CN211830247U - 一种多电池充放电控制装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种多电池充放电控制装置和系统,被控电池组包括2个以上并联的电池单元;多电池充放电控制装置包括主控单元、电压检测单元和通断控制单元;电压检测单元包括多个连接在各电池输出端与主控单元之间的电压检测支路,通断控制单元包括多个通断控制支路,各电池单元与电源外接端之间分别通过一通断控制支路连接;各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制端连接主控单元的通断控制信号输出端。应用于锂电池组时,本实用新型的多电池充放电控制系统能够综合锂电池组的保护板或电池管理系统进行电池管理与充放电控制的综合协调,控制电路成本较低,控制效率能够得到提升,控制成本则降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池充放电管理技术领域,特别是一种多电池充放电控制装置和系统。
背景技术
在多电池以并联方式为用电设备提供电源和接受充电的应用场景中,多电池的并联方式能够提高系统的等效容量。而传统的多电池管理系统在进行多电池的充放电管理时,往往控制策略较为复杂,控制电路的配置成本也相对较高,控制逻辑的设计一般侧重于用电设备的工作稳定性,导致对电池本身损耗的关注度下降,使得电池寿命受到较大影响。
在对锂电池组进行管理控制时,传统的控制架构一般针对电池保护和充放电控制单独设置两套控制板,对应两套控制板的控制信号输出也分别设置对应的可控通断的开关线路,这种冗余的开关配置,无疑也使得整个系统的损耗和成本大大增加。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多电池充放电控制装置和系统,能够对电池系统中并联的多个电池进行充放电的协调管理,提升控制效率,降低控制成本。
本实用新型采取的技术方案为:
一方面,本实用新型提供一种多电池充放电控制装置,被控电池组包括2个以上并联的电池单元;多电池充放电控制装置包括主控单元、电压检测单元和通断控制单元;
主控单元包括电源输入端、检测电压输入端、通断控制信号输出端和控制输入端;电源输入端用于接入供电电源;
电压检测单元包括多个电压检测支路,各电压检测支路一端连接各电池输出端,另一端连接主控单元的检测电压输入端;
通断控制单元包括多个通断控制支路,各电池单元与电源外接端之间分别通过一通断控制支路连接;各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制端连接主控单元的通断控制信号输出端。
主控单元的控制输入端响应于接收到外部充放电控制信号,根据检测电压输入端接收到的对应各电池单元的检测电压,控制其中一条通断控制支路上的可控开关导通,从而控制相应电池单元与电源外接端连通,以能够对当前电压最低的电池单元充电或控制当前电压最高的电池单元放电。
可选的,所述控制输入端包括控制使能端,主控单元响应于控制使能端接收到使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制各可控开关的通断,使得其中一个电池的输出端与电源外接端相连通。
可选的,所述控制输入端包括充电/放电使能端,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的PMOS开关管,两个PMOS管的漏极相互连接,源极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个PMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
具体的,两个PMOS管中,源极连接电池的为放电开关管,源极连接电池外接端的为充电开关管;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电使能信号,控制当前检测电压最小的电池所连的通断控制支路上的充电开关管导通,放电开关管关闭;主控单元响应于充电/放电使能端接收到放电使能信号,控制当前检测电压最大的电池所连的通断控制支路上的放电开关管导通,充电开关管关闭。
可选的,所述控制输入端包括充电/放电使能端,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的NMOS开关管,两个PMOS管的源极相互连接,漏极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个NMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
通过将可控开关设置为MOS管,可使得充放电时的电流方向唯一确定,避免电池或线路工作状态异常导致的反向导通。
可选的,各通断控制支路上的可控开关采用继电器触点,主控单元的通断控制信号输出端输出的通断控制信号用于控制各继电器线圈的通断电。具体实现可参考现有技术。
可选的,主控单元的电源输入端分别连接各电池输出端和电源外接端。这种电路设计使得充电或放电状态下,主控单元的供电电源能够由多个电池和外部电源之间电压较高的电源来供应,保障主控单元的电压稳定性。
进一步的,主控单元的电源输入端与个电池输出端和电源外接端相连的供电线路上分别设有保护二极管,保护二极管的阴极连接主控单元的电源输入端。
第二方面,本实用新型提供一种多电池充放电控制系统,包括锂电池组、电池管理模块、充放电控制装置和通断控制电路,锂电池组包括多个并联的电池单元;
充放电控制装置包括主控单元和电压检测单元;电压检测单元包括分别连接各电池单元的多个电压检测支路,各电压检测支路分别检测所连电池单元的输出端电压传输至主控单元的电压检测输入端;主控单元根据个电池单元的实时电压,选择电压最大/最小的电池单元作为当前待控放电/充电电池单元,输出放电/充电控制信号;
电池管理模块检测各电池单元的运行状态,根据检测到的信号输出对电池单元的放电/充电控制信号;
通断控制电路包括分别连接在各电池单元与电源外接端之间的多个通断控制支路,各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制输入端连接电池管理模块或主控单元的放电/充电控制信号输出端;
放电/充电控制信号输出端未连接可控开关的电池管理模块或主控单元,将放电/充电控制信号传输至主控单元或电池管理模块;放电/充电控制信号输出端连接可控开关的主控单元或电池管理模块,根据检测到的信号和接收到的放电/充电控制信号,输出放电/充电控制信号至可控开关。
上述放电/充电控制信号可以是一路信号也可以是通过相互独立的两个端口分别输出的放电控制信号和充电控制信号。
可选的,主控单元与电池管理模块之间通过通信总线连接,以传输通断控制信号;
所述通断控制支路中的可控开关为继电器触点或者MOS开关管,采用MOS开关管时,各通断控制支路上分别设有两个漏-源极反向串接的PMOS开关管或NMOS开关管,电池管理模块或主控单元输出的放电控制信号、充电控制信号分别对应控制其中一个MOS管的通断。
电池保护板和电池管理系统皆为现有产品,当采用电池管理系统时,主控单元芯片可通过通信总线从电池管理系统中获取更复杂的电池运行信息,如电信温度、电压、电流等,从而可以实现更加复杂的控制逻辑,更多级的安全管理策略。
有益效果
本实用新型的多电池充放电控制装置通过设置电池检测单元可对各电池的实时电压进行检测,并根据实时检测电压控制不同的电池单元充放电,可使得:在电池组放电时,当一个电池的电量耗尽,可以自动切换到其它电量最充足电池,在电池组充电时,当一个电池已经充满时,可以自动切换到其它没有充满的电池继续充电,直到所有电池充满。能够对电池系统中并联的多个电池进行充放电的协调管理,提升控制效率,降低控制成本。同时,通过利用MOS开关管分别作为充电和放电开关,可保障充电和放电时的电流方向唯一,确保系统异常情况下的电池安全。
本实用新型的多电池充放电控制系统,能够应用于锂电池组等多电池并联的电池组场景,在对电池组的能量管理、保护和充放电控制进行协调,简化控制电路,降低控制电路配置成本。
附图说明
图1所示为本实用新型多电池充放电控制装置电路原理示意图;
图2所示为传统锂电池组保护和充放电控制系统的原理示意图;
图3所示为传统锂电池组能量管理和充放电控制系统的原理示意图;
图4所示为本实用新型一种实施例的锂电池组保护与充放电控制系统的原理示意图;
图5所示为本实用新型另一种实施例的锂电池组保护与充放电控制系统的原理示意图
图6所示为本实用新型一种实施例的锂电池组能量管理与充放电控制系统的原理示意图;
图7所示为本实用新型另一种实施例的锂电池组能量管理与充放电控制系统的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
本实用新型的实用新型构思为,在多电池并联的电池组中,通过实时采集各电池单元的输出端电压,控制当前进行充电和放电的电池与充电电源或负荷之间的通断状态,使得:每次需要充电时,能够选择电压最低的电池进行充电,直至一个电池被充满后切换为对其它电压最低的电池进行充电,最后所有电池被充满;每次放电时,能够选择电压最高的电池进行放电,放电到设定低电量值时,切换为由其它电压较高的电池进行放电,直至负荷停止受电或所有电池皆放电至设定低电量值。
通过本实用新型的设计,可使得多电池并联的电池组的控制效率提高,简化控制逻辑,降低控制电路成本,同时优化了电池的充放电进程,可减少充放电次数带来的电池寿命损耗。
实施例1
参考图1所示,本实施例为一种多电池充放电控制装置,被控电池组包括2个以上并联的电池单元;多电池充放电控制装置包括主控单元(控制板)、电压检测单元和通断控制单元;
主控单元包括电源输入端、检测电压输入端、通断控制信号输出端和控制输入端;电源输入端用于接入供电电源;
电压检测单元包括多个电压检测支路,各电压检测支路一端连接各电池输出端,另一端连接主控单元的检测电压输入端;
通断控制单元包括多个通断控制支路,各电池单元与电源外接端之间分别通过一通断控制支路连接;各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制端连接主控单元的通断控制信号输出端。
在应用时,主控单元的控制输入端响应于接收到外部充放电控制信号,根据检测电压输入端接收到的对应各电池单元的检测电压,控制其中一条通断控制支路上的可控开关导通,从而控制相应电池单元与电源外接端连通,以能够对当前电压最低的电池单元充电或控制当前电压最高的电池单元放电。
若接收到充电控制信号,则控制当前检测电压最低的电池所连的通断控制支路上的可控开关导通,使电量最低的电池首先被充电至充满,然后切换到其他电池中检测电压最低的电池进行充电,直至所有电池被充满,或者外部供电电源被切断。
本实施例中,主控单元中预设有电池单元的电压最低阈值,若接收到放电控制信号,则控制当前检测电压最高的电池所连的通断控制支路上的可控开关导通,使电量最高的电池首先进行放电至放电到电压最低阈值,然后切换到其他电池中检测电压最高的电池进行放电,直至外部负荷停止受电,或所有电池皆放电至电压最低阈值。
实施例1-1
基于实施例1,本实施例中,控制输入端包括控制使能端,主控单元响应于控制使能端接收到使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制各可控开关的通断,使得其中一个电池的输出端与电源外接端相连通。
控制输入端还包括充电/放电使能端,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的PMOS开关管,两个PMOS管的漏极相互连接,源极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个PMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
两个PMOS管中,源极连接电池的为放电开关管,源极连接电池外接端的为充电开关管;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电使能信号,控制当前检测电压最小的电池所连的通断控制支路上的充电开关管导通,放电开关管关闭;主控单元响应于充电/放电使能端接收到放电使能信号,控制当前检测电压最大的电池所连的通断控制支路上的放电开关管导通,充电开关管关闭。
主控单元的电源输入端分别连接各电池输出端和电源外接端。主控单元的电源输入端与个电池输出端和电源外接端相连的供电线路上分别设有保护二极管,保护二极管的阴极连接主控单元的电源输入端。这种电路设计使得充电或放电状态下,主控单元的供电电源能够由多个电池和外部电源之间电压较高的电源来供应,保障主控单元的电压稳定性。
实施例1-2
与实施例1-1不同的是,本实施例中,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的NMOS开关管,两个PMOS管的源极相互连接,漏极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个NMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
实施例1-1和实施例1-2中,通过将可控开关设置为MOS管,可使得充放电时的电流方向唯一确定,避免电池或线路工作状态异常导致的反向导通。
除此以外,各通断控制支路上的可控开关还可采用继电器触点,主控单元的通断控制信号输出端输出的通断控制信号用于控制各继电器线圈的通断电。具体实现可参考现有技术。
以上实施例的多电池充放电控制装置通过设置电池检测单元可对各电池的实时电压进行检测,并根据实时检测电压控制不同的电池单元充放电,可使得:在电池组放电时,当一个电池的电量耗尽,可以自动切换到其它电量最充足电池,在电池组充电时,当一个电池已经充满时,可以自动切换到其它没有充满的电池继续充电,直到所有电池充满。能够对电池系统中并联的多个电池进行充放电的协调管理,提升控制效率,降低控制成本。同时,通过利用MOS开关管分别作为充电和放电开关,可保障充电和放电时的电流方向唯一,确保系统异常情况下的电池安全。
实施例2
参考图2和图3,在对锂电池组进行管理控制时,传统的控制架构一般针对电池保护和充放电控制单独设置两套控制板,对应两套控制板的控制信号输出也分别设置对应的可控通断的开关线路,这种冗余配置不仅增加了配置成本,也使得控制逻辑较为复杂。
与实施例1基于相同的实用新型构思,参考图4至图7,本实施例为多电池充放电控制系统,包括锂电池组、电池管理模块(电池保护板)、充放电控制装置和通断控制电路,锂电池组包括多个并联的电池单元;
充放电控制装置包括主控单元(控制板)和电压检测单元;电压检测单元包括分别连接各电池单元的多个电压检测支路,各电压检测支路分别检测所连电池单元的输出端电压传输至主控单元的电压检测输入端;主控单元根据个电池单元的实时电压,选择电压最大/最小的电池单元作为当前待控放电/充电电池单元,输出放电/充电控制信号;
电池管理模块检测各电池单元的运行状态,根据检测到的信号输出对电池单元的放电/充电控制信号;
通断控制电路包括分别连接在各电池单元与电源外接端之间的多个通断控制支路,各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制输入端连接电池管理模块或主控单元的放电/充电控制信号输出端;
放电/充电控制信号输出端未连接可控开关的电池管理模块或主控单元,将放电/充电控制信号传输至主控单元或电池管理模块;放电/充电控制信号输出端连接可控开关的主控单元或电池管理模块,根据检测到的信号和接收到的放电/充电控制信号,输出放电/充电控制信号至可控开关。
上述放电/充电控制信号可以是一路信号也可以是通过相互独立的两个端口分别输出的放电控制信号和充电控制信号。
本实施例中电池管理模块可参考现有的电池保护板或电池管理系统;
主控单元与电池管理模块之间通过通信总线连接,以传输通断控制信号DSG(放电控制)和CHG(充电控制);主控单元还可发送一路管理使能信号key_on至电池管理模块,当触发使能状态,则电池管理模块需综合主控单元的控制信号进行对通断控制支路的通断控制,非使能状态下,电池管理模块可按照传统电池保护板或电池管理系统的控制逻辑进行常规控制。
与实施例1同样的,本实施例中,所述通断控制支路中的可控开关为继电器触点或者MOS开关管,采用MOS开关管时,各通断控制支路上分别设有两个漏-源极反向串接的PMOS开关管或NMOS开关管,电池管理模块或主控单元输出的放电控制信号、充电控制信号分别对应控制其中一个MOS管的通断。
电池保护板和电池管理系统皆为现有产品,当采用电池管理系统时,主控单元芯片可通过通信总线从电池管理系统中获取更复杂的电池运行信息,如电信温度、电压、电流等,从而可以实现更加复杂的控制逻辑,更多级的安全管理策略。
本实用新型的多电池充放电控制系统,能够应用于锂电池组等多电池并联的电池组场景,在对电池组的能量管理、保护和充放电控制进行协调,简化控制电路,降低控制电路配置成本。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种多电池充放电控制装置,被控电池组包括2个以上并联的电池单元;其特征是,包括主控单元、电压检测单元和通断控制单元;
主控单元包括电源输入端、检测电压输入端、通断控制信号输出端和控制输入端;电源输入端用于接入供电电源;
电压检测单元包括多个电压检测支路,各电压检测支路一端连接各电池输出端,另一端连接主控单元的检测电压输入端;
通断控制单元包括多个通断控制支路,各电池单元与电源外接端之间分别通过一通断控制支路连接;各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制端连接主控单元的通断控制信号输出端。
2.根据权利要求1所述的多电池充放电控制装置,其特征是,所述控制输入端包括控制使能端,主控单元响应于控制使能端接收到使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制各可控开关的通断,使得其中一个电池的输出端与电源外接端相连通。
3.根据权利要求1或2所述的多电池充放电控制装置,其特征是,所述控制输入端包括充电/放电使能端,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的PMOS开关管,两个PMOS管的漏极相互连接,源极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个PMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
4.根据权利要求3所述的多电池充放电控制装置,其特征是,两个PMOS管中,源极连接电池的为放电开关管,源极连接电池外接端的为充电开关管;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电使能信号,控制当前检测电压最小的电池所连的通断控制支路上的充电开关管导通,放电开关管关闭;主控单元响应于充电/放电使能端接收到放电使能信号,控制当前检测电压最大的电池所连的通断控制支路上的放电开关管导通,充电开关管关闭。
5.根据权利要求1或2所述的多电池充放电控制装置,其特征是,所述控制输入端包括充电/放电使能端,各通断控制支路上分别设有两个反向串接的NMOS开关管,两个PMOS管的源极相互连接,漏极分别连接电池输出端和电源外接端;主控单元响应于充电/放电使能端接收到充电/放电使能信号,开始根据各电池输出端的检测电压控制其中一个通断控制支路上两个NMOS开关管其中一个导通另一个关断,从而控制相应通断控制支路所连的电池与电源外接端连通以能够充电/放电。
6.根据权利要求1或2所述的多电池充放电控制装置,其特征是,各通断控制支路上的可控开关采用继电器触点,主控单元的通断控制信号输出端输出的通断控制信号用于控制各继电器线圈的通断电。
7.根据权利要求1或2所述的多电池充放电控制装置,其特征是,主控单元的电源输入端分别连接各电池输出端和电源外接端。
8.根据权利要求7所述的多电池充放电控制装置,其特征是,主控单元的电源输入端与个电池输出端和电源外接端相连的供电线路上分别设有保护二极管,保护二极管的阴极连接主控单元的电源输入端。
9.一种多电池充放电控制系统,其特征是,包括锂电池组、电池管理模块、充放电控制装置和通断控制电路,锂电池组包括多个并联的电池单元;
充放电控制装置包括主控单元和电压检测单元;电压检测单元包括分别连接各电池单元的多个电压检测支路,各电压检测支路分别检测所连电池单元的输出端电压传输至主控单元的电压检测输入端;主控单元根据个电池单元的实时电压,选择电压最大/最小的电池单元作为当前待控放电/充电电池单元,输出放电/充电控制信号;
电池管理模块检测各电池单元的运行状态,根据检测到的信号输出对电池单元的放电/充电控制信号;
通断控制电路包括分别连接在各电池单元与电源外接端之间的多个通断控制支路,各通断控制支路上分别设有可控开关,各可控开关的控制输入端连接电池管理模块或主控单元的放电/充电控制信号输出端;
放电/充电控制信号输出端未连接可控开关的电池管理模块或主控单元,将放电/充电控制信号传输至主控单元或电池管理模块;放电/充电控制信号输出端连接可控开关的主控单元或电池管理模块,根据检测到的信号和接收到的放电/充电控制信号,输出放电/充电控制信号至可控开关。
10.根据权利要求9所述的多电池充放电控制系统,其特征是,主控单元与电池管理模块之间通过通信总线连接,以传输通断控制信号;
所述通断控制支路中的可控开关为继电器触点或者MOS开关管,采用MOS开关管时,各通断控制支路上分别设有两个漏-源极反向串接的PMOS开关管或NMOS开关管,电池管理模块或主控单元输出的放电控制信号、充电控制信号分别对应控制其中一个MOS管的通断。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN201922397365.3U CN211830247U (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种多电池充放电控制装置和系统 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110994744A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-10 | 浙江大学昆山创新中心 | 一种多电池充放电控制装置和系统 |
CN113533892A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-22 | 广东电网有限责任公司 | 一种继保测试仪的电源控制电路及继保测试仪 |
CN117713314A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-15 | 厦门和储能源科技有限公司 | 一种共直流母线的储能系统簇间均衡系统及方法 |
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- 2019-12-27 CN CN201922397365.3U patent/CN211830247U/zh active Active
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CN117713314A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-15 | 厦门和储能源科技有限公司 | 一种共直流母线的储能系统簇间均衡系统及方法 |
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