的第一二极管，且第一二极管的导电方向为电池单元的放电电流方向；此时，充电支路为第一开关组成的电路，放电支路为第一开关、第一二极管组成的电路；

或者，

串联的第一开关和第二开关，并联在所述第一开关两端的第一二极管，并联在所述第二开关两端的第二二极管，且所述第一二极管的导电方向为电池单元的放电电流方向，所述第二二极管的导电方向为对所述电池单元进行充电的充电电流方向。

需要说明的是，开关单元也可以只包括第一开关。另外，上述第一开关、第二开关可以使用更多开关替代，上述第一二极管、第二二极管可以使用更多二极管替代。

在一实施例中，如图2c所示，所述电压测量单元D1包括第一电压测量单元D1-1和第二电压测量单元D1-2；其中，所述第一电压测量单元D1-1连接在电池单元U1的两端，用于检测所述电池单元U1的电压，所述第二电压测量单元D1-2连接在电源Y1的两端，用于检测电源Y1的电压。

在一实施例中，如图3所示，所述充放电装置还包括电芯测量单元D4，所述电芯测量单元D4连接所述电池单元U1和所述处理器U2，其中：

所述电芯测量单元D4用于，测量所述电池单元U1中的电芯电压和电芯温度；

所述处理器U2还用于，根据所述电芯电压和所述电芯温度控制所述限流单元U3和所述开关单元U4的接入状态。比如，电芯电压或电芯温度过高时，停止充电，即断开限流单元U3，断开开关单元U4的充电支路，也可断开开关单元U4的放电支路。

如图4所示，本发明一实施例提供一种充放电控制方法，应用于上述充放电装置，包括：

步骤401，获取电池单元两端的第一电压和电源两端的第二电压；

步骤402，根据所述第一电压和所述第二电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

在一实施例中，所述根据所述第一电压和所述第二电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述电源和所述电池单元的电压的差值大于或等于第一阈值U0时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元以通过所述限流单元对所述电池单元进行充电；

当所述电源和所述电池单元的电压的差值小于所述第一阈值U0时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路以通过所述开关单元对所述电池单元进行充电。

在一实施例中，所述方法还包括：获取所述电池单元的充电电流或放电电流；

根据所述充电电流或放电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

在一实施例中，所述根据所述充电电流或放电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述限流单元断开，所述开关单元的充电支路闭合，且所述放电电流大于或等于第二阈值时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元。

在一实施例中，所述方法还包括，在初始时，闭合所述开关单元的单向放电支路。

在一实施例中，所述方法还包括：当所述电池单元满充时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述开关单元的单向放电支路，断开所述限流单元。

在一实施例中，所述方法还包括，在所述电源断电时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

在一实施例中，所述方法还包括，在所述电源断电时且所述放电电流小于第三阈值时，断开所述限流单元，断开所述开关单元的充电支路。

在一实施例中，所述方法还包括，在所述电源断电且所述放电电流大于第三阈值时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

在其他实施例中，可以包括多个电源Y1、多个负载设备RL，多个电池装置。

在一实施例中，所述开关单元U4可以被控制导电方向与其所在回路需要的电流方向一致，既可以单向放电，也可以双向充放电。

在一实施例中，所述方法还包括，在所述电源Y1断电的情况下，控制所述开关单元U4的充电支路闭合，所述限流单元U3断开。

在一实施例中，所述方法还包括，在所述电源Y1断电的情况下，闭合所述开关单元U4的单向放电支路，断开所述开关单元U4的充电支路，断开所述限流单元U3。

图5提供了电池装置的一种实现方式。该实施例中充电支路与放电支路分离，除开关单元U4外的其他单元请参考之前的实施例，如图5所示，本实施例中，所述开关单元U4包括第一开关S1和第二开关S2，在放电支路中加入了单向限定，即放电支路还包括第一二极管B1，其中，所述第一二极管B1与所述第二开关S2串联，所述第一开关S1并联在所述第一二极管B1与所述第二开关S2构成的串联支路两端，所述二极管B1的导电方向与其所在支路(放电支路)的电流方向一致，即电池单元U1的放电电流方向。该实施例中，充电支路为第一开关S1组成的电路，放电支路为第二开关S2、第一二极管B1组成的电路。

需要说明的是，在另一实施例中，所述开关单元U4仅包括第一开关S1。

基于图5所示电路，为了保障电池单元U1的安全和保养，处理器U2还用于在比较所述电源Y1与所述电池单元U1的电压值之前，控制所述第二开关S2闭合。

在另一实施例中，为了电池单元充电安全不过流，处理器U2根据比较结果，控制所述限流单元U3、所述第一开关S1对所述电池单元U1进行充电，包括：

若所述电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值大于或等于第一阈值U0，所述处理器控制所述第一开关S1断开、所述第二开关S2闭合、开启限流单元U3；

若所述电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值小于第一阈值U0，所述处理器控制所述第一开关S1闭合、所述第二开关S2断开、所述限流单元U3断开。

在另一实施例中，为了保障电池单元U1的电流不过流，该装置还进行电流监测。即在所述电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值小于第一阈值U0，控制所述第一开关S1闭合之后，所述处理器U2还检测充电电流值I，并比较所述充电电流值I与第二阈值Imax；若所述充电电流值I大于或等于所述第二阈值Imax，所述处理器U2控制所述第一开关S1断开、所述第二开关S2闭合、开启限流单元U3。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在开启限流单元U3之后，调整所述限流单元U3的电流，以控制回路中的电流值。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在控制所述第一开关S1闭合之后，在所述电池单元U1满充的情况下，控制所述第一开关S1断开，所述第二开关S2闭合，所述限流单元U3断开，以停止充电。

在一实施例中，所述处理器U2还用于在所述电源Y1断电的情况下，控制所述第一开关S1闭合，所述限流单元U3断开。

在一实施例中，所述处理器U2还用于，在所述电源Y1断电的情况下，控制所述第一开关S1断开，所述第二开关S2闭合，以实现电池单元U1放电。

说明一下上述电池装置的充放电全过程。初始时，限流单元U3断开，第一开关S1断开，闭合第二开关S2。开始充电时，电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值大于或等于第一阈值U0，此时，闭合限流单元U3，闭合第一开关，继续充电至电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值小于第一阈值U0，此时断开限流单元U3，闭合第一开关S1，通过第一开关S1所在支路充电(如果电流过大，则重新切回使用限流单元U3充电)，直到电池单元U1满充，此时，断开第一开关S1和限流单元U3。如果发生电源Y1断电，则由电池单元U1进行供电，此时，可以闭合第一开关S1，保持限流单元U3断开。

在另一实施例中，电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值大于或等于第一阈值U0，此时，闭合限流单元U3，闭合第一开关S1，继续充电至电源Y1与所述电池单元U1的电压的差值小于第一阈值U0，此时断开限流单元U3，闭合第一开关S1，通过第一开关S1所在支路充电(如果电流过大，则重新切回使用限流单元U3充电)，在电池满充之前任一时刻如果电源Y1断电，断开限流单元S3，可以闭合第一开关S1，也可以不闭合，可以根据电路中的电流与第三阈值比较决定，如果电路中的电流大于等于第三阈值，则闭合第一开关S1。需要说明的是，该过程中第二开关S2保持闭合状态。如果放电电流过大或出现其他异常，可以断开第一开关S1，断开第二开关S2。

本发明一实施例提供了另一种电池装置。如图6所示，所述开关单元U4包括第一开关S1和第二开关S2，所述第一开关S1和所述第二开关S2串联，在放电支路中加入了单向限定，即电路的放电支路还包括一个第一二极管B1，其中，所述第一二极管B1与所述第一开关S1并联，所述第一二极管B1的导电方向与其所在支路的电流方向一致(即电池单元U1的放电电流方向)。电池单元U1充满电后不允许继续充电，断开第一开关S1，闭合第二开关S2，监视放电电流经过所述二极管B1和放电开关S3进行放电；需要大电流放电时所述处理器U2控制所述第一开关S1闭合，第二开关S2闭合进行放电。该实施例中，充电支路为第一开关S1和第二开关S2构成的电路，放电支路为第一二极管B1和第二开关S2组成的电路。

本发明另一实施例提供了一种电池装置。如图7所示，除开关单元U4外的其他单元请参考之前的实施例，本实施例中，所述开关单元U4包括第一开关S1和第二开关S2，其中，所述第二开关S2与所述第一开关S1串联，第二开关S2与所述第一开关S1的串联支路与所述限流单元U3并联。在放电支路中加入了单向限定，即所述开关单元U4还包括第一二极管B1和第二二极管B2，其中，所述第一二极管B1与所述第一开关S1并联，所述第二二极管B2与所述第二开关S2并联，所述第一二极管B1和第二二极管B2的导电方向与其所在支路的电流方向一致，即第一二极管B1的导电方向为电池单元U1的放电电流方向，第二二极管B2的导电方向为电池单元U1的充电电流方向。电池充满电后不允许继续充电，断开第一开关S1，闭合第二开关S2，监视放电电流经过所述第一二极管B1和第二开关S2进行放电；需要小电流过渡充电时，所述处理器U2控制第一开关S1闭合，第二开关S2断开进行充电；需要大电流放电时所述处理器U2控制所述第一开关S1闭合，第二开关S2闭合进行放电。

需要说明的是，图5～图7所示装置中也可以加入图3所示的电芯测量单元D4。另外，图5～图7所示实施例提供的开关单元可以应用在本申请任一实施例中。

下面以图5所示实施例进一步进行详细说明。

如图5所示，限流单元U3并联在开关单元U4两端，组成回路开关，回路开关受处理器U2控制。此回路开关与电池单元U1、电源Y1依次串联组成电池充电回路；电源Y1断电时，此回路开关与电池单元U1、负载RL依次串联组成电池放电回路。处理器U2用于电压、电流、温度等检测采样，并控制和管理电池单元安全、可靠地运行，该装置主要包含但不限于以下几个部分(虚线框内)：电池单元U1，处理器U2，第一开关S1，第二开关S2，限流单元U3，电压测量单元D1，电流测量单元D2，分流器D3。

电池单元U1包括若干串联和并联的锂电池电芯(或称单体)；电池单元U1的充放电状态由回路开关控制，回路开关包括开关单元U4和限流单元U3，限流单元U3并联在开关单元U4两端。其中，放电支路由用于防反的第一二极管B1与第二开关S2串联组成，第一开关S1并联在放电支路两端，组成了开关单元U4。整个回路开关中第一开关S1、第二开关S2、限流单元U3均受处理器U2控制。

电池充电过程中，处理器U2通过电压测量单元D1-1实时检测到电源Y1的电压Uy，通过电压测量单元D1-2实时检测电池单元U1的电压Ub，当Uy与Ub的压差△V(△V＝Uy-Ub)大于或等于第一阈值U0，即△V＞＝U0，压差过大存在充电过流风险，此时控制第一开关S1断开、第二开关S2闭合，开启限流单元U3工作，电池单元U1通过限流单元U3进行较小电流的限流充电，从而防止充电过流。当压差△V小于第一阈值U0，即△V＜U0，压差小可能不存在充电过流风险，此时处理器U2控制第一开关S1闭合、限流单元U3断开不工作，电池单元U1通过第一开关S1进行较大电流充电。若处于通过第一开关S1充电时，处理器U2通过分流器D3检测到回路电流I超过第二阈值Imax，即I＞Imax，则处理器U2控制第一开关S1断开，第二开关S2闭合，开启限流单元U3，限流充电或者放电开启。当电源Y1断电时，充电停止，处理器U2控制第一开关S1闭合、第二开关S2闭合，限流单元U3断开不工作，开启放电过程。其中第一开关S1为大电流支路，第二开关S2构成的电路为小电流支路，本方案既能防止电池单元充电过流，同时保证了充电效率。

本实例中的限流单元与开关单元为并联关系，充电过程中有两种充电方式可选择。所述处理器通过实时检测电路电压、电流，通过电压压差和电流与预设阈值进行比较判断，合理选择以快充方式还是限流充电方式进行充电，提供了快充方案，另外，通过限流充电方式实现了过流保护。限流单元受处理器控制使其可以在合适的时机退出充电回路同时启动开关单元充电，保证较大电流充电，缩短了充电时间，从而解决了充电效率低的问题。本方法策略简单可靠，成本经济，易于实现。

在上述实施例中：

(1)电池单元正极与电源正极相连，作为共地端。电源Y1和负载设备RL是用于描述本发明所处应用场景；电源Y1用于电池充电和负载设备RL供电，负载设备RL为实际用电设备的等效负载。

需要说明的是，在另一实施例中，所述电池单元负极与电源负极相连，将负极作为共地端。

(2)限流单元如BUCK电路等实现，如图8所示的为一BUCK电路实施例，通过调节PWM来控制输出电流值。该电路包括：第一电容C1的一端连接MOS管M1漏极，PWM信号输入MOS管M1的栅极，MOS管M1的源极连接第三二极管B3的负极，第一电容C1的另一端连接第三二极管B3的负极，电感L1的一端连接第三二极管的负极，电感L1的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接第三二极管B3的正极。

(3)第一电压测量单元D1-1检测母排负极电压，即电源电压Uy，第二电压测量单元D1-2检测电池单元负极电压，即电池单元电压Ub；如图9所示的为电压测量单元的一实施例，包括：电阻R1的一端为第一电压输入端，电阻R1的另一端连接运算放大器P1的反向输入端，电阻R2的一端连接所述运算放大器P1的反向输入端，电阻R2的另一端连接所述运算放大器P1的输出端；电阻R3的一端为第二电压输入端，电阻R3的另一端连接运算放大器P1的同向输入端，电阻R4的一端连接所述运算放大器P1的同向输入端，电阻R4的另一端接地。

其中，所述运算放大器P1的输出端的电压Vout＝((VI+)-(VI-))*R2/R1，再由ADC还原成数字化电压值。第一电压测量单元D1-1可以用图9所示的电压测量单元实现，第二电压测量单元D1-2可以用图9所示的电压测量单元实现。

(4)所述电流测量单元D2用于检测回路电流，即充电或放电电流I；分流器D3用于采样回路电流，分流器D3包括但不限于霍尔传感器、电流互感器、分流器、电阻检测等。如图10所示为电流测量单元D2的一实施例，包括：包括：电阻R5的一端为第一电流输入端，电阻R5的另一端连接运算放大器P2的反向输入端，电阻R6的一端连接所述运算放大器P2的反向输入端，电阻R6的另一端连接所述运算放大器P2的输出端；电阻R7的一端为第二电流输入端，电阻R7的另一端连接运算放大器P2的同向输入端，电阻R8的一端连接所述运算放大器P2的同向输入端，电阻R8的另一端接地；

运送放大器P2的输出端输出的IBout＝((IB+)-(IB-))*R4/R3，再由ADC还原成数字化电流值。

(5)所述第一开关S1、第二开关S2可以是任何一种受控的开关特性元器件，包括但不限于接触器、继电器、MOSFET管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。

(6)所述第一阈值、第二阈值、第三阈值均为处理器中控制参数，参数可软件设置或预置。

如图11所示，使用图5所示电池装置对电池单元进行充放电的方法包括：

步骤1101，电池充电开始前处理器U2判断系统是否存在故障或保护告警；若无，执行步骤1103，若有，执行步骤1102；

步骤1102，断开限流单元U3，断开开关单元U4，结束；

步骤1103，闭合第二开关S2，从而接通放电回路，保证随时能放电的能力。

步骤1104，处理器通U2过电压测量单元D1-1实时检测电源Y1的电压Uy，以及，通过电压测量单元D1-2实时检测电池单元U1的电压Ub；处理器U2比较Uy与Ub的压差△V与第一阈值U0的大小，从而控制充电方式，若Uy与Ub的压差△V(△V＝Uy-Ub)大于等于第一阈值U0，即△V＞＝U0，执行步骤1105，若压差△V小于第一阈值U0，即△V<U0，执行步骤1106；

步骤1105，压差过大存在充电过流风险，此时处理器U2控制第一开关S1断开，闭合限流单元U3，电池单元U1通过限流单元U3进行限流充电。

其中，限流单元U3是一种功率变换开关电路，处理器U2采用PWM方式控制限流单元U3中的MOS管的通断，其通过实时调整PWM波形占空比来控制限流单元U3输出电流大小，将限流单元U3中的电流控制在预设阈值范围内，从而防止充电过流。在另一实施例中，限流单元U3还可以是具有独立输出限流功能的功能单元，处理器U2发出限流命令给限流单元U3，限流单元U3根据该限流命令执行输出限流充电，实现充电不过流的目标。

步骤1106，压差小不存在充电过流风险，处理器U2控制第一开关S1闭合，限流单元U3断开，电池单元U1通过第一开关S1充电，可执行较大电流充电，实现电池快充的目标。

步骤1107，处于通过第一开关S1充电的状态时，处理器U2通过电流测量单元D2检测到回路电流I，并判断回路电流I是否超过第二阈值Imax。若I＞Imax，执行步骤1105；若I<Imax，执行步骤1108；

步骤1108，维持通过第一开关S1继续充电；

步骤1109，当电源Y1断电时，充电停止，由于第二开关S2已闭合，放电立即开始，处理器U2通过检测到母排电压Uy和放电电流I判断放电状态开启，则立即控制第一开关S1闭合，断开限流单元U3，开启放电过程。

需要说明的是，在其他实施例中，当在通过限流单元U3进行充电的过程中电源Y1断电，充电停止，处理器U2立即控制第一开关S1闭合，限流单元U3断开，限流单元U3退出工作，开启放电。

本实例的技术方案既能防止电池单元充电过流，同时保证了充电效率。

如图12所示，使用图7所示电池装置对电池单元进行充放电的方法包括：

步骤1201，在处理器U2中设置第一阈值U0、第二阈值Imax参数大小；

步骤1202，处理器U2开机初始化后，检测到系统保护机制与故障；如果检测到系统无保护与严重故障，转步骤1204，否则，转步骤1203；

步骤1203，断开限流单元U3，断开开关单元U4，结束；

步骤1204，闭合第二开关S2，保证放电能力；

步骤1205，处理器U2通过电压测量单元D1-1实时检测到电源电压Uy，通过电压测量单元D1-2实时检测电池单元电压Ub。处理器U2将电源电压与电池电压的压差△V与预设压差值进行比较；若△V＜U0，执行步骤1206，若△V＞U0，执行步骤1207；

电源Y1上电，开启电池充电时，处理器U2实时计算并判断电源电压与电池电压的压差△V与第一阈值U0大小，并根据比较结果控制第一开关S1、第二开关S2、限流单元U3的工作方式。

步骤1206，处理器U2控制第一开关S1断开、限流单元U3闭合，电池单元通过限流单元U3进行限流充电，限流充电过程中，电池电压随着充电而升高，压差△V随之逐渐变化，因此，需要重新比较△V和U0，执行步骤1205；

步骤1207，处理器U2控制第一开关S1闭合、限流单元U3断开即限流单元U3不工作，电池单元通过开关单元U4进行充电，执行步骤1208；

步骤1208，处理器控制电流测量单元D2工作，实时检测电流I，与第二阈值Imax进行比较，并根据比较结果来控制限流单元U3和开关单元U4。若此充电过程中，处理器U2检测到回路电流I大于或等于第二阈值Imax时，执行步骤1206，当I小于第二阈值Imax时，执行步骤1209；

在另一实施例中，当回路电流I大于或等于第二阈值Imax且持续了约定时间，执行步骤1206；

其中，充电开启时，限流开启后，处理器U2采用PWM方式控制限流单元U3支路上MOS管的通断，再通过实时调整PWM波形占空比来控制限流单元U3输出电流大小，将限流支路中电流控制在约定阈值范围内，从而防止充电过流。或者，限流单元U3还可以是具有独立输出限流功能的功能单元，处理器U2发出限流命令给限流单元U3，限流单元U3自动执行输出限流充电。

步骤1209，判断电池单元是否进入满充状态(电流I和电压Ub到达预设阈值)，如果是，执行步骤1210，否则，重新判断电池单元是否进入满充状态；

步骤1210，处理器U2控制第一开关S1断开，保持第二开关S2闭合，进入可放电不可充电状态。当电池满充时只需断开充电支路，即可防止电池浮充，且不影响放电，保证了放电支路时刻在线。

当第一开关S1断开第二开关S2闭合系统处于可放电不可充电状态时，电源Y1出现断电，电池单元U1开启放电，处理器U2检测到放电电流I大于预设阈值(比如第三阈值)，则立即闭合第一开关S1，保证正常放电。

在另一实施例中，当电池单元处于限流充电时电源Y1断电，充电停止。处理器U2立即控制第一开关S1闭合，限流单元U3断开，限流单元U3退出工作，开启放电。

如图13所示，本发明一实施例提供一种充放电控制装置130，包括存储器1310和处理器1320，所述存储器1310存储有程序，所述程序在被所述处理器1320读取执行时，实现任一实施例所述的充放电控制方法。

如图14所示，本发明一实施例提供一种计算机可读存储介质140，，所述计算机可读存储介质140存储有一个或者多个程序141，所述一个或者多个程序141可被一个或者多个处理器执行，以实现任一实施例所述的充放电控制方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (26)

1.一种充放电装置，包括：处理器、电压测量单元、限流单元和开关单元，其中：所述限流单元和所述开关单元并联后与待充放电的电池单元、以及用于对所述电池单元充电的电源串联，所述处理器与所述电压测量单元、所述限流单元、所述开关单元相连，所述电压测量单元连接在所述电池单元两端，以及，所述电压测量单元连接在所述电源两端，其中：

所述电压测量单元用于，测量所述电池单元两端的电压，以及，测量所述电源两端的电压；

所述处理器用于，根据所述电压测量单元测量的电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电；

所述限流单元用于，基于所述处理器的控制闭合或断开，且在闭合时提供电流受限的充电支路；

所述开关单元用于，提供电流不受限的充电支路，基于所述处理器的控制闭合或断开所述电流不受限的充电支路。

2.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器根据所述电压测量单元测量的电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述电源的电压与所述电池单元的电压的差值大于或等于第一阈值时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元以通过所述限流单元对所述电池单元进行充电；

当所述电源的电压与所述电池单元的电压的差值小于所述第一阈值时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路以通过所述开关单元对所述电池单元进行充电。

3.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述充放电装置还包括电流测量单元和分流器，所述电流测量单元与所述分流器、所述处理器相连，所述分流器与所述电池单元串联；

所述电流测量单元用于，测量所述电池单元的放电电流或充电电流；

所述处理器还用于，根据所述电流测量单元测量的放电电流或充电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

4.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器根据所述电流测量单元测量的放电电流或充电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述限流单元断开，所述开关单元的充电支路闭合，且所述电流测量单元测量的电流大于或等于第二阈值时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元。

5.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，在所述限流单元闭合后，调整所述限流单元的电流值。

6.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，所述开关单元还用于，基于所述处理器的控制提供单向放电支路。

7.根据权利要求6所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，在初始时，闭合所述开关单元的单向放电支路。

8.根据权利要求6所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，当所述电池单元满充时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述开关单元的单向放电支路，断开所述限流单元。

9.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，在所述电源断电时，断开所述开关单元的充电支路，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的单向放电支路。

10.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，在所述电源断电时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

11.根据权利要求3所述的充放电装置，其特征在于，所述处理器还用于，

在所述电源断电时且所述电流测量单元测量的电流大于第三阈值时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

12.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，所述开关单元包括：

第一开关、第二开关、第一二极管，所述第一二极管与所述第二开关串联，所述第一开关并联在所述第一二极管与所述第二开关构成的串联支路两端，且所述第一二极管的导电方向为所述电池单元的放电电流方向；

或者，

串联的第一开关和第二开关，并联在所述第一开关两端的第一二极管，且第一二极管的导电方向为电池单元的放电电流方向；

或者，

串联的第一开关和第二开关，并联在所述第一开关两端的第一二极管，并联在所述第二开关两端的第二二极管，且所述第一二极管的导电方向为电池单元的放电电流方向，所述第二二极管的导电方向为对所述电池单元进行充电的充电电流方向。

13.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，其特征在于，所述电压测量单元包括第一电压测量单元和第二电压测量单元，所述第一电压测量单元连接在所述电池单元的两端，所述第二电压测量单元连接在所述电源两端，其中：

所述第一电压测量单元用于，测量所述电池单元两端的电压；

所述第二电压测量单元用于，测量所述电源两端的电压。

14.根据权利要求1至13任一所述的充放电装置，其特征在于，所述充放电装置还包括电芯测量单元，所述电芯测量单元连接所述电池单元和所述处理器，其中：

所述电芯测量单元用于，测量所述电池单元中的电芯电压和电芯温度；

所述处理器还用于，根据所述电芯电压和所述电芯温度控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态。

15.一种电池装置，包括：如权利要求1至14任一所述的充放电装置、电池单元。

16.一种充放电控制方法，应用于如权利要求1至14任一所述的充放电装置，包括：

获取所述电池单元两端的第一电压和所述电源两端的第二电压；

根据所述第一电压和所述第二电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

17.根据权利要求16所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述第一电压和所述第二电压，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述电源的电压与所述电池单元的电压的差值大于或等于第一阈值时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元以通过所述限流单元对所述电池单元进行充电；

当所述电源的电压与所述电池单元的电压的差值小于所述第一阈值时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路以通过所述开关单元对所述电池单元进行充电。

18.根据权利要求16所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述电池单元的充电电流或放电电流；

根据所述充电电流或放电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电。

19.根据权利要求16所述的充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述充电电流或放电电流，控制所述限流单元和所述开关单元的接入状态以通过所述限流单元、所述开关单元至少之一实现所述电池单元的充放电包括：

当所述限流单元断开，所述开关单元的充电支路闭合，且所述放电电流大于或等于第二阈值时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述限流单元。

20.根据权利要求16所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括，在初始时，闭合所述开关单元的单向放电支路。

21.根据权利要求16所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述电池单元满充时，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述开关单元的单向放电支路，断开所述限流单元。

22.根据权利要求16至21任一所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述电源断电时，断开所述限流单元，断开所述开关单元的充电支路，闭合所述开关单元的单向放电支路。

23.根据权利要求16至21任一所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述电源断电时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

24.根据权利要求16至21任一所述的充放电控制方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述电源断电时且所述电池单元的放电电流大于第三阈值时，断开所述限流单元，闭合所述开关单元的充电支路。

25.一种充放电控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如权利要求16至24任一所述的充放电控制方法。

26.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求16至24任一所述的充放电控制方法。

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