專利名稱：并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池充電控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法。
背景技術(shù)：
鋰離子蓄電池的成功運(yùn)用給后備電源儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了一種新的技術(shù)革新手段。鋰離子蓄電池具有自放電率低、儲(chǔ)能密度高、循環(huán)使用壽命長、無污染以及安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車與后備電源等多個(gè)領(lǐng)域。單體鋰離子電池的電壓低、儲(chǔ)能有限，例如典型的磷酸鐵鋰電池單體標(biāo)稱電壓為
3.2V，因此多數(shù)情況下需串聯(lián)用以確保蓄電池模塊具有較高的輸出電壓。串聯(lián)后的鋰離子蓄電池模塊在充電過程中端電壓隨充電過程的進(jìn)行發(fā)生改變，在簡單的應(yīng)用場(chǎng)合，可以根據(jù)蓄電池模塊的端電壓對(duì)蓄電池模塊的充電過程進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)不同的充電方法。目前常用的充電方法包含恒流、恒壓與涓流充電三個(gè)階段。串聯(lián)后的鋰離子蓄電池模塊雖具有較高的供電電壓，但其儲(chǔ)能總量仍會(huì)受到單體電池容量的制約。為提高系統(tǒng)的儲(chǔ)能總量，有兩種組合方式第一，將串聯(lián)成的蓄電池模塊并聯(lián)；第二，將并聯(lián)成的蓄電池模塊串聯(lián)。在煤礦防爆應(yīng)用中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制要求單個(gè)蓄電池防爆腔內(nèi)不允許出現(xiàn)任何形式的并聯(lián)，因此礦用后備電源中只能采取第一種蓄電池模塊組合方式，即通過將串聯(lián)的蓄電池模塊并聯(lián)以提高系統(tǒng)整體的儲(chǔ)能。然而，單體鋰離子蓄電池的差異必然導(dǎo)致串聯(lián)后的蓄電池模塊端電壓存在差異，現(xiàn)有蓄電池模塊所采取的并聯(lián)充電方式，必然會(huì)使得部分模塊已經(jīng)充滿時(shí)而有的模塊卻處于未充滿狀態(tài)，不僅影響鋰離子蓄電池電源的容量，同時(shí)也影響了鋰離子蓄電池電源作為后備電源所在系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，能夠更為合理的為鋰離子蓄電池電源中各并聯(lián)蓄電池模塊進(jìn)行充電。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，包括一個(gè)充電模塊、一個(gè)總成管理模塊、以及至少兩個(gè)蓄電池模塊，還包括有通信線路，用于實(shí)現(xiàn)總成管理模塊與每個(gè)蓄電池模塊之間的通信，包括以下步驟a、充電模塊連接至總成管理模塊；b、總成管理模塊檢測(cè)到充電模塊有電后，通過通信線路向所有蓄電池模塊下發(fā)充電有效的指令；C、每個(gè)蓄電池模塊將自身包括電壓、內(nèi)阻、剩余電量在內(nèi)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)通過通信線路反饋至總成管理模塊，需要充電的蓄電池模塊向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)；d、總成管理模塊接收需要充電的蓄電池模塊的充電申請(qǐng)，在所有可檢測(cè)到的蓄電池模塊均處于允許充電申請(qǐng)狀態(tài)后，總成管理模塊向充電申請(qǐng)狀態(tài)中電壓最低的蓄電池模塊發(fā)送充電授權(quán)；e、獲得授權(quán)的蓄電池模塊充電完成后，總成管理模塊檢測(cè)是否仍存在處于充電申請(qǐng)狀態(tài)的蓄電池模塊，如果有，轉(zhuǎn)至步驟d，否則轉(zhuǎn)至步驟f ；f、充電結(jié)束。進(jìn)一步的，在所述步驟d與所述步驟e之間設(shè)置有步驟g、獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊開始充電后，其余未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊均處于不允許充電的狀態(tài)并繼續(xù)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)。進(jìn)一步的，所述總成管理模塊內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)，在運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)的內(nèi)部為每個(gè)蓄電池模塊分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像。進(jìn)一步的，在所述步驟d中，總成管理模塊發(fā)送的充電授權(quán)包含了每個(gè)蓄電池模塊所對(duì)應(yīng)的唯一識(shí)別號(hào)。進(jìn)一步的，所述通信線路采用CAN、485或以太網(wǎng)在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線。進(jìn)一步的，所述總成管理模塊設(shè)置有功率接線口，該功率接線口連接到直流母線上，負(fù)責(zé)向并聯(lián)連接在直流母線上的每個(gè)蓄電池模塊進(jìn)行功率傳輸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是充電模塊接入總成管理模塊后，總成管理模塊通過通信線路向所有的蓄電池模塊發(fā)送充電有效的指令，需要充電的蓄電池模塊會(huì)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)，總成管理模塊內(nèi)部的運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū),對(duì)應(yīng)每個(gè)蓄電池模塊分配一個(gè)模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)蓄電池模塊的電壓、內(nèi)阻、剩余電量運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)所有可檢測(cè)到的蓄電池模塊均處于充電申請(qǐng)或充電完成兩個(gè)允許充電申請(qǐng)狀態(tài)時(shí)，向充電申請(qǐng)狀態(tài)中電壓最低的蓄電池模塊發(fā)送充電授權(quán)，而其他未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊處于不允許充電狀態(tài)并繼續(xù)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)，只有當(dāng)獲得授權(quán)的模塊充電完成后，總成管理模塊才會(huì)向下一個(gè)符合充電授權(quán)條件的蓄電池模塊發(fā)送充電授權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)并聯(lián)蓄電池模塊的單獨(dú)、有區(qū)別的充電，能夠有效克服因單體鋰離子蓄電池的差異導(dǎo)致串聯(lián)后的蓄電池模塊端電壓存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致充電不均勻現(xiàn)象的發(fā)生，充電方式更為合理、有效，提高了鋰離子蓄電池電源的有效容量，保證了鋰離子蓄電池電源作為后備電源所在系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例中并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中蓄電池模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)映像與充電控制結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式礦用后備電源中，通常采用將多個(gè)蓄電池模塊并聯(lián)以提高系統(tǒng)的整體儲(chǔ)能，每個(gè)蓄電池模塊又是由若干個(gè)單體鋰離子蓄電池串聯(lián)組成，由于單體鋰離子蓄電池的差異必然導(dǎo)致串聯(lián)后的蓄電池模塊端電壓存在差異，現(xiàn)有蓄電池模塊所采取的并聯(lián)充電方式，必然會(huì)使得部分模塊已經(jīng)充滿時(shí)而有的模塊卻處于未充滿狀態(tài)，不僅影響鋰離子蓄電池電源的容量，同時(shí)也影響了鋰離子蓄電池電源作為后備電源所在系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。發(fā)明人提出了一種更為合理的充電管理方法，使得總成管理模塊能夠控制對(duì)每個(gè)蓄電池模塊
4單獨(dú)、有區(qū)別的進(jìn)行充電，有利于提高并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的整體充電性能。下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例I結(jié)合圖I所示，并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理系統(tǒng)，包括一個(gè)充電模塊、一個(gè)總成管理模塊、以及至少兩個(gè)蓄電池模塊，還包括有通信線路，用于實(shí)現(xiàn)總成管理模塊與每個(gè)蓄電池模塊之間的通信，其包括以下步驟a、充電模塊連接至總成管理模塊；b、總成管理模塊檢測(cè)到充電模塊有電后，通過通信線路向所有蓄電池模塊下發(fā)充電有效的指令；C、每個(gè)蓄電池模塊將自身包括電壓、內(nèi)阻、剩余電量在內(nèi)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)通過通信線路反饋至總成管理模塊，需要充電的蓄電池模塊向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)；d、總成管理模塊接收需要充電的蓄電池模塊的充電申請(qǐng)，在所有可檢測(cè)到的蓄電池模塊均處于允許充電狀態(tài)后，總成管理模塊向充電申請(qǐng)狀態(tài)中電壓最低的蓄電池模塊發(fā)送充電授權(quán)；e、獲得授權(quán)的蓄電池模塊充電完成后，總成管理模塊檢測(cè)是否仍存在處于充電申請(qǐng)狀態(tài)的蓄電池模塊，如果有，轉(zhuǎn)至步驟d，否則轉(zhuǎn)至步驟f ；f、充電結(jié)束。優(yōu)選地，在步驟d與步驟e之間設(shè)置有步驟g、獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊開始充電后，其余未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊均處于不允許充電的狀態(tài)并繼續(xù)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)。優(yōu)選地，總成管理模塊內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)，在運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)的內(nèi)部為每個(gè)蓄電池模塊分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像。優(yōu)選地，在所述步驟d中，總成管理模塊發(fā)送的充電授權(quán)包含了每個(gè)蓄電池模塊所對(duì)應(yīng)的唯一識(shí)別號(hào)。優(yōu)選地，通信線路采用CAN、485或以太網(wǎng)在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線。優(yōu)選地，總成管理模塊設(shè)置有功率接線口，該功率接線口連接到直流母線上，負(fù)責(zé)向并聯(lián)連接在直流母線上的每個(gè)蓄電池模塊進(jìn)行功率傳輸。實(shí)施例2結(jié)合圖I至圖2所示，并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理系統(tǒng)，包括一個(gè)充電模塊、一個(gè)總成管理模塊與12個(gè)蓄電池模塊，還包括有通信線路，用于實(shí)現(xiàn)總成管理模塊與每個(gè)蓄電池模塊之間的通信；充電模塊內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)充電機(jī)，該充電機(jī)連接有交流電源，充電機(jī)與總成管理模塊之間設(shè)置有充電機(jī)輸出線，負(fù)責(zé)充電機(jī)向總成管理模塊的能量傳輸，總成管理模塊設(shè)置有功率接線口，該功率接線口連接到直流母線上，充電時(shí)，總成管理模塊通過直流母線向并聯(lián)連接在直流母線上的每個(gè)蓄電池模塊與負(fù)載進(jìn)行功率傳輸，放電時(shí)，每個(gè)蓄電池模塊通過直流母線向負(fù)載進(jìn)行功率傳輸。 優(yōu)選地，通信線路采用CAN總線，每個(gè)蓄電池模塊是由8只磷酸鐵鋰蓄電池串聯(lián)組成的，并且每個(gè)蓄電池模塊內(nèi)部的磷酸鐵鋰蓄電池串有可控制的雙向電子開關(guān)I，用于控制對(duì)應(yīng)蓄電池模塊的充電或放電。12個(gè)24V50AH的蓄電池模塊并聯(lián)后的鋰離子蓄電池電源將為系統(tǒng)提供12x24x50=14400WH的能量。
總成管理模塊的內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)，在運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)的內(nèi)部為每個(gè)蓄電池模塊分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像。總成管理模塊在與直流母線連接的功率傳輸線路上設(shè)置有控制開關(guān)2，充電機(jī)接入總成管理模塊后向總成管理模塊輸出直流電，此時(shí)控制開關(guān)2斷開，總成管理模塊通過CAN總線向所有蓄電池模塊下發(fā)充電有效指令，每個(gè)蓄電池模塊接收指令后，判斷是否需要充電，此時(shí)，每個(gè)模塊將自身包括電壓、內(nèi)阻與剩余電量在內(nèi)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)以CAN報(bào)文的形式發(fā)送給總成管理模塊，并儲(chǔ)存至對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像中，總成管理模塊根據(jù)模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像對(duì)每個(gè)蓄電池模塊的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，如果所有蓄電池模塊均處于充電申請(qǐng)或充電完成兩種允許充電申請(qǐng)狀態(tài)時(shí)，總成管理模塊會(huì)向充電申請(qǐng)狀態(tài)中電壓最低的蓄電池模塊下發(fā)充電授權(quán)?？偝晒芾砟K以CAN報(bào)文的形式下發(fā)充電授權(quán)，該充電授權(quán)中包含了每個(gè)蓄電池模塊所對(duì)應(yīng)的唯一識(shí)別號(hào)，只有經(jīng)過總成管理模塊下發(fā)充電授權(quán)的蓄電池模塊才能收到該CAN報(bào)文。獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊進(jìn)入充電狀態(tài)后，該蓄電池模塊所對(duì)應(yīng)的雙向電子開關(guān)I閉合，同時(shí)，總成管理模塊的控制開關(guān)2閉合，并以獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊的電壓、內(nèi)阻與剩余電量等運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前蓄電池模塊進(jìn)行充電，其他未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊處于不允許充電狀態(tài)并繼續(xù)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)?？偝晒芾砟K檢測(cè)到當(dāng)前蓄電池模塊充電完成后，會(huì)繼續(xù)判斷所有蓄電池模塊的運(yùn)行狀態(tài)，在所有的蓄電池模塊均處于允許充電狀態(tài)時(shí)，總成管理模塊會(huì)繼續(xù)向處于充電申請(qǐng)狀態(tài)中且電壓最低的蓄電池模塊下發(fā)充電授權(quán)進(jìn)行充電；直到所有的蓄電池模塊分別充電完成后，充電過程結(jié)束。本發(fā)明對(duì)多個(gè)并聯(lián)蓄電池模塊采用單獨(dú)、有區(qū)別的充電方式，能夠有效克服因單體鋰離子蓄電池的差異導(dǎo)致串聯(lián)后的蓄電池模塊端電壓存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致充電不均勻現(xiàn)象的發(fā)生，提高了并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的整體充電性能。
權(quán)利要求
1.并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，包括一個(gè)充電模塊、一個(gè)總成管理模塊、以及至少兩個(gè)蓄電池模塊，還包括有通信線路，用于實(shí)現(xiàn)總成管理模塊與每個(gè)蓄電池模塊之間的通信，其特征在于，包括以下步驟a、充電模塊連接至總成管理模塊；b、總成管理模塊檢測(cè)到充電模塊有電后，通過通信線路向所有蓄電池模塊下發(fā)充電有效的指令；C、每個(gè)蓄電池模塊將自身包括電壓、內(nèi)阻、剩余電量在內(nèi)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)通過通信線路反饋至總成管理模塊，需要充電的蓄電池模塊向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)；d、總成管理模塊接收需要充電的蓄電池模塊的充電申請(qǐng)，在所有可檢測(cè)到的蓄電池模塊均處于允許充電申請(qǐng)狀態(tài)后，總成管理模塊向充電申請(qǐng)狀態(tài)中電壓最低的蓄電池模塊發(fā)送充電授權(quán)；e、獲得授權(quán)的蓄電池模塊充電完成后，總成管理模塊檢測(cè)是否仍存在處于充電申請(qǐng)狀態(tài)的蓄電池模塊，如果有，轉(zhuǎn)至步驟d，否則轉(zhuǎn)至步驟f ；f、充電結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，其特征在于，在所述步驟d與所述步驟e之間設(shè)置有步驟g、獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊開始充電后，其余未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊均處于不允許充電的狀態(tài)并繼續(xù)向總成管理模塊發(fā)送充電申請(qǐng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，其特征在于，所述總成管理模塊內(nèi)部設(shè)置有運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)，在運(yùn)行數(shù)據(jù)映像區(qū)的內(nèi)部為每個(gè)蓄電池模塊分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)行數(shù)據(jù)映像。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，其特征在于，在所述步驟d中，總成管理模塊發(fā)送的充電授權(quán)包含了每個(gè)蓄電池模塊所對(duì)應(yīng)的唯一識(shí)別號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，其特征在于，所述通信線路采用包括CAN、485或以太網(wǎng)在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，其特征在于，所述總成管理模塊設(shè)置有功率接線口，該功率接線口連接到直流母線上，負(fù)責(zé)向并聯(lián)連接在直流母線上的每個(gè)蓄電池模塊進(jìn)行功率傳輸。
全文摘要
本發(fā)明屬于電池充電控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種并聯(lián)多模塊鋰離子蓄電池電源的充電管理方法，包括一個(gè)充電模塊、一個(gè)總成管理模塊、至少兩個(gè)蓄電池模塊與通信線路?？偝晒芾砟K檢測(cè)到充電模塊有電后，向所有蓄電池模塊下發(fā)充電有效指令，需要充電的模塊發(fā)送充電申請(qǐng)，在所有可檢測(cè)到的蓄電池模塊均處于允許充電申請(qǐng)狀態(tài)時(shí)，總成管理模塊會(huì)向處于充電申請(qǐng)狀態(tài)的蓄電池模塊中電壓最低的發(fā)送充電授權(quán)，未獲得充電授權(quán)的蓄電池模塊向總成管理模塊繼續(xù)發(fā)送充電申請(qǐng)，直到獲得授權(quán)的模塊充電完成后，總成管理模塊繼續(xù)判斷哪個(gè)模塊仍需要充電。本發(fā)明對(duì)并聯(lián)的多個(gè)蓄電池模塊采取單獨(dú)、有區(qū)別的充電方式，有利于提高鋰離子蓄電池電源的整體充電性能。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102931694SQ20121038515
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者肖林京, 于志豪, 孫傳余, 常龍 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)