一種電池充放電智能管理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電池充放電智能管理系統，包括：相互串聯的多個智能電池模塊，每個所述智能電池模塊分別連接于主控制模塊用于：向主控制模塊提供電池剩余容量；向主控制模塊提供最大可充電或放電功率；主控制模塊，根據智能電池模塊發出的剩余容量的信號，按照剩余容量低充電功率高或放電功率低，剩余容量高充電功率低或放電功率高的原則，給出每個智能電池模塊的實時充電功率或放電功率，智能電池模塊根據主控制模塊給出的實時功率進行輸入輸出的調節。本實用新型的模組間可以任意的串并聯，不同的荷電態的電池串聯在一起后，經過一次或幾次的充電或放電，基本可以達到均衡。
【專利說明】
一種電池充放電智能管理系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于電池技術領域，特別是涉及一種電池充放電智能管理系統。
【背景技術】
[0002]電池管理系統通常負責電池組中電池電量的計算、電池保護，電池間的電量平衡控制、以及電池管理系統內外的信號通信等。在現有技術中，一般使用到電池的產品，都需要搭配電池管理系統來控制。
[0003]由于電池在制造過程中很難確保具有完全的均一性，各串聯的電池單元之間會存在充電或放電特性的差異。因此，當使用串聯電池單元的電池組時，會存在這樣的問題:充電時，同一電池組中，即使某些電池單元被過度充電，也仍然存在某些電池單元尚未達到飽和;又或放電時，同一電池組中，有些電池單元尚未完全放電，但仍有些電池單元被過度放電。此外，如果電池單元長期被過度放電/充電，在構成電池單元的材料中可能會出現顯著劣化，使得電池單元的特性變得不同，而這種劣化是加劇電池單元間差異的原因之一。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種電池充放電智能管理系統，以克服現有技術中的不足。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0006]根據本實用新型的一種實施例，提供一種電池充放電智能管理系統，包括:
[0007]相互串聯的多個智能電池模塊，組成主電池回路進行功率輸出或者輸入，同時每個所述智能電池模塊分別連接于主控制模塊用于:
[0008]向主控制模塊提供電池剩余容量；
[0009]向主控制模塊提供最大可充電或放電功率；
[0010]主控制模塊，根據智能電池模塊發出的剩余容量的信號，按照剩余容量低則充電功率高或放電功率低，剩余容量高則充電功率低或放電功率高的原則，給出每個智能電池模塊的實時充電功率或放電功率，智能電池模塊根據主控制模塊給出的實時功率進行輸入輸出的功率調節。
[0011]于本實用新型的一具體實施例中，所述每個智能電池模塊分別包括一能源控制板、以及與所述能源控制板連接的電池模組。所述能源控制板向主控制模塊提供電池最大可充電或放電功率，同時根據主控制模塊發出的實時功率要求對電池模組的輸入輸出功率進tx調制。
[0012]于本實用新型的一具體實施例中，所述能源控制板包括一個雙向的電壓調制電路。該電壓調制電路根據主控制模塊給出的實時充電或放電功率，調節智能電池模塊的輸出或輸入電壓，從而調節輸出或輸入功率，輸出或輸入電壓高，則功率大，反之則功率小。
[0013]于本實用新型的一具體實施例中，所述電壓調制電路是一個通過高頻開關調節電流的占空比從而控制功率輸出的BUCK電路，雙向電壓調制電路為一正一反的兩個電壓調制電路通過并聯之后的電路，同時通過二極管控制電流只能從其中一個電壓調制電路通過。
[0014]于本實用新型的一具體實施例中，所述系統具有兩種工作模式:
[0015]I)充電模式:充電時，主控制模塊根據電池模組給出的剩余容量值和能源控制板給出的最大輸入功率值，找出最小剩余容量的智能電池模塊，并針對某一個智能電池模塊按照(1-該模塊剩余容量百分比)/(1-最小剩余容量智能電池模塊剩余容量百分比)給出該智能電池模塊的電流占空比數據，從而控制給智能模塊給電池模組測的輸出功率，對每一個智能電池模塊均實施上述動作后，則整個電池系統則將以統一的時間放電完畢；
[0016]2)放電模式:放電時，主控制模塊根據電池模組給出的剩余容量值和能源控制板給出的最大輸入功率值，找出最大剩余容量的智能電池模塊，并針對某一個智能電池模塊按照(1-該模塊剩余容量百分比)/(1-最大剩余容量智能電池模塊剩余容量百分比)給出該智能模塊的電流占空比數據，從而控制給智能電池模塊輸出的功率，對每一個智能電池模塊均實施上述動作后，則整個電池系統則將以統一的時間充電完畢。
[0017]于本實用新型的一具體實施例中，所述電池模組包括對電池剩余容量進行估測的電路，電池的剩余容量估測通過電池模組輸出或輸入電流的積分和該電池模組容量進行相減或相加后得到，在沒有輸入輸出電流或電流穩定時，該電池剩余容量估測電路還會根據電池的“剩余容量-開路電壓”曲線進行剩余容量的校準。
[0018]于本實用新型的一具體實施例中，所述電池模組由一個電池單元、或多個串聯和/或并聯的多個電池單元組成。
[0019]于本實用新型的一具體實施例中，所述每個電池模組還分別包括:
[0020]電壓偵測模塊，用于可選擇地偵測所述電池單元之一的電壓；
[0021]主動平衡模塊，用于接收所述若干電池單元中所有電池單元的總電壓，并降壓后傳輸給特定的電池單元；
[0022]控制模塊，與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接，用于:
[0023]擷取所述電壓偵測模塊偵測到的電壓信號；
[0024]根據所述電壓信號確定所述特定電池單元；
[0025]控制所述主動平衡模塊供給所述特定電池單元電能；
[0026]信號總線，可選擇地與所述若干電池單元之一正、負極電性連接，并且與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接，
[0027]開關模塊，連接在所述若干電池單元和控制器之間，所述控制模塊還用于控制所述開關模塊來可選擇地接通所述信號總線與所述若干電池單元之一的電性通路。
[0028]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:
[0029 ] (I)模組間可以任意的串并聯，不同的荷電態的電池串聯在一起后，經過一次或幾次的充電或放電，基本可以達到均衡；
[0030](2)如果其中有一個模塊壞掉，不影響整個系統的使用；
[0031](3)控制模塊可以控制電壓偵測模塊和主動平衡模塊通過相同的信號總線偵測電池單元的電壓或給電池單元充電，避免了過多線路的架設，降低了線路架構的復雜度和生產成本。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1所示為本實用新型具體實施例中電池充放電智能管理系統的原理方框圖；
[0034]圖2所示為本實用新型具體實施例中電壓調制電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]以下將結合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述。但該等實施方式并不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據該等實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內。
[0036]結合圖1所示，電池充放電智能管理系統包括主控制模塊、以及分別連接于主控制模塊的多個智能電池模塊，該多個智能電池模塊之間串聯連接。
[0037]主控制模塊，根據智能電池模塊發出的剩余容量的信號，按照剩余容量低充電功率高或放電功率低，剩余容量高則充電功率低或放電功率高的原則，給出每個智能電池模塊的實時充電功率或放電功率，智能電池模塊根據主控制模塊給出的實時功率進行輸入輸出的功率調節。
[0038]相互串聯的多個智能電池模塊，組成主電池回路進行功率輸出或者輸入，同時每個智能電池模塊分別連接于主控制模塊用于:向主控制模塊提供電池剩余容量；向主控制模塊提供最大可充電或放電功率。每個智能電池模塊分別包括一能源控制板、以及與能源控制板連接的電池模組，能源控制板向主控制模塊提供電池最大可充電或放電功率，同時根據主控制模塊發出的實時功率要求對電池模組的輸入輸出功率進行調制。
[0039 ]電池模組還包括對電池剩余容量進行估測的電路，電池的剩余容量估測通過電池模組輸出或輸入電流的積分和該電池模組容量進行相減或相加后得到，在沒有輸入輸出電流或電流穩定時，該電池剩余容量估測電路還會根據電池的“剩余容量-開路電壓”曲線進行剩余容量的校準。
[0040]電池模組由一個電池單元、或多個串聯和/或并聯的多個電池單元組成的具有一定電壓和容量的電池。
[0041]電池為可充放電電池，包括蓄電池、鋰電池等。
[0042]參圖2所示，能源控制板包括一個雙向的電壓調制電路，該電壓調制電路根據主控制模塊給出的實時充電或放電功率，調節智能電池模塊的輸出或輸入電壓，從而調節輸出或輸入功率，輸出或輸入電壓高，則功率大，反之則功率小。電壓調制電路是一個通過調節電流的占空比從而控制功率輸出的電路。
[0043 ]電壓調制電路是一個通過高頻開關調節電流的占空比從而控制功率輸出的BUCK電路，雙向電壓調制電路為一正一反的兩個電壓調制電路通過并聯之后的電路，同時通過二極管控制電流只能從其中一個電壓調制電路通過。
[0044]系統具有兩種工作模式:
[0045]I)充電模式:充電時，主控制模塊根據電池模組給出的剩余容量值和能源控制板給出的最大輸入功率值，找出最小剩余容量的智能電池模塊，并針對某一個智能電池模塊按照(1-該模塊剩余容量百分比)/(1-最小剩余容量智能電池模塊剩余容量百分比)給出該智能電池模塊的電流占空比數據，從而控制給智能模塊給電池模組測的輸出功率，對每一個智能電池模塊均實施上述動作后，則整個電池系統則將以統一的時間放電完畢；
[0046]2)放電模式:放電時，主控制模塊根據電池模組給出的剩余容量值和能源控制板給出的最大輸入功率值，找出最大剩余容量的智能電池模塊，并針對某一個智能電池模塊按照(1-該模塊剩余容量百分比)/(1-最大剩余容量智能電池模塊剩余容量百分比)給出該智能模塊的電流占空比數據，從而控制給智能電池模塊輸出的功率，對每一個智能電池模塊均實施上述動作后，則整個電池系統則將以統一的時間充電完畢。
[0047 ]電池模組還包括對電池剩余容量進行估測的電路，電池的剩余容量估測通過電池模組輸出或輸入電流的積分和該電池模組容量進行相減或相加后得到，在沒有輸入輸出電流或電流穩定時，該電池剩余容量估測電路還會根據電池的“剩余容量-開路電壓”曲線進行剩余容量的校準。
[0048]在一實施例中，每個電池模組還分別包括:
[0049]電壓偵測模塊，用于可選擇地偵測所述電池單元之一的電壓；
[0050]主動平衡模塊，用于接收所述若干電池單元中所有電池單元的總電壓，并降壓后傳輸給特定的電池單元；
[0051 ]控制模塊，與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接，用于:
[0052]擷取所述電壓偵測模塊偵測到的電壓信號；
[0053]根據所述電壓信號確定所述特定電池單元；
[0054]控制所述主動平衡模塊供給所述特定電池單元電能；
[0055]信號總線，可選擇地與所述若干電池單元之一正、負極電性連接，并且與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接，
[0056]開關模塊，連接在所述若干電池單元和控制器之間，所述控制模塊還用于控制所述開關模塊來可選擇地接通所述信號總線與所述若干電池單元之一的電性通路。
[0057]在該技術方案中，控制模塊與電壓偵測模塊以及主動平衡模塊電性連接，其控制電壓偵測模塊可選擇地偵測復數電池單元之一的電壓，并根據擷取的電壓信號確定需要充電的特定電池單元。控制模塊還通過控制主動平衡模塊接收復數電池單元中所有電池單元的總電壓，并給確定的需要充電的特定電池單元進行充電。
[0058]信號總線被設置為可選擇地與復數電池單元之一的正、負級電性連接，同時該信號總線還與電壓偵測模塊以及主動平衡模塊電性連接。這樣，信號總線就同時提供了電壓偵測模塊偵測電池單元電壓的電流通路，以及主動平衡模塊給特定電池單元進行充電的電流通路。
[0059]每個電池模組還包括連接在復數電池單元和控制模塊之間的開關模塊。其包括與上述復數電池單元對應的復數開關矩陣。控制模塊可以通過控制開關模塊中與電池單元對應的開關矩陣的打開和關斷來選擇信號總線與相應的電池單元電性連通。在本實施例中，由于電池單元的電壓偵測過程與主動平衡過程分別完成于不同的時間段內，所以控制模塊至少在偵測期間和主動平衡期間工作。
[0060]當控制模塊工作在偵測期間時，其通過開關模塊接通需要偵測的電池單元與信號總線電性連接，同時控制電壓偵測模塊通過信號總線擷取該電池單元的電壓信號;進一步地，當控制模塊工作在主動平衡期間時，其通過控制需要被充電的特定電池單元與信號總線電性連通，并通過主動平衡模塊對該特定電池單元進行充電。
[0061]如本領域普通技術人員所熟知，開關模塊可以包括三極管、可控硅、繼電器開關、或金屬氧化物半導體場效應管(Metallic Oxide Semi conductor Field Effecttransistor ,MOSFET)等常見的開關形式。在本實施例中，開關模塊采用MOSFET，并且開關模塊中每個開關矩陣都包括四個MOSFET。
[0062]主控制模塊和控制模塊可以包括微處理器(M⑶)，該M⑶可以包括中央處理單元(Central Processing Unit ,CPU)、只讀存儲模塊(read-only memory ,ROM)、隨機存儲模塊(random access memory ,RAM)、定時模塊、數字模擬轉換模塊(A/D converter)、以及復數輸入/輸出埠。當然，主控制模塊和控制模塊也可以采用其它形式的集成電路，如:特定用途集成電路(Appl icat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)或現場可程序化門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。
[0063]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0064]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施例加以描述，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種電池充放電智能管理系統，其特征在于包括: 相互串聯的多個智能電池模塊，組成主電池回路進行功率輸出或者輸入，同時每個所述智能電池模塊分別連接于主控制模塊用于: 向主控制模塊提供電池剩余容量； 向主控制模塊提供最大可充電或放電功率； 主控制模塊，根據智能電池模塊發出的剩余容量的信號，按照剩余容量低則充電功率高或放電功率低，剩余容量高則充電功率低或放電功率高的原則，給出每個智能電池模塊的實時充電功率或放電功率，智能電池模塊根據主控制模塊給出的實時功率進行輸入輸出的功率調節。2.根據權利要求1所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述每個智能電池模塊分別包括一能源控制板、以及與所述能源控制板連接的電池模組。3.根據權利要求2所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述能源控制板包括一個雙向的電壓調制電路。4.根據權利要求3所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述電壓調制電路是一個通過高頻開關調節電流的占空比從而控制功率輸出的BUCK電路，雙向電壓調制電路為一正一反的兩個電壓調制電路通過并聯之后的電路，同時通過二極管控制電流只能從其中一個電壓調制電路通過。5.根據權利要求2所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述電池模組包括對電池剩余容量進行估測的電路。6.根據權利要求2所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述電池模組由一個電池單元、或多個串聯和/或并聯的多個電池單元組成。7.根據權利要求6所述的電池充放電智能管理系統，其特征在于:所述每個電池模組還分別包括: 電壓偵測模塊，用于可選擇地偵測所述電池單元之一的電壓； 主動平衡模塊，用于接收若干所述電池單元中所有電池單元的總電壓，并降壓后傳輸給特定的電池單元； 控制模塊，與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接，用于: 擷取所述電壓偵測模塊偵測到的電壓信號； 根據所述電壓信號確定特定的所述電池單元； 控制所述主動平衡模塊供給特定的所述電池單元電能； 信號總線，可選擇地與若干所述電池單元之一正、負極電性連接，并且與所述電壓偵測模塊和主動平衡模塊電性連接， 開關模塊，連接在若干所述電池單元和控制器之間，所述控制模塊還用于控制所述開關模塊來可選擇地接通所述信號總線與若干所述電池單元之一的電性通路。
【文檔編號】H01M10/42GK205544370SQ201620058623
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月21日
【發明人】吳曉東
【申請人】蘇州納新新能源科技有限公司