CN111391713A - 一种串联电池包的充放电管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联电池包的充放电管理系统及方法，充放电管理系统包括主控单元、充电系统以及检测系统；充电系统包括针对每个电池包单独进行充电的单包充电线路以及对串联总包进行充电的总包充电线路；主控单元可控制每个单包充电线路以及总包充电线路的通、断；检测系统包括针对每个电池包单独设置的单包电压传感器以及针对串联总包设置的总包电压传感器；各电压传感器均连接主控单元。本发明的串联电池包的充放电管理系统及方法通过设置主控单元、充电系统以及检测系统，主控单元可根据检测系统监测各电池包及串联总包的充、放电数据，并据此控制充电系统中各充电线路的通、断，使得各电池包可均衡充电且充、放电安全。

Description

一种串联电池包的充放电管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种串联电池包的充放电管理系统及方法。

背景技术

电池包在各类用电产品中都要用到，对于电动车等用电量较大的产品，其电源一般都是由多个电池包串联而成的，这些电池包一般都是同时充电、同时放电，缺乏有效的充放电管理，使得各电池包往往难以均衡充放电，可能会造成充电时有的电池有的过充，有的电池还未充满，严重时会产生危险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可使串联在一起的多个电池包均衡充电、保证充放电安全的串联电池包的充放电管理系统及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的串联电池包的充放电管理系统，用于为串联总包充电，所述串联总包包括串联在一起的多个电池包，其特征在于，其包括主控单元、充电系统以及检测系统；

所述充电系统包括针对每个所述电池包单独进行充电的单包充电线路以及对所述串联总包进行充电的总包充电线路；所述主控单元可控制每个所述单包充电线路以及所述总包充电线路的通、断；

所述检测系统包括针对每个所述电池包单独设置的单包电压传感器以及针对所述串联总包设置的总包电压传感器；各电压传感器均连接所述主控单元。

进一步地，所述检测系统还包括连接所述主控单元的电流传感器；所述总包充电线路及各所述单包充电线路中，至少前者经过所述电流传感器。

进一步地，所述充电系统包含的供电模块包含两个正极输出端，两个正极输出端分别用于为所述总包充电线路及各所述单包充电线路供电；

两个所述正极输出端之间通过连接开关连接，所述主控单元可控制所述连接开关的通、断。

进一步地，每个所述电池包上均具备与所述主控单元连接的信息反馈电极。

一种串联电池包的充放电管理方法，其应用于上述的串联电池包的充放电管理系统的主控单元，其特征在于，所述方法包括：

获取各所述单包电压传感器的电压数据以得到各所述电池包的单包电压值；

根据单包电压值判断各所述电池包是否充电均衡；

当各所述电池包充电不均衡，执行均衡流程以使各所述电池包充电均衡；

其中，所述均衡流程包括：

控制所述总包充电线路断开或保持断开状态；

控制对应于单包电压值较低的电池包的单包充电线路导通，并控制对应于单包电压值较高的电池包的单包充电线路断开或保持断开状态。

进一步地，所述方法还包括：

总包充电进程中，判断各所述电池包的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止总包充电进程；

执行所述均衡流程过程中，判断处于充电状态的所述电池包的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止所述均衡流程。

进一步地，所述方法还包括：

获取所述总包电压传感器的电压数据以得到所述串联总包的总包电压值；

总包充电进程中，判断所述总包电压值是否超出总包过压保护电压；是则停止总包充电进程；

执行所述均衡流程过程中，判断所述总包电压值是否超出所述总包过压保护电压；是则停止所述均衡流程。

进一步地，所述方法还包括：

总包放电进程中，判断所述串联总包的总包电压值是否低于总包过放保护电压；是则停止放电进程；

总包放电进程中，判断各所述电池包的单包电压值是否低于单包过放保护电压；是则停止放电进程。

进一步地，所述检测系统还包括连接所述主控单元的电流传感器，所述总包充电线路经过所述电流传感器；所述方法还包括：

获取所述电流传感器的电路数据以得到总包充电线路中的总包电流值；

总包充电进程中，判断所述总包电流值是否超过充电电流保护点；是则停止总包充电进程；

总包放电进程中，判断所述总包电流值是否超过放电电流保护点；是则停止总包放电进程。

进一步地，每个所述电池包上均具备与所述主控单元连接的信息反馈电极；所述方法还包括：

获取每个所述电池包通过其信息反馈电极反馈的信息数据；

根据所述信息数据判断各电池包是否存在故障，是则停止涉及有故障的电池包的充、放电进程；

根据所述信息数据判断各电池包的温度是否在预定范围，否则停止涉及有故障的电池包的充、放电进程。

有益效果：本发明的串联电池包的充放电管理系统及方法通过设置主控单元、充电系统以及检测系统，主控单元可根据检测系统监测各电池包及串联总包的充、放电数据，并据此控制充电系统中各充电线路的通、断，使得各电池包可均衡充电且充、放电安全。

附图说明

附图1为串联电池包的充放电管理系统的系统构成图；

附图2为串联电池包的充放电管理方法的流程示意图。

图中：100-串联电池包的充放电管理系统；1-电池包；2-主控单元；3-充电系统；31-单包充电线路；32-总包充电线路；33-DCDC模块；34-供电模块；35-充电状态指示单元；4-检测系统；41-单包电压传感器；42-总包电压传感器；43-电流传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示的串联电池包的充放电管理系统100用于为串联总包充电，所述串联总包包括串联在一起的多个电池包1，本实施例中以两个电池包1的情形为例进行详细说明。如附图1所示，两个电池包1分别为电池包A与电池包B，每个电池包均具有四个电极，分别为正极(B1+、B2+)、负极(B1-、B2-)、TV极(TV1、TV2)以及BS极(BS1、BS2)。

串联电池包的充放电管理系统100包括主控单元2、充电系统3以及检测系统4；

电池包1的TV极与BS极均属于信息反馈电极，其中TV极可向主控单元2反馈电池包1是否有故障、单包温度，BS极可向主控单元2反馈电池包1的属性信息，属性信息如电池包的状态(正常、什么故障)、电池包的属性(电芯型号等)、电池包的实时参数(单节电芯电压等)，另外，主控单元2可通过TV极与BS极唤醒处于睡眠状态的电池包1。

对于单个电池包1而言，对其充电时，主控单元2无须考虑单个电池包1内众多电芯中每个电芯的过充过放情况，仅依据该电池包1的TV极输出的故障信号即可对其运行情况进行判断以决定是否继续为其充电或使其继续放电。

所述充电系统3包括针对电池包A与电池包B分别单独进行充电的两个单包充电线路31以及对所述串联总包进行充电的总包充电线路32；两组单包充电线路31并联后通过DCDC模块33与供电模块34连接，供电模块34与电网连接，DCDC模块33起到降压作用，将供电模块34提供的电压进行降压处理后再为电池包A或电池包B。总包充电线路32直接与供电模块34连接。

所述主控单元2可控制每个所述单包充电线路31以及所述总包充电线路32的通、断；具体地，与电池包A连接的单包充电线路31上设置有上述开关S3与开关S4，与电池包B连接的单包充电线路31上设置有开关S1与开关S2，总包充电线路32上设置有通断开关K1，开关S1、S2、S3、S4以及通断开关K1均为电控开关，五者均与主控单元2连接，主控单元2可分别控制五者的通断以分别对每路单包充电线路31以及总包充电线路32的通、断进行控制。通断开关K1连通时，供电模块34对串联总包进行充电，此时开关S1、S2、S3、S4四者均断开；当电池包A与电池包B需要进行均衡时，通断开关K1断开，且开关S1、S2、S3、S4四者中，同时只有开关S1、S2连通以对电池包A进行单独充电，或者同时只有开关S3、S4连通以对电池包B进行单独充电。

所述检测系统4包括针对每个所述电池包1单独设置的单包电压传感器41以及针对所述串联总包设置的总包电压传感器42；各电压传感器均连接所述主控单元2。主控单元2可根据各电压传感器(包括单包电压传感器41与总包电压传感器42)检测的电压数据判断各电池包1是否充电均衡、单独的电池包1是否过充过放以及串联总包整体是否过充过放，保证个电池包充电均衡以及充放电安全。

所述检测系统4还包括连接所述主控单元2的电流传感器43；所述总包充电线路32及各所述单包充电线路31中，至少前者经过所述电流传感器43。本实施例中，电流传感器43设置在供电模块34的输出负极附近，每条单包充电线路31与总包充电线路32均经过所述电流传感器43。如此，主控单元2可在总包充电进程、以及对各电池包1单独充电以均衡各电池包1的电量的进程中监控充电线路中的电流，当电流数值异常可及时切断进程以保证充电安全。

优选地，所述充电系统3还包括充电状态指示单元35；所述充电状态指示单元35连接所述主控单元2。本实施例中，充电状态指示单元35包含指示灯L1与指示灯L2，指示灯L1为红色，指示灯L2为绿色，当正在充电，主控单元2控制指示灯L1发光，当充电完成，主控单元2控制指示灯L2发光，如此用户可获知串联总包的充电状态。

优选地，所述充电系统3包含的供电模块34包含两个正极输出端(D+、C+)与一个负极输出端(P-)，总包充电线路32连接正极输出端D+与负极输出端P-，单包充电线路31均通过DCDC模块33连接正极输出端C+与负极输出端P-。两个所述正极输出端之间通过连接开关K2连接，所述主控单元2可控制所述连接开关K2的通、断。当两个正极输出端D+与C+均正常供电(接通总包充电线路32或任一条单包充电线路31，判断对应的电压传感器的电压数据是否是0，不是0的话说明供电正常)，主控单元2控制连接开关K2断开；当两个正极输出端D+与C+中有一个出现故障(接通总包充电线路32或任一条单包充电线路31，判断对应的电压传感器的电压数据是否是0，是0或电压数值波动较大的话说明供电有故障)，主控单元2控制连接开关K2接通，使得总包充电线路32与各单包充电线路31共享同一正常的正极输出端。

如附图2所示，本发明还提供了一种串联电池包的充放电管理方法，其应用于上述的串联电池包的充放电管理系统的主控单元2，所述方法包括如下步骤A1-A3(需要说明的是，本发明中，步骤序号不用于限制实际使用中主控单元2对下列各步骤的执行顺序)：

步骤A1，获取各所述单包电压传感器41的电压数据以得到各所述电池包1的单包电压值；

步骤A2，根据单包电压值判断各所述电池包1是否充电均衡，否则进入步骤A3；

本步骤中，主控单元2通过对比电池包A与电池包B的电压值判断两者的充电量是否均衡，当两者电压值的差值超过设定阈值，则说明充电不均衡。

步骤A3，执行均衡流程以使各所述电池包1充电均衡；

其中，所述均衡流程包括如下步骤B1-B2：

步骤B1，控制所述总包充电线路32断开或保持断开状态；

本步骤中，当原先总包充电线路32中的通断开关K1就处于断开状态，主控单元2不执行任何操作，使通断开关K1维持断开状态，以使总包充电线路32保持断开状态；当原先总包充电线路32中的通断开关K1处于连通状态，主控单元2控制通断开关K1断开，以使总包充电线路32断开。

步骤B2，控制对应于单包电压值较低的电池包1的单包充电线路31导通，并控制对应于单包电压值较高的电池包1的单包充电线路31断开或保持断开状态。

本步骤中，当电池包A的电压值较低，则控制开关S1、S2连通，使开关S3、S4断开或保持在断开状态；当电池包B的电压值较低，则控制开关S3、S4连通，使开关S1、S2断开或保持在断开状态。

优选地，为了保证充电过程中每个电池包1的充电安全，所述方法还包括如下步骤C1-C2：

步骤C1，总包充电进程中，判断各所述电池包1的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止总包充电进程，并执行所述均衡流程使未充满电的电池包1充满电；

本步骤中，总包充电进程中，通断开关K1闭合，开关S1、S2、S3、S4均断开，停止总包充电进程即控制通断开关K1断开，以下不再赘述。

步骤C2，执行所述均衡流程过程中，判断处于充电状态的所述电池包1的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止所述均衡流程。

本步骤中，均衡流程中，通断开关K1断开，开关S1、S2及开关S3、S4前后两组开关中，只有一组开关同时连通，另一组开关同时断开。停止所述均衡流程即使开关S1、S2、S3、S4均断开，以下不再赘述。

为了保证充电过程中充电总包的充电安全，所述方法还包括如下步骤D1-D3：

步骤D1，获取所述总包电压传感器42的电压数据以得到所述串联总包的总包电压值；

步骤D2，总包充电进程中，判断所述总包电压值是否超出总包过压保护电压；是则停止总包充电进程；

本步骤之后，主控单元2在所述总包电压值恢复正常后判断是否执行所述均衡流程；

步骤D3，执行所述均衡流程过程中，判断所述总包电压值是否超出所述总包过压保护电压；是则停止所述均衡流程；

本步骤之后，主控单元2在所述总包电压值恢复正常后判断是否继续执行所述均衡流程。

为了保证串联总包及各电池包1的放电安全，所述方法还包括如下步骤E1-E2：

步骤E1，总包放电进程中，判断所述串联总包的总包电压值是否低于总包过放保护电压；是则停止放电进程；

本步骤中，电池总包通过外设电路(图中未示出)进行总包放电进程，主控单元2可控制电池总包与外设电路之间连接的通断。

在本步骤之后，主控单元2待所述总包电压值恢复正常，继续总包放电进程；

步骤E2，总包放电进程中，判断各所述电池包1的单包电压值是否低于单包过放保护电压；是则停止放电进程；

在本步骤之后，主控单元2待电压值异常的电池包1的电压恢复正常后，判断总包电压值是否正常并据此决定是否继续总包放电进程。

优选地，为了防止充、放电进程中线路中的电流过大，所述方法还包括如下步骤F1-F3：

步骤F1，获取所述电流传感器43的电路数据以得到总包充电线路32中的总包电流值；

步骤F2，总包充电进程中，判断所述总包电流值是否超过充电电流保护点；是则停止总包充电进程；

步骤F3，总包放电进程中，判断所述总包电流值是否超过放电电流保护点；是则停止总包放电进程。

为了防止充放电过程中，各电池包1中有电池包1出现故障或温度过高，所述方法还包括如下步骤G1-G3：

步骤G1，获取每个所述电池包1通过其信息反馈电极反馈的信息数据；

步骤G2，根据所述信息数据判断各电池包是否存在故障，是则停止涉及有故障的电池包1的充、放电进程；

本步骤中，电池包1涉及的充、放电进程包括总包放电进程、总包充电进程以及均衡流程，下同。

步骤G3，根据所述信息数据判断各电池包的温度是否在预定范围，否则停止涉及有故障的电池包1的充、放电进程。

本发明的串联电池包的充放电管理系统及方法通过设置主控单元、充电系统以及检测系统，主控单元可根据检测系统监测各电池包及串联总包的充、放电数据，并据此控制充电系统中各充电线路的通、断，使得各电池包可均衡充电且充、放电安全。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种串联电池包的充放电管理系统，用于为串联总包充电，所述串联总包包括串联在一起的多个电池包，其特征在于，其包括主控单元、充电系统以及检测系统；

所述充电系统包括针对每个所述电池包单独进行充电的单包充电线路以及对所述串联总包进行充电的总包充电线路；所述主控单元可控制每个所述单包充电线路以及所述总包充电线路的通、断；

所述检测系统包括针对每个所述电池包单独设置的单包电压传感器以及针对所述串联总包设置的总包电压传感器；各电压传感器均连接所述主控单元。

2.根据权利要求1所述的串联电池包的充放电管理系统，其特征在于，所述检测系统还包括连接所述主控单元的电流传感器；所述总包充电线路及各所述单包充电线路中，至少前者经过所述电流传感器。

3.根据权利要求1所述的串联电池包的充放电管理系统，其特征在于，所述充电系统包含的供电模块包含两个正极输出端，两个正极输出端分别用于为所述总包充电线路及各所述单包充电线路供电；

两个所述正极输出端之间通过连接开关连接，所述主控单元可控制所述连接开关的通、断。

4.根据权利要求1所述的串联电池包的充放电管理系统，其特征在于，每个所述电池包上均具备与所述主控单元连接的信息反馈电极。

5.一种串联电池包的充放电管理方法，其应用于如权利要求1所述的串联电池包的充放电管理系统的主控单元，其特征在于，所述方法包括：

获取各所述单包电压传感器的电压数据以得到各所述电池包的单包电压值；

根据单包电压值判断各所述电池包是否充电均衡；

当各所述电池包充电不均衡，执行均衡流程以使各所述电池包充电均衡；

其中，所述均衡流程包括：

控制所述总包充电线路断开或保持断开状态；

控制对应于单包电压值较低的电池包的单包充电线路导通，并控制对应于单包电压值较高的电池包的单包充电线路断开或保持断开状态。

6.根据权利要求5所述的串联电池包的充放电管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

总包充电进程中，判断各所述电池包的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止总包充电进程；

执行所述均衡流程过程中，判断处于充电状态的所述电池包的单包电压值是否超出单包过压保护电压，是则停止所述均衡流程。

7.根据权利要求5所述的串联电池包的充放电管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述总包电压传感器的电压数据以得到所述串联总包的总包电压值；

总包充电进程中，判断所述总包电压值是否超出总包过压保护电压；是则停止总包充电进程；

执行所述均衡流程过程中，判断所述总包电压值是否超出所述总包过压保护电压；是则停止所述均衡流程。

8.根据权利要求5所述的串联电池包的充放电管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

总包放电进程中，判断所述串联总包的总包电压值是否低于总包过放保护电压；是则停止放电进程；

总包放电进程中，判断各所述电池包的单包电压值是否低于单包过放保护电压；是则停止放电进程。

9.根据权利要求5所述的串联电池包的充放电管理方法，其特征在于，所述检测系统还包括连接所述主控单元的电流传感器，所述总包充电线路经过所述电流传感器；所述方法还包括：

获取所述电流传感器的电路数据以得到总包充电线路中的总包电流值；

总包充电进程中，判断所述总包电流值是否超过充电电流保护点；是则停止总包充电进程；

总包放电进程中，判断所述总包电流值是否超过放电电流保护点；是则停止总包放电进程。

10.根据权利要求5所述的串联电池包的充放电管理方法，其特征在于，每个所述电池包上均具备与所述主控单元连接的信息反馈电极；所述方法还包括：

获取每个所述电池包通过其信息反馈电极反馈的信息数据；

根据所述信息数据判断各电池包是否存在故障，是则停止涉及有故障的电池包的充、放电进程；

根据所述信息数据判断各电池包的温度是否在预定范围，否则停止涉及有故障的电池包的充、放电进程。

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