CN112134315A - 梯次电池的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种梯次电池的控制系统和控制方法，其中，控制系统包括：至少两个电池模组；与每个所述电池模组对应设置的控制单元，所述控制单元之间相互通信；其中，所述控制单元，用于控制所述至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同，提高梯次电池模组的利用率，避免系统扩容时的能量环流。

Description

梯次电池的控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及低压电池技术领域，尤其涉及一种梯次电池的控制系统和控制方法。

背景技术

低压48V电池系统在微电网储能、数据、通信机房备电灯场合应用非常广泛和成熟。由于这种场景的倍率小，工况稳定，非常适合汽车退役电池的梯次利用。相关技术中，48V电池系统是由电芯的串并联组成电池模组，通过电池管理系统来控制系统的工作状态，但存在电池系统配组难、模组利用率低，以及系统扩容并联时，容易产生能量环流等问题。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关的技术问题。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种梯次电池的控制系统，以提高梯次电池模组的利用率，避免系统扩容时的能量环流。

本发明的第二个目的在于提出一种梯次电池的控制方法。

本发明的第三个目的在于提出一种控制单元。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种梯次电池的控制系统，包括：至少两个电池模组；与每个所述电池模组对应设置的控制单元，所述控制单元之间相互通信；其中，所述控制单元，用于控制所述至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

根据本发明的一个实施例，其中一个控制单元，用于获取每个电池模组的采样信息，根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号，并将所述充放电控制信号发送至剩余的控制单元。

根据本发明的一个实施例，所述充放电控制信号为承载所述电池模组放电时放电深度的第一控制信号，或者承载所述电池模组充电时充电电流的第二控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制单元，具体用于：根据每个电池模组的所述采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别所述电池模组的电池容量；根据所述电池容量获取放电深度，利用所述放电深度生成所述第一控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制单元，具体用于：根据每个所述电池模组的所述采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值；根据所述充电电流的平均值生成所述第二控制信号。

根据本发明的一个实施例，双向变换器，所述双向变换器与所述控制单元相连，以接收所述控制单元发送的第一控制信号，根据所述第一控制信号对所述电池模组的放电深度进行调节，以及接收所述控制单元发送的所述第二控制信号，根据所述第二控制信号对所述电池模组的充电电流进行调节。

根据本申请的梯次电池的控制系统，能够实现以电池模组支路为单位对电池模组的充放电过程进行控制，使得无需对支路内电池模组进行配组，大大提高了梯次电池的利用率，同时，通过对电池模组放电时的放电深度的调节，能够保证电池模组的电容量的有效利用，并且有效避免容量较低的电池模组过放造成的寿命降低，以及在充电时的充电电流的调节，能够有效降低系统的能量环流，避免电池模组过充。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种梯次电池的控制方法，包括：控制至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

根据本发明的一个实施例，在所述控制至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同之前，还包括：获取每个电池模组的采样信息，并根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述充放电控制信号为承载所述电池模组放电时放电深度的第一控制信号，或者承载所述电池模组充电时充电电流的第二控制信号。

根据本发明的一个实施例，根据每个电池模组的所述采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别所述电池模组的电池容量；根据所述电池容量获取放电深度，利用所述放电深度生成所述第一控制信号。

根据本发明的一个实施例，根据每个所述电池模组的所述采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值；根据所述充电电流的平均值生成所述第二控制信号。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种控制单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现所述的梯次电池的控制方法。

为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的梯次电池的控制方法。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的梯次电池的控制系统的方框示意图；

图2为本发明一个具体实施例的梯次电池的控制系统的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的梯次电池的控制方法的流程图；

图4为本发明另一个实施例的梯次电池的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

相关技术中的电池包，由于受汽车里体积、空间的约束，电池包是由多个不同电池模组组成的，例如4串电芯的电池模组、7串电芯的电池模组、8串电芯的电池模组和12串电芯的电池模组等多个种类。对于磷酸铁锂电池来讲，低压48V电池系统需要由16串电芯组成，通常可通过2个8串电芯的电池模组组成，或者4个4串电芯的电池模组组成，又或者2个4串电芯的电池模组加上一个8串电芯的电池模组组成等多种配组方式。因此，由于梯次利用的电池模组内部电芯的多样化，大大加大了电芯配组的复杂程度。

而且，由于梯次电池的容量差异比较大，最大可达到20％的容量差异，例如，部分电池模组拥有100％电池容量，部分电池模组仅拥有80％电池容量。这使得如果按照100％容量的电池进行放电，则会使80％容量的电池过放，如果按照80％容量的电池进行放电，则会造成100％容量的电池的浪费。

进一步地，由于不同电池模组之间的容量差异巨大，系统扩容电池模组并联时的能量流动不可控，使得电池模组间的环流较大，增大电池模组的管理难度，加剧了电池模组间的差异化衰减，整体减少了系统的寿命。

另外，传统的电池系统的充电装置是独立设置的，由于充电电流不可由电池管理系统控制，导致充电电流远大于均衡电流，电池会很快的进入过压保护状态，导致充电末期的均衡效果很差。

基于此，本申请提出一种梯次电池的控制系统，无需对电池模组进行配组，通过控制单元的控制提升电池模组的寿命。

下面参考附图描述本发明实施例的梯次电池的控制系统和控制方法。

图1为本发明实施例的梯次电池的控制系统的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的梯次电池的控制系统100，包括电池模组10和控制单元20。

其中，控制单元20与每个电池模组10对应设置，控制单元20之间相互通信。

控制单元20用于控制至少两个电池模组10在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

具体地，控制单元20还用于：获取每个电池模组10的采样信息，并根据每个电池模组10的采样信息生成充放电控制信号。

其中，充放电控制信号为承载电池模组10放电时放电深度的第一控制信号，或者承载电池模组10充电时充电电流的第二控制信号。

进一步地，梯次电池的控制系统100还包括双向变换器30，双向变换器30与控制单元20相连，以接收控制单元20发送的第一控制信号，根据第一控制信号对电池模组10的放电深度进行调节，以及接收控制单元20发送的第二控制信号，根据第二控制信号对电池模组10的充电电流进行调节。

具体而言，如图2所示，在一个电池模组10支路中设置有控制单元20、采样电路40和双向变换器30。其中，采样电路40采集该支路中电池模组10的采样信息并发送至控制单元20，控制单元20在电池模组10放电时生成第一控制信号，并根据第一控制信号对双向变换器30进行控制以实现对电池模组10的放电深度的调节，以及在电池模组10充电时生成第二控制信号，并根据第二控制信号对双向变换器30进行控制以实现对电池模组10的充电电流进行调节。

进一步地，控制单元20，具体用于：根据每个电池模组10的采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别电池模组10的电池容量；根据电池容量10获取放电深度，利用放电深度生成第一控制信号。

具体地，控制单元20可以根据采样电路40检测到的电池模组10的电芯电压采样信息和/或充放电电流采样信息，通过自检逻辑判断后确认出电池模组10里电芯的串联个数，从而识别出电池模组10的电池容量，即，电池模组10当前的实际容量，然后按照该实际容量与放电百分比计算出放电深度，然后利用该放电深度生成第一控制信号，使得双向变换30根据第一控制信号对电池模组10进行调节。

其中，双向变换器30可为非隔离半桥拓扑、四开关H桥拓扑、推挽拓扑、半桥拓扑等结构的双向变换器，以在电池模组10充电时将外界交流电转换成直流电充入电池模组，或在电池模组10放电时将电池模组10的直流电转换为交流电向负载供电。

因此，在本发明实施例中，第一控制信号可为电流值信号，控制单元20通过对双向变换器30中电感的电流值进行设定，使得在放电期间电池模组10的放电深度达到预设深度；或者，第一控制信号也可为开关信号，控制单元20通过采样电路40获取到电池模组10的输出电量，当输出电量达到实际容量的放电深度时，通过第一控制信号控制双向变换器30停止工作，以使电池模组10在放电深度达到预设深度时停止向外供电。由此，可以通过对每条电池模组支路中的双向变换器的控制，有效保证系统中电池模组的放电深度一致，避免了电池模组过放或电量浪费的问题。

更进一步地，控制单元20具体用于：根据每个电池模组10的采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值；根据充电电流的平均值生成第二控制信号。

具体地，控制单元20通过采样电路40获取当前支路中电池模组10的充电电流，同时通过与其进行通信的其他支路的控制单元20获取其他支路电池模组10的充电电流，然后计算多个电池模组的充电电流的平均值，并根据充电电流的平均值生成第二控制信号，以控制双向变换器30执行第二控制信号，以按照充电电流的平均值对电池模组10进行充电，实现了系统各支路之间的均流，避免电池模组因充电电流过大导致过充保护。

在一些实施例中，还可在电池模组10的充电末期对充电电流进行均衡，并适当的降低当前充电电流，以保证在充电末期的均流时间充足。

应当理解的是，还可选取其中一个控制单元20，用于获取每个电池模组10的采样信息，根据每个电池模组10的采样信息生成充放电控制信号，并将充放电控制信号发送至剩余的控制单元20。

换言之，可选取一个控制单元20作为总控制单元，通过与其他控制单元20之间的通信获取全部电池模组10的采样信息，然后根据采样信息生成充放电控制信号后再发送给各控制单元20，有效降低其他各控制单元20的计算量，提升控制系统的运行效率。

在本发明的一些实例中，采样电路40可采用德州仪器公司的536、455型号或者恩智浦半导体公司的33172型号等，控制单元20可为德州仪器公司的C2000系列，控制单元20之间可通过485、CAN总线、LINK等进行通信。其中，控制单元20可由辅助电池进行供电。

需要说明的是，控制单元20还用于根据采样电路40的采样信息设置电池模组10的保护参数，例如过压保护参数、欠压保护参数、恒流参考点、均充参考点、浮充参考点、限功率点等。

综上所述，本申请可以电池模组支路为单位对电池模组的充放电过程进行控制，使得无需对支路内电池模组进行配组，大大提高了梯次电池的利用率，同时，通过对电池模组放电时的放电深度的调节，能够保证电池模组的电容量的有效利用，并且有效避免容量较低的电池模组过放造成的寿命降低，以及在充电时的充电电流的调节，能够有效降低系统的能量环流，避免电池模组进行过充保护。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种梯次电池的控制方法。

本发明实施例的梯次电池的控制方法，包括：控制至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

进一步地，在控制至少两个电池模组在放放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同之前，还包括：获取每个电池模组的采样信息，并根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号。

进一步地，充放电控制信号为承载电池模组放电时放电深度的第一控制信号，或者承载电池模组充电时充电电流的第二控制信号。

进一步地，如图3所示，梯次电池的控制方法，还包括：

S101：根据每个电池模组的采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别电池模组的电池容量。

S102：根据电池容量获取放电深度，利用放电深度生成第一控制信号。

进一步地，如图4所示，梯次电池的控制方法，还包括：

S201：根据每个电池模组的采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值。

S202：根据充电电流的平均值生成第二控制信号。

需要说明的是，前述对梯次电池的控制系统实施例的解释说明也适用于该实施例的梯次电池的控制方法，此处不再赘述。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种控制单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现前述的梯次电池的控制方法。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的梯次电池的控制方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法承载的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种梯次电池的控制系统，其特征在于，包括：

至少两个电池模组；

与每个所述电池模组对应设置的控制单元，所述控制单元之间相互通信；

其中，所述控制单元，用于控制所述至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

2.根据权利要求1所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，所述控制单元，还用于：

获取每个电池模组的采样信息，并根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号。

3.根据权利要求1所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，还包括：

其中一个控制单元，用于获取每个电池模组的采样信息，根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号，并将所述充放电控制信号发送至剩余的控制单元。

4.根据权利要求2或3所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，所述充放电控制信号为承载所述电池模组放电时放电深度的第一控制信号，或者承载所述电池模组充电时充电电流的第二控制信号。

5.根据权利要求4所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，所述控制单元，具体用于：

根据每个电池模组的所述采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别所述电池模组的电池容量；

根据所述电池容量获取放电深度，利用所述放电深度生成所述第一控制信号。

6.根据权利要求4所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，所述控制单元，具体用于：

根据每个所述电池模组的所述采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值；

根据所述充电电流的平均值生成所述第二控制信号。

7.根据权利要求4所述的梯次电池的控制系统，其特征在于，还包括：

双向变换器，所述双向变换器与所述控制单元相连，以接收所述控制单元发送的第一控制信号，根据所述第一控制信号对所述电池模组的放电深度进行调节，以及接收所述控制单元发送的所述第二控制信号，根据所述第二控制信号对所述电池模组的充电电流进行调节。

8.一种梯次电池的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同。

9.根据权利要求8所述的梯次电池的控制方法，其特征在于，在所述控制至少两个电池模组在放电时的放电深度相同，以及在充电时的充电电流相同之前，还包括：

获取每个电池模组的采样信息，并根据每个电池模组的采样信息生成充放电控制信号。

10.根据权利要求8所述的梯次电池的控制方法，其特征在于，所述充放电控制信号为承载所述电池模组放电时放电深度的第一控制信号，或者承载所述电池模组充电时充电电流的第二控制信号。

11.根据权利要求10所述的梯次电池的控制方法，其特征在于，还包括：

根据每个电池模组的所述采样信息中的电芯电压和/或充放电电流，识别所述电池模组的电池容量；

根据所述电池容量获取放电深度，利用所述放电深度生成所述第一控制信号。

12.根据权利要求10所述的梯次电池的控制方法，其特征在于，还包括：

根据每个所述电池模组的所述采样信息中的当前充电电流，获取充电电流的平均值；

根据所述充电电流的平均值生成所述第二控制信号。

13.一种控制单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求8-12中任一所述的梯次电池的控制方法。

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