[发明专利]一种基于重构的电池充放电系统及充放电控制方法

说明书

本发明公开了一种基于重构的电池充放电系统及充放电控制方法，属于电池储能领域。包括储能系统电路和电池管理子系统，其中储能系统电路包括若干个电池模组以及若干个与电池模组对应的可控开关组，各所述电池模组均包括多个串联的电池单体以及一个用于均衡的冗余电源；各所述电池单体的周围都有一个旁路开关和串联开关用于将电池单体接入或者旁路；相邻两个所述电池模组的首尾相接处均通过开关连接；所述开关与电池管理系统连接，用于控制所述开关的通断。每个电池模组采用模块化的设计，模组的结构相同，大大简化整体结构，使得电池的成组更加灵活，便于大批量加工生产和整车应用。

技术领域

本发明属于电池储能领域，具体涉及一种基于重构的电池充放电系统及充放电控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题的日益加剧，电能作为一种清洁能源被广泛应用。电池系统作为储能系统的一大能量来源被广泛应用在手机、汽车、电动自行车以及其它用电器上。锂离子电池由于其低自放电率和高能量密度而被广泛应用。然而电池系统的续航问题以及充电时长问题严重阻碍了锂离子电池的发展，虽然锂离子电池价格的下降以及电池模组的增大使续航问题正在减少，但充电时间仍然是一个严重的缺点。因此，电池系统的关键使能技术是主要以锂离子电池组形式出现的充放电储能系统。

为了满足放电容量以及续航需求通常将若干个电压低且容量小的单体电池通过串联、并联的方式组合起来形成一个电池包，但充电时只能对整个电池包进行充电，在同等条件下增大了充电的时间。为了解决这个问题，通常采取增大充电电流的方法降低充电时间，这种方法一方面导致了能量损耗以及发热增加，另一方面增加了对导线、充电接口以及充电器的要求，成本以及难度增大。

另外，传统电池组电池以固定的方式被封装在电池包中，无法满足电池单元在使用过程中的动态变化以及制造差异，随着充放电次数的增加，电池的不一致性越来越大，导致低的能量转换效率和电池寿命，甚至带来严重的安全事故。特别是当电池组中存在一个或者多个较弱电池，在充电/放电过程中将严重限制整个电池组的使用寿命。

目前，能够动态修改电池电气连接的可重构电池组变得越来越重要，但是对于电池重构的研究仅用于实现电池均衡以及隔离失效电池，在电池充放电场景中的应用尚未得到充分研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于重构的电池充放电系统及充放电控制方法，在电池充电过程中，将并联电池组切换为串联，不增大充电电流的前提下，通过增大电压的方法提高充电功率，实现快速、安全充电。在电池放电过程中，电池组切换回初始配置，电池单元处于并联状态，增大电池组的容量，并且能够提供必要的电流和电压，保证各个器件的正常工作。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于重构的电池充放电系统，包括储能系统电路和电池管理子系统；

所述储能系统电路，包括若干个电池模组以及若干个与电池模组对应的可控开关组，电池模组由多个电池单体以及一个冗余电池串联组成，可控开关组包括串联开关、第一并联开关和第二并联开关；

其中，电池模组的正极端口与第一并联开关串联构成电池-开关模组；电池-开关模组的负极端口通过串联开关与下一个电池-开关模组的正极端口相连，电池-开关模组的正极端口与下一个电池-开关模组的正极端口连接，电池-开关模组的负极端口通过第二并联开关与下一个电池-开关模组的负极端口连接；所述的储能系统电路的总正端口与各个电池-开关模组的正极端口连接；所述储能系统电路的总负端口与第N电池-开关模组的负极端口连接；

所述电池管理子系统，包括：

信息采集模块，用于采集电池充放电过程中每个电池模组或者电池单体的电压电流信息；

通信模块，用于将信息采集模块采集到的电压电流信息传输给状态决策模块；