CN111478401A - 电池组放电功率控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组放电功率控制系统及方法，电池组放电功率控制系统包括主电池组、辅助电池组、DC/DC充电模块及控制模块，主电池组为高容量电池组，辅助电池组为高功率电池组，辅助电池组设置在第一支路上，第一支路与主电池组并联，且第一支路的两端分别连接主电池组的正极、负极，第一支路上与辅助电池组依次串接的有电子开关、二极管；DC/DC充电模块连接在主电池组与辅助电池组之间，用于将主电池组的电量给辅助电池组充电；控制模块与电子开关、DC/DC充电模块电连接；控制模块具有采集主电池组输出电流大小的采集模块。将高容量密度的电池组和高功率密度的电池组进行有机结合，达到高容量密度和高功率密度的兼顾效果，且成本低，体积小。

Description

电池组放电功率控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电池控制技术领域，具体涉及一种电池组放电功率控制系统及方法。
背景技术
现有的锂离子电池其电芯要么使用动力性电芯，要么使用容量型电芯。动力性电芯具有瞬间高倍率放电特性，但是其不能满足大容量的要求，容量型电芯其具有大容量的特征，但是缺乏瞬间高倍率放电的特性。
电动工程车辆或者电动汽车的负载特性都是在某些特定的时间需要瞬间大功率输出的能力，但持续时间不长，大部分时间输出功率都不是很大。如果整个供电系统使用高倍率电池，整体成本会很高，容量密度会比较低；如果整个供电系统使用容量型电池，又无法满足瞬间大功率输出的需求。
以电动叉车为例，叉车电池工作一段时间后，虽然还能提供电动叉车的行走所需动力，但是已经满足不了叉车的叉举货物瞬间所需的大功率，无法举起货物，电动叉车就需要及时去充电，而充电时间大概在6～8小时，在一定程度上影响了叉车的工作效率。
如授权公告号CN206585362U的实用新型专利公开的一种具有瞬时高倍率放电性能的大容量锂离子蓄电池结构，采用多个电池串并联的方式，电池包括动力型电芯电池和容量型电芯电池，使得电池既具有容量型电芯的大容量的特征，又具有动力型电芯瞬间高倍率放电的特性。存在电池结构复杂，各电池参数匹配问题，成本也比较高。也有从电池结构上进行优化设计的，如授权公告号CN203553279U的实用新型专利公开的一种一种高倍率充放电大容量电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池组放电功率控制系统，以达到高容量密度和高功率密度兼顾的效果。同时，本发明还提供一种电池组放电功率控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电池组放电功率控制系统，包括主电池组、辅助电池组、DC/DC充电模块及控制模块，主电池组为高容量电池组，辅助电池组为高功率电池组，辅助电池组设置在第一支路上，第一支路与主电池组并联，且第一支路的两端分别连接主电池组的正极、负极，第一支路上与辅助电池组依次串接的有电子开关、二极管；DC/DC充电模块连接在主电池组与辅助电池组之间，用于将主电池组的电量给辅助电池组充电；控制模块与电子开关、DC/DC充电模块电连接，控制电子开关的通断及DC/DC充电模块的启动；控制模块具有采集主电池组输出电流大小的采集模块。
进一步地，所述二极管设置在主电池组的正极的一侧，二极管的正极与电子开关一端导电连接，电子开关另一端与辅助电池组的正极导电连接，DC/DC充电模块的输入接口与主电池组正极的一侧导电连接，输出接口连接在电子开关与辅助电池组之间。
进一步地，所述主电池组的容量是辅助电池组的容量的15至25倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的25至35倍。
电池组放电功率控制方法，技术方案如下：
正常工作状态下，供电系统输出完全由主电池组提供，主电池组为高容量电池组，电子开关断开使得辅助电池组不输出，辅助电池组为高功率电池组；
大功率输出状态下，当检测到主电池组的输出电流I1大于其最大输出电流的80％时，电子开关闭合使得辅助电池组输出电流I2，供电系统的输出电流为I1与I2的和，满足大功率需求；当I1回落后，断开电子开关，启动DC/DC充电模块，DC/DC充电模块用于将主电池组的电量给辅助电池组充电。
进一步地，所述主电池组的容量是辅助电池组的容量的15至25倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的25至35倍。
本发明的有益效果：
本发明的方案将高容量密度的电池组和高功率密度的电池组进行有机结合，通过特有的控制方法达到高容量密度和高功率密度的兼顾效果。高容量密度的电池组作为主电池组提供大部分的有效容量，高功率密度的电池组作为辅助电池组提供较小的有效容量；当主电池组使用一段时间后，自身不能满足负载所需大功率时，辅助电池组开始工作，与主电池组一起输出满足负载所需的功率，大功率需求结束后，控制器可以打开充电模块，将主电池组的电量及时补充给辅助电池组。本发明的控制系统，体积相对较小，成本低，提高了电池电量的利用率。
附图说明
图1是本发明一种电池组放电功率控制系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的实施例：
一种电池组放电功率控制系统，包括主电池组、辅助电池组、DC/DC充电模块及控制模块，主电池组为高容量电池组，辅助电池组为高功率电池组。辅助电池组设置在第一支路上，第一支路与主电池组并联，且第一支路的两端分别连接主电池组的正极、负极，第一支路上与辅助电池组依次串接的有电子开关K1、二极管D1，二极管是靠近主电池组的正极的一侧。二极管的正极与电子开关一端导电连接，电子开关另一端与辅助电池组的正极导电连接。
DC/DC充电模块连接在主电池组与辅助电池组之间，用于将主电池组的电量给辅助电池组充电。
控制模块与电子开关、DC/DC充电模块电连接，控制模块可以控制电子开关的通断及DC/DC充电模块的启动。控制模块具有采集主电池组输出电流大小的采集模块，并根据采集电流大小，反映出工作状态，进而做出相应的控制动作。
DC/DC充电模块的输入接口与主电池组正极的一侧导电连接，输出接口连接在电子开关与辅助电池组之间。
电池组放电功率控制方法，也即上述的电池组放电功率控制系统的工作原理：
正常工作状态下，供电系统输出完全由主电池组提供，电子开关K1断开，辅助电池组不输出。
大功率输出状态下，当检测到主电池组的输出电流I1大于其最大输出电流的80％时，电子开关K1闭合，DC/DC充电模块关闭。辅助电池组输出电流I2，供电系统的输出电流I3为I1与I2的和，满足大功率需求。当I1回落后，断开电子开关K1，启动DC/DC充电模块，DC/DC充电模块用于将主电池组的电量给辅助电池组充电，辅助电池组恢复电量，待用。
为更好地说明本发明的电池组放电功率控制系统的原理及达到的效果，举实验例如下：
主电池组的参数：电压48V，容量400AH，倍率1C，最大放电电流400A；
辅助电池组的参数：电压48V，容量20AH，倍率30C，最大放电电流600A；
DCDC充电模块：电压57.6V，电流50A；
负载：平均功率10KW，最大功率40KW。
主电池组工作一段时间后，单独使用主电池组无法满足负载的最大功率需求；此时，辅助电池组开始工作，输出相应大小的电流，使得整个供电系统的最大输出功率可达到48KW，能够满足负载最大功率40KW的需求。以电动叉车为例，一般的供电系统(主电池组部分)不能满足举升货物所需大小的功率时，采用本发明的方案，则使得电动叉车还能继续工作一段时间。
以上述参数为例，经过试验，持续最大功率40KW输出可达到180秒。负载在运行过程中最大功率输出的情况一般以脉冲的形式出现，持续时间不会超过几秒钟，在脉冲过后，主电池组会快速给辅助电池组充电。
上述实验例，主电池组的容量是辅助电池组的容量的20倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的30倍。其他实验例中，电池参数可在如下范围内，主电池组的容量是辅助电池组的容量的15至25倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的25至35倍。
本发明的方案将高容量密度的电池组和高功率密度的电池组进行有机结合，通过特有的控制方法达到高容量密度和高功率密度的兼顾效果。高容量密度的电池组作为主电池组提供95％以上的有效容量，高功率密度的电池组作为辅助电池组提供不超过5％的有效容量。而且本发明的控制系统，体积也相对较小，成本低，提高了电池电量的利用率。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电池组放电功率控制系统，其特征在于：包括主电池组、辅助电池组、DC/DC充电模块及控制模块，主电池组为高容量电池组，辅助电池组为高功率电池组，辅助电池组设置在第一支路上，第一支路与主电池组并联，且第一支路的两端分别连接主电池组的正极、负极，第一支路上与辅助电池组依次串接的有电子开关、二极管；DC/DC充电模块连接在主电池组与辅助电池组之间，用于将主电池组的电量给辅助电池组充电；控制模块与电子开关、DC/DC充电模块电连接，控制电子开关的通断及DC/DC充电模块的启动；控制模块具有采集主电池组输出电流大小的采集模块。
2.根据权利要求1所述的电池组放电功率控制系统，其特征在于：所述二极管设置在主电池组的正极的一侧，二极管的正极与电子开关一端导电连接，电子开关另一端与辅助电池组的正极导电连接，DC/DC充电模块的输入接口与主电池组正极的一侧导电连接，输出接口连接在电子开关与辅助电池组之间。
3.根据权利要求1所述的电池组放电功率控制系统，其特征在于：所述主电池组的容量是辅助电池组的容量的15至25倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的25至35倍。
4.电池组放电功率控制方法，其特征在于：正常工作状态下，供电系统输出完全由主电池组提供，主电池组为高容量电池组，电子开关断开使得辅助电池组不输出，辅助电池组为高功率电池组；
大功率输出状态下，当检测到主电池组的输出电流I1大于其最大输出电流的80％时，电子开关闭合使得辅助电池组输出电流I2，供电系统的输出电流为I1与I2的和，满足大功率需求；当I1回落后，断开电子开关，启动DC/DC充电模块，DC/DC充电模块用于将主电池组的电量给辅助电池组充电。
5.根据权利要求4所述的电池组放电功率控制方法，其特征在于：所述主电池组的容量是辅助电池组的容量的15至25倍，辅助电池组的倍率是主电池组倍率的25至35倍。
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