[发明专利]智能矩阵电池充放电管理系统及管理方法

说明书

技术领域

本发明属于电池充放电管理技术领域，涉及一种智能矩阵电池充放电管理系统及管理方法。

背景技术

近年来，中大规模电池组的应用使得现有电池管理系统的弊端显现出来。电池组的连接方式分为先并联后串联和先串联后并联两种方式。无论采用哪种方式，都会涉及到串联连接方式，因此，电池管理系统都会遇到一个棘手的问题：对于串联方式的连接，由于每个串联单元（串联单元可以是单体电池也可能是多个并联的单体电池组成的电池组）流过的电流相等，造成管理系统无法做到对每一个串联单元进行电流控制，因而充电完成时，不能保证每个串联单元都达到充满状态。其结果是电池组总容量将由容量最小的串联单元决定，这直接影响整个电池组的工作效能和使用寿命。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种在串联充放电方式下使得每个串联单元中的每块不同容量的单体电池在充放电结束时得以同时达到充满或放尽状态的智能矩阵电池充放电管理方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的智能矩阵电池充放电管理系统，系统中的多个串联单元串联后经总控制器与电源和负载连接，每个串联单元由一个单体电池或多个并联的单体电池组成，每个串联单元都设置有母板和由母板控制的短路开关K21，母板通过控制总线与总控制器连接，每个单体电池都设置有子板，子板通过总线与母板连接进行通讯，子板控制开关（如：K31-K32）与从母板上接出的母线连接。

与总控制器连接的电源为可变输出电压电源；与总控制器连接的电源为可变输出电压电源；总控制器内设置有测量整个电池系统总的电压、电流的测量电路；与可变输出电压电源连接的调压电路；对各个串联单元进行控制的控制电路；提供短路、过载、反接、欠压、过压等保护功能的保护电路；母板内设有对该串联单元电压、电流的测量电路及保护电路；子板内设有对该电池单体电压、电流和温度的测量电路及保护电路。

上述智能矩阵电池充放电管理系统的电池充放电管理方法如下：

充电过程包括如下步骤：

a、断开所有短路开关K21，使所有串联单元都串联在一个回路中，总控制器测量整个电池系统的开路电压并控制可变输出电压电源输出一个相同的电压，此时电路中没有宏观电流流通；

b、总控制器控制可变输出电压电源逐步提高输出电压，使电池系统处于充电状态，每个串联单元内的子板测量流过其对应单体电池的电流，并在该电流达到单体电池的预设充电电流时，通知总控制器保持电源的输出电压，此时充电电流趋于稳定；

c、子板继续对流过与其对应单体电池的电流进行测量，充电电流下降时，子板不再通知总控制器保持输出电压，总控制器会继续提升电源的输出电压；

d、如此往复b、c控制过程，直到某一子板检测到其对应的单体电池达到最大容许充电电压时，该单体电池的恒流充电过程结束，子板会断开该单体电池与母线的连接，此时该串联单元内的其它电池还在继续充电；

e、当某一串联单元的母板检测到其管辖的所有子板都断开了其对应单体电池与母线的连接时，母板将切换由其控制的短路开关到闭合状态，电流不会流经该串联单元而是流向下一个串联单元，同时母板会通知总控制器重新测量电池系统的开路电压并控制电源输出与目前开路电压相同的电压；

f、重复过程b-e步骤，直到最后一块母板通知总控制器重新测量系统开路电压，此时整个电池系统的恒流充电过程结束，电池系统进入恒压充电状态；

g、总控制器通知所有母板断开短路开关，使得所有串联单元接入电池系统；

h、总控制器测量整个电池系统的开路电压后控制可变输出电压电源输出一个相同的电压，此时电路中没有宏观电流流通；

i、总控制器控制电源逐步提高输出电压，电池系统又处于充电状态；在电源逐步提高输出电压的过程中，充电电流也在逐步提升，当任意串联单元内的子板测量到它所对应单体电池的电压达到单体电池的恒压充电电压时，子板将通知总控制器保持电源的输出电压，此时充电电压趋于稳定；但充电电流会逐渐减小，当任意子板检测到充电电流减小到一定程度并且它所对应单体电池的电压达到单体电池的恒压充电电压时即可判定此单体电池已经充满，此时子板将断开其对应的单体电池与母线的连接；并通知总控制器重新测量电池系统的开路电压；

j、重复过程h-i直到所有子板都断开其对应的电池单体与母线的连接，此时整个充电过程结束；

放电过程包括如下步骤：