一种串联蓄电池组的充放电管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种串联蓄电池组的充放电管理系统，包括AC‑DC转换器、双向DC‑DC变换器、蓄电池组、电池控制组、中央控制器和负载；所述AC‑DC转换器的输入端接市电，输出端接所述负载和所述双向DC‑DC变换器；所述双向DC‑DC变换器的一端接所述AC‑DC转换器的输出端，另一端接所述蓄电池组；所述负载的两端连接在所述AC‑DC转换器与所述双向DC‑DC变换器的连接线上。本发明专利技术通过电池控制组采集各单体蓄电池的真实工作状态信息，使用中央控制器在集合蓄电池个体信息的基础上从整体的角度对系统进行宏观调控，有效地避免了蓄电池组在充放电过程中电池性能不断降低的恶性循环，增强了蓄电池组的安全性、可靠性和稳定性。

A charge and discharge management system of series battery

【技术实现步骤摘要】
一种串联蓄电池组的充放电管理系统
本专利技术涉及蓄电池领域，尤其涉及一种串联蓄电池组的充放电管理系统。
技术介绍
蓄电池组是独立可靠的操作电源，大多采用串联的连接方式和浮充电工作方式，广泛应用于电信、电力、交通、建筑等各个领域中，作为后备电源，在市电中断时能保证系统连续可靠的工作。蓄电池组的性能会随着所处状态、运行环境、功率需求以及循环次数等参数的变化而改变。在实际工作过程中，单体电池的电压、内阻、电池内温度等存在差异，导致电池容量减小、老化速度加快等问题，进一步扩大了电池组中各电池间的性能差异，这种恶性循环的存在严重影响了蓄电池组的安全性和可靠性。同时，考虑到不恰当操作、恶劣工作环境及其他不可控因素，如果蓄电池组中部分电池严重损坏、极板脱落或连接松动，而未及时发现处理，会导致串联的蓄电池组整体失效，存在重大隐患。在蓄电池自身的发展中，锂电池由于能量密度高、价格逐渐走低等优势，随着新能源汽车的普及，逐渐有替代铅酸电池的趋势。但锂电池有热失控的风险，研究表明，如果能及时发现并干预热失控的锂电池，可以有效预防电池燃烧和爆炸风险。现有的电池管理方案多采用“削高填低”的能量回馈思路，让能量从电压高的单体电池(电池组)流向电压低的单体电池(电池组)，实现电池组内的均衡管理，能够较好地遏制单体电池性能差异上的恶性循环。但该种方案频繁进行电池的充放电操作，损害了电池的“循环寿命”，同时不能有效处理由于单体电池损坏带来的串联电路断路问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述问题，本专利技术提供了一种用于串联蓄电池组的充放电管理系统。区别于现有技术的情况，本专利技术能够实现蓄电池组充放电及极端情况下的均衡管理：充电时，通过将单体电池分批次并入电路，将已充满的电池旁路，在防止低容量电池过充的同时将高容量电池充满；放电时，通过将能量耗尽的电池旁路，在防止低容量电池过放的同时释放高容量电池内剩余容量，维持蓄电池组的长时间放电工作；极端情况下，如果部分电池严重损坏、极板脱落或进入热失控状态，能够及时切除故障电池，并让电池组内其他部分仍能正常放电工作。技术方案：一种串联蓄电池组的充放电管理系统，包括AC-DC转换器、双向DC-DC变换器、蓄电池组、电池控制组、中央控制器和负载；所述AC-DC转换器的输入端接市电，输出端接所述负载和所述双向DC-DC变换器；所述双向DC-DC变换器的一端接所述AC-DC转换器的输出端，另一端接所述蓄电池组；所述负载的两端连接在所述AC-DC转换器与所述双向DC-DC变换器的连接线上；所述蓄电池组包含若干蓄电池电路，所述蓄电池电路包括蓄电池主路和蓄电池旁路；所述电池控制组包括与所述蓄电池组内蓄电池电路相对应数量的电池控制单元，每个所述蓄电池电路分别接一个所述电池控制单元；电池控制单元采集与其连接的蓄电池电路中蓄电池的状态信息，并将采集的蓄电池状态信息发送至所述中央控制器，接收所述中央控制器发送的控制消息并根据控制信息控制与其相连接的蓄电池电路旁路连通或蓄电池主路连通；所述蓄电池的状态信息包括电压值、电流值以及温度值；所述电池控制组中的所有电池控制单元均与所述中央控制器连接，所述中央控制器接收所述电池控制组中所有电池控制单元采集的所有蓄电池的状态信息，根据采集到的蓄电池的状态信息采用电压均衡策略或者容量均衡策略判断所述蓄电池组内各蓄电池是否需要旁路，从而生成控制信息并发送给相应的各个电池控制单元进行控制。所述中央控制器与所述双向DC-DC变换器连接。在所述蓄电池电路上设有与所述电池控制单元连接的开关，所述开关有所述电池控制单元控制，使得同一时间所述蓄电池电路中的两条支路只有一条接入蓄电池组。所述蓄电池电路由两条支路并联形成，一条由连接开关和蓄电池串联而成，另一条由旁路开关组成；所述连接开关和所述旁路开关均与其对应的电池控制单元连接，并由所述电池控制单元控制导通和断开。所述蓄电池电路包括蓄电池和单刀双掷开关，所述蓄电池一端接所述单刀双掷开关的一接线柱，其另一端通过导线与所述单刀双掷开关的另一接线柱连接。所述电压均衡策略如下：A、充电过程：步骤1、对电池控制组中各电池控制单元所测量的蓄电池电压进行降序排序，对其中最高电压与最低电压之差大于旁路阈值时，所述旁路阈值取0.1V，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元控制切除电压高的部分蓄电池，直到所有蓄电池中最高电压与最低电压之差小于旁路阈值；如果所有蓄电池中最低电压与最高电压之差小于旁路阈值，则将所有蓄电池都接入充电回路；步骤2、在经过步骤1之后，如果被切除部分蓄电池的某节蓄电池电压低于接入部分最高蓄电池电压，则将该节蓄电池接入；步骤3、重复步骤1～2，直至正在充电的蓄电池中的一半已经达到充满电压条件，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元将所有电池接入充电回路并停止充电，或进入浮充状态；B、放电过程：步骤1、对电池控制组中电池控制单元所测量的蓄电池电压进行降序排序，对其中最低电压与最高电压之差大于旁路阈值时，优选地该旁路阈值取0.1V，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元切除电压低的部分电池，直至所有蓄电池中最低电压与最高电压之差小于某特征值；如果所有蓄电池中最低电压与最高电压之差小于旁路阈值，则将所有电池都接入放电回路；步骤2、在经过步骤1后，如果被切除部分蓄电池的某节蓄电池电压高于接入部分最低蓄电池电压，则将该节蓄电池接入；步骤3、重复步骤1～2，直至蓄电池组中任何一节蓄电池达到放电终止条件，则停止放电。在充电过程中，被切除的蓄电池数量不限于1节，其数量上限取决于所述双向DC-DC变换器的降压变换时输出电流的能力；在放电过程中，被切除的电池数量不限于1节，其数量上限取决于所述双向DC-DC变换器的升压变换时输出电流的能力及负载的电流的大小。所述容量均衡策略如下：在每次充放电过程中采用安时积分方法，通过电池控制单元测量的蓄电池电流信息统计每节蓄电池的可用容量及剩余容量，可用容量指单节蓄电池充电后实际能存储的电量，剩余容量指蓄电池当前剩余电量，可充容量指可用容量与剩余容量之差；A、充电过程：步骤1、对电池控制组连接的蓄电池实际可充容量进行降序排序，如果可用容量及剩余电量均未知，则以电池电压排序，并采用上述电压均衡策略；步骤2、对其中蓄电池组的各蓄电池可充容量中最大与最小之差大于旁路阈值时，优选地该阈值取0.01C，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元切除的可充容量低的部分电池，如果所有蓄电池的可充容量中最大与最小之差小于旁路阈值，则将所有蓄电池都接入充电回路；步骤3、在经过步骤1之后，如果被切除部分蓄电池的某节蓄电池可充容量高于接入部分最高蓄电池可充容量，则将该节蓄电池接入；步骤4、重复步骤1～3，直至正在充电的蓄电池中的一半已经达到充满电压条件，则将所有蓄电池接入并停止充电，或进入浮充状态；B、放电过程：步骤1、对电池控制组连接的蓄电池剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：包括AC-DC转换器(1)、双向DC-DC变换器(2)、蓄电池组(3)、电池控制组(4)、中央控制器(6)和负载(5)；所述AC-DC转换器(1)的输入端接市电，输出端接所述负载(5)和所述双向DC-DC变换器(2)；所述双向DC-DC变换器(2)的一端接所述AC-DC转换器(1)的输出端，另一端接所述蓄电池组(3)；所述负载(5)的两端连接在所述AC-DC转换器(1)与所述双向DC-DC变换器(2)的连接线上；/n所述蓄电池组(3)包含若干蓄电池电路，所述蓄电池电路包括蓄电池主路和蓄电池旁路；所述电池控制组(4)包括与所述蓄电池组(3)内蓄电池电路相对应数量的电池控制单元，每个所述蓄电池电路分别接一个所述电池控制单元；电池控制单元采集与其连接的蓄电池电路中蓄电池的状态信息，并将采集的蓄电池状态信息发送至所述中央控制器(6)，接收所述中央控制器(6)发送的控制消息并根据控制信息控制与其相连接的蓄电池电路旁路连通或蓄电池主路连通；所述蓄电池的状态信息包括电压值、电流值以及温度值；/n所述电池控制组(4)中的所有电池控制单元均与所述中央控制器(6)连接，所述中央控制器(6)接收所述电池控制组(4)中所有电池控制单元采集的所有蓄电池的状态信息，根据采集到的蓄电池的状态信息采用电压均衡策略或者容量均衡策略判断所述蓄电池组(3)内各蓄电池是否需要旁路，从而生成控制信息并发送给相应的各个电池控制单元进行控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：包括AC-DC转换器(1)、双向DC-DC变换器(2)、蓄电池组(3)、电池控制组(4)、中央控制器(6)和负载(5)；所述AC-DC转换器(1)的输入端接市电，输出端接所述负载(5)和所述双向DC-DC变换器(2)；所述双向DC-DC变换器(2)的一端接所述AC-DC转换器(1)的输出端，另一端接所述蓄电池组(3)；所述负载(5)的两端连接在所述AC-DC转换器(1)与所述双向DC-DC变换器(2)的连接线上；
所述蓄电池组(3)包含若干蓄电池电路，所述蓄电池电路包括蓄电池主路和蓄电池旁路；所述电池控制组(4)包括与所述蓄电池组(3)内蓄电池电路相对应数量的电池控制单元，每个所述蓄电池电路分别接一个所述电池控制单元；电池控制单元采集与其连接的蓄电池电路中蓄电池的状态信息，并将采集的蓄电池状态信息发送至所述中央控制器(6)，接收所述中央控制器(6)发送的控制消息并根据控制信息控制与其相连接的蓄电池电路旁路连通或蓄电池主路连通；所述蓄电池的状态信息包括电压值、电流值以及温度值；
所述电池控制组(4)中的所有电池控制单元均与所述中央控制器(6)连接，所述中央控制器(6)接收所述电池控制组(4)中所有电池控制单元采集的所有蓄电池的状态信息，根据采集到的蓄电池的状态信息采用电压均衡策略或者容量均衡策略判断所述蓄电池组(3)内各蓄电池是否需要旁路，从而生成控制信息并发送给相应的各个电池控制单元进行控制。


2.根据权利要求1所述的串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：所述中央控制器(6)与所述双向DC-DC变换器(2)连接。


3.根据权利要求1所述的串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：在所述蓄电池电路上设有与所述电池控制单元连接的开关，所述开关由所述电池控制单元控制，使得同一时间所述蓄电池电路中的两条支路只有一条接入蓄电池组。


4.根据权利要求3所述的串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：所述蓄电池电路由两条支路并联形成，一条由连接开关(14)和蓄电池(16)串联而成，另一条由旁路开关(15)组成；所述连接开关(14)和所述旁路开关(15)均与其对应的电池控制单元连接，并由所述电池控制单元控制导通和断开。


5.根据权利要求3所述的串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：所述蓄电池电路包括蓄电池(16)和单刀双掷开关，所述蓄电池(16)一端接所述单刀双掷开关的一接线柱，其另一端通过导线与所述单刀双掷开关的另一接线柱连接。


6.根据权利要求1所述的串联蓄电池组的充放电管理系统，其特征在于：所述电压均衡策略如下：
A、充电过程：
步骤1、对电池控制组中各电池控制单元所测量的蓄电池电压进行降序排序，对其中最高电压与最低电压之差大于旁路阈值时，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元控制切除电压高的部分蓄电池，直到所有蓄电池中最高电压与最低电压之差小于旁路阈值；如果所有蓄电池中最低电压与最高电压之差小于旁路阈值，则将所有蓄电池都接入充电回路；
步骤2、在经过步骤1之后，如果被切除部分蓄电池的某节蓄电池电压低于接入部分最高蓄电池电压，则将该节蓄电池接入；
步骤3、重复步骤1～2，直至正在充电的蓄电池中的一半已经达到充满电压条件，则通过中央控制器发送控制信号至电池控制单元将所有电池接入充电回路并停止充电，或进入浮充状态；
B、放电过程：
步骤1、对电池控制组中电池控制单元所测量的蓄电池电压进行降序排序，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春萌，李强，
申请(专利权)人：上海羿煜电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31