CN112769188A - 智能充放电控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能充放电控制系统及方法，涉及电池管理系统技术领域，解决了常规方法中存在的充、放电控制不灵活、安全性不高等技术问题，其技术方案要点是既可以通过充电器直接对电池组进行充电，也可以通过带有通信功能的控制单元向充电器发出的充电指令对电池组进行受控充电；同时，可以通过电池组直接进行放电，也可以通过充电器进行放电。该系统及方法的充、放电回路都能够独立控制，更加灵活；电池组充满电后未移动情况下支持由充电器直接为负载供电，减少了频繁充放电对电池组的损害；放电时充电口无电压，保证了安全性。
Description
技术领域
本公开涉及电池管理系统技术领域，尤其涉及一种智能充放电控制系统及方法。
背景技术
随着锂电池技术的发展，越来越多的新能源电动车、AGV(Automated GuidedVehicle)小车、智能机器人等设备均采用多节串并联的锂电池组作为系统的供电来源，如何对电池组的充/放电进行有效地控制和保护则至关重要。常规的BMS(BatteryManagement System，电池管理系统)板的设计中，充放电MOS管控制策略主要有以下几种：(1)采用低边对管串联方式进行充/放电的控制，如图1中(a)所示；(2)采用高边对管串联方式进行充/放电的控制，如图1中(b)所示；(3)高边充电、放电MOS管对管串联，并且将电池组总正极连接至两管之间，从而实现对充、放电回路的独立控制，如图1中(c)所示。
上述控制策略各有优劣，第(1)种方式当负载误短接到地的情况下无法进行有效保护，第(2)种方式不能够单独对充放电回路进行控制，第(3)种方式在放电状态下充电口带电，安全性一般。
发明内容
本公开提供了一种智能充放电控制系统及方法，其技术目的是实现充、放电回路的独立控制，对充、放电电路进行有效保护，并能够确保在放电状态下使充电口不带电，提高放电电路的安全性。
本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种智能充放电控制系统，包括电池组、充电器、负载和电池管理模块，所述电池管理模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、控制单元、检测单元和采样电阻；
所述第一MOS管的源极与所述电池组的总正极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的源极、所述第四MOS管的漏极都连接；
所述第二MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极连接；
所述第三MOS管的源极与所述充电器的正极连接，所述第三MOS管的源极和漏极之间并联有第三二极管；
所述第四MOS管的漏极与所述第二MOS管的源极连接，所述第四MOS管的源极与所述负载的正极连接；
所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极都连接有驱动信号，所述驱动信号与所述控制单元连接；
所述采样电阻与所述电池组的总负极、所述负载的负极、所述充电器的负极都连接；
所述控制单元与所述监测单元连接，所述充电器与所述控制单元连接，所述充电器的正极与所述监测单元连接。
进一步地，所述第一MOS管的源极和漏极之间并联有第一二极管，所述第二MOS管的源极和漏极之间并联有第二二极管，所述第四MOS管的源极和漏极之间并联有第四二极管。
一种使用如上述任一所述的智能充放电控制装置的智能充放电控制方法，包括未启动模式、第一充电模式、第二充电模式、第一放电模式和第二放电模式；
当处于所述未启动模式时，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管都处于断开状态；
当处于所述第一充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第三MOS管都处于导通状态，第四MOS管处于断开状态；
当处于所述第一放电模式时，所述第一MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态，所述第二MOS管和所述第三MOS管都处于断开状态；
当处于所述第二充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态；
当处于所述第二放电模式时，所述第一MOS管处于断开状态，所述第二MOS管、所述第三MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态；
监测单元监测到充电器的电压后，进入所述第一充电模式，充电电流从所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第一MOS管流入电池组的总正极；所述电池组经由所述第一充电模式充电后，启动所述第一放电模式，放电电流从所述电池组的总正极依次经由所述第一MOS管、所述第四MOS管流入负载的正极；
控制单元向所述充电器发出充电指令，所述充电器开始进行充电，进入所述第二充电模式，充电电流从所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第一MOS管流入电池组的总正极；所述电池组经由所述第二充电模式充满电后，进入所述第二放电模式，放电电流由所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第四MOS管流入所述负载的正极。
进一步地，该控制方法还包括停止充电模式，当处于第二充电模式时，若监测单元在预设时间内未监测到电流，则切换到所述停止充电模式；当处于所述停止充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态，所述第三MOS管处于断开状态。
进一步地，当处于停止充电模式时，包括：
切换到所述第一放电模式进行放电；或
所述监测单元重新监测到电流后，所述控制单元发出充电指令恢复到所述第二充电模式继续充电；或
所述控制单元发出关机指令，返回到所述未启动状态。
进一步地，当处于所述第二充电模式时，若所述控制单元发出停止充电指令，则停止充电并进入到所述第一放电模式；在处于所述第一放电模式时，若所述控制单元发出充电指令，则进入所述第二充电模式进行充电。
进一步地，当处于所述第二放电模式时，若采样电阻检测到放电电流，则切换到所述第一放电模式进行放电。
本公开的有益效果在于：本公开所述的智能充放电控制系统及方法，既可以通过充电器直接对电池组进行充电，也可以通过带有通信功能的控制单元向充电器发出的充电指令对电池组进行受控充电；同时，可以通过电池组直接进行放电，也可以通过充电器进行放电。该系统及方法的充、放电回路都能够独立控制，更加灵活；电池组充满电后未移动情况下支持由充电器直接为负载供电，减少了频繁充放电对电池组的损害；放电时充电口无电压，保证了安全性。
附图说明
图1为现有技术中充放电MOS管控制方法的电路图；
图2为本发明所述的智能充放电控制装置示意图；
图3为本发明所述的智能充放电控制方法状态机示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开技术方案进行详细说明。在本公开的描述中，需要理解地是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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，仅用来区分不同的组成部分。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图2为本发明所述的智能充放电控制装置示意图，如图2所示，该控制装置包括电池组、充电器、负载和电池管理模块，该电池管理模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、控制单元、检测单元和采样电阻。图1中，Q1表示第一MOS管，Q2表示第二MOS管，Q3表示第三MOS管，Q4表示第四MOS管，T1表示第一二极管，T2表示第二二极管，T3表示第三二极管，T4表示第四二极管；RL表示负载，P+表示负载的正极，P-表示负载的负极，Rm表示采样电阻，DR表示驱动信号，B+表示电池组的总正极，B-表示电池组的总负极。
第一MOS管的源极与电池组的总正极连接，第一MOS管的漏极与第二MOS管的源极、第四MOS管的漏极都连接。第二MOS管的漏极与第三MOS管的漏极连接。第三MOS管的源极与充电器的正极连接。第三MOS管的源极和漏极之间并联有第三二极管。第四MOS管的漏极与第二MOS管的源极连接，第四MOS管的源极与负载的正极连接。第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极都连接有驱动信号，驱动信号与控制单元连接。
采样电阻与电池组的总负极、负载的负极、充电器的负极都连接。充电器与控制单元连接，充电器的正极与监测单元连接。监测单元用于监测充电器的电流以判断充电器是否在充电；采样电阻则用于监测放电的过程。
作为具体实施例地，第一MOS管的源极和漏极之间并联有第一二极管，第二MOS管的源极和漏极之间并联有第二二极管，第四MOS管的源极和漏极之间并联有第四二极管。当第一MOS管、第二MOS、第三MOS管、第四MOS管断开时，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管能起到部分导通的作用。
图3为本发明所述的智能充放电控制方法状态机示意图，本发明所述的智能充放电控制方法包括未启动模式、充电模式、放电模式和停止充电模式，其中充电模式又包括第一充电模式和第二充电模式，放电模式又包括第一放电模式和第二放电模式。
当处于未启动模式时，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管都处于断开状态。当处于第一充电模式时，第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管都处于导通状态，第四MOS管处于断开状态。当处于第一放电模式时，第一MOS管和第四MOS管都处于导通状态，第二MOS管和第三MOS管都处于断开状态。当处于第二充电模式时，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管都处于导通状态。当处于第二放电模式时，第一MOS管处于断开状态，第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管都处于导通状态。当处于停止充电模式时，第一MOS管、第二MOS管和第四MOS管都处于导通状态，第三MOS管处于断开状态。
监测单元监测到充电器的电压后，进入第一充电模式，充电电流从充电器的正极依次经由第三MOS管、第二MOS管、第一MOS管流入电池组的总正极。电池组经由第一充电模式充电后，启动第一放电模式，放电电流从电池组的总正极依次经由第一MOS管、第四MOS管流入负载的正极。
控制单元向充电器发出充电指令，充电器开始进行充电，进入第二充电模式，充电电流从充电器的正极依次经由第三MOS管、第二MOS管、第一MOS管流入电池组的总正极。电池组经由第二充电模式充满电后，进入第二放电模式，放电电流由充电器的正极依次经由第三MOS管、第二MOS管、第四MOS管流入负载的正极。
第一充电模式即为盲充模式，只要监测单元监测到充电器的电压就启动充电；而第二充电模式为受控充电，必须要接收到控制单元的充电指令，充电器才会进入第二充电模式。
作为具体实施例地，当充电器处于第二充电模式对电池组进行充电时，若监测单元在预设时间内没有监测到电流(例如预设时间为5s，即5s内监测单元都没有监测到电流)，则切换到停止充电模式。当处于该停止充电模式时，第三MOS管是断开的，若充电器又恢复正常，那么电流可以通过第三二极管流入第二MOS管，监测单元监测到充电器的电流后通知控制单元发出充电指令。
当处于停止充电模式时，可能存在三种情况，一是此时电池组已经充了部分电，那么就可以切换到第一放电模式进行放电；二是监测单元重新监测到电流后，控制单元再发出控制指令恢复到第二充电模式继续充电；三是控制单元发出关机指令，直接返回到未启动状态。实际上，无论电池管理模块处于何种模式，当发生故障或接收到关机指令时，电池管理模块都会返回到未启动模式。当电池管理模块处于第一充电模式对电池组进行充电时，电池组充满电后，电池管理模块也会返回到未启动模式。
作为具体实施例地，当处于第二充电模式时，若控制单元发出停止充电指令，则停止充电并进入到第一放电模式；在处于第一放电模式时，若控制单元发出充电指令，则进入第二充电模式进行充电。
作为具体实施例地，当处于第二放电模式时，若采样电阻检测到放电电流，则切换到第一放电模式进行放电。
以上为本公开示范性实施例，本公开的保护范围由权利要求书及其等效物限定。
Claims (7)
1.一种智能充放电控制系统，其特征在于，包括电池组、充电器、负载和电池管理模块，所述电池管理模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、控制单元、检测单元和采样电阻；
所述第一MOS管的源极与所述电池组的总正极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的源极、所述第四MOS管的漏极都连接；
所述第二MOS管的漏极与所述第三MOS管的漏极连接；
所述第三MOS管的源极与所述充电器的正极连接，所述第三MOS管的源极和漏极之间并联有第三二极管；
所述第四MOS管的漏极与所述第二MOS管的源极连接，所述第四MOS管的源极与所述负载的正极连接；
所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极都连接有驱动信号，所述驱动信号与所述控制单元连接；
所述采样电阻与所述电池组的总负极、所述负载的负极、所述充电器的负极都连接；
所述控制单元与所述监测单元连接，所述充电器与所述控制单元连接，所述充电器的正极与所述监测单元连接。
2.如权利要求1所述的智能充放电控制系统，其特征在于，所述第一MOS管的源极和漏极之间并联有第一二极管，所述第二MOS管的源极和漏极之间并联有第二二极管，所述第四MOS管的源极和漏极之间并联有第四二极管。
3.一种使用如权利要求1-2任一所述的智能充放电控制系统的智能充放电控制方法，其特征在于，包括未启动模式、第一充电模式、第二充电模式、第一放电模式和第二放电模式；
当处于所述未启动模式时，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管都处于断开状态；
当处于所述第一充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第三MOS管都处于导通状态，第四MOS管处于断开状态；
当处于所述第一放电模式时，所述第一MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态，所述第二MOS管和所述第三MOS管都处于断开状态；
当处于所述第二充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态；
当处于所述第二放电模式时，所述第一MOS管处于断开状态，所述第二MOS管、所述第三MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态；
监测单元监测到充电器的电压后，进入所述第一充电模式，充电电流从所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第一MOS管流入电池组的总正极；所述电池组经由所述第一充电模式充电后，启动所述第一放电模式，放电电流从所述电池组的总正极依次经由所述第一MOS管、所述第四MOS管流入负载的正极；
控制单元向所述充电器发出充电指令，所述充电器开始进行充电，进入所述第二充电模式，充电电流从所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第一MOS管流入电池组的总正极；所述电池组经由所述第二充电模式充满电后，进入所述第二放电模式，放电电流由所述充电器的正极依次经由所述第三MOS管、所述第二MOS管、所述第四MOS管流入所述负载的正极。
4.如权利要求3所述的智能充放电控制方法，其特征在于，该控制方法还包括停止充电模式，当处于第二充电模式时，若监测单元在预设时间内未监测到电流，则切换到所述停止充电模式；当处于所述停止充电模式时，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第四MOS管都处于导通状态，所述第三MOS管处于断开状态。
5.如权利要求4所述的智能充放电控制方法，其特征在于，当处于停止充电模式时，包括：
切换到所述第一放电模式进行放电；或
所述监测单元重新监测到电流后，所述控制单元发出充电指令恢复到所述第二充电模式继续充电；或
所述控制单元发出关机指令，返回到所述未启动状态。
6.如权利要求3所述的智能充放电控制方法，其特征在于，当处于所述第二充电模式时，若所述控制单元发出停止充电指令，则停止充电并进入到所述第一放电模式；在处于所述第一放电模式时，若所述控制单元发出充电指令，则进入所述第二充电模式进行充电。
7.如权利要求3所述的智能充放电控制方法，其特征在于，当处于所述第二放电模式时，若采样电阻检测到放电电流，则切换到所述第一放电模式进行放电。
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