CN111463856A - 一种电池***并联充电方法及电池充电*** - Google Patents

一种电池***并联充电方法及电池充电*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池***领域，尤其涉及一种电池***并联充电方法及电池充电***。本发明在每组充电支路上设置电池管理器，并设置统一管理各电池管理器的总控制器，由电池管理器上报每组充电支路的电池状态数据，通过总控制器对电池状态数据进行分析，来对每组充电支路上的电池模块进行单独充电控制，能够确保每组充电支路都能完全充电、提高电池模块的充电速度。

Description

一种电池***并联充电方法及电池充电***
技术领域
本发明涉及电池充电***领域，尤其涉及一种电池***并联充电方法及电池充电***。
背景技术
电池充电***是电动汽车或电动飞机的能源载体。电池充电***包含电池模块及其对应的电池管理器(BMS)。在一些应用场合下，比如出于电动飞机安全冗余性的考虑，需要有多个相同的电池充电***，以使在其中一个或多个电池充电***故障的情况下，能启用冗余的电池充电***维持整机***的正常运行。这些电池充电***是并联的。
电池充电***在使用后需要进行充电。多电池并联充电时，电池间的压差会产生电池间的环流，对电池及支路中的电子元器件造成损坏。为了使电池能充分快速的充电，需要根据电池的状态调整充电模式(恒流模式或恒压模式)。目前，已有一些电池并联充电方法，通常传统的机械式继电器作为支路开关，但它不能完全消除环流的产生。已有的并联充电方法也没有考虑充电模式的切换。
发明内容
本发明提供了一种电池***并联充电方法及电池充电***，能够提高充电均衡性，缩短充电时间。
一方面，本发明提供一种电池***并联充电方法，所述方法应用于电池充电***中，所述电池充电***包括充电电源、电源控制器、总控制器和至少两组充电支路，每组充电支路包括电池模块和电池管理器，所述至少两组充电支路并联连接，每组充电支路均与所述电源控制器和所述总控制器相连，所述电源控制器与所述充电电源连接；所述方法由所述总控制器执行，包括：
接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值；
将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对；
当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电；以及
获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值；
在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
本发明另一方面提供了一种电池充电***，包括充电电源、电源控制器、总控制器和至少两组充电支路，每组充电支路包括电池模块和电池管理器，所述至少两组充电支路并联连接，每组充电支路均与所述电源控制器和所述总控制器相连，所述电源控制器与所述充电电源连接；
所述总控制器包括：
第一数据获取单元，用于接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值；
比对单元，用于将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对；
第一充电控制单元，用于当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电；以及
第二数据获取单元，用于获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值；
充电模式切换单元，用于在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
本发明提供的一种电池***并联充电方法及电池充电***，具有如下有益效果：
本发明在每组充电支路上设置电池管理器，并设置统一管理各电池管理器的总控制器，通过电池管理器上报每组充电支路的电池状态数据，通过总控制器对电池状态数据进行分析，来对每组充电支路上的电池模块进行单独充电控制，能够确保每组并联支路都能完全充电、提高电池模块的充电速度；依据电池模块的状态切换充电模式，能够进一步提高电池模块充电效率并有效保护电池模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种电池充电***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电池***并联充电方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电池***并联充电方法中停止充电的方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电池***并联充电方法中切换充电模式的方法的流程示意图
图5是本发明实施例提供的一种电池充电***中总控制器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1是本发明实施例提供的一种电池充电***的结构示意图。请参见图1，所述电池充电***包括：
电源总线，该电源总线分为正极电源总线和负极电源总线；
充电电源，该充电电源优选为直流电源，充电电源的正极与正极电源总线连接，充电电源的负极与负极电源总线连接；
电源控制器，该电源控制器用于控制电源进行恒流或者恒压输出；
n组充电支路(n为大于1的整数)，n组充电支路并联连接后接入电源总线，每组充电支路包括电池模块、用于控制该电池模块的电池管理器和单向电控开关，每个充电支路的电池管理器用于控制该支路的单向电控开关；n组充电支路中每组充电支路选用相同的电池模块、电池管理器和单向电控开关；单向电控开关优选为带有开关特性和单向导通特性的电子元件及其电路，例如可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)及其电路；
信号总线，所述信号总线连接总控制器、电源控制器以及每个充电支路的电池管理器；
总控制器，所述总控制器通过信号总线接收每个电池管理器传来的信号，并分析每个充电支路中电池模块的充电状态，然后发送控制信号至电源控制器和每一个支路的电池管理器。
图5是本发明实施例提供的一种电池充电***中总控制器的结构示意图。请参见图5，所述总控制器可以包括第一数据获取单元510、比对单元520、第一充电控制单元530、第二数据获取单元540和充电模式切换单元550。其中，第一数据获取单元510用于：接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值。比对单元520，用于将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对。第一充电控制单元530，用于当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电。第二数据获取单元540，用于获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值。充电模式切换单元550，用于在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
在一个可行的实施例中，所述第一充电控制单元530还用于：向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器根据所述充电信号，控制所述第一目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关导通，以通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
在一个可行的实施例中，所述总控制器还可以包括第三数据获取单元和第二充电控制单元。其中，所述第三数据获取单元用于：在恒压充电模式下，获取充电时长和/或充电电流值；所述第二充电控制单元用于：在充电电流达到电流阈值和/或充电时长达到预设时间阈值时，向所述电源控制器发送停止充电信号，以使所述电源控制器切断所述充电电源与各组充电支路之间的连接。
本发明实施例的总控制器通过信号总线接收每个电池管理器传来的信号，并分析每组充电支路中电池模块的充电状态，然后发送控制信号至电源控制器和每组充电支路的电池管理器。对每组充电支路都能进行精确的控制，使每组充电支路的电池模块都能完全充电。由于单向电控开关具有单向导通的特性，因此可以有效抑制环流的产生。通过切换充电模式，可以使电池模块在安全的电压内充电、不受损伤，并能使电池模块更快完成充电。
本发明实施例还提供了一种应用于上述电池充电***的电池***并联充电方法。图2是本发明实施例提供的一种电池***并联充电方法的流程示意图。请参见图2，所述方法由总控制器执行，可以包括：
S201：接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值。
S203：将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对。
在一个可行的实施例中，所述预设的充电条件包括故障信息是否为空、温度处于预设的温度区间内和荷电值不大于预设的荷电阈值。
具体的，所述将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对，包括：当所述电池状态数据中的故障信息为空、温度处于预设的温度区间内且荷电值不大于预设的荷电阈值时，确定所述电池状态数据满足所述充电条件；当所述电池状态数据中的故障信息不为空、温度处于预设的温度区间外或者荷电值大于预设的荷电阈值时，确定所述电池状态数据不满足所述充电条件。
S205：当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电。
在一个可行的实施例中，所述步骤S205可以包括：向第一目标电池管理器发送充电信号，以使第一目标电池管理器根据所述充电信号，控制第一目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关导通，以通过充电电源对第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
S207：获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值。
S209：在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
在一个可行的实施例中，所述步骤S209可以包括：当所述当前充电模式为恒流充电模式且所述目标电压值达到预设的第一电压阈值时，控制所述电源控制器由恒流充电模式切换为恒压充电模式；当所述当前充电模式为恒压充电模式且所述目标电压值达到预设的第二电压阈值时，控制所述电源控制器由恒压充电模式切换为恒流充电模式。
请参见图3，在一个可行的实施例中，所述步骤S209之后还可以包括：
S301：在恒压充电模式下，获取充电时长和/或充电电流值；
S303：当充电电流达到电流阈值和/或充电时长达到预设时间阈值时，向所述电源控制器发送停止充电信号，以使所述电源控制器切断所述充电电源与各组充电支路之间的连接。
请参见图4，进入恒流充电模式后，如果最大支路电压达到切换至恒压模式的电压阈值，则切换至恒压充电模式。进入恒压充电模式后，如果最大支路电压达到切换至恒流模式的电压阈值，则切换至恒流充电模式。在恒压充电模式下，判断充电是否超时或者充电电流是否达到完成充电的电流阈值，如果满足，则停止充电。
在一个可行的实施例中，当所述电池状态数据不满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第二目标电池管理器，向所述第二目标电池管理器发送停止充电信号，以使所述第二目标电池管理器根据所述停止充电信号，控制所述第二目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关断开，以阻断所述充电电源对所述第二目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
本发明实施例在每组充电支路上设置电池管理器，并设置统一管理各电池管理器的总控制器，通过电池管理器上报每组充电支路的电池状态数据，通过总控制对电池状态数据进行分析，来对每组充电支路上的电池模块进行单独充电控制，能够确保每组并联支路都能完全充电、提高电池模块的充电速度；依据电池模块的状态切换充电模式，能够进一步提高电池模块充电效率并有效保护电池模块。
本发明实施例提供的电池充电***的实施例与电池***并联充电方法的实施例基于同样地发明构思。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和服务器实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池***并联充电方法，其特征在于，所述方法应用于电池充电***中，所述电池充电***包括充电电源、电源控制器、总控制器和至少两组充电支路，每组充电支路包括电池模块和电池管理器，所述至少两组充电支路并联连接，每组充电支路均与所述电源控制器和所述总控制器相连，所述电源控制器与所述充电电源连接；所述方法由所述总控制器执行，包括：
接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值；
将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对；
当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电；以及
获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值；
在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述预设的充电条件包括故障信息是否为空、温度处于预设的温度区间内和荷电值不大于预设的荷电阈值；
所述将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对，包括：
当所述电池状态数据中的故障信息为空、温度处于预设的温度区间内且荷电值不大于预设的荷电阈值时，确定所述电池状态数据满足所述充电条件；
当所述电池状态数据中的故障信息不为空、温度处于预设的温度区间外或者荷电值大于预设的荷电阈值时，确定所述电池状态数据不满足所述充电条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每组所述充电支路还包括单向电控开关，所述单向电控开关与所述电池管理器相连；
所述向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电，包括：
向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器根据所述充电信号，控制所述第一目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关导通，以通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换，包括：
当所述当前充电模式为恒流充电模式且所述目标电压值达到预设的第一电压阈值时，控制所述电源控制器由恒流充电模式切换为恒压充电模式；
当所述当前充电模式为恒压充电模式且所述目标电压值达到预设的第二电压阈值时，控制所述电源控制器由恒压充电模式切换为恒流充电模式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换之后，还包括：
在恒压充电模式下，获取充电时长和/或充电电流值；
当充电电流达到电流阈值和/或充电时长达到预设时间阈值时，向所述电源控制器发送停止充电信号，以使所述电源控制器切断所述充电电源与各组充电支路之间的连接。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述电池状态数据不满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第二目标电池管理器，向所述第二目标电池管理器发送停止充电信号，以使所述第二目标电池管理器根据所述停止充电信号，控制所述第二目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关断开，以阻断所述充电电源对所述第二目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
7.一种电池充电***，其特征在于，包括充电电源、电源控制器、总控制器和至少两组充电支路，每组充电支路包括电池模块和电池管理器，所述至少两组充电支路并联连接，每组充电支路均与所述电源控制器和所述总控制器相连，所述电源控制器与所述充电电源连接；
所述总控制器包括：
第一数据获取单元，用于接收各充电支路上的电池管理器发送的电池状态数据，所述电池状态数据包括所述电池管理器所在充电支路的故障信息、温度和荷电值；
比对单元，用于将各所述电池状态数据与预设的充电条件进行比对；
第一充电控制单元，用于当所述电池状态数据满足所述充电条件时，将发送所述电池状态数据的电池管理器作为第一目标电池管理器，向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块进行充电；以及
第二数据获取单元，用于获取当前充电模式和各充电支路的电压值，选取值最大的电压值作为目标电压值；
充电模式切换单元，用于在所述当前充电模式和所述目标电压值满足预设的充电模式切换条件时，控制所述电源控制器在恒流充电模式和恒压充电模式之间进行切换。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，每组所述充电支路还包括单向电控开关，所述单向电控开关与所述电池管理器相连；
所述第一充电控制单元还用于：向所述第一目标电池管理器发送充电信号，以使所述第一目标电池管理器根据所述充电信号，控制所述第一目标电池管理器所在充电支路的单向电控开关导通，以通过所述充电电源对所述第一目标电池管理器所在充电支路的电池模块充电。
9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述***还包括电源总线和信号总线，
所述电源总线包括正极电源总线和负极电源总线，所述正极电源总线与所述充电电源的正极相连，所述负极电源总线与所述充电电源的负极相连；
所述电源控制器及每组充电支路的所述电池管理器通过所述信号总线与所述总控制器相连。
10.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述总控制器还包括：
第三数据获取单元，用于在恒压充电模式下，获取充电时长和/或充电电流值；
第二充电控制单元，用于在充电电流达到电流阈值和/或充电时长达到预设时间阈值时，向所述电源控制器发送停止充电信号，以使所述电源控制器切断所述充电电源与各组充电支路之间的连接。
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