CN111711253A - 电池化成和分容的控制系统、控制方法及电能管理系统 - Google Patents

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CN111711253A CN201910202299.1A CN201910202299A CN111711253A CN 111711253 A CN111711253 A CN 111711253A CN 201910202299 A CN201910202299 A CN 201910202299A CN 111711253 A CN111711253 A CN 111711253A
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Abstract

一种电池化成和分容的控制系统、电池化成和分容的控制方法及电池电能管理系统，所述控制系统包括：整流模块、直流母线、多个直流变换模块、检测模块以及控制模块；整流模块根据第一控制信号将交流电转换为直流电；直流母线用于接入并传输直流电；直流变换模块用于进行电压变换；所述检测模块与各个电池连接，检测模块用于检测电池的电量状态，若电池的电量状态已经达到电能充满状态，则检测模块产生第一检测信号；若电池的电量状态未达到电能充满状态，则检测模块产生第二检测信号；控制模块用于根据第一检测信号使直流变换模块将升压后的电能输出至直流母线、以及根据第二检测信号将降压后的直流电输出至电池。

Description

电池化成和分容的控制系统、控制方法及电能管理系统
技术领域
本发明属于电源控制技术领域，尤其涉及一种电池化成和分容的控制系统、电池化成和分容的控制方法及电池电能管理系统。
背景技术
化成和分容在电池应用过程中比不可少的操作步骤，通过化成和分容能够保障电池中电能的平衡性和安全性，以提高电池的适用范围和实用价值；在传统技术的电池化成和分容过程中，需要将外界电网的电能经过转换传输至电池中，当电池充电完成后，电池直接利用大电阻热消耗的形式消费剩余电能，进而完成电池的充放电功能，这种方式将会产生极大的电能损耗，电池的池化和分容的操作成本过高。
为此，技术人员采用馈网产品设计以获取电能，经过电能转换后对电池进行充电时；在电池放电时，对电池电压进行转换后，再将转后的得到的交流电能反馈到外界的电力系统，这种馈网方式可将电池充电中剩余的电能反馈至外界的电力系统，并且在充电过程中只需要对于电池电能进行一次电能转换，极大地节省了电能；但是将电池电压进行转换后输出至外界的电力系统，经过转换的电池电压也会存在一定的干扰和杂讯，这种波动幅度较大的电池电压也会对外界的电力系统产生冲击，无法被技术人员在各个领域中进行广泛适用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池化成和分容的控制系统、电池化成和分容的控制方法及电池电能管理系统，旨在解决传统的技术方案对于电池进行化成和分容时，容易造成电能的消耗，以及对于电力系统的电力安全性和稳定性带来较大干扰的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种电池化成和分容的控制系统，所述控制系统包括：
整流模块，所述整流模块与交流电网连接，所述整流模块用于获取交流电，并将所述交流电转换为直流电；
直流母线，所述直流母线与所述整流模块连接，所述直流母线用于接入并且传输所述直流电；
多个直流变换模块，各所述直流变换模块连接在所述直流母线与各个电池之间，其中所述直流变换模块与所述电池一一对应连接，所述直流变换模块用于进行电压变换；
检测模块，所述检测模块与各个所述电池连接，所述检测模块用于检测所述电池的电量状态，若所述电池的电量状态已经达到电能充满状态，则所述检测模块产生第一检测信号；若所述电池的电量状态未达到电能充满状态，则所述检测模块产生第二检测信号；以及
控制模块，所述控制模块与所述检测模块、所述整流模块以及各所述直流变换模块连接，所述控制模块用于根据所述第一检测信号使所述直流变换模块对所述电池输出的电能进行升压，以将升压后的电能输出至所述直流母线，还用于根据所述第二检测信号对所述直流母线的直流电进行降压，以将降压后的直流电输出至所述电池。
在其中的一个实施例中，所述控制模块还用于生成第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述整流模块启停。
在其中的一个实施例中，所述整流模块包括：第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电感以及第一电容；
其中，所述第一变压器的原边绕组的同名端和所述第一变压器的原边绕组的异名端接所述交流电网和所述控制模块，所述第一变压器的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的副边绕组分为第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的同名端接所述第一二极管的阳极，所述第二绕组的异名端接所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极共接于所述第一电感的第一端；
所述第一电感的第二端和所述第一电容的第一端共接形成所述整流模块的正极输出端，所述第一绕组的异名端、所述第二绕组的同名端以及所述第一电容的第二端共接形成所述整流模块的负极输出端；
所述整流模块的正极输出端和所述整流模块的负极输出端接所述直流母线。
在其中的一个实施例中，所述直流变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第二电容、第三电容、第四电容、第二电感以及第二变压器；
其中，所述第一开关管的第一导通端和所述第二电容的第一端共接形成所述直流变换模块的正极输入端，所述第一开关管的第二导通端和所述第二开关管的第一导通端共接于所述第二电感的第一端，所述第二开关管的第二导通端和所述第三电容的第一端共接形成所述直流变换模块的负极输入端；
所述第二电感的第二端接所述第二变压器的原边绕组的同名端，所述第二电容的第二端和所述第三电容的第二端共接于所述第二变压器的原边绕组的异名端；
所述第一开关管的控制端接所述控制模块，所述第二开关管的控制端接所述控制模块；
所述第二变压器的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的绕组分为第三绕组和第四绕组，所述第三绕组的同名端接所述第三开关管的第一导通端，所述第四绕组的异名端接所述第四开关管的第一导通端，所述第三绕组的异名端、第四绕组的同名端以及所述第四电容的第一端共接形成所述直流变换模块的正极输出端，所述第三开关管的第二导通端、所述第四开关管的第二导通端以及所述第四电容的第二端共接形成所述直流变换模块的负极输出端；
所述第三开关管的控制端接所述控制模块，所述第四开关管的控制端接所述控制模块；
所述直流变换模块的正极输入端和所述直流变换模块的负极输入端接所述电池，所述直流变换模块的正极输出端和所述直流变换模块的负极输出端接所述直流母线。
在其中的一个实施例中，所述第一开关管为MOS管或者三极管，所述第二开关管为MOS管或者三极管，所述第三开关管为MOS管或者三极管，所述第四开关管为MOS管或者三极管。
在其中的一个实施例中，所述第二变压器的原边绕组和所述第二变压器的副边绕组的匝数比小于1。
在其中的一个实施例中，所述电池包括至少一个单体电池。
本发明实施例的第二方面提供了一种电池化成和分容的控制方法，包括：
接入交流电，并将所述交流电转化为直流电；
通过直流母线接入并且传输所述直流电；
对每一个电池的电量状态进行检测；
若所述电池的电量状态已经达到电能充满状态，则对所述电池输出的电能进行升压，并将升压后的电能输出至所述直流母线；
若所述电池的电量状态未达到电能充满状态，则对所述直流母线的直流电进行降压，并将降压后的直流电输出至所述电池。
在其中的一个实施例中，所述交流电来源于市电。
本发明实施例的第三方面提供了一种电池电能管理系统，包括如上所述的电池化成和分容的控制系统。
上述的电池化成和分容的控制系统通过整流模块将外界的交流电转换为直流电，通过该直流电为所述控制系统提供原始电能；直流母线可根据直流电进行电能传输以及电能分配，以使多个电池进行充电或者放电；本发明实施例中的控制系统通过检测模块检测电池的电能状态，当电池未充满电时，则控制模块操控所述直流变换模块进行降压操作，以使降压后的直流电对电池进行快速充电；当电池充满电后，则控制模块操控直流变换模块进行升压操作，以使升压后的直流电传输至在直流母线中，以实现电池间电能的循环利用，防止电池化成和分容过程中出现电能损耗；因此所述控制系统在对于多个电池进行充电或者放电过程中，无需将电池充电过程中的电能重新输出至外界电网，电池充电过程的剩余电能以及电池放电过程的释放电能通过直流母线能够被智能循环利用，节省了电池化成和分容的成本；从而本发明实施例实现了电池化成和分容过程中电能内部循环利用，保障了电力系统的安全性和稳定性，以使所述控制系统具有更高的兼容性和适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的电池化成和分容的控制系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的整流模块的电路结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的直流变换模块的电路结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的电池化成和分容的控制方法的具体流程图；
图5为本发明一实施例提供的电池电能管理系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要首先说明的是，本实施例中的电池化成是指：对于初次充电的电池实施一系列的工艺措施使所述电池的性能趋于稳定；因此电池的化成步骤是将电池应用于市场过程中必须要经历的操作步骤，通过对于电池进行化成后能够提高电池的电能存储稳定性和安全性，并且所述电池具有更高的物理安全性和使用寿命；在电池化成的过程中，需要控制电池进行小电流充放电，根据电池的充放电性能可评价出电池物理安全性能；通过电池的化成操作可使电池在以后应用过程中具有更高的充放电效率；
本实施例中的电池分容是指：对电池的容量进行分选、性能进行排序和分级；通过电池分容能够得到电池的实际工作状态，以使电池能够适用于各种不同的工业领域，并处于最佳的充放电状态；并且通过电池的分容也能够将电池的真实运行参数提供给技术人员，以便于技术人员能够精确地确定电池的质量等级；其中电池的分容操作主要是通过对于电池进行充放电操作，并且获取电池在充放电过程中的多个监测点的检测数据，根据这些检测数据分析出电池的内部以及存储容量等运行参数；根据电池的运行参数可精确地得出电池的类型以及适用场所，给电池在应用过程中的充放电保护和稳定控制提供合理的指导，进而所述电池具有更高的兼容性和实用价值。
综上所述，在电池进行化成和分容的过程中，所述电池需要频繁地接入电能和输出电能，以判断所述电池的自身物理性能；然而由于在对于多个电池进行充放电时，每一个电池的自身充电性能具有较大的差异，在多个电池充放电时，无法保障所有的电池进行同步充电或者同步放电，并且各个电池本身也存在物理性能差异；因此这种差异性的充放电模式就会损坏电池的充放电安全，降低了对于电池的充放电性能的检测精度，造成电能的极大浪费；基于此，本发明实施例提供了电池化成和分容的控制系统，以实现多个电池进行化成和分容过程中的电能自循环利用。
请参阅图1，本发明实施例提供的电池化成和分容的控制系统10的结构示意图，所述控制系统10与多个电池20连接，控制系统10能够对电池进行快速的智能充电或者放电，以使多个电池20进行化成和分容，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
其中，所述控制系统10包括：整流模块101、直流母线102、多个直流变换模块103、检测模块104以及控制模块105。
所述整流模块101与交流电网AC1连接，所述整流模块101用于获取交流电，并将所述交流电转换为直流电。
其中，所述整流模块101可实现交流转直流的功能，所述直流电包含直流电能；因此本实施例通过整流模块101与外界的交流电网AC1进行电能交互，通过交流电网AC1接入电能，保障所述控制系统10处于稳定、安全的工作状态；并且通过整流模块101能够使交流电保持稳定，排除交流电能中的干扰分量，经过整流模块101的交流转直流转换后，整流模块101输出的直流电具有更加稳定的幅值；通过整流模块101输出的直流电提升对于电池20进行化成和分容的精确性。
所述直流母线L与所述整流模块101连接，所述直流母线L用于接入并且传输所述直流电。
其中，所述直流母线L具有电能传送和电能分配的功能，通过直流母线L存储的直流电可保障与其连接的多个电子元器件进行充放电，电子元器件具有更高电力安全性能；具体的，当整流模块101将直流电输出至直流母线L时，直流母线L可存储相应的直流电能，以待对于其它的电子元器件进行充电或者放电；因此所述直流母线L在控制系统10中能够进行电力均衡以及电力调节，以使每一个电池20可接入并且输出稳定的电能。
各所述直流变换模块103连接在所述直流母线L与各个电池20之间，其中所述直流变换模块103与所述电池20一一对应连接，所述直流变换模块103用于进行电压变换；
其中，所述直流变换模块103具有直流转换功能，改变直流电的幅值，可进行升压操作或者降压操作，并且该直流变换模块103可进行双向直流转换的功能；每一个直流变换模块103可针对每一个电池20的电能进行直流变换功能，以实现对于每一个电池20的单独操控功能；示例性的，直流变换模块103的输入端接入直流母线L中的直流电，可将直流母线L中的直流电进行直流转换操作，以实现正向直流转换功能；所述直流变换模块103的输出端接入电池20输出的电能，可将电池20输出的剩余电能进行直流转换，以实现反向直流转换功能；因此本实施例中的直流变换模块103具有较为灵活、兼容的直流转换性能，可将直流母线L和电池20这两者的电能进行双向转换，电池20可实现均衡的充放电功能，电池20中的电能可保持在额定的工作状态，提升了对于电池20的充放电状态的检测精度，电池20也可处于安全、稳定的化成和分容状态。
所述检测模块104与各个所述电池20连接，所述检测模块104用于检测所述电池20的电量状态，若所述电池20的电量状态已经达到电能充满状态，则所述检测模块104产生第一检测信号；若所述电池20的电量状态未达到电能充满状态，则所述检测模块104产生第二检测信号。
其中，所述检测模块104具有电能检测的功能，通过检测模块104能够精确、实时地检测每一个电池20的充放电状态，以得出每一个电池20的剩余电量情况；并且所述检测模块104根据检测结果生成第一检测信号或者第二检测信号，根据第一检测信号和第二检测信号可判断出电池20是否充满电，进而对于电池20采取相应的电能操控措施；因此本实施例通过检测模块104能够全面、准确地检测每一个电池的电量状态，并通过检测信号(第一检测信号或者第二检测信号)输出相应的检测结果，所述控制系统10根据所述检测结果对于电池20进行自适应充放电控制；因此在电池化成或者分容的过程中，通过检测模块104对于电池20的电量状态进行精确的检测，有利于保障电池20的内部电能的均衡性和稳定性。
所述控制模块105与所述检测模块104、所述整流模块101以及各所述直流变换模块103连接，所述控制模块105用于根据所述第一检测信号使所述直流变换模块103对所述电池20输出的电能进行升压，以将升压后的电能输出至所述直流母线102，还用于根据所述第二检测信号对所述直流母线102的直流电进行降压，以将降压后的直流电输出至所述电池20。
其中，所述控制模块103具有信息集中控制以及数据处理的功能，所述控制模块101能够根据检测模块104的检测结果操控直流变换模块103的启停状态和电能转换的方向，以使电池20能够进行均衡地充电或者放电，保障了多个电池20之间的充放电均衡性；具体的，当控制模块105接入第一检测信号或者第二检测信号时，控制模块105可根据每一个电池20的电能状态改变直流变化模块103的电能转换方向，若所述电池20已经充满电，则控制模块105在第一检测信号的驱动下使直流变化模块103进行反向直流变换，直流变化模块103将电池20输出的电能进行升压操作后，输出至直流母线102，通过直流母线102能够重新分配并使用电池20在化成和分容中的剩余电能，以防止出现电能的损耗；若电池20并未充满电，则控制模块105在第二检测信号的驱动下使直流变换模块103进行正向直流变换，直流变换模块103对直流母线102存储的直流电进行降压操作，以使降压后的直流电符合电池20的额定功率需求，实现对于电池20的快速、平稳充电操作，直至使电池20充满电；因此本实施例通过控制模块105对于直流变换模块103的电能变换功能进行自适应操控，实现了对于控制系统20内部电能的循环利用，可实现对于电池的精确化成和分容功能。
可选的，当所述直流母线L对于所有的电池20进行充电完成后，那么所有的电池20都已充满电，则将控制系统10中的剩余电能通过直流母线L供应给其它的辅助功能的配套设备，如化成分容柜的抽风散热装置等。
在图1示出电池化成和分容的控制系统10的结构中，所述控制系统10具有较为简化的电路模块结构，能够对于每一个电池20进行精确地充放电控制；考虑到在多个电池20进行化成和分容的过程中，每一个电池20的充放电会存在差异，那么多个电池20之间的电能状态也会不相同；因此本实施例利用直流母线102进行直流电能的传输和分配，通过检测模块104可实时监控每一个电池20的电能剩余情况，控制模块105根据检测模块104的检测结果对于每一个直流变换模块103的电能变换功能进行智能控制，直流变换模块103可对于电池20进行自适应充电，并且当电池20充满电时，通过直流变换模块103将剩余电能降压传输至直流母线102，以使直流母线102能够重新分配该剩余电能；那么其它的电池20也可从直流母线102上进行取电，以实现充电功能；所述电池20在进行化成和分容的过程中可实现电能的内部循环使用，不必将电池20充电后剩余电能逆变输出至外界的电力系统，所以不会对外界的电网造成冲击；并且本实施例中的控制系统10可实现直流母线102中电能的循环利用，提高了电池20的充电效率，降低了电池20化成和分容中的电能损耗和电池20充电成本。
作为一种可选的实施方式，所述控制模块105还用于生成第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述整流模块101启停。
本实施例中的整流模块101能够对控制系统10提供稳定的直流电能，以驱动多个电池20的化成和分容过程；第一控制信号具有控制信息，通过第一控制信号能够改变整流模块101的启停状态，以驱动整流模块101将交流电转换为直流电；第一控制信号包含控制指令，通过第一控制信号可使整流模块101工作或者停止，当整流模块101处于工作或者停止状态时，所述控制系统10也能够接入电能或者失电停机，因此通过控制模块103输出的第一控制信号能够实时改变整流模块101的工作状态，提高了对于电池化成和分容的控制响应速度和精度。
作为一种可选的实施方式，所述交流电网为市电。
示例性的，所述交流电为380V交流电，因此所述电池化成和分容的控制系统10可适用于生产生活的电力系统，更加便于用户使用。
作为一种可选的实施方式，图2示出了本实施例提供的整流模块101的具体电路结构，请参阅图2，所述整流模块101包括：第一变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1以及第一电容C1。
其中，所述第一变压器T1的原边绕组的同名端和所述第一变压器T1的原边绕组的异名端接所述交流电网AC1和所述控制模块105，交流电网AC1将交流电输出至第一变压器T1，所述控制模块105将第一控制信号输出至第一变压器T1，通过第一控制信号能够改变第一变压器T1的工作状态；所述第一变压器T1的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的副边绕组分为第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的同名端接所述第一二极管D1的阳极，所述第二绕组的异名端接所述第二二极管D2的阳极，所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阴极共接于所述第一电感L1的第一端。
所述第一电感L1的第二端和所述第一电容C1的第一端共接形成所述整流模块101的正极输出端，所述第一绕组的异名端、所述第二绕组的同名端以及所述第一电容C1的第二端共接形成所述整流模块101的负极输出端；其中，所述第一电容C1在整流模块101中可起到滤波的作用，以完全消除整流模块101输出电能中的交流分量，提升整流模块101输出的直流电的稳定性和精确性。
所述整流模块101的正极输出端和所述整流模块101的负极输出端接所述直流母线102。
在图2示出整流模块101的电路结构，通过第一变压器T1能够改变电能的幅值，以使控制系统10可接入额定的电能，并保持控制系统10中各个电子元器件的工作安全性和工作稳定性；并利用第一二极管D1和第二二极管D2的单向导通性，整流模块101将经过整流后的直流电输出至直流母线102，并且能够防止直流母线102中的直流电反灌至交流电网AC1；那么本实施例中的整流模块101具有电能单向传输性，提高了电池20在化成和分容时的电能利用率；因此所述整流模块101具有较为简化的电路结构，在控制模块105的操控下进行精确的电能整流操作，多个电池20具有更高的电能供应安全性能。
作为一种可选的实施方式，图3示出了本实施例提供的直流变换模块103的具体电路结构，请参阅图3，所述直流变换模块103包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L1以及第二变压器T2。
其中，所述第一开关管M1的第一导通端和所述第二电容C2的第一端共接形成所述直流变换模块103的正极输入端，所述第一开关管M1的第二导通端和所述第二开关管M2的第一导通端共接于所述第二电感L2的第一端，所述第二开关管M2的第二导通端和所述第三电容C3的第一端共接形成所述直流变换模块103的负极输入端；进而通过控制第一开关管M1和第二开关管M2进行导通或者关断，可使直流变换模块103实现直流电转换的功能。
所述第二电感L2的第二端接所述第二变压器T2的原边绕组的同名端，所述第二电容C2的第二端和所述第三电容C3的第二端共接于所述第二变压器T2的原边绕组的异名端。
所述第一开关管M1的控制端接所述控制模块105，所述第二开关管M2的控制端接所述控制模块105；通过控制模块105将控制信息输出至第一开关管M1的控制端和第二开关管M2的控制端，以使第一开关管M1和第二开关管M2能够进行导通或者关断，直流变换模块103实现直流电的升压功能。
所述第二变压器T2的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的绕组分为第三绕组和第四绕组，所述第三绕组的同名端接所述第三开关管M3的第一导通端，所述第四绕组的异名端接所述第四开关管M4的第一导通端，所述第三绕组的异名端、第四绕组的同名端以及所述第四电容C4的第一端共接形成所述直流变换模块103的正极输出端，所述第三开关管M3的第二导通端、所述第四开关管M4的第二导通端以及所述第四电容C4的第二端共接形成所述直流变换模块103的负极输出端；通过控制第三开关管M3和第四开关管M4进行导通或者关断，以使直流变换模块103实现电能降压功能。
所述第三开关管M3的控制端接所述控制模块105，所述第四开关管M4的控制端接所述控制模块105；通过控制模块105输出的控制信号，可使第三开关管M3和第四开关管M4处于导通或者关断的状态。
所述直流变换模块103的正极输入端和所述直流变换模块103的负极输入端接所述电池20，所述直流变换模块103的正极输出端和所述直流变换模块103的负极输出端接所述直流母线102；因此本实施例中的直流变换模块103与直流母线102之间、直流变换模块103与电池20之间都可实现电能的交互功能。
可选的，所述第一开关管Q1为MOS管或者三极管，第二开关管Q2为MOS管或者三极管，第三开关管Q3为MOS管或者三极管，第四开关管Q4为MOS管或者三极管；示例性的，第一开关管Q1为NMOS管，第二开关管Q2为NMOS管，第三开关管Q3为NMOS管，第四开关管Q4为NMOS管；以第一开关管Q1为例，NMOS管的漏极为第一开关管Q1的第一导通端，NMOS管的栅极为第一开关管Q1的控制端，NMOS管的源极为第一开关管Q1的第二导通端；那么当PMOS管的栅极接入控制模块105输出的控制信号时，通过该控制信号能够使NMOS管导通或者关断，直流变换模块103可实现相应的直流电转换。
作为一种优选的实施方式，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2无法同时导通，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4无法同时导通；所述直流变换模块103中的各个开关管在控制模块105的操控下进行有序导通与关断，以使直流变换模块103实现升压或者降压功能。
在图3示出直流变换模块103的具体电路结构，通过控制模块105输出的控制信号使第一开关管Q1和第三开关管Q3实现同步导通和同步关断，通过控制模块105输出的控制信号使第二开关管Q2和第四开关管Q4实现同步导通和同步关断；那么所述直流变换模块103可实现双向电能转换的功能；例如当检测模块104检测到电池20没有充满电时，则控制模块105控制第二变压器T2进行降压操作，将第二变压器T2降压后的直流电输出至电池，以实现电池的充电功能；当检测模块104检测到电池20已经充满电时，则控制模块105控制第二变压器T2进行升压操作，通过直流变换模块103的正极输入端和直流变换模块103的负极输入端接入电池20输出的电能时，通过第二变压器T2可将升压后的电能输出至直流母线L，以使电池20在化成和分容过程中的剩余电能能够重新输出至直流母线102，实现电能的内部循环利用，减少了电池20在充放电过程中的电能损耗；因此本实施例的直流变换模块103在控制模块105的操控下，通过多个开关管之间的配合导通或者关断，以使直流模块103具有不同的电能传输方向，电池化成和分容过程中的剩余电能可及时被保存，多个电池20可进行智能充放电，电池化成和分容中的电能具有更高的利用率，电池20具有更高的充放电效率和控制稳定性。
作为一种可选的实施方式，上述检测模块104和控制模块105都可采用传统技术中的电路模块或者传统技术中的软件指令来实现，对此不做限定；示例性的，所述检测模块104为传统技术中的电池检测器，通过电池检测器能够实时、精确地监控电池的充放电状态，以保障电池中内部电能的安全性；那么结合检测模块104和控制模块105可实现对于多个电池充放电状态的灵活调节，多个电池可更加安全地接入或者输出电能。
作为一种可选的实施方式，所述第二变压器T2的原边绕组和所述第二变压器T2的副边绕组的匝数比小于1。
请参阅3中直流变换模块103的具体电路结构，其中所述第二变压器具有升压和降压功能，以实现电池20与直流母线102之间的电能双向传输，所述控制系统10中的电能可实现循环利用；当所述第二变压器T2的原边绕组接入电池20的内部电能时，第二变压器T2的升压比等于第二变压器T2的匝数比，那么通过第二变压器T2实现升压功能，通过第二变压器T2的副边绕组输出幅值更大的内部电能，以使直流母线102进行电能存储，电池20在化成和分容过程中的剩余电能可被其它的电池循环利用；相反，若第二变压器T2的副边绕组接入直流母线L存储的直流电，第二变压器T2的副边绕组与第二变压器T2的原边绕组的匝数比大于1，那么第二变压器T2实现降压功能，进而所述第二变压器T2将降压后的直流电输出至相应的电池20，通过降压后的直流电给电池20进行充电，保障电池20的充电安全性和充电效率；因此本实施例中的直流变换模块103通过第二变压器T2对于电池20进行实时的充放电控制。
作为一种优选的实施方式，所述电池为单体电池；比如所述单体电池为锂电池。
其中所述锂电池具有较高的电能存储性能，在对于锂电池进行化成和分容时，所述控制系统10可对于锂电池充电过程中的剩余电能进行内部循环利用，防止了锂电池充电过程中的剩余电能反灌至外界电力系统中、对外界的电力系统造成冲击的问题；本实施例中的控制系统10能够对多个单体电池进行均衡的充放电控制，即减少了电能的功率损耗，又提高对于单体电池的充放电性能检测效率。
为了更好地说明本实施例中控制系统10的具体实施方式，下面通过两个具体的应用场景来说明控制系统10中各个电路模块的工作原理，具体如下：
应用场景1：若通过控制系统10对于12颗电池进行化成和分容，首先整流模块101从交流电网中获取交流电，再将该交流电转换成直流电，以输出至直流母线102，通过直流母线102传输并分配直流电能；首先控制模块105控制直流变换模块103进行正向工作，即从直流母线102获取直流电并将其降压后向电池20进行充电；但是由于12个电池中各个电池的容量和内阻等运行参数不一致，有一部分电池20会先充满，检测模块104将检测结果实时转送给控制模块105，控制模块105控制这部分先充满的电池20相连的直流变换模块103进行反向工作，将这部分电池20输出的电能进行升压操作后转送给直流母线102，未充满的电池20继续通过直流变换模块103从直流母线102获取直流电，直至电池20能够充满电；与此同时，控制模块105还可控制整流模块101的启停，以使整流模块101能够从交流电网中实时获取充足的电能，保障这12个电池20都能够完成化成和分容工作中的充电-放电需求；因此本应用场景中，通过控制系统10能够时这12颗电池中的电能进行内部循环以及利用，极大地提高了这12颗电池的充放电效率，避免这12颗电池充电剩余电能反馈至外界电力系统。
应用场景2：若控制系统10需要对100颗电池进行化成和分容；为了便于说明每一颗电池的充放电过程，下面采用对比验证的方法，将热耗型方案、馈网型方案与本实施例中的内循环方案进行比较论证；需要说明的是，所述热耗型方案和所述馈网型方案仅仅用于对比说明而已，并非构成本发明的现有技术；为便于计算电池的功耗，设定每颗电池的容量是10000mAh，电池的额定电压为5V，每颗电池的电能转换效率均为90％，并且假设只进行一轮充放电操作就可完成电池的化成和分容。
若采用热耗型方案，那么多个电池在充电过程中的剩余电量无法被循环利用，只能以热量的形式进行消耗，那么需要向100颗电池充入的总电量为100*10000mAh＝1000000mAh，同时每颗电池的电能转换效率为90％，也就是说实际需要从交流电网消耗的电量为：(1000000*0.5)/0.92KWh＝6.20KWh，交流电网实际输出的电能为：6.20KWh。
若采用馈网型方案，那么电池放电过程中产生的剩余电量将会被重新回馈至交流电网；所述馈网型方案对电池进行化成和分容，需要从交流电网获取的总电量为：6.2KWh的电量，完成化成和分容后向交流电网回馈的电量为：1000000*0.5/*0.92KWh＝4.05KWh，这种馈网型方案虽然会节省电池充电过程中的部分电量；但是从另一方面说，由于电池在充电后反馈的电能往往是不稳定的，存在较大的波动，因此这极有可能会对交流电网造成4.05KWh的电力冲击，导致交流电网处于极不稳定的状态，电力安全性较低；在馈网型方案，即使电池回馈的部分电能没有对交流电网造成冲击，100颗电池的化成和分容仍然需要消耗的电量为：(6.20-4.05)KWh＝2.15KWh；所述交流电网实际输出的总电量为：6.20KWh。
若采用本实施例中的内循环方案，所述控制系统10需要先将100颗电池进行分组，先对第一组电池进行充电，再将第一组电池释放的剩余电能对第二组进行充电，再将第二组电池释放的剩余电能对第三组电池进行充电，依次类推，直至最后一组电池完成充电；按照100颗电池的分组类型，可按照以下几种电池充放电情况进行分析：
(1)若将100颗电池分为两组，每组电池包含50颗电池，通过整流模块101从交流电网拉取的电量为：(50*10000*5/0.92)＝3.10KWh，将该电量对于第一组电池进行充电，当第一组电池充满电后，第一组电池的剩余电量以放电的形式向直流母线102释放的电量为：(50*10000*5*0.9)KWh＝2.25KWh，若仅仅凭借第一组电池释放的剩余电量无法满足第二组电池的充电功率需求，则需要再从交流电网中拉取的电量为：((50*10000*5)/0.9-50*10000*5*0.9)0.9＝0.59KWh，那么当第二组电池完成化成和分容后释放的电量为：2.25KWh，那么第二组电池释放的电量可供电路系统中其它的电子元器件使用；那么在内循环方案下，100颗电池实际需要从交流电网中消耗的电量为：(3.1+0.59-2.25)KWh＝1.44KWh，所述控制系统10从交流电网获取的电能为：3.69KWh。
(2)若将100颗电池分为两组，其中第一组电池包含60颗电池，第二组电池包含40颗电池，首先对第一组电池进行充电，当第一组电池充电完成后，第一组电池向直流母线102释放的总电量为：(60*10000*5*0.9)KWh＝2.70KWh，第二组电池需要从直流母线102获取的电量为：(40*10000*5/0.9)＝2.25KWh；同时在第一组电池释放的总电量中还存在：(2.70-2.25)KWh＝0.45KWh的电能供其它电子元器件使用；当第二组电池完成化成和分容后需要再向直流母线102释放的电量为：(40*10000*5*0.9)＝1.80KWh，通过第二组电池释放的电量可供其它电子元器件使用；那么100颗电池完成充电后，其它电子元器件获取的总电量为：(0.45+1.8)KWh＝2.25KWh，100颗电池在充电过程中，所述控制系统10需要从交流电网中获取的总电量为：3.70KWh。
(3)若将100颗电池分为三组，第一组电池包括50颗电池，第二组电池包括30颗电池，第三组电池包括20颗电池；则所述控制系统10需要先从交流电网中拉取的电量为：3.10KWh，当第一组电池充满电后，第一组电池向直流母线102释放的剩余电量为：2.25KWh，第二组电池向直流母线102获取的总电量为：1.67KWh，第二组电池充电完成后释放的电量为：1.35KWh；第三组电池从直流母线102获取的电量为：1.12KWh，第三组电池充电完成后释放的电量为：0.90KWh；那么在100颗电池充电完成后，电路系统中其它的电子元器件总共获取的电量为：(2.25-1.67+1.35-1.12+0.90)KWh＝3.10KWh。
(4)若将100颗电池分为四组，其中第一组电池包括40颗电池，第二组电池包括30颗电池，第三组电池包括20颗电池，第四组电池包括10颗电池；那么首先对第一组电池进行化成和分容，需要从交流电网中获取的电量为：2.47KWh，第一组电池充满电后向直流母线102释放的电量为：1.80KWh，第二组电池从直流母线102获取的电量为：1.67KWh，第一组电池释放的剩余电量中，还存在0.13KWh的电量供其它电子元器件使用；当第二组电池充满电后，第二组电池向直流母线102释放的电量为：1.35KWh；第三组电池从直流母线102获取的电量为1.12KWh，则第二组电池释放的电量中，还存在0.23KWh电量供其它电子元器件使用，当第三组电池充电完成后，第三组电池向直流母线102释放的电量为：0.90KWh；第四组电池从直流母线102获取的总电量为：0.56KWh，在第三组电池释放的剩余电量中，还存在0.34KWh的电量供其它电子元器件使用，当第四组电池充电完成后，第四组电池最后向直流母线L释放的电量为：0.45KWh；当100颗电池完成后，电路系统中其它电子元器件总共使用的电量为：(0.13+0.23+0.34+0.45)KWh＝1.15KWh，那么所述控制系统10只需要从交流电网中获取的电量为：2.47KWh。
根据以上电能计算规律，若将100颗电池分为若干组，其中第一组电池包括X个电池，若满足条件：X*10000*5/0.92＜2.15，即第一组电池少于35个时，且每一组电池释放到直流母线102的剩余电量能够满足下一组电池的充电量的需求时，则内循环方案下100颗电池消耗的电量少于馈网型方案下电池消耗的电量，并且内循环方案下的电池充放电过程对于交流电网无冲击隐患，保障了电力系统的安全和稳定。
示例性的，为了更好的说明100颗电池分为多组时，每一组电池充电完成后剩余电量的循环情况以及电池之间的电量利用情况，下面将100颗电池分为5组，并且每一组电池分别设有不同数量的电池，在不同分组条件下，多组电池的充放电情况，如下所示：
若在5组电池中，每组电池的数量依次为：34、27、21、16以及2，那么充放电情况如表1；
表1电池的充放电情况
电池组 获取电量 释放电量 剩余
第一组电池(34颗) 2.10KWh 1.53KWh 0.03KWh
第二组电池(27颗) 1.50KWh 1.21KWh 0.04KWh
第三组电池(21颗) 1.17KWh 0.94KWh 0.05KWh
第四组电池(16颗) 0.89KWh 0.72KWh 0.60KWh
第五组电池(2颗) 0.12KWh 0.09KWh 0.09KWh
那么在表1中，所述控制系统10从交流电网获取的电量为：2.10KWh。
若在5组电池中，每组电池的数量依次为：34、26、20、15以及5，那么充放电情况如表2；
表2电池的充放电情况
电池组 获取电量 释放电量 剩余
第一组电池(34颗) 2.10KWh 1.53KWh 0.08KWh
第二组电池(26颗) 1.45KWh 1.17KWh 0.05KWh
第三组电池(20颗) 1.12KWh 0.90KWh 0.06KWh
第四组电池(15颗) 0.84KWh 0.67KWh 0.39KWh
第五组电池(5颗) 0.28KWh 0.22KWh 0.22KWh
那么在表2中，所述控制系统10从交流电网获取的电量为：2.10KWh。
若在5组电池中，每组电池的数量依次为：30、24、19、15以及12，那么每一组电池的充放电情况如表3；
表3电池的充放电情况
电池组 获取电量 释放电量 剩余
第一组电池(30颗) 1.86KWh 1.35KWh 0.01KWh
第二组电池(24颗) 1.34KWh 1.08KWh 0.02KWh
第三组电池(19颗) 1.06KWh 0.85KWh 0.01KWh
第四组电池(15颗) 0.84KWh 0.67KWh 0KWh
第五组电池(12颗) 0.67KWh 0.54KWh 0.54KWh
那么在表3中，所述控制系统10从交流电网获取的电量为：1.86KWh。
根据以上变化规律可知，在满足前后两组电池可进行电能循环利用的基础之上，当第一组电池的数量越少，则所述控制系统10需要向交流电网获取的电能越低，交流电网的电能功耗就越小。
因此根据本应用场景可知，与电量热耗型及电量馈网型相比，电量内循环方案需要从交流电网中获取的电能最少，并且电池在充放电过程中剩余的电量还可被循环利用，避免了对于交流电网产生冲击；由此可以验证，通过控制系统10能够使多个电池化成和分容过程中实现电量的循环利用，提升了多个电池的充电效率和充电安全性，降低了电池充放电过程中的电能损耗，外界的电力系统能够保持更加稳定的运行状态。图4示出了本实施例提供的电池化成和分容的控制方法的具体实现步骤，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤S401：接入交流电，并将所述交流电转化为直流电；通过交流转直流的功能，那么直流电够为电池提供原始的供电电能。
步骤S402：通过直流母线接入并且传输所述直流电；其中直流母线能够作为电能传输和分配设备，可为多个电池进行均衡充电和均衡放电。
步骤S403：对每一个电池的电量状态进行检测；通过对于电池的电量状态可实时判断出所述电池是否充满电，以便于对于电池进行充放电安全控制。
步骤S404：若所述电池的电量状态已经达到电能充满状态，则对所述电池输出的电能进行升压，并将升压后的电能输出至所述直流母线；升压后的电能存储在所述直流母线，可为其它的电池提供电能，以实现当前电池充电过程中剩余电能的循环利用。
步骤S405：若所述电池的电量状态未达到电能充满状态，则对所述直流母线的直流电进行降压，并将降压后的直流电输出至所述电池；降压后的直流电符合电池的额定功率需求，进而通过降压后的直流电对所述电池进行充电，直至将所述电池充满电。
作为一种可选的实施方式，所述交流电来源于市电。
示例性的，所述交流电为380V交流电。
需要说明的是，图4中的电池化成和分容的控制方法与图1～图3中的电池化成和分容的控制系统10中各个电路模块相对应，因此关于图4中电池化成和分容的控制方法的具体实施方式可参照图1～图3的实施例，此处将不再赘述。
在本实施例中，所述控制方法能够对于每一个电池的充放电状态进行监控，当电池充满电或者并未充满电时，所述分别对电池采用相应的充电控制和放电控制，以使电池的充放电过程可保持平衡和稳定；并且所述电池在化成和分容过程中的剩余电能可被内部循环利用，多个电池具有更高的智能充电效率，防止了电池化成和分容过程中的剩余电能对于交流电网造成冲击；因此本实施例中的控制方法具有更低的电能损耗，提升了电力系统的安全性，有效地降低了传统技术中电池进行化成和分容过程中的剩余电能以对电力系统的稳定性造成冲击，电池的充电效率较低的问题。
图5示出了本实施例提供的电池电能管理系统50的结构示意，其中，所述电池电能管理系统50包括如上所述的电池化成和分容的控制系统10。
参照上述图1至图3的实施例，通过控制系统10对于电池的化成和分容过程中的充放电状态进行管理，以使多个电池在充电过程中的剩余电能可被内部循环利用，保障了电能的利用效率和充电效率，外界的电力系统输出更少的电能，驱动多个电池完成化成和分容过程；因此本实施例将电池化成和分容的控制系统10应用在电池电能管理系统50，通过该电池电能管理系统50能够对于多个电池的电能运行状态进行智能的监控和管理，以使多个电池具有更高的充电安全性和放电安全性，多个电池内部的电能可保持均衡传输，并且多个电池在充电过程中的剩余电能可循环利用，降低了多个电池的功率损耗；因此本实施例中的电池电能管理系统50对于电池的充放电性能具有积极的促进作用，将产生重要的工业生产价值；有效地解决了传统技术中电池电能管理系统无法实现电池内部之间的电能循环，多个电池的电能损耗较大，电池的充放电稳定性较低，并且容易对外界的电力系统造成冲击的问题。
在本文对各种器件、电路、装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。
在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。任何方向参考(例如，加上、减去、上部、下部、向上、向下、左边、右边、向左、向右、顶部、底部、在…之上、在…之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)用于识别目的以帮助读者理解本公开内容，且并不产生限制，特别是关于实施方式的位置、定向或使用。
虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/耦合且彼此处于固定关系中。“例如”在整个说明书中的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池化成和分容的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
整流模块，所述整流模块与交流电网连接，所述整流模块用于获取交流电，并将所述交流电转换为直流电；
直流母线，所述直流母线与所述整流模块连接，所述直流母线用于接入并且传输所述直流电；
多个直流变换模块，各所述直流变换模块连接在所述直流母线与各个电池之间，其中所述直流变换模块与所述电池一一对应连接，所述直流变换模块用于进行电压变换；
检测模块，所述检测模块与各个所述电池连接，所述检测模块用于检测所述电池的电量状态，若所述电池的电量状态已经达到电能充满状态，则所述检测模块产生第一检测信号；若所述电池的电量状态未达到电能充满状态，则所述检测模块产生第二检测信号；以及
控制模块，所述控制模块与所述检测模块、所述整流模块以及各所述直流变换模块连接，所述控制模块用于根据所述第一检测信号使所述直流变换模块对所述电池输出的电能进行升压，以将升压后的电能输出至所述直流母线，还用于根据所述第二检测信号对所述直流母线的直流电进行降压，以将降压后的直流电输出至所述电池。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块还用于生成第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述整流模块启停。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述整流模块包括：第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电感以及第一电容；
其中，所述第一变压器的原边绕组的同名端和所述第一变压器的原边绕组的异名端接所述交流电网和所述控制模块，所述第一变压器的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的副边绕组分为第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的同名端接所述第一二极管的阳极，所述第二绕组的异名端接所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极共接于所述第一电感的第一端；
所述第一电感的第二端和所述第一电容的第一端共接形成所述整流模块的正极输出端，所述第一绕组的异名端、所述第二绕组的同名端以及所述第一电容的第二端共接形成所述整流模块的负极输出端；
所述整流模块的正极输出端和所述整流模块的负极输出端接所述直流母线。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述直流变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第二电容、第三电容、第四电容、第二电感以及第二变压器；
其中，所述第一开关管的第一导通端和所述第二电容的第一端共接形成所述直流变换模块的正极输入端，所述第一开关管的第二导通端和所述第二开关管的第一导通端共接于所述第二电感的第一端，所述第二开关管的第二导通端和所述第三电容的第一端共接形成所述直流变换模块的负极输入端；
所述第二电感的第二端接所述第二变压器的原边绕组的同名端，所述第二电容的第二端和所述第三电容的第二端共接于所述第二变压器的原边绕组的异名端；
所述第一开关管的控制端接所述控制模块，所述第二开关管的控制端接所述控制模块；
所述第二变压器的副边绕组带有抽头，所述抽头将对应的绕组分为第三绕组和第四绕组，所述第三绕组的同名端接所述第三开关管的第一导通端，所述第四绕组的异名端接所述第四开关管的第一导通端，所述第三绕组的异名端、第四绕组的同名端以及所述第四电容的第一端共接形成所述直流变换模块的正极输出端，所述第三开关管的第二导通端、所述第四开关管的第二导通端以及所述第四电容的第二端共接形成所述直流变换模块的负极输出端；
所述第三开关管的控制端接所述控制模块，所述第四开关管的控制端接所述控制模块；
所述直流变换模块的正极输入端和所述直流变换模块的负极输入端接所述电池，所述直流变换模块的正极输出端和所述直流变换模块的负极输出端接所述直流母线。
5.根据所述权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第一开关管为MOS管或者三极管，所述第二开关管为MOS管或者三极管，所述第三开关管为MOS管或者三极管，所述第四开关管为MOS管或者三极管。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第二变压器的原边绕组和所述第二变压器的副边绕组的匝数比小于1。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电池包括至少一个单体电池。
8.一种电池化成和分容的控制方法，其特征在于，包括：
接入交流电，并将所述交流电转化为直流电；
通过直流母线接入并且传输所述直流电；
对每一个电池的电量状态进行检测；
若所述电池的电量状态已经达到电能充满状态，则对所述电池输出的电能进行升压，并将升压后的电能输出至所述直流母线；
若所述电池的电量状态未达到电能充满状态，则对所述直流母线的直流电进行降压，并将降压后的直流电输出至所述电池。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述交流电来源于市电。
10.一种电池电能管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电池化成和分容的控制系统。
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