CN117791784A - 锂电池组的充放电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及锂电池技术领域，公开了一种锂电池组的充放电控制系统及方法。本实施方式中，若干锂电池与SLAVE板组成一个标准电池包，在该标准电池包中有一个BMS控制芯片控制该标准电池包中的锂电池充放电，确保每个锂电池充放电状态一致。通过若干标准电池包串联成一个大电池包，同时配备一个MASTER板，所述MASTER板与大电池包中串联的多个标准电池包通过无线技术通讯连接，获取所述大电池包中每个锂电池的电池信息，并根据所述电池信息通过所述MASTER板中的BMS控制芯片控制所述大电池包中的每个锂电池的充放电状态，确保每个锂电池都有最佳状态，从而实现标准锂电池组的串联，得到不同电压和容量的电池组，而不需要定制电池控制器IC和电路设计方案。

Description

锂电池组的充放电控制系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池组的充放电控制系统及方法。

背景技术

针对电动自行车行业，在铅酸电池时代，直接通过12V电池串联可以获取36V，48V，60V或者更高的电压。到了锂电池时代，锂电池串联后，由于每个电池的差异，经过一段时间使用，会出现有些电池过充，有些电池没有充满的情况。因此在锂电池串联使用中需要增加BMS(Battery Management System，电池系统)，以对串联电路中的每颗电池进行管理，从而实现电池单元的智能化管理及维护，并通过状态监测、异常故障保护等来监管电池状态，从而解决电池无法充满或者过充的问题。

实际使用中，发明人发现，传统的可充电锂电池电池组需要根据最终的串联数量去做定制开发不同的锂离子电池控制器IC和电路设计方案，不能做到像铅酸电池一样简单通过串联方式提升电压组成新的电池组，给锂电池的使用带来弊端。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种锂电池组的充放电控制系统及方法，不需要定制电池控制器IC和电路设计方案就能实现锂电池不同的电压要求。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种锂电池组的充放电控制系统，所述系统包括由多个串联连接的标准电池包组成的大电池包，以及与每个所述标准电池包通过无线通信技术连接的主控制器，其中，每个所述标准电池包将电池信息广播给所述主控制器，所述主控制器根据所述电池信息通过预设的充放电规则计算每个所述标准电池包的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息广播给每个所述标准电池包。

本发明的实施方式还提供了一种锂电池组的充放电控制方法，包括：每个标准电池包中的SLAVE板采集连接的每个锂电池的电池信息，并将所述电池信息通过广播的方式发送给MASTER板；MASTER板接收到所有电池包的电池信息后，根据预设的充放电规则计算每个锂电池的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息通过广播的方式发送给对应的电池包中的SLAVE板；每个电池包中的SLAVE板根据MASTER板发送的充放电控制信息，对连接的锂电池执行充放电操作。

在本发明的实施方式中，将锂电池包包装成标准电池包，通过将多个标准电池包串联形成高电压的大电池包，并利用主控制器通过无线的方式管理该大电池包，无需定制开发不同的锂离子电池控制器IC和电路设计方案，降低了锂电池的利用成本并提高效率。

另外，每个所述标准电池包包括由n个串联连接的锂电池形成的电池组，该电池组连接到一个SLAVE板上，并配备一个BMS控制芯片。

另外，每个所述锂电池的标称电压为3.6v，及n的数量为3。

另外，所述充放电规则包括：

获取所述大电池包中每个锂电池对应的电压：SLAVE1V1,SLAVE1V2,...,SLAVE1Vn,SLAVE2V1,SLAVE2V2,...,SLAVE2Vn,...,SLAVEmV1,SLAVEmV2,...,SLAVEmVn，其中，m为标准电池包的数量，以及n为每个标准电池包中的锂电池的数量；

计算所述大电池包的平均电压：

V_总＝(SLAVE1V1+SLAVE1V2+...+SLAVE1Vn+SLAVE2V1+SLAVE2V2+...+SLAVE2Vn+...+SLAVEmV1+SLAVEmV2+...+SLAVEmVn)，

V_平均＝V_总/(m*n)；

充放电过程中，控制每个所述锂电池的电压与V_平均之间的差在预设阈值之内，同时每个锂电池的电压控制范围在3V到4.2V之间。

另外，所述充放电规则还包括：

侦测到某个锂电池出现异常时，通过协议会将出现异常的锂电池的编号以及故障上报到所述主控制器。

另外，所述电池信息包括每个所述锂电池的电池电压及温度。

另外，所述主控制器为包括BMS控制芯片的MASTER板。

另外，所述无线通信技术包括蓝牙技术及wifi技术。

另外，SLAVE板实时或者间隔预设时间再次将每个锂电池的电池信息发送给MASTER板，以便所述BMS控制芯片根据实时变化的电池信息，动态地管理SLAVE板中的每个锂电池的充放电状态

附图说明

本发明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图像进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明的一实施例提供的锂电池组的充放电控制系统的架构图；

图2是根据本发明的一实施例提供的锂电池组的充放电控制系统的功能模块图；

图3是根据本发明的一实施例提供的锂电池组的充放电控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本实施方式的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本发明一实施方式涉及一种锂电池组的充放电控制系统。本实施方式中，所述锂电池组的充放电控制系统包括由多个串联连接的标准电池包组成的大电池包，以及与每个所述标准电池包通过无线通信技术连接的主控制器，其中，每个所述标准电池包将电池信息广播给所述主控制器，所述主控制器根据所述电池信息通过预设的充放电规则计算所述标准电池包的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息广播给每个所述标准电池包。

本发明其中一个实施例中，通过若干锂电池与SLAVE板组成所述标准电池包，在该标准电池包中还包括一个BMS控制芯片，通过该BMS控制芯片可以控制该标准电池包中的锂电池充放电，确保每个锂电池充放电状态一致。通过若干个这样的标准电池包串联成一个大电池包，同时配备一个MASTER板，所述MASTER板作为主控制器与大电池包中串联的多个标准电池包通过无线技术通讯连接，获取所述大电池包中每个锂电池的电池信息，并根据所述电池信息通过所述MASTER板中的BMS控制芯片控制所述大电池包中的每个锂电池的充放电状态，确保每个锂电池都有最佳状态，从而实现标准锂电池组的串联，得到不同电压和容量的电池组。

在本发明的实施方式中，将锂电池包包装成标准电池包，通过将多个标准电池包串联形成高电压的大电池包，并利用主控制器通过无线的方式管理该大电池包，无需定制开发不同的锂离子电池控制器IC和电路设计方案，降低了锂电池的利用成本并提高效率。

详细地，参阅图1所示的锂电池组的充放电控制系统的架构图，n个锂电池通过串联的形式连接，形成一个预设电压的电池组。本发明实施例中，n的数值为根据用户需求设定，以及每个所述锂电池的电压为2.0V-4.45V之间。本发明其中一个实施例中，所述锂电池可以是标称电压为3.6v的锂电池，所述n可以为3，因此，3个锂电池串联形成一个大概12v的电池组。应该理解，通过上述实施方式可以组成12V的电池组，然后由m个这种电池组组成更高电压的大电池组。发明其他实施例中还支持3.7V，3.85V等其他锂电池。在其他实例中，可以通过n个电池(比如2，4，5等)组成其他电压的电池包，然后再通过m个这样的标准电池包组成更高电压的大电池组。

进一步地，该电池组连接到一个SLAVE板上，并配备一个子BMS(batterymanagement system，电池管理系统)控制芯片，形成一个标准电池包。所述子BMS控制芯片可以根据预设的充电控制信息对所述n个锂电池进行管理，并通过状态监测、异常故障保护等来监管每个锂电池的状态，控制每个锂电池无法充满或者过充的问题产生。进一步的，m个标准电池包再通过串联的形式形成一个大电池包。其中，所述m可以是3、4、5或者6等，因此，所述大电池包可以达到36V，48V，60V、72V或者更高的电压。

本发明其中一个实施例中，每个所述标准电池包通过无线通信技术与一个MASTER板通讯连接，并将该标准电池包中的电池信息广播给该MASTER板，同时接收MASTER板的充电控制信息，以控制内部的锂电池充电。其中，所述无线通信技术可以是蓝牙技术，也可以是wifi技术，或者尚未出现的新的传输数据的无线技术。

本发明其中一个实施例中，所述MASTER板中包含一个主BMS控制芯片，用于根据每个所述标准电池包传送过来的电池信息，按照预设的充放电规则计算所述标准电池包中每个锂电池的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息广播给每个标准电池包中的SLAVE板。

本发明其中一个实施例中，所述MASTER板及SLAVE板可以通过单片机做控制器，也可以通过蓝牙芯片或者其他SOC(System on Chip)芯片做控制器。

进一步地，参照图2所示的本发明另一实施例的锂电池组的充放电控制系统的功能模块图。MASTER板201中，包括一个主设备广播模块2011以及充放电控制模块2012，以及在每一个SLAVE板202中，包含一个电池信息收集模块2021、从设备广播模块2022以及充放电管理模块2023。本发明其中一个实施例中，MASTER板201中的主设备广播模块2011可以是一个无线传输模块，如蓝牙模块、wifi模块等，以及所述充放电控制模块2012可以是一个BMS控制芯片。SLAVE板202的从设备广播模块2022可以是蓝牙模块、wifi模块等无线传输模块，以及充放电管理模块2023也可以是一个BMS控制芯片。

在每一个SLAVE板202中，电池信息收集模块2021收集该SLAVE板202连接的每个锂电池的电池信息，如电池电压，温度等，利用从设备广播模块2022将所述电池信息通过蓝牙等无线技术传输出去。

在MASTER板201中，主设备广播模块2011使用扫描模式+广播模式，通过扫描方式扫描每个SLAVE板202发送的蓝牙信号，解析所述蓝牙信号中携带的广播数据，将每个SLAVE板202的中的每个锂电池的电池电压，温度等信息解析出来，然后根据电压和温度的情况，通过预设的充放电规则计算充放电控制信息，并将所述充电控制信息广播给SLAVE板202。

SLAVE板202中的从设备广播模块2022再通过扫描模式接收所述充电控制信息，所述充放电管理模块2023根据所述充电控制信息对SLAVE板202连接的锂电池进行充放电管理。在充放电过程中，SLAVE板202实时或者间隔预设时间再次将每个锂电池的电池信息发送给MASTER板201，以通过MASTER板201动态地管理SLAVE板202中的每个锂电池的状态，确保每颗电池能够充满的同时不出现过充，导致电池受损。放电过程中，通过对每颗电池的监控，确保每颗电池不出现过放。从而实现最大放电效率的同时，延长了电池的使用寿命。

本发明其中一个实施例中，所述预设的充放电规则可以包括：

获取每个锂电池对应的电压：SLAVE1V1,SLAVE1V2,...,SLAVE1Vn,SLAVE2V1,SLAVE2V2,...,SLAVE2Vn,...,SLAVEmV1,SLAVEmV2,...,SLAVEmVn，其中，m为标准电池包的数量，以及n为每个标准电池包中的锂电池的数量；

计算整个大电池包平均电压：

V_总＝(SLAVE1V1+SLAVE1V2+...+SLAVE1Vn+SLAVE2V1+SLAVE2V2+...+SLAVE2Vn+...+SLAVEmV1+SLAVEmV2+...+SLAVEmVn)，

V_平均＝V_总/(m*n)；

充放电过程中，控制每个锂电池的电压与V_平均之间的差在预设阈值之内，如50mV，同时每个锂电池的电压控制范围在3V到4.2V之间。

进一步，所述充放电规则还可以包括：侦测到某个锂电池出现异常时，通过协议会将出现异常的锂电池的编号以及故障上报到MASTER板201。

进一步地，本发明其中一个实施例还提供一种利用上述锂电池组的充放电控制系统执行的锂电池组的充放电控制方法。下面对本实施方式的锂电池组的充放电控制方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

如图3所示，在步骤101中，每个标准电池包中的SLAVE板采集连接的每个锂电池的电池信息，并将所述电池信息通过广播的方式发送给MASTER板。

本发明其中一个实施例中，n个锂电池通过串联的形式连接形成一个预设电压的电池组，该n个锂电池连接到一个SLAVE板上，并配备一个子BMS控制芯片，形成一个标准电池包。本发明实施例中，n的数值为根据用户需求设定，以及每个所述锂电池的电压为2.0V-4.45V之间。其中，所述锂电池可以是标称电压为3.6v的锂电池，所述n可以为3，因此，3个锂电池串联形成一个大概12v的电池组。应该理解，通过上述实施方式可以组成12V的电池组，然后由m个这种电池组组成更高电压的大电池组。发明其他实施例中还支持3.7V，3.85V等其他锂电池。在其他实例中，可以通过n个电池(比如2，4，5等)组成其他电压的电池包，然后再通过m个这样的电池包组成更高电压的大电池组。所述子BMS控制芯片可以根据预设的充电控制信息对所述n个锂电池进行管理，并通过状态监测、异常故障保护等来监管每个锂电池的状态，控制每个锂电池无法充满或者过充的问题产生。同时，m个标准电池包再通过串联的形式形成一个大电池包。其中，所述m可以是3、4、5或者6等，因此，所述大电池包可以达到36V，48V，60V、72V或者更高的电压。本发明实施例中，所述大电池包中的每个标准电池包中的SLAVE板采集连接的每个锂电池的电池信息，如电池电压，温度等，并将所述电池信息通过广播的方式发送给MASTER板。

在步骤102中，MASTER板接收到所有电池包的电池信息后，根据预设的充放电规则计算每个锂电池的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息通过广播的方式发送给对应的电池包中的SLAVE板。

本发明其中一个实施例中，MASTER板使用扫描模式+广播模式，通过扫描方式扫描每个SLAVE板发送的蓝牙信号，解析所述蓝牙信号中携带的广播数据，将每个SLAVE板的中的每个锂电池的电池电压，温度等信息解析出来，然后根据电压和温度的情况，利用MASTER板中的主BMS控制芯片按照预设的充放电规则计算充放电控制信息，并将所述充电控制信息广播给SLAVE板。

本发明其中一个实施例中，所述预设的充放电规则可以包括：

获取每个锂电池对应的电压：SLAVE1V1,SLAVE1V2,...,SLAVE1Vn,SLAVE2V1,SLAVE2V2,...,SLAVE2Vn,...,SLAVEmV1,SLAVEmV2,...,SLAVEmVn；

计算整个大电池包的平均电压：

V_总＝(SLAVE1V1+SLAVE1V2+...+SLAVE1Vn+SLAVE2V1+SLAVE2V2+...+SLAVE2Vn+...+SLAVEmV1+SLAVEmV2+...+SLAVEmVn)，其中，m为标准电池包的数量，以及n为每个标准电池包中的锂电池的数量；

V_平均＝V_总/(m*n)；

充放电过程中，控制每个锂电池的电压与V_平均之间的差在预设阈值之内，如50mV，同时每个锂电池的电压控制范围在3V到4.2V之间。

进一步，所述充放电规则还可以包括：侦测到某个锂电池出现异常，通过协议会将出现异常的锂电池的编号以及故障上报到MASTER板。

在步骤103中，每个电池包中的SLAVE板根据MASTER板发送的充放电控制信息，对连接的锂电池执行充放电操作。

本发明其中一个实施例中，SLAVE板202通过扫描模式接收所述充电控制信息，通过SLAVE板中的子BMS控制芯片根据所述充电控制信息对SLAVE板连接的锂电池进行充放电管理。

本发明实施例中，在锂电池充放电过程中，SLAVE板实时或者间隔预设时间再次将每个锂电池的电池信息发送给MASTER板，以便所述BMS控制芯片根据实时变化的电池信息，动态地管理SLAVE板中的每个锂电池的充放电状态，确保每颗电池能够充满的同时不出现过充，导致电池受损。放电过程中，通过对每颗电池的监控，确保每颗电池不出现过放。从而实现最大放电效率的同时，延长了电池的使用寿命。

在本发明的实施方式中，将锂电池包包装成标准电池包。通过将多个标准电池包串联形成高电压的大电池包，并利用主控制器通过无线的方式管理该大电池包，无需定制开发不同的锂离子电池控制器IC和电路设计方案，降低了锂电池的利用成本并提高效率。

上面方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实施方式的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实施方式的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述系统包括由多个串联连接的标准电池包组成的大电池包，以及与每个所述标准电池包通过无线通信技术连接的主控制器，其中，每个所述标准电池包将电池信息广播给所述主控制器，所述主控制器根据所述电池信息通过预设的充放电规则计算每个所述标准电池包的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息广播给每个所述标准电池包。

2.根据权利要求1所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，每个所述标准电池包包括由n个串联连接的锂电池形成的电池组，该电池组连接到一个SLAVE板上，并配备一个BMS控制芯片。

3.根据权利要求2所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，n的数值为根据用户需求设定，以及每个所述锂电池的电压为2.0V-4.45V之间。

4.根据权利要求3所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，每个所述锂电池的标称电压为3.6v，及n的数量为3。

5.根据权利要求2所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述充放电规则包括：

获取所述大电池包中每个锂电池对应的电压：SLAVE1V1,SLAVE1V2,...,SLAVE1Vn,SLAVE2V1,SLAVE2V2,...,SLAVE2Vn,...,SLAVEmV1,SLAVEmV2,...,SLAVEmVn，其中，m为标准电池包的数量，以及n为每个标准电池包中的锂电池的数量；

计算所述大电池包的平均电压：

V_总＝(SLAVE1V1+SLAVE1V2+...+SLAVE1Vn+SLAVE2V1+SLAVE2V2+...+SLAVE2Vn+...+SLAVEmV1+SLAVEmV2+...+SLAVEmVn)，

V_平均＝V_总/(m*n)；

充放电过程中，控制每个所述锂电池的电压与V_平均之间的差在预设阈值之内，同时每个锂电池的电压控制范围在预设电压范围。

6.根据权利要求5所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述充放电规则还包括：

侦测到某个锂电池出现异常时，通过协议会将出现异常的锂电池的编号以及故障上报到所述主控制器。

7.根据权利要求1所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述电池信息包括每个所述锂电池的电池电压及温度。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述主控制器为包括BMS控制芯片的MASTER板。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的锂电池组的充放电控制系统，其特征在于，所述无线通信技术包括蓝牙技术及wifi技术。

10.一种利用权利要求1至9中任意一项所述锂电池组的充放电控制系统实现的锂电池组的充放电控制方法，其特征在于，所述方法包括：

每个标准电池包中的SLAVE板采集连接的每个锂电池的电池信息，并将所述电池信息通过广播的方式发送给MASTER板；

MASTER板接收到所有标准电池包的电池信息后，根据预设的充放电规则计算每个锂电池的充放电控制信息，并将所述充放电控制信息通过广播的方式发送给对应的标准电池包中的SLAVE板；

每个所述标准电池包中的SLAVE板根据MASTER板发送的充放电控制信息，对连接的锂电池执行充放电操作。