本發(fā)明涉及一種電池組充放電控制系統(tǒng),具體涉及一種可以根據(jù)電池組內(nèi)各電池單元參數(shù)進(jìn)行充放電電池單元選擇及切換的電池控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
現(xiàn)有電池充電系統(tǒng)內(nèi)電池單元連接方式單一,不能同時滿足電池組快速充電需求和高電壓放電需求,也不能通過電池參數(shù)的檢測實現(xiàn)故障電池的隔離,另外,對電池組充電時,沒有考慮在充電時間或充電系統(tǒng)提供電量有限的情況下,對電池充電的問題,當(dāng)充電時間或充電系統(tǒng)提供電量有限時,不可能使得電池組內(nèi)每個電池單元達(dá)到滿充,而隨機(jī)進(jìn)行充電電池單元的選擇或依次對充電電池單元進(jìn)行選擇,容易造成電池組內(nèi)電池電量不均衡問題,降低了電池壽命,電池長時間在較高溫度條件下充電,容易發(fā)生電池爆炸等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,發(fā)明一種電池組充放電控制系統(tǒng),既可以實現(xiàn)電池的并聯(lián)充電,串聯(lián)放電,并且在電池充放電時,對故障有效電池隔離,通過對充電電池單元的選擇保證電池在充電后,能達(dá)到電量均衡,又可以使電池充電時,溫度可控,提高了電池的壽命和保障了充電的安全。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種電池組充放電控制系統(tǒng),它包括:總開關(guān)、整流器、直流-直流變換器、控制器、電池電量檢測裝置、電池溫度檢測裝置和直流-直流變換器檢測裝置、電池串聯(lián)放電開關(guān)、電池旁路開關(guān)和電池并聯(lián)充電開關(guān),其特征在于:其中,總開關(guān)用于將充電系統(tǒng)輸入的充電交流電源與整流器隔離,在故障情況或停止充電時,斷開電源以對系統(tǒng)內(nèi)元件進(jìn)行保護(hù),整流器用于將充電交流電轉(zhuǎn)換成直流電,直流-直流變換器用于將整流器輸出的直流電轉(zhuǎn)換成適合大容量電池組充電的直流電,電池電量檢測裝置用于檢測電池組內(nèi)每個電池單元的電量,并將檢測的電量值輸入至控制器,電池溫度檢測裝置用于檢測電池組內(nèi)每個電池單元的溫度,并將檢測的溫度值輸入至控制器,直流-直流變換器檢測裝置用于檢測直流-直流變換器輸出的電壓和電流,并將檢測到的電壓值和電流值輸入至控制器,電池串聯(lián)放電開關(guān)、電池旁路開關(guān)和電池并聯(lián)充電開關(guān)由控制器控制通斷,當(dāng)電池組放電時,控制器控制電池串聯(lián)放電開關(guān)閉合,實現(xiàn)電池組內(nèi)各電池單元串聯(lián)放電,放電過程中,控制器實時檢測電池組內(nèi)各電池單元電量和溫度,據(jù)此判斷電池單元是否適合繼續(xù)放電,當(dāng)電池不適合繼續(xù)放電時,控制器控制不適合繼續(xù)放電的電池單元所對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)斷開,并閉合所述不適合繼續(xù)放電的電池單元所對應(yīng)的電池旁路開關(guān),當(dāng)電池組充電時,控制器控制電池串聯(lián)放電開關(guān)和電池旁路開關(guān)斷開,并接收用戶輸入的充電允許時間和充電系統(tǒng)最大允許輸出充電功率,并根據(jù)所述充電允許時間和所述最大允許輸出充電功率計算出充電允許時間內(nèi)充電系統(tǒng)最大輸出電量,控制器還根據(jù)所述檢測的電量值和電池組總電量值計算出電池充電需求電量,控制器根據(jù)所述充電允許時間內(nèi)充電系統(tǒng)最大輸出電量、所述電池充電需求電量和電池單元的溫度,選擇性投切電池并聯(lián)充電開關(guān)以對充電電池單元進(jìn)行選擇,將被選中的充電電池單元所對應(yīng)的并聯(lián)充電開關(guān)閉合。
交流輸入電源與總開關(guān)一端相連,總開關(guān)另一端與整流器一端相連,整流器另一端與直流-直流變換器一端相連,直流-直流變換器另一端分別與各電池單元對應(yīng)的電池旁路開關(guān)和電池并聯(lián)充電開關(guān)相連,控制器與直流-直流變換器相連,用于對直流-直流變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測并對其輸出控制指令,控制器分別與電池串聯(lián)放電開關(guān)、電池旁路開關(guān)和電池并聯(lián)充電開關(guān)相連,對開關(guān)通斷進(jìn)行控制,電池并聯(lián)充電開關(guān)采用雙極開關(guān),其中一極連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元正極和直流-直流變換器正母線之間,另一極連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元負(fù)極和直流-直流變換器負(fù)母線之間,電池旁路開關(guān)一端連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元正極,另一端連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元負(fù)極,電池串聯(lián)放電開關(guān)一端連接在相鄰電池單元的正負(fù)極之間。
直流-直流變換器包括直流電正輸入端201、直流電負(fù)輸入端202、電容203、電容204、開關(guān)205、開關(guān)206、變壓器207、二極管208、二極管209、二極管210、二極管211、電感212、電容213、直流電正輸出端214和直流電負(fù)輸出端215,其中,直流電正輸入端201與整流器正輸出端相連和直流電負(fù)輸入端202與整流器負(fù)輸出端相連,直流電正輸入端201還分別與電容203和開關(guān)205一端相連,電容203另一端還分別與變壓器207初級側(cè)和電容204一端相連,電容204另一端分別與直流電負(fù)輸入端202和開關(guān)206一端相連,開關(guān)205另一端分別與開關(guān)206和變壓器207初級側(cè)另一端相連,變壓器207次級側(cè)一端分別與二極管208的陽極和二極管209的陰極相連,變壓器207次級側(cè)另一端分別與二極管210的陽極和二極管211的陰極相連,電抗器212一端分別與二極管208的陰極和二極管210的陰極相連,電抗器212另一端分別與電容213和直流電正輸出端214相連,電容213另一端分別與直流電負(fù)輸出端215、二極管209的陽極、二極管211的陽極相連,直流電正輸出端214分別與每個電池單元對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)相連、直流電負(fù)輸出端215分別與每個電池單元對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)相連。
直流-直流變換器為保證在直流母線電壓最低時仍能輸出所要求的最大電壓,變壓器變比按照如下方式確定:
直流-直流變換器中由二極管208、二極管209、二極管210和二極管211組成的不控整流橋按照如下方式進(jìn)行參數(shù)選擇:(1)電壓:
直流-直流變換器中由電感212和電容213組成的輸出濾波電路按照如下方式進(jìn)行參數(shù)選擇:
按照如下方式對充電電池進(jìn)行選擇,(1)計算指定充電時間內(nèi)充電器能提供的最大充電量,
電池單元切換對照表為,當(dāng)電池單元個數(shù)為偶數(shù)個時,
當(dāng)剩余電量為
充電過程中,控制器控制電池串聯(lián)放電開關(guān)、電池旁路開關(guān)全部斷開,并實時檢測各電池單元電量和溫度,據(jù)此判斷電池單元是否適合繼續(xù)充電,當(dāng)電池單元不適合繼續(xù)充電時,控制器控制不適合繼續(xù)充電電池單元對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)斷開,以將故障電池單元隔離,同時實現(xiàn)其它電池單元繼續(xù)充電。
實施本發(fā)明的電池組充放電控制系統(tǒng),具有以下有益效果,電池組內(nèi)電池單元的電量較低的時候,充電速率較快,優(yōu)先選擇電量較低的電池先進(jìn)行充電,可以提高充電效率,電量較低的電池充電功率較大時,短時間內(nèi)導(dǎo)致電池溫升過大,降低了電池的壽命,為此,設(shè)定溫度閾值,使得電池充電溫度在安全范圍內(nèi),實現(xiàn)了安全充電,充分考慮電池組充電需求采用獨(dú)創(chuàng)的直流-直流變換器,保證了變換器內(nèi)各元件在額定工況下可靠運(yùn)行,并降低了充電器對電網(wǎng)造成的諧波,節(jié)約電能,同時保證為電池提供的充電電流和充電電壓的質(zhì)量,進(jìn)一步延長了電池的使用壽命,通過開關(guān)控制可以實現(xiàn)電池并聯(lián)快速充電和串聯(lián)高電壓放電,并利用電池并聯(lián)充電開關(guān)實現(xiàn)故障電池的充電隔離,利用電池旁路開關(guān)實現(xiàn)故障電池的放電隔離,提升了電池充放電系統(tǒng)的安全性。
附圖說明
圖1為電池組充放電控制系統(tǒng)配置圖。
圖2為充電系統(tǒng)內(nèi)直流-直流變換器的電路原理圖。
圖3為充電控制流程圖。
圖4為放電控制流程圖。
具體實施方式
圖1為電池組充放電控制系統(tǒng)配置圖:圖1中充放電控制系統(tǒng)包括總開關(guān)101、整流器102、直流-直流變換器103、控制器104、電池單元109對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)105和電池旁路開關(guān)113,電池單元110對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)106和電池旁路開關(guān)114,電池單元111對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)107和電池旁路開關(guān)115,電池單元112對應(yīng)的電池并聯(lián)充電開關(guān)108和電池旁路開關(guān)116,
電池電量檢測裝置、電池溫度檢測裝置和直流-直流變換器檢測裝置,交流輸入電源與總開關(guān)101一端相連,總開關(guān)101另一端與整流器102一端相連,整流器102另一端與直流-直流變換器103一端相連,直流-直流變換器103另一端分別與各電池單元對應(yīng)的電池旁路開關(guān)113~116和電池并聯(lián)充電開關(guān)105~108相連,控制器104與直流-直流變換器103相連,用于對直流-直流變換器103的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測并對其輸出控制指令,控制器分別與電池串聯(lián)放電開關(guān)117~119、電池旁路開關(guān)113~116和電池并聯(lián)充電開關(guān)105~108,對開關(guān)通斷進(jìn)行控制,電池并聯(lián)充電開關(guān)105~108采用雙極開關(guān),其中一極連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元正極和直流-直流變換器103正母線之間,另一極連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元負(fù)極和直流-直流變換器103負(fù)母線之間,電池旁路開關(guān)113~116一端連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元正極,另一端連接在開關(guān)所對應(yīng)的電池單元負(fù)極,電池串聯(lián)放電開關(guān)117~119一端連接在相鄰電池單元的負(fù)極,另一端連接在相鄰電池單元的正極,控制器104與直流-直流變換器103相連,用于對直流-直流變換器103的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測,并對其輸出控制指令,控制器104與電池單元109~112相連,用于檢測每個電池單元的剩余電量和溫度,控制器與電池旁路開關(guān)113~116、電池并聯(lián)充電開關(guān)105~108和電池串聯(lián)放電開關(guān)117~119相連,用于控制開關(guān)的通斷。
圖2為充電系統(tǒng)內(nèi)直流直流變換器的電路原理圖:直流-直流變換器包括直流電正輸入端201、直流電負(fù)輸入端202、電容203、電容204、開關(guān)205、開關(guān)206、變壓器207、二極管208、二極管209、二極管210、二極管211、電感212、電容213、直流電正輸出端214、直流電負(fù)輸出端215,其中,直流電正輸入端201與整流器正輸出端相連和直流電負(fù)輸入端202與整流器負(fù)輸出端相連,直流電正輸入端201還分別與電容203和開關(guān)205一端相連,電容203另一端還分別與變壓器207初級側(cè)和電容204一端相連,電容204另一端分別與直流電負(fù)輸入端202和開關(guān)206一端相連,開關(guān)205另一端分別與開關(guān)206和變壓器207初級側(cè)另一端相連,變壓器207次級側(cè)一端分別與二極管208的陽極和二極管209的陰極相連,變壓器207次級側(cè)另一端分別與二極管210的陽極和二極管211的陰極相連,電抗器212一端分別與二極管208的陰極和二極管210的陰極相連,電抗器212另一端分別與電容213和直流電正輸出端214相連,電容213另一端分別與直流電負(fù)輸出端215、二極管209的陽極、二極管211的陽極相連,直流電正輸出端214分別與每個電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連、直流電負(fù)輸出端215分別與每個電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連。
圖3為充電控制流程圖:按照如下方式對充電電池進(jìn)行選擇,(1)計算指定充電時間內(nèi)充電器能提供的最大充電量,
電池單元切換對照表為,當(dāng)電池單元個數(shù)為偶數(shù)個時,
當(dāng)剩余電量為
圖4為放電控制流程圖:圖4中在電池組需要對外放電時,控制器控制總開關(guān)和電池旁路開關(guān)斷開,全部電池并聯(lián)充電開關(guān)和電池串聯(lián)放電開關(guān)閉合,在電池組正在放電時,通過控制器實時檢測正在放電電池單元剩余電量和溫度,當(dāng)電池單元剩余電量或溫度是否超過預(yù)定值,當(dāng)電池單元剩余電量超過閾值時,說明電池已經(jīng)過放電,不適合繼續(xù)放電,當(dāng)電池單元溫度超過閾值時,繼續(xù)放電,將增加溫度,導(dǎo)致電池?zé)龤В膊贿m合繼續(xù)放電,此時,斷開該電池單元對應(yīng)的并聯(lián)充電開關(guān),閉合該電池單元對應(yīng)的旁路開關(guān),將該電池單元隔離,并返回電池檢測步驟,繼續(xù)檢測正在運(yùn)行電池的參數(shù)。
本發(fā)明不限于所公開的實施例和附圖,旨在覆蓋落入本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的各種變化和變形。