CN112398193A - 一种电池系统保护电路和充放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电池系统保护电路和充放电方法。该电池系统保护电路包括：主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，不间断电源用于当输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块充电；当输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块放电。实现在保证充电和放电共用同一控制回路的同时实现在有/无市电输入时通过不间断电源控制电池组充电/放电以满足负载供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块和从电池管理模块的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。

Description

一种电池系统保护电路和充放电方法
技术领域
本发明实施例涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池系统保护电路和充放电方法。
背景技术
电池系统的保护是电池技术领域中很重要的一个环节。然而，现有的电池保护电路的设计存在以下几个问题：首先，电池的充电和放电往往是两个相互隔离的回路，这会导致电路设计复杂且设计成本高；当供电端市电发生故障或断电时无法满足正常的供电需求。
发明内容
本发明提供一种电池系统保护电路和充放电方法，以实现在保证充电和放电共用同一回路的同时实现在有/无市电输入时通过不间断电源控制电池组充电/放电以满足负载供电。
第一方面，本发明实施例提供了一种电池系统保护电路，该电池系统保护电路包括：主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，所述主电池管理模块与所述不间断电源模块电连接，所述不间断电源模块与动力线电连接，所述不间断电源模块的输入端接入市电，每个所述电池组充放电模块与所述动力线电连接，每个所述电池组充放电模块与一所述电池组电连接，每个所述电池组与一所述从电池管理模块电连接；所述从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至所述主电池管理模块；
其中，所述不间断电源模块用于当输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块充电；当输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块放电。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电池系统保护电路充放电方法，由所述电池系统保护电路执行，所述电池系统保护电路包括主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，所述主电池管理模块与所述不间断电源模块电连接，所述不间断电源模块与动力线电连接，所述不间断电源模块的输入端接入市电，每个所述电池组充放电模块与所述动力线电连接，每个所述电池组充放电模块与一所述电池组电连接，每个所述电池组与一所述从电池管理模块电连接；所述从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至所述主电池管理模块；
所述方法包括：
当不间断电源模块输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块充电；
当不间断电源输模块入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块放电。
本发明通过提供一种电池系统保护电路，该电池系统保护电路包括：主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，主电池管理模块与不间断电源模块电连接，不间断电源模块与动力线电连接，不间断电源模块的输入端接入市电，每个电池组充放电模块与动力线电连接，每个电池组充放电模块与一电池组电连接，每个电池组与一从电池管理模块电连接；从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至主电池管理模块；其中，不间断电源用于当输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块充电；当输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块放电。解决现有的电池保护电路存在电路设计复杂、设计成本高、市电异常时无法保证正常的供电等问题，实现在保证充电和放电共用同一控制回路的同时实现在有/无市电输入时通过不间断电源控制电池组充电/放电以满足负载供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块和从电池管理模块的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种电池系统保护电路的结构示意图；
图2是本发明实施例二中的一种电池系统保护电路的结构示意图；
图3是本发明实施例三中的一种电池系统保护电路充放电方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一中提供的一种电池系统保护电路的结构示意图。参考图1，该电池系统保护电路包括：主电池管理模块10、不间断电源模块20、至少一个从电池管理模块110和至少一个电池组充放电模块120和至少一个电池组130，其中，主电池管理模块10与不间断电源模块20电连接，不间断电源模块20与动力线P0电连接，不间断电源模块20的输入端接入市电1，每个电池组充放电模块120与动力线P0电连接，每个电池组充放电模块120与一电池组130电连接，每个电池组130与一从电池管理模块110电连接；从电池管理模块110用于检测与其对应连接的电池组130的状态信息并发送至主电池管理模块10；
其中，不间断电源模块20用于当输入端输入市电1时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块120充电；当输入端无市电1输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块120放电。
参考图1，主电池管理模块10、不间断电源模块20、从电池管理模块110、电池组充放电模块120和、电池组130形成第一个充/放电控制回路101。图中还示出了第二个从电池管理模块210、第二个电池组充放电模块220和第二个电池组230，同理主电池管理模块10、不间断电源模块20、第二个从电池管理模块210、第二个电池组充放电模块220和第二个电池组230形成第二个充/放电控制回路102。通过设置多个充/放电控制回路，可以在市电发生异常时由多个电池组同时放电，从而满足负载2的正常供电。需要说明的是，该电池系统保护电路可以包含多个这样的充/放电控制回路，具体的数量可以根据实际情况进行设定，在本实施例中不做具体的限定。
其中，每个从电池管理模块110均与主电池管理模块10电连接，每个从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至主电池管理模块，例如，参考图1，第一个从电池管理模块110分别与第一个电池组130和主电池管理模块10电连接，第一个从电池管理模块110实时检测第一个电池组130的状态信息并发送至主电池管理模块10，第二个从电池管理模块210分别与第二个电池组230和主电池管理模块10电连接，第二个从电池管理模块210实时检测第二个电池组230的状态信息并发送至主电池管理模块10。其中，电池组的状态信息包括电池组的电量信息、温度信息、电压和电流信息等。
在本实施例的技术方案中，以主电池管理模块10、不间断电源模块20、从电池管理模块110、电池组充放电模块120和、电池组130形成的充/放电控制回路为例，对该电池系统保护电路的实现过程进行说明，具体过程为：首先，闭合市电1、电池组130的供电开关，开启主电池管理模块10，主电池管理模块10进行低压上电和自检，当主电池管理模块10自检结果为正常且未报故障时，再开启电池组充放电模块120。正常情况下，不间断电源模块20的输入端输入市电，一方面，不间断电源模块20的输出端输出电压为负载2供电，另一方面，不间断电源模块20根据主电池管理模块10反馈的电池组的电量状态信息判断电池组充放电模块120是否充电或放电。例如，当电池组130的电量为低电量或达到充电要求时，不间断电源模块20通过其输入端输入的市电向电池组充放电模块120充电。在电池组130在充电过程中，从电池管理模块110实时检测电池组130的状态信息，一旦有报警，从电池管理模块110向主电池管理模块10反馈报警内容。当电池组130充满时，从电池管理模块110向不间断电源模块20发送充满指令，例如，请求电流值为0，从电池管理模块110发送禁充指令，使充满状态维持，此时系统处于待机禁充状态(即放电回路保持通路，允许放电)。此外，在充电过程中，若触发充电保护告警阈值(参数可设)，从电池管理模块110对应向不间断电源模块20发送跳机(保护)指令，同时禁充干接点L1断开，延时(时间可设置)从电池管理模块110以切断电池组充放电模块120，保护电池组130，避免事故发生。其中电池组电量告警信号可不关联保护动作，只告警不做处理。
当出现市电发生异常以及其他供电设备不稳定或断电等情况时，不间断电源模块20控制电池组130通过电池组充放电模块120放电，以为负载供电。在电池组130放电过程中，当从电池管理模块110检测到电池组130放空电量后，主电池管理模块10向不间断电源模块20发送电量放空状态信号，请求电流值为0，同时禁放干接点L2断开。若不间断电源模块20未动作，则主电池管理模块10延时(时间可设)断开电池组充放电模块120，放空状态维持，此时电池组处于待机禁放状态(允许充电)，需要经过充电后才释放放空状态(市电来电后恢复充电)，且不因电池放电后静置电压自然回升而恢复放电。此外，在市电断电时，电池组130对外放电，在电池组130放电终止之前，若市电恢复正常，不间断电源模块20将系统又切换到市电回路，同时对电池组130进行充电，主电池管理模块10根据电池组的状态信息向不间断电源模块20发送充电允许电流值。当电池组130在充满电后，由于长时间待机，电池组电压及电量下降到允许充电阈值(参数可设)时，电池组需重新充电，主电池管理模块10根据当前电池组状态信息向不间断电源模块20发送充电允许电流值。
由此可知，电池组130的充电和放电回路都是由不间断电源模块20、电池组充放电模块120和电池组130形成的控制回路。在市电供电正常的情况下，不间断电源模块20通过市电为负载供电同时还可根据电池组的状态信息为电池组充电，当市电异常时，不间断电源模块20通过控制电池组充放电模块120控制电池组130放电从而为负载供电，从而在市电异常时提供备用电源确保系统的正常供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块10和从电池管理模块110的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。
本实施例的技术方案，通过提供一种电池系统保护电路，该电池系统保护电路包括：主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，主电池管理模块与不间断电源模块电连接，不间断电源模块与动力线电连接，不间断电源模块的输入端接入市电，每个电池组充放电模块与动力线电连接，每个电池组充放电模块与一电池组电连接，每个电池组与一从电池管理模块电连接；从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至主电池管理模块；其中，不间断电源用于当输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块充电；当输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块放电。解决现有的电池保护电路存在电路设计复杂、设计成本高、市电异常时无法保证正常的供电等问题，实现在保证充电和放电共用同一控制回路的同时实现在有/无市电输入时通过不间断电源控制电池组充电/放电以满足负载供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块和从电池管理模块的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。
实施例二
图2是本发明实施例二中提供的一种电池系统保护电路的结构示意图。在上述实施例一的基础上，参考图2，电池组充放电模块120包括开关单元K0和预充电路121，开关单元K0与动力线P0、预充电路121输入端、电池组130的第一端电连接，预充电路121的输出端与电池组130的第二端电连接。
通常电池组在上电瞬间电流很大，会发生大电流冲击损坏电池组及其他器件的情况，通过设置预充电路121可以避免电池组上电瞬间因电流过大对电池组、不间断电源模块等器件造成影响。
可选地，继续参考图2，预充电路121包括第一电阻R1、第一二极管D1、第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1分别与开关单元K0和电池组130的第二端电连接，第一电阻R1和第二开关K2串联连接后并联连接在第一开关K1的两端，第一二极管D1的阳极与电池组130的第二端电连接，第一二极管D1的阴极与开关单元K0电连接。
其中，第一电阻R1为预充电阻，第二开关K2为预充开关。第一开关K1和第二开关K2可以为接触器开关。第一二极管D1可以为防反二极管。
可选地，继续参考图2，电池组充放电模块120还包括第二二极管D2和第三开关K3，第三开关K3分别与开关单元K0和电池组130的第一端电连接，第二二极管D2的阳极与开关单元K0电连接，第二二极管D2的阴极与电池组130的第一端电连接。
其中，将第二二极管D2的阳极与开关单元K0电连接，第二二极管D2的阴极与电池组的第一端电连接，可以在第三开关K3出现故障时由第二二极管D2导通充放电回路。此外，第三开关K3可以为接触器开关。
具体的，该电池系统保护电路的上电或待机过程为：首先闭合市电1、电池组130的供电开关，然后开启主电池管理模块10，主电池管理模块10开启后进行低压上电和自检，当主电池管理模块10自检结果为正常且未报故障时，不间断电源模块20先控制开关单元K0、第二开关K2和第三开关K3闭合，使不间断电源模块20输出的电压先通过第一电阻R1预充一定时间(预充时间可根据实际情况进行设定)后，再断开第二开关K2和第三开关K3，此时由不间断电源模块10、开关单元K0、第一二极管D1、第二二极管D2和电池组130形成充放电回路，使电池组130进行充放电。如果电路出现故障，比如第一二极管D1和/或第二二极管D2出现故障时，可以闭合第一开关K1和第三开关K3以确保回路的正常工作。
此外，参考图2，电池组充放电模块120还可包括中性线P1，中性线P1分别与电池组130的第三端电连接，电池组130的第一端可为电池组130的正极端(或负极端)，电池组130的第二端可为电池组130的负极端(或正极端)。在本实施例中，包含中性线P1的电池系统保护电路可适用于大功率、大容量输出的储能电池，该中性线P1的主要作用为：通常，不间断电源模块20通过输出正弦波交流信号控制电池组充放电模块120以控制电池组130的充放电，该正弦波交流信号包括正半周和负半周信号，当推出正半周信号时由电池组130的正极和中性线P1(或者负极和中性线P1)形成充放电回路，当推出负半周信号时由电池组130的负极和中性线P1(或者正极和中性线P1)形成充放电回路，最后正半周和负半周合并形成一个完整的正弦波信号输出。
可选地，开关单元K0包括第一断路器KM1和第二断路器KM2，第一断路器KM1分别与动力线P0和第二断路器KM2电连接，第二断路器KM2与预充电路121和电池组130的第一端电连接。
其中，第一断路器KM1可以设置在高压箱外部，第二断路器KM2可以设置在高压箱内部，第二断路器KM2的主要作用是切断高压箱以下电路的导通。第一断路器KM1用于在第二断路器KM2断开时同时断开，实现二次保护电路可以完全断开电路。第二断路器KM2可以在第一断路器KM1发生故障时用作备选开关，从而保证充放电回路的正常工作。同理，第一断路器KM1可以在第二断路器KM2发生故障时用作备选开关。此外，在电路设计允许的情况下，开关单元还可以包括多个断路器，从而可以保障充放电回路的正常工作。
可选地，电池组充放电模块120还包括熔断器FU1，熔断器FU1分别与预充电路121和电池组130的第二端电连接。
其中，熔断器FU1用于在线路发生故障时保护电池组等器件的安全。
可选地，电池组充放电模块120还包括分流器FL1，分流器FL1分别与开关单元K0和电池组130的第一端电连接。
其中，分流器FL1可以用于检测电池组的电流信息。
可选地，继续参考图2，从电池管理模块110包括从电池管理单元111、电压检测单元112和温度检测单元113，电压检测单元112和温度检测单元113均与电池组130电连接，电压检测单元112和温度检测单元113与从电池管理单元111电连接，从电池管理单元111与主电池管理模块10电连接。
其中，电压检测单元112可以为电压互感器，温度检测单元113可以为温度传感器。
可选地，参考图2，每个从电池管理模块通过CAN总线与主电池管理模块电连接。
实施例三
图3是本发明实施例三中提供的一种电池系统保护电路充放电方法的流程图。该电池系统保护电路充放电方法由本发明实施例提供的电池系统保护电路执行，其中，电池系统保护电路包括主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，主电池管理模块与不间断电源模块电连接，不间断电源模块与动力线电连接，不间断电源模块的输入端接入市电，每个电池组充放电模块与动力线电连接，每个电池组充放电模块与一电池组电连接，每个电池组与一从电池管理模块电连接；从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至主电池管理模块，该电池系统保护电路充放电方法可以用于电池系统保护电路实现过程。参考图3，该方法包括如下步骤：
步骤100、当不间断电源模块输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块充电。
其中，当不间断电源模块的输入端输入市电时，一方面，不间断电源模块的输出端输出电压为负载供电，另一方面，不间断电源模块根据主电池管理模块10反馈的电池组的电量状态信息判断电池组充放电模块是否需要充电。
步骤200、当不间断电源模块输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块放电。
其中，当出现市电发生异常以及其他供电设备不稳定或断电等情况时，不间断电源模块控制电池组通过电池组充放电模块放电，以为负载供电。由此可知，电池组的充电和放电回路都是由不间断电源模块、电池组充放电模块和电池组形成的控制回路。在市电供电正常的情况下，不间断电源模块通过市电为负载供电同时还可根据电池组的状态信息为电池组充电，当市电异常时，不间断电源模块通过控制电池组充放电模块控制电池组放电从而为负载供电，从而在市电异常时提供备用电源确保系统的正常供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块和从电池管理模块的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。
在本实施例的技术方案中，通过提供一种电池系统保护电路充放电方法，该电池系统保护电路充放电方法包括：当不间断电源模块输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块充电；当不间断电源模块输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制电池组充放电模块放电。解决现有的电池保护电路存在电路设计复杂、设计成本高、市电异常时无法保证正常的供电等问题，实现在保证充电和放电共用同一控制回路的同时实现在有/无市电输入时通过不间断电源控制电池组充电/放电以满足负载供电，并且在电池组充电或放电过程中，通过主电池管理模块和从电池管理模块的对电池组状态信息的检测可实现对电池组的保护，避免发生事故。
可选地，电池组充放电模块包括开关单元和预充电路，开关单元与动力线、预充电路输入端、电池组的第一端电连接，预充电路的输出端与电池组的第二端电连接。
可选地，预充电路包括第一电阻、第一二极管、第一开关和第二开关，第一开关分别与开关单元和电池组的第二端电连接，第一电阻和第二开关串联连接后并联连接在第一开关的两端，第一二极管的阳极与电池组的第二端电连接，第一二极管的阴极与开关单元电连接。
可选地，电池组充放电模块还包括第二二极管和第三开关，第三开关分别与开关单元和电池组的第一端电连接，第二二极管的阳极与开关单元电连接，第二二极管的阴极与电池组的第一端电连接。
可选地，开关单元包括第一断路器和第二断路器，第一断路器分别与动力线和第二断路器电连接，第二断路器与预充电路和电池组的第一端电连接。
可选地，电池组充放电模块还包括熔断器，熔断器分别与预充电路和电池组的第二端电连接。
可选地，电池组充放电模块还包括分流器，分流器分别与开关单元和电池组的第一端电连接。
可选地，从电池管理模块包括从电池管理单元、电压检测单元和温度检测单元，电压检测单元和温度检测单元均与电池组电连接，电压检测单元和温度检测单元与从电池管理单元电连接，从电池管理单元与主电池管理模块电连接。
可选地，每个从电池管理模块通过CAN总线与主电池管理模块电连接。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电池系统保护电路，其特征在于，包括：主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，所述主电池管理模块与所述不间断电源模块电连接，所述不间断电源模块与动力线电连接，所述不间断电源模块的输入端接入市电，每个所述电池组充放电模块与所述动力线电连接，每个所述电池组充放电模块与一所述电池组电连接，每个所述电池组与一所述从电池管理模块电连接；所述从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至所述主电池管理模块；
其中，所述不间断电源模块用于当输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块充电；当输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块放电。
2.根据权利要求1所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述电池组充放电模块包括开关单元和预充电路，所述开关单元与所述动力线、所述预充电路输入端、所述电池组的第一端电连接，所述预充电路的输出端与所述电池组的第二端电连接。
3.根据权利要求2所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述预充电路包括第一电阻、第一二极管、第一开关和第二开关，所述第一开关分别与所述开关单元和所述电池组的第二端电连接，所述第一电阻和所述第二开关串联连接后并联连接在所述第一开关的两端，所述第一二极管的阳极与所述电池组的第二端电连接，所述第一二极管的阴极与所述开关单元电连接。
4.根据权利要求3所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述电池组充放电模块还包括第二二极管和第三开关，所述第三开关分别与所述开关单元和所述电池组的第一端电连接，所述第二二极管的阳极与所述开关单元电连接，所述第二二极管的阴极与所述电池组的第一端电连接。
5.根据权利要求2所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述开关单元包括第一断路器和第二断路器，所述第一断路器分别与所述动力线和所述第二断路器电连接，所述第二断路器与所述预充电路和所述电池组的第一端电连接。
6.根据权利要求2所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述电池组充放电模块还包括熔断器，所述熔断器分别与所述预充电路和所述电池组的第二端电连接。
7.根据权利要求2所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述电池组充放电模块还包括分流器，所述分流器分别与所述开关单元和所述电池组的第一端电连接。
8.根据权利要求1所述的电池系统保护电路，其特征在于，所述从电池管理模块包括从电池管理单元、电压检测单元和温度检测单元，所述电压检测单元和所述温度检测单元均与所述电池组电连接，所述电压检测单元和所述温度检测单元与所述从电池管理单元电连接，所述从电池管理单元与所述主电池管理模块电连接。
9.根据权利要求1所述的电池系统保护电路，其特征在于，每个所述从电池管理模块通过CAN总线与所述主电池管理模块电连接。
10.一种电池系统保护电路充放电方法，其特征在于，由所述电池系统保护电路执行，所述电池系统保护电路包括主电池管理模块、不间断电源模块、至少一个从电池管理模块和至少一个电池组充放电模块和至少一个电池组，其中，所述主电池管理模块与所述不间断电源模块电连接，所述不间断电源模块与动力线电连接，所述不间断电源模块的输入端接入市电，每个所述电池组充放电模块与所述动力线电连接，每个所述电池组充放电模块与一所述电池组电连接，每个所述电池组与一所述从电池管理模块电连接；所述从电池管理模块用于检测与其对应连接的电池组的状态信息并发送至所述主电池管理模块；
所述方法包括：
当不间断电源模块输入端输入市电时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块充电；
当不间断电源模块输入端无市电输入时，根据电池组的状态信息控制所述电池组充放电模块放电。
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