一种电池充放电管理系统

专利摘要:
本实用新型公开了一种电池充放电管理系统，包括多个并联的电池、电信号采样单元，电信号采样单元的输入端分别与所有电池的电源端口连接，所有电池的电源端口与公共输入输出端连接；还包括监控单元，所述监控单元获取电信号采样单元采集的所有电池的充放电电流和电压，对并联电池中的每个电池进行独立地充放电管理。该系统实现了并联的不同容量、厂家、型号的电池的独立充放电控制，实现了每个电池充电和放电的独立管理，达到多组电池并联工作时均衡输出的目的。
公开号:CN214337593U
申请号:CN202023249691.9U
申请日:2020-12-28
公开日:2021-10-01
发明作者:阳林；夏维；赵跃；王勇；黄磊；严广；姚李明；赵旭东
申请人:Chongqing Ruidun Technology Development Co ltd；
IPC主号:H02J7-00

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及电池充放电系统，特别是涉及一种电池充放电管理系统。
[n0002] 相同种类的电池因为制程的关系，其充放电特性会有细微的差异，而不同种类的电池的充放电特性差异更大，另外电池在使用过程中容量和放电率会产生漂移，如果将不同充放电特性的电池混合在一起使用，需要严格对其充放电过程进行监和管理，防止过充、过放、倒充的现象发生，从而提高电池的效力和寿命。
[n0003] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电池充放电管理系统。
[n0004] 为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了电池充放电管理系统，包括多个并联的电池、电信号采样单元，电信号采样单元的输入端分别与所有电池的电源端口连接，所有电池的电源端口与公共输入输出端连接；所有电池的容量、厂家、型号可不完全相同或者完全不相同；还包括监控单元，所述监控单元获取电信号采样单元采集的所有电池的充放电电流和电压，以及对每个电池的充电和放电进行独立管理。
[n0005] 上述技术方案：该系统实现了并联的不同容量、厂家、型号的电池的独立充放电控制，实现了每个电池充电和放电的独立管理，达到多组电池并联工作时均衡输出的目的。
[n0006] 在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括机框，所述电信号采样单元、监控单元和电池均设置于机框内，所述机框具有与公共输入输出端连接的连接端口。
[n0007] 上述技术方案：实现模块化，便于安装和连接。
[n0008] 在本实用新型的一种优选实施方式中，所述监控单元包括与电池一一对应的电池充放电管理模块；所述电池充放电管理模块包括升压单元、放电限流单元、充电限流单元、切换开关、第二开关、管理单元；所述切换开关包括一个动触点和三个静触点，电池的电源端口与切换开关的动触点连接，所述切换开关的第一静触点依次通过放电限流单元和升压单元与公共输入输出端连接，所述第二开关与所述升压单元并联，所述切换开关的第二静触点通过充电电流单元与公共输入输出端连接，所述切换开关的第三静触点悬空；所述管理单元的信息采集端与电信号采样单元的输出端连接，管理单元的第一控制端与切换开关的控制端连接，管理单元的第二控制端与第二开关的控制端连接，管理单元的第三控制端与放电限流单元的控制端连接，管理单元的第四控制端与充电限流单元的控制端连接。
[n0009] 上述技术方案：通过为每个电池设置一个电池充放电管理模块实现了每个电池充放电的独立管理，且电池充放电管理模块结构简单，易于管理，成本较低，并且能够双向限流。
[n0010] 在本实用新型的一种优选实施方式中，所有管理单元通过通信接口连接构成充放电管理网络，所述充放电管理网络可与上位机连接。
[n0011] 上述技术方案：通过充放电管理网络实现了所有并联电池的充放电协同管理，以及便于上位机对并联电池的充放电管理。
[n0012] 根据本实用新型的第一个方面，一种电池充放电管理方法，用于多路并联电池充放电管理，所述充电方法包括共充模式和单充模式；处于共充模式时，各路电池按各自设定的充电参数同时充电；处于单充模式时，各路电池按设定充电优先级依次进行充电。
[n0013] 上述技术方案：当选择共充模式时，各路电池按各自设定的充电参数同时充电，实现了电池同时充电但单独管理，当选择单充模式时，按照充电优先级进行充电，充电优先级可用户自定义，如根据电池容量大小或剩余电量大小设置优先等级，这样就能保证电池组快速可靠备电，也实现了每个电池充电的独立管理。该充电方法实现了不同容量、厂家、型号电池的独立控制的安全充电管理。
[n0014] 在本实用新型的一种优选实施方式中，在充电过程中，当电池充电电压在设定的电压区间时，以预设的最大充电电流充电。
[n0015] 上述技术方案：实现快速安全地充电。
[n0016] 为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种电池充放电管理方法，用于多路并联电池充放电管理，所述放电方法包括共同放电模式和优先级放电模式；处于共同放电模式时，根据各分路中电池的放电容量调节各分路放电电流，使各分路电池按放电容量的比例进行放电；处于优先级放电模式时，设置不同电池的放电优先级，在市电停电时，各电池按照放电优先级高低依次进行放电。
[n0017] 上述技术方案：当共同放电模式时，实现了并联电池放电的单独控制管理，各分路电池按放电容量的比例进行放电，能够保护电池避免过放，实现了每个电池放电的独立管理；当优先级放电模式时，放电优先级可用户自定义，如根据电池容量大小或剩余电量大小设置优先等级，这样就能保证电池组快速可靠放电，也实现了每个电池放电的独立管理。该放电方法实现了不同容量(包括额定容量以及实际剩余电量)、不同厂家、不同型号的电池安全可靠地共同放电或按放电优先级放电。
[n0018] 在本实用新型的一种优选实施方式中，共同放电模式包括自动模式和手动模式；处于自动模式时，初始阶段根据各分路中电池的额定放电容量调节各分路中电池的放电电流，使各分路电池按额定放电容量的比例进行放电，周期性完成全部电池核容，在每次完成全部电池核容后根据电池的实际放电容量的比例进行放电；处于手动模式时，根据各分路中电池的额定放电容量调节各分路放电电流，使各分路电池按额定放电容量的比例进行放电。
[n0019] 上述技术方案：实现了在共同放电模式工作过程中，根据放电分路电池根据各自的实际放电容量进行放电，实现了各放电分路电池放电均衡，保护了各放电分路电池。
[n0020] 在本实用新型的一种优选实施方式中，处于优先级放电模式时，当高放电优先级电池放电终止；或高放电优先级电池最大放电能力无法满足负载用电需求；或高放电优先级电池出现故障，无法支持负载供电需求时，低放电优先级电池放电。
[n0021] 上述技术方案：实现了在优先级放电模式中，电池自动按照放电优先级接续或跳过故障电池放电。
[n0022] 在本实用新型的一种优选实施方式中，放电时，当放电电流小于限流值时，电池以恒压方式输出，当放电电流达到限流值时，电池以限流方式输出。
[n0023] 上述技术方案：实现了并联电池组恒压输出，减少了备电时直流母线上的电压波动，先恒压输出，当放电电流减小达到限流值时，电池以限流方式输出，使得电池电量放电彻底。
[n0024] 在本实用新型的一种优选实施方式中，当电池以限流方式输出时，若电池电压降低至低电压阈值，切断电池放电回路。
[n0025] 上述技术方案：保护电池，避免过放。
[n0026] 图1是本实用新型一具体实施方式中电池充放电管理系统的结构示意图；
[n0027] 图2是本实用新型一具体实施方式中电池充放电管理模块的结构示意图。
[n0028] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[n0029] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[n0030] 在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[n0031] 本实用新型公开了一种电池充放电管理系统，在一种优选实施方式中，如图1所示，包括多个并联的电池、电信号采样单元，电信号采样单元的输入端分别与所有电池的电源端口连接，所有电池的电源端口与公共输入输出端连接；所有电池的容量、厂家、型号可不完全相同或者完全不相同；还包括监控单元，监控单元获取电信号采样单元采集的所有电池的充放电电流和电压，以及对每个电池的充电和放电进行独立管理。
[n0032] 在本实施方式中，从现有技术可知，电池内部可设有测试充电电流、放电电流、电池电压的电池采集模块。电信号采样单元通过电池的电源端口获取电池采集模块采集的电池的充电电流、放电电流、电池电压，并存储整理后输出给监控单元，监控单元根据这些信息控制电池的充放电。公共输入输出端优选但不限于为为基站设备供电的直流母线。
[n0033] 在一种优选实施方式中，还包括机框，电信号采样单元、监控单元和电池均设置于机框内，机框具有与公共输入输出端连接的连接端口。机框优选但不限于镂空式机箱结构。
[n0034] 在一种优选实施方式中，监控单元包括与电池一一对应的电池充放电管理模块，每个电池分配有一个电池充放电管理模块；如图2所示，电池充放电管理模块包括升压单元、放电限流单元、充电限流单元、切换开关K1、第二开关K2、管理单元；升压单元优选但不限于为现有的BOOST升压型DC－DC电压变换器，优选的，升压单元的输出电压与公共输入输出端的额定电压相同，如48VDC或57VDC。充电限流单元和放电限流单元优选但不限于为程控可变电阻，当充电限流单元和放电限流单元为程控可变编组时，其可为数字电位器或程控电阻，如型号可为X9241的数字电位器，此时，管理单元通过调节放电限流单元或充电电流单元的阻值，进而调节放电电流或充电电流大小。管理单元优选但不限于为51单片机。数字电位器或程控电阻的阻值通过单片机进行调节，为常规技术，在此不再赘述。
[n0035] 在本实施方式中，如图2所示，切换开关K1包括一个动触点和三个静触点，电池的电源端口与切换开关K1的动触点连接，切换开关K1的第一静触点依次通过放电限流单元和升压单元与公共输入输出端连接，第二开关K2与升压单元并联，切换开关K1的第二静触点通过充电电流单元与公共输入输出端连接，切换开关K1的第三静触点悬空；管理单元的信息采集端与电信号采样单元的输出端连接，管理单元的第一控制端与切换开关K1的控制端连接，管理单元的第二控制端与第二开关K2的控制端连接，管理单元的第三控制端与放电限流单元的控制端连接，管理单元的第四控制端与充电限流单元的控制端连接。
[n0036] 在本实施方式中，切换开关K1优选但不限于为现有的电控或手动的单刀三掷开关，或者切换开关K1包括三个仅包含一个通路的开关器件，如继电器、接触器等，每个开关器件的一端均与电池的电源端口的电池电源端连接，三个开关器件的另一端分别连接放电限流单元的输入端、充电限流单元的输入端以及悬空，三个开关器件的控制端分别与管理单元的一个I/O控制管脚连接。第二开关K2优选但不限于为接触器或继电器。
[n0037] 在本实施方式中，在每个管理单元中可预设有对应电池的充电参数和/或放电参数，并控制对应电池按照设置的充电参数或放电参数进行单独的充电管理或放电管理，而根据充放电参数控制电池的充放电为现有技术，在此不再赘述。
[n0038] 在本实施方式中，优选的，电池充放电管理模块还包括通信接口，通信接口与管理单元通过串口连接，所有管理单元通过通信接口连接构成充放电管理网络，通过充放电管理网络便于各电池协同充放电，充放电管理网络还可与上位机连接。通信接口优选但不限于为RS485串口模块。
[n0039] 在本实施方式的一种应用场景中，如图2所示，在充电阶段，通过充放电管理网络共享已选择的充电模式，若为共充模式，每个电池充放电管理模块根据设定的充电参数对对应电池进行充电管理，若为单充模式，按照充电优先级依次充电，每个电池充放电管理模块通过充放电管理网络获取其上一充电优先级电池的充电状态，当上一充电优先级电池充电结束后，启动与该电池充放电管理模块对应的电池充电。
[n0040] 在本应用场景中，对于每个电池，当处于充电时，管理单元将切换开关K1的动触点与第二静触点接通，初始若电池电压在设定安全电压区间，管理单元调解充电限流单元的电阻实现以设定的最大充电电流充电，最大充电电流可以是电池的额定充电电流，之后实时监控电池的充电电压，当电池充电电压不在设定的电压区间时，管理单元调节充电限流单元的电阻使充电电流小于设定的最大充电电流。当电池充电电压达到充电截止电压或者充电电流为充电截止电流时，将切换开关K1的动触点与悬空的第三静触点接通，电池充电断开。
[n0041] 在本应用场景中，如图2所示，在放电阶段，通过充放电管理网络共享已选择的放电模式，若为共同放电模式，开始时，每个放电分路均以恒压方式输出，根据各分路电池的放电容量调节各分路放电电流，使各分路电池按放电容量的比例进行放电。若为优先级放电模式，每个电池充放电管理模块通过充放电管理网络获取其上一放电优先级电池的放电状态，当高放电优先级电池放电终止；或高放电优先级电池最大放电能力无法满足负载用电需求；或高放电优先级电池出现故障，无法支持负载供电需求时，启动对应电池放电。
[n0042] 在本应用场景中，对于每个电池，当处于放电时，管理单元控制切换开关K1的动触点与第一静触点接通，每个放电分路输出至公共输入输出端的电压均为升压单元输出的电压，恒压输出，同时管理单元根据电池的放电容量(初始阶段为额定放电容量，核容后为实际放电容量)动态设置放电限流单元阻值，使各放电分路电池的放电电流与电池的放电容量比例相同，随着电池放电电池实际电量逐渐减小，当电池的放电电流减小到预设的放电限流值时，管理单元控制开关K2闭合(开关K2的初始状态为断开)，升压单元短路，电池以限流模式放电，此时，管理单元继续动态地设置每个放电限流单元阻值，使各放电分路电池的放电电流与电池的实际放电容量比例相同，随着电池进一步放电，当电池电压降低至低电压阈值，切断电池放电回路，即管理单元控制切换开关K1的动触点与悬空的第三静触点接通。
[n0043] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[n0044] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

权利要求:
Claims (4)
[0001] 1.一种电池充放电管理系统，其特征在于，包括多个并联的电池、电信号采样单元，电信号采样单元的输入端分别与所有电池的电源端口连接，所有电池的电源端口与公共输入输出端连接；所有电池的容量、厂家、型号可不完全相同或者完全不相同；
还包括监控单元，所述监控单元获取电信号采样单元采集的所有电池的充放电电流和电压，以及对每个电池的充电和放电进行独立管理。
[0002] 2.如权利要求1所述的电池充放电管理系统，其特征在于，还包括机框，所述电信号采样单元、监控单元和电池均设置于机框内，所述机框具有与公共输入输出端连接的连接端口。
[0003] 3.如权利要求1所述的电池充放电管理系统，其特征在于，所述监控单元包括与电池一一对应的电池充放电管理模块；
所述电池充放电管理模块包括升压单元、放电限流单元、充电限流单元、切换开关、第二开关、管理单元；
所述切换开关包括一个动触点和三个静触点，电池的电源端口与切换开关的动触点连接，所述切换开关的第一静触点依次通过放电限流单元和升压单元与公共输入输出端连接，所述第二开关与所述升压单元并联，所述切换开关的第二静触点通过充电电流单元与公共输入输出端连接，所述切换开关的第三静触点悬空；
所述管理单元的信息采集端与电信号采样单元的输出端连接，管理单元的第一控制端与切换开关的控制端连接，管理单元的第二控制端与第二开关的控制端连接，管理单元的第三控制端与放电限流单元的控制端连接，管理单元的第四控制端与充电限流单元的控制端连接。
[0004] 4.如权利要求3所述的电池充放电管理系统，其特征在于，所有管理单元通过通信接口连接构成充放电管理网络，所述充放电管理网络可与上位机连接。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202023249691.9U|CN214337593U|2020-12-28|2020-12-28|一种电池充放电管理系统|CN202023249691.9U| CN214337593U|2020-12-28|2020-12-28|一种电池充放电管理系统|