CN111525633A - 一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法 - Google Patents

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徐利东
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刘德龙
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Abstract

本发明公开了一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，包括切换控制单元、由若干个串联在一起的基本电池接入节点组成的电池接入单元、由若干个串联在一起的备用电池接入节点组成的备用电池接入单元、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池电压的电压检测单元、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池温度的温度检测单元；当电池组中的单个或多个电池出现异常时，可立即将故障电池从电池组中剔除，并且将备用电池接入电池组，切换过程可在电池组放电或充电过程中在线进行，无需停止充放电。本发明所述的控制系统可广泛用于电池组使用中，有效保障电池的使用安全并且增强了冗余能力，防止因单个电池故障导致整组电池无法使用的情况。

Description

一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法
技术领域
本发明涉及到控制电路领域中的电池组保护控制领域，尤其涉及到一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法。
背景技术
电池组在日常使用中会遇到单个电池的异常，特别是锂电池组对电池电压、温度异常敏感，单个电池的安全尤为重要，传统的电池保护做法是采用BMS电池管理系统，BMS的监测电路通常会向保护装置提供输入，如果任何参数超出设定的极限，保护装置就会产生警报或将电池从负载或充电器上断开，虽然保护了其中的电池，但是整个电池组将不能正常使用，从而给使用者带来不必要的麻烦，有时甚至会造成重大损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种既能保护电池组中单个电池、又能保障整个电池组连续使用不中断的基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，所述的电池自动切换控制系统包括切换控制单元、由若干个串联在一起的电池接入节点组成的基本电池接入单元、由若干个串联在一起的备用电池接入节点组成的备用电池接入单元、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池电压的电压检测单元、以及用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池温度的温度检测单元；所述串联电池组的管控方法为：
1)切换控制单元根据电池类型，预设电池过压保护阈值VH，欠压保护阈值VL，电压变化率保护阈值ΔVH/Δt，电池单体压差保护阈值ΔVH，过温保护阈值TH以及欠温保护阈值TL；
2)在电池的使用过程中，所述的电压检测单元和温度检测单元实时采集各个电池及备用电池的电压及温度，将电压信息及温度信息通过通讯发送到切换控制单元；
3)切换控制单元根据采样得到的各个电池的电压Vi及温度Ti，计算电池电压的变化率
Figure BDA0002434821300000021
所有电池的平均电压
Figure BDA0002434821300000022
其中，m为基本电池接入单元中电池数量加上备用电池接入单元中的电池数量，各个电池电压与所有电池平均电压之间压差的绝对值|ΔVi|＝|Vi-VAVG|，当Vi≥VH，Vi≤VL，Ti≥TH，
Figure BDA0002434821300000023
|ΔVi|≥ΔVH满足其中任意一个条件时，则判定第i个单体电池有问题，若问题电池在基本电池接入单元中，通过切换控制单元将相应的基本电池接入节点中的电池旁路，即：断开该电池与电池组的连接通路；与此同时，接通相应数量的备用电池，使得整组电池的电池数量不变。
作为一种优选方案，在一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法中，所述的基本电池接入节点与备用电池接入节点的电路结构相同，包括：两个充放电接入端，所述的两个充放电接入端中，一个充放电接入端直接作为电池接入端，另一个充放电接入端通过充放电通断开关电路与另一个电池接入端相连，充放电通断开关电路的两端并联有充电续流电路，所述的两个充放电接入端之间还并联有充放电旁路开关电路和放电续流电路。
作为一种优选方案，在一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法中，所述的充放电通断开关电路和充放电旁路开关电路采用由切换控制单元控制的单刀双掷开关。
作为一种优选方案作为一种优选方案，在一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法中，所述的充电续流电路和放电续流电路均为单向导通器件。
作为一种优选方案，在一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法中，所述的单向导通器件为二极管。
本发明的有益效果是：本发明所述的基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，可在电池组中的单个或多个电池出现异常时，可立即将故障电池从电池组中剔除，并且将备用电池接入电池组，切换过程可在电池组的使用过程中在线进行，无需中断，避免了单个电池故障导致整组电池无法使用的问题。此外，所述的电池自动切换控制系统运行稳定可靠，自动化程度高，电池接入单元中的充放电续流电路使得整个回路始终处于闭环状态，保证切换开关无拉弧，切换电路压降小，发热小，无需额外散热器，从而大大降低了系统成本。
附图说明
图1是本发明所述的电池自动切换控制系统的结构示意图。
图2是图1中电池接入节点的放大结构示意图。
图1至图2中的附图标记为：1、切换控制单元，2、基本电池接入单元，3、备用电池接入单元，4、温度检测单元，5、电压检测单元，6、电池负载组。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明所述的基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法的具体实施方案。
本发明所述的基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，如图1所示，所述的电池自动切换控制系统包括：切换控制单元1、由若干个串联在一起的电池接入节点组成的基本电池接入单元2、由若干个串联在一起的备用电池接入节点组成的备用电池接入单元3、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池电压的电压检测单元5、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池温度的温度检测单元4；如图2所示，以基本电池接入单元2中的第一个电池接入节点为例，电池接入节点包括：两个充放电接入端A和B和一个由充电切换控制单元3控制的单刀双掷开关K1，两个充放电接入端A和B，其中，一个充放电接入端A直接作为电池的负极接入端，另一个充放电接入端B与所述单刀双掷开关K1的中间触点相连，单刀双掷开关K1的常闭触点与电池的正极接入端C相连，单刀双掷开关K1的中间触点和常闭触点上并联有作为充电续流电路的二极管D1-1，所述的两个充放电接入端A和B之间还并联有作为放电续流电路的二极管D1-2，充放电接入端A与单刀双掷开关K1的常开触点相连；所述串联电池组的管控方法为：
1)切换控制单元1根据电池类型，预设电池过压保护阈值VH，欠压保护阈值VL，电压变化率保护阈值ΔVH/Δt，电池单体压差保护阈值ΔVH，过温保护阈值TH以及欠温保护阈值TL；
2)在电池的使用过程中，所述的电压检测单元5和温度检测单元4实时采集各个电池及备用电池的电压及温度，将电压信息及温度信息通过通讯发送到切换控制单元；
3)切换控制单元1根据采样得到的各个电池的电压Vi及温度Ti，计算电池电压的变化率
Figure BDA0002434821300000041
所有电池的平均电压
Figure BDA0002434821300000042
其中，m为基本电池接入单元中电池数量加上备用电池接入单元中的电池数量，各个电池电压与所有电池平均电压之间压差的绝对值|ΔVi|＝|Vi-VAVG|，当Vi≥VH，Vi≤VL，Ti≥TH，
Figure BDA0002434821300000043
|ΔVi|≥ΔVH满足其中任意一个条件时，则判定第i个单体电池有问题，若问题电池在基本电池接入单元中，通过切换控制单元1将相应的基本电池接入节点中的电池旁路，即：断开该电池与电池组的连接通路；与此同时，接通相应数量的备用电池，使得整组电池的电池数量不变。
实际使用时，基本电池接入单元2、备用电池接入单元3与电池负载组6串联形成回路。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，所述的电池自动切换控制系统包括切换控制单元、由若干个串联在一起的电池接入节点组成的基本电池接入单元、由若干个串联在一起的备用电池接入节点组成的备用电池接入单元、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池电压的电压检测单元、用于检测接入各个电池接入节点中的单体电池温度的温度检测单元；所述串联电池组的管控方法为：
1)切换控制单元根据电池类型，预设电池过压保护阈值VH，欠压保护阈值VL，电压变化率保护阈值ΔVH/Δt，电池单体压差保护阈值ΔVH，过温保护阈值TH以及欠温保护阈值TL；
2)在电池的使用过程中，所述的电压检测单元和温度检测单元实时采集各个电池及备用电池的电压及温度，将电压信息及温度信息通过通讯发送到切换控制单元；
3)切换控制单元根据采样得到的各个电池的电压Vi及温度Ti，计算电池电压的变化率
Figure FDA0002434821290000011
所有电池的平均电压
Figure FDA0002434821290000012
其中，m为基本电池接入单元中电池数量加上备用电池接入单元中的电池数量，各个电池电压与所有电池平均电压之间压差的绝对值|ΔVi|＝|Vi-VAVG|，当Vi≥VH，Vi≤VL，Ti≥TH，Ti≤TL，
Figure FDA0002434821290000013
|ΔVi|≥ΔVH满足其中任意一个条件时，则判定第i个单体电池有问题，若问题电池在基本电池接入单元中，通过切换控制单元将相应的基本电池接入节点中的电池旁路，即：断开该电池与电池组的连接通路；与此同时，接通相应数量的备用电池，使得整组电池的电池数量不变。
2.根据权利要求1所述的一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，其特征在于：所述的基本电池接入节点与备用电池接入节点的电路结构相同，包括：两个充放电接入端，所述的两个充放电接入端中，一个充放电接入端直接作为电池接入端，另一个充放电接入端通过充放电通断开关电路与另一个电池接入端相连，充放电通断开关电路的两端并联有充电续流电路，所述的两个充放电接入端之间还并联有充放电旁路开关电路和放电续流电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，其特在于，所述的充放电通断开关电路和充放电旁路开关电路采用由切换控制单元控制的单刀双掷开关。
4.根据权利要求3所述的一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，其特征在于，所述的充电续流电路和放电续流电路均为单向导通器件。
5.根据权利要求4所述的一种基于电池自动切换控制系统的串联电池组的管控方法，其特征在于：所述的单向导通器件为二极管。
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