CN114825528A - 并联式电池充放电控制系统及其控制方法 - Google Patents

并联式电池充放电控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种并联式电池充放电控制系统，该系统包括多个并联的电池组，各电池组分别与一充电回路和一放电回路相连，且任意一电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，各电池组设置有充放电控制单元，用于控制各充电回路闭合或断开，各充电回路与各放电回路分别连接两条母线。本申请的并联式电池充放电控制系统的各电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，因此每个电池组可以独立的进行充放电，因此彻底解决了电池环路问题，电池与电池之间无法通过同一母线形成环路。

Description

并联式电池充放电控制系统及其控制方法
技术领域
本申请实施例涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种并联式电池充放电控制系统系统及其控制方法。
背景技术
为实现大容量备电使用的需求，传统的设计方案是把单组相同规格的电池直接并联使用，我们以600AH备电为例，传统设计方案并联架构如图1所示。在该传统架构方案中，锂电池长期处于充电状态，依赖电池内部BMS电路对电池进行充电保护。当电池容量充满时BMS切断充电回路。当充电电流大于BMS设定值时BMS会执行限流功能，限制电池充电电流，以达到保护电池的目的。但实际运行中，从限流电路检测到大电流到执行限流动作存在一定延时，因此实际上当发生短时大电流充电时，电芯还是会短时间内承受冲击电流。
由于锂电池直接并联，当电池组之间特性不一致时会发生电池组间环流现象。尤其是电池运行一定年限后电池组之间性能会出现差异，当发生交流失电电池深度放电后，再恢复充电时，其中电压最低的一组电池可能会短时间承受超过10C的充电电流，此时如果BMS发生故障无法正确执行保护或者开路，就可能造成电池损坏，严重的情况可能导致事故发生。
由于锂电池处于直接并联状态，电源系统在进行充电过程中发现其中一组电池性能不良出现过充，就不得不停止全部电池的充电，导致其他电池容量不足，从而使整体电池寿命减少。
从以上分析可以看出传统设计方案中，整个系统安全完全依赖BMS。因此随着电池运行年限的增加以及并联数量的增加，这种设计发生事故的概率呈指数级上升。
因此，亟需一种不需要完全依赖BMS的系统级电池充电管理系统。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种并联式电池充放电控制系统及其控制方法，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
本申请实施例提供一种并联式电池充放电控制系统，该系统包括多个并联的电池组，各电池组分别与一充电回路和一放电回路相连，且任意一电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，各电池组设置有充放电控制单元，用于控制各充电回路闭合或断开，各充电回路与各放电回路分别连接两条母线；当其中一组或多组电池组处于充电状态时，与该电池组相连的充电回路闭合，待该一组或多组电池组充电完成时，与该电池组相连的充电回路断开；当其中一组或多组电池组处于放电状态时，与该一组或多组电池组相连的充电回路断开，与该一组或多组电池组相连的放电回路放电。
可选地，所述各放电回路连接第一母线，各充放电控制单元设有充电控制开关，各充电回路通过各该充电控制开关连接第二母线，当各该充电控制开关闭合时，各该充电控制开关所在的充电回路对其各自对应的电池组充电。
可选地，各放电回路设有止逆二极管，当一组或多组电池组处于放电状态时，该一组或多组电池组的放电电流经由该止逆二极管单向放电。
可选地，所述并联式电池充放电控制系统还包括电源监控装置、充电控制回路和通信回路，该电源监控装置通过充电控制回路与该充放电控制单元连接，以控制该充放电控制单元中的该充电控制开关闭合或断开，该电源监控装置还通过通信回路与各电池组通信。
可选地，所述各充电回路均设置有充电限流装置，以限制充电电流，使其不超过预设值。
本申请实施例还提供一种基于上述并联式电池充放电控制系统的控制方法，该控制方法包括：检测各并联电池组的容量是否低于设定阈值或者各并联电池组的未充电时长是否超过设定充电周期阈值，若是，则闭合该电池组所对应的充电回路，对该电池组启动充电，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电。
可选地，在对各电池组充电过程中，检测各充电控制开关的状态是否与与其对应的电池组的充电状态一致，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电，若是，则继续对该电池组充电。
可选地，所述在对各电池组充电过程中，检测各电池组是否发出电池告警信号，若是，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电，若否，则继续对该电池组充电。
可选地，所述电池告警信号包括温度过高或异常、电压过高或异常、充电电流过高或异常、通信回路通讯异常。
可选地，所述检测包括周期性检测和实时检测。
可选地，当电池组充电时间超过预设门限或者电池组发出电池告警信号时，上报电池充电异常告警。
由以上技术方案可见，本申请实施例的并联式电池充放电控制系统的各电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，因此每个电池组可以独立的进行充放电，因此彻底解决了电池环路问题，电池与电池之间无法通过同一母线形成环路。
其次，本申请实施例的各放电回路连接第一母线，各充放电控制单元设有充电控制开关，各充电回路通过各该充电控制开关连接独立于第一母线的第二母线，各放电回路设有止逆二极管，使得同一个电池组的充电电流和放电电流均只能单向流动，因此避免了电池环路问题。
再次，并联式电池充放电控制系统还包括电源电源监控装置、充电控制回路和通信回路，该电源监控装置通过充电控制回路与该开关电连接，以控制该开关闭合或断开，该电源监控装置还通过通信回路与各电池组通信，每组电池的充电完全可控，避免了电池长期浮充导致寿命降低。
此外，本申请实施例的并联式电池充放电控制系统的控制方法可以根据每组电池组的容量情况或者未充电时长决定对电池组启动或停止充电，此外在充电过程中，根据各电池组的充电速度以及各电池组是否发出电池告警信号决定对电池组继续或停止充电，从而可以单独控制每组电池组，防止过充、支持更多电池组并联，以及支持不同厂家电池混用、支持新旧电池混用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中并联式电池充放电控制系统的电路示意图；
图2是本申请一种并联式电池充放电控制系统的一实施例的示意图；
图3是本申请一种并联式电池充放电控制系统的一实施例的充电状态的电路示意图；
图4是本申请一种并联式电池充放电控制系统的一实施例的放电状态的电路示意图；
图5是本申请一种并联式电池充放电控制系统的控制方法的一实施例的流程图；
图6是本申请一种并联式电池充放电控制系统的控制方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
参见图2，在本申请一具体实现中，提供一种并联式电池充放电控制系统，该系统包括多个并联的电池组，每组电池组分别与一个充电回路和一个放电回路相连，即每组电池组都有各自对应的充电回路和放电回路，每一电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离、相互独立，各充电回路可闭合或断开，各电池组设置有充放电控制单元，用于控制各充电回路闭合或断开，各充电回路与各放电回路分别连接两条母线。由此，各组电池组是各自独立工作，包括独立充电、放电等，相互之间互不干扰。当其中一组或多组电池组处于充电状态时，与该电池组相连的充电回路闭合，待该一组或多组电池组充电完成时，与该电池组相连的充电回路断开；当其中一组或多组电池组处于放电状态时，与该一组或多组电池组相连的充电回路断开，与该一组或多组电池组相连的放电回路放电。
在本申请一实施例中，各放电回路连接第一母线，各充放电控制单元设有充电控制开关，各充电回路通过各该充电控制开关连接第二母线，当各该充电控制开关闭合时，各该充电控制开关所在的充电回路对其各自对应的电池组充电。
在本申请一实施例中，放电控制单元为逆止二极管，放电电流只能单向通过，因此电池与电池之间无不会因为连接到同一条母线而形成环路，且同一组电池的充电回路和放电回路都是单向通过电流，也避免了电池环路问题。但需说明的是，放电控制单元不限于逆止二极管，还可以是具有相同功能的电子元件或组件。
如图3和图4所示,在本申请一实施例中，对于每一个电池组来说，+DC线、电池组、充电控制开关、第二母线、电源监控装置等组成了充电回路，第一母线(即-DC线)、逆止二极管、电池组、+DC线等组成了放电回路。
以电池组1为例，充电时，电池组1对应的充电控制开关闭合，电池组1对应的充电回路闭合，电流自+DC线向电池组1充电，且电流经由充电控制开关流向电源监控装置，因为止逆二极管只能单向通过放电电流，因此充电电流不通过止逆二极管。当电池组1充电完成时，充电控制开关断开，停止充电。放电时，充电控制开关处于断开状态，电流自第一母线(即-DC线)流经逆止二极管，由电池组1的负极流向正极，再流向+DC线。
在本申请另一实施例中，并联式电池充放电控制系统还包括电源监控装置、充电控制回路(图中未示出)和通信回路，各电源监控装置通过充电控制回路与充电控制开关电连接，以控制充电控制开关闭合或断开，各电源监控装置还通过通信回路与各电池组通信。
在又一实施例中，各开关与该充电控制回路之间均设有接触器，该接触器用于接收该电源监控装置通过该充电控制回路发送的命令，以使与该接触器对应的开关闭合或断开。
作为可选实施例，各充电回路还可均设置有充电限流装置，以限制充电电流，使其不超过预设值。
如图5-图6所示，相应的，本申请实施例还提供一种上述并联式电池充放电控制系统的控制方法，包括：检测各并联电池组的容量是否低于设定阈值或者各并联电池组的未充电时长是否超过设定充电周期阈值，若是，则闭合该电池组所对应的充电回路，对该电池组启动充电，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电。
在一可选实施例中，在对各电池组充电过程中，检测各充电控制开关的状态是否与各电池组的充电状态一致，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电，若是，则继续对该电池组充电。例如若充电控制开关为闭合状态，而与其对应的电池组为充电完成或放电状态，则断开充电控制开关，使该电池组所对应的充电回路断开；若充电控制开关为闭合状态，而其对应的电池组为充电状态，则继续对该电池组充电。
在另一可选实施例中，在对各电池组充电过程中，检测各电池组是否发出电池告警信号，若是，则断开该电池组所对应的充电控制开关，即断开充电回路，停止对该电池组充电，若否，则继续对该电池组充电。
在一实施例中，电源监控装置通过通信回路，周期性轮询各个电池组的当前状态，例如电池容量、电池温度、电压、充电电流、未充电时长等信息)，并将轮询结果与设定阈值相比较，电池容量的设定阈值可以为充满电量时的电池容量；当某组或多组电池组的容量低于设定阈值时(例如容量为充满电量的80％)，或者未充电时长超过设定周期阈值时(设定周期阈值例如为30天)，电源监控装置通过充电控制回路，对对应的接触器发出充电命令，接触器响应命令闭合充电控制开关，电池组启动充电；当电源监控装置检测到电池组的容量达到设定阈值时(例如容量为充满电量)，或者未充电时长未超过设定周期阈值时，则电源监控装置通过充电控制回路对对应的接触器发出中止充电命令，接触器响应命令断开充电控制开关，电池组停止充电。电源监控装置可根据需要上报充电完成消息，或者选择不上报任何信息。设定阈值或者周期阈值均以最后一次充电结束作为计时起点，满足任一条件即可启动充电动作。
在充电过程中，电源监控装置通过通信回路实时检测各个电池组的当前状态，当检测到一个周期内某个电池组充电时间超过预设门限时(比如预设门限是10小时，判定充电时间超过预设门限)，电源监控装置通过充电控制回路对对应的接触器发出中止充电命令，接触器响应命令断开充电控制开关，电池组停止充电。同时电源监控装置可以上报电池充电性能异常告警。
当电池组在充电过程中温度过高或异常，电压过高或异常，充电电流过高或异常等可能影响电池安全的情况时，电池组发出电池告警信号，电源监控装置通过充电控制回路对对应的接触器发出中止充电命令，接触器响应命令断开充电控制开关，电池组停止充电。同时电源监控装置可以上报电池出现的异常告警。电池组因异常报警导致充电停止的，可由现场手工启动充电。
当通信回路通讯异常时，电源监控装置通过充电控制回路对对应的接触器发出中止充电命令，接触器响应命令断开充电控制开关，电池组停止充电。同时电源监控装置上报电池通讯异常的告警。
由此，在本申请的并联式电池充放电控制系统中，仅对满足条件的电池组启动充电，不满足充电条件的电池组仍处于待机状态；仅对正常充电的电池组发出电池告警信号或者电量充满的电池组停止充电，不满足条件的充电电池组不受影响，可继续进行充电。
电源监控装置依据电池组当前状态，进行温度补偿，控制充电电压。
由以上技术方案可见，本申请实施例的并联式电池充放电控制系统的各电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，因此每个电池组可以独立的进行充放电，因此彻底解决了电池环路问题，电池与电池之间无法通过同一母线形成环路。
其次，本申请实施例的各放电回路连接第一母线，各充放电控制单元设有充电控制开关，各充电回路通过各该充电控制开关连接独立于第一母线的第二母线，各放电回路设有止逆二极管，使得同一个电池组的充电电流和放电电流均只能单向流动，因此避免了电池环路问题。
再次，并联式电池充放电控制系统还包括电源电源监控装置、充电控制回路和通信回路，该电源监控装置通过充电控制回路与该开关电连接，以控制该开关闭合或断开，该电源监控装置还通过通信回路与各电池组通信，每组电池的充电完全可控，避免了电池长期浮充导致寿命降低。
此外，本申请实施例的并联式电池充放电控制系统的控制方法可以根据每组电池组的容量情况或者未充电时长决定对电池组启动或停止充电，此外在充电过程中，根据各电池组的充电速度以及各电池组是否发出电池告警信号决定对电池组继续或停止充电，从而可以单独控制每组电池组，防止过充、支持更多电池组并联，以及支持不同厂家电池混用、支持新旧电池混用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种并联式电池充放电控制系统，其特征在于，该系统包括多个并联的电池组，各电池组分别与一充电回路和一放电回路相连，且任意一电池组对应的充电回路及放电回路与其他电池组对应的充电回路及放电回路相互隔离，各电池组设置有充放电控制单元，用于控制各充电回路闭合或断开，各充电回路与各放电回路分别连接两条母线；
当其中一组或多组电池组处于充电状态时，与该电池组相连的充电回路闭合，待该一组或多组电池组充电完成时，与该电池组相连的充电回路断开；当其中一组或多组电池组处于放电状态时，与该一组或多组电池组相连的充电回路断开，与该一组或多组电池组相连的放电回路放电。
2.根据权利要求1所述的并联式电池充放电控制系统，其特征在于，所述各放电回路连接第一母线，各充放电控制单元设有充电控制开关，各充电回路通过各该充电控制开关连接第二母线，当各该充电控制开关闭合时，各该充电控制开关所在的充电回路对其各自对应的电池组充电。
3.根据权利要求1或2所述的并联式电池充放电控制系统，其特征在于，各放电回路设有止逆二极管，当一组或多组电池组处于放电状态时，该一组或多组电池组的放电电流经由该止逆二极管单向放电。
4.根据权利要求2所述的并联式电池充放电控制系统，其特征在于，所述并联式电池充放电控制系统还包括电源监控装置、充电控制回路和通信回路，该电源监控装置通过充电控制回路与该充放电控制单元连接，以控制该充放电控制单元中的该充电控制开关闭合或断开，该电源监控装置还通过通信回路与各电池组通信。
5.根据权利要求3所述的并联式电池充放电控制系统，其特征在于，所述各充电回路均设置有充电限流装置，以限制充电电流，使其不超过预设值。
6.一种基于权利要求1至5之任意一项所述的并联式电池充放电控制系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
检测各并联电池组的容量是否低于设定阈值或者各并联电池组的未充电时长是否超过设定充电周期阈值，若是，则闭合该电池组所对应的充电回路，对该电池组启动充电，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在对各电池组充电过程中，检测各充电控制开关的状态是否与与其对应的电池组的充电状态一致，若否，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电，若是，则继续对该电池组充电。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述在对各电池组充电过程中，检测各电池组是否发出电池告警信号，若是，则断开该电池组所对应的充电回路，停止对该电池组充电，若否，则继续对该电池组充电。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述电池告警信号包括温度过高或异常、电压过高或异常、充电电流过高或异常、通信回路通讯异常。
10.根据权利要求6-8中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述检测包括周期性检测和实时检测。
11.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当电池组充电时间超过预设门限或者电池组发出电池告警信号时，上报电池充电异常告警。
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