CN113707953A - 电池能量管理卡及电池能量管理方法 - Google Patents

电池能量管理卡及电池能量管理方法 Download PDF

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刘平根
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朱晨曦
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Abstract

本发明公开了一种电池能量管理卡及电池能量管理方法，电池能量管理卡包括串联设置在单体电池的通电路径上的用于控制单体电池通电路径的通断的开关K1、并联在串联成组的开关K1和单体电池的两端的开关K2，以及开关K3、电阻R，开关K3与电阻R串联连接，串联成组的开关K3和电阻R并联连接在开关K2的两端。本发明通过将自研的电池能量管理卡并联连接在电池组中的单体电池的两端，并通过控制电池能量管理卡中的开关K1、K2、K3的通断，实现了对处于充放电状态下的电池组中的单体电池的更换。

Description

电池能量管理卡及电池能量管理方法
技术领域
本发明涉及电池能量管理技术领域，具体涉及一种电池能量管理卡及电池能量管理方法。
背景技术
电池组通常由串联连接的若干个单体电池组成，单体电池若频繁充放电、大倍率充放电或者充放电次数过多会出现电池充不满、放不空与短板电池的现象，这些无法充满、放空电及短板的单体电池影响了电池组的整体供电性能，所以需要对这些单体电池进行维护与更换。但目前维护与更换电池组中的单体电池首先需要切断电池组整体与外部供电电源或负载的电连接，会影响电池组的正常充放电进程，所以如何在不影响电池组正常充放电进程的前提下实现对单体电池的维护与更换成为目前亟待解决的电池管理难题。
发明内容
本发明以在不影响电池组正常充放电进程的前提下实现对单体电池的维护与更换为目的，提供了一种电池能量管理卡及电池能量管理方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种电池能量管理卡，包括串联设置在单体电池的通电路径上的用于控制所述单体电池通电路径的通断的开关K1、并联在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端的开关K2，以及开关K3、电阻R，所述开关K3与所述电阻R串联连接，串联成组的所述开关K3和所述电阻R并联连接在所述开关K2的两端。
作为本发明的一种优选方案，所述电池能量管理卡为独立于所述单体电池的独立体设备，所述开关K2与所述开关K1连接的一端作为所述电池能量管理卡的第一接线引出端电连接在所述单体电池的一端，所述开关K2的另一端作为所述电池能量管理卡的第二接线引出端电连接在所述单体电池的另一端。
作为本发明的一种优选方案，所述开关K2、所述开关K3以及所述电阻R可用DC/DC变换器替代，所述DC/DC变换器并联连接在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端。
作为本发明的一种优选方案，所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器。
作为本发明的一种优选方案，电池组中的每节所述单体电池的两端并联连接有一所述电池能量管理卡。
本发明还提供了一种电池能量管理方法，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，当需要维护与更换所述单体电池时，所述电池能量管理方法包括：
步骤S1，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K3；
步骤S2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K1；
步骤S3，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K2；
步骤S4，控制断开所述开关K3。
本发明另外提供了一种电池能量管理方法，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，当所述单体电池维护与更换完毕时，所述电池能量管理方法包括：
步骤L1，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K3；
步骤L2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K2；
步骤L3，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K1；
步骤L4，控制断开所述开关K3。
作为本发明的一种优选方案，当所述开关K1处于闭合状态时，控制所述开关K2闭合失效；当所述开关K2处于闭合状态时，控制所述开关K1闭合失效。
作为本发明的一种优选方案，所述电池能量管理卡包括设置在所述单体电池的通电路径上的用于控制所述单体电池通电路径的通断的所述开关K1、并联在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端的所述开关K2以及所述开关K3、电阻R，所述开关K3和所述电阻R串联连接，串联成组的所述开关K3和所述电阻R并联连接在所述开关K2的两端。
本发明另外还提供了一种电池能量管理方法，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，所述电池能量管理方法包括：
步骤A1，检测到所述电池组中的所述单体电池出现故障时，控制启动所述电池能量管理卡中的DC/DC变换器；
步骤A2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K1。
作为本发明的一种优选方案，所述电池能量管理卡包括所述开关K1和所述DC/DC变换器，所述开关K1设置在所述单体电池的通电路径上，所述DC/DC变换器并联连接在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端；
所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器。
本发明通过将自研的电池能量管理卡并联连接在电池组中的单体电池的两端，并通过控制电池能量管理卡中的开关K1、K2、K3的通断，实现了对处于充放电状态下的电池组中的单体电池的维护与更换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是本发明实施例一提供的电池能量管理卡连接在单体电池两端的示意图；
图2是本发明实施例二提供的电池能量管理卡连接在单体电池两端的示意图；
图3是应用实施例一提供的电池能量管理卡实现对电池组的能量管理的方法步骤图一；
图4是应用实施例一提供的电池能量管理卡实现对电池组的能量管理的方法步骤图二；
图5是应用实施例二提供的电池能量管理卡实现对电池组的能量管理的方法步骤图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明实施例一提供的电池能量管理卡，如图1所示，包括串联设置在单体电池c的通电路径上的用于控制单体电池c通电路径的通断的开关K1、并联在串联成组的开关K1和单体电池的两端的开关K2，以及开关K3、电阻R，开关K3和电阻R串联连接，串联成组的开关K3和电阻R并联连接在开关K2的两端。
电池能量管理卡为独立于单体电池c的独立体设备，电池能量管理卡与单体电池c的连接方式为：
如图1所示，开关K2与开关K1连接的一端作为电池能量管理卡的第一接线引出端1电连接在单体电池c的一端(比如单体电池c的正极)，开关K2的另一端作为电池能量管理卡的第二接线引出端2电连接在单体电池c的另一端(比如单体电池c的负极)。
为了便于对每节单体电池c的能量管理，方便在任意一个单体电池c出现无法充满电等故障时在确保不中断电池组充放电进程的前提下完成对单体电池c的更换，优选地，在电池组中的每节单体电池c的两端并联连接一个该电池能量管理卡。
当需要维护与更换单体电池c时，本发明通过实施例一提供的并联连接在电池组中的单体电池c两端的电池能量管理卡实现对电池组的能量管理的方法如图3和图1所示，包括：
步骤S1，控制闭合电池能量管理卡中的开关K3，开关K3闭合后，新增了一条由电池能量管理卡的第二接线引出端2-电阻R-开关K3-第一接线引出端1相互间连接形成的双向通电路径；
步骤S2，控制断开电池能量管理卡中的开关K1，以断开原本开关K1到单体电池c的通电路径，断开开关K1-单体电池c的通电路径后，电池组的充电电流或放电电流由步骤S1新构建的通电路径流入或流出。例如，开关K1连接单体电池c的正极，当电池组为负载供电时，电池组电流流向为电池能量管理卡的第二接线引出端2-电阻R-开关K3-第一接线引出端1；当外接充电电源为电池组充电时，充电电流流向为第一接线引出端1-开关K3-电阻R-第二接线引出端2；
步骤S3，控制闭合电池能量管理卡中的开关K2；
步骤S4，控制断开开关K3。
控制闭合开关K2、断开开关K3后，充电电流流向从第一接线引出端1到开关K2再到第二接线引出端2，放电电流从第二接线引出端2到开关K2再到第一接线引出端1，充放电电流不再经过步骤S1构建的通电路径，避免了电阻R对电池能量的不必要损耗。
需要说明的是，检测单体电池c是否需要更换以及自动控制电池能量管理卡中的开关K1、K2、K3的通断的现有设备有许多，比如可采用现有的BMS电池管理设备，BMS电池管理设备与各单体电池c通信连接后可实时检测单体电池c的故障情况，并与电池能量管理卡通信连接后可根据单体电池c的故障情况主动切换控制电池能量管理卡中的开关K1、K2、K3，以确保对单体电池c的更换不影响电池组的充放电进程。
由于开关K1和开关K2同时闭合时，会引起电路短路可能导致单体电池c损坏，为了避免出现这种情况，我们设置了对单体电池c的防护机制，该防护机制为：当检测到开关K1处于闭合状态时，控制开关K2闭合失效，当开关K2处于闭合状态时，控制开关K1闭合失效，即开关K1闭合时，控制设备(如BMS电池管理设备)无法控制闭合开关K2，开关K2闭合时，控制设备无法控制闭合开关K1。
单体电池c维护与更换完成后，本发明通过实施例二提供的电池能量管理卡实现对单体电池的能量管理的方法如图4所示和图1所示，包括：
步骤L1，,控制闭合电池能量管理卡中的开关K3；
步骤L2，控制断开开关K2；
步骤L3，控制闭合开关K1；
步骤L4，控制断开开关K3，以在开关K1和单体电池c间重新恢复原始的通电路径。
实施例二
本发明实施例二提供的电池能量管理卡如图2所示，包括开关K1和DC/DC变换器3，开关K1串联设置在单体电池c的通电路径上，用于控制单体电池c通电路径的通断，DC/DC变换器3并联连接在串联成组的开关K1和单体电池c的两端。
为了实现电池组的充电和放电功能，DC/DC变换器3优选采用双向DC/DC变换器，即支持对处于充电状态下的电池组的直流转直流变换，以及支持对处于放电状态下的电池组的直流转直流变换。
本发明通过实施例二提供的并联连接在电池组中的单体电池c两端的电池能量管理卡实现对电池组的能量管理的方法如图5和图2所示，包括：
步骤L1，检测到电池组中的单体电池出现故障时(比如无法充满电时)，控制启动电池能量管理卡中的DC/DC变换器3，以在电池能量管理卡的第一接线引出端1-DC/DC变换器3-第二接线引出端2之间新建立起电池组的通电路径；
步骤L2，控制断开电池能量管理卡中的开关K1，以断开开关K1与单体电池c间的通电路径。
电池组充放电时，由步骤L1新建的通电路进行充放电，此时可对故障的单体电池进行更换，更换完成后，再控制闭合开关K1然后控制关断DC/DC变换器，以恢复单体电池的原始通电路径。
综上，本发明通过将自研的电池能量管理卡并联连接在电池组中的单体电池的两端，并通过控制电池能量管理卡中的开关K1、K2、K3的通断或者控制开关K1、DC/DC变换器的通断，实现了对处于充放电状态下的电池组中的单体电池的维护与更换。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (11)

1.一种电池能量管理卡，其特征在于，包括串联设置在单体电池的通电路径上的用于控制所述单体电池通电路径的通断的开关K1、并联在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端的开关K2，以及开关K3、电阻R，所述开关K3与所述电阻R串联连接，串联成组的所述开关K3和所述电阻R并联连接在所述开关K2的两端。
2.根据权利要求1所述的电池能量管理卡，其特征在于，所述电池能量管理卡为独立于所述单体电池的独立体设备，所述开关K2与所述开关K1连接的一端作为所述电池能量管理卡的第一接线引出端电连接在所述单体电池的一端，所述开关K2的另一端作为所述电池能量管理卡的第二接线引出端电连接在所述单体电池的另一端。
3.根据权利要求1所述的电池能量管理卡，其特征在于，所述开关K2、所述开关K3以及所述电阻R可用DC/DC变换器替代，所述DC/DC变换器并联连接在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端。
4.根据权利要求3所述的电池能量管理卡，其特征在于，所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器。
5.根据权利要求1或3所述的电池能量管理卡，其特征在于，电池组中的每节所述单体电池的两端并联连接有一所述电池能量管理卡。
6.一种电池能量管理方法，其特征在于，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，当需要维护与更换所述单体电池时，所述电池能量管理方法包括：
步骤S1，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K3；
步骤S2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K1；
步骤S3，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K2；
步骤S4，控制断开所述开关K3。
7.一种电池能量管理方法，其特征在于，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，当所述单体电池维护与更换完毕时，所述电池能量管理方法包括：
步骤L1，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K3；
步骤L2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K2；
步骤L3，控制闭合所述电池能量管理卡中的开关K1；
步骤L4，控制断开所述开关K3。
8.根据权利要求6或7所述的电池能量管理方法，其特征在于，当所述开关K1处于闭合状态时，控制所述开关K2闭合失效；当所述开关K2处于闭合状态时，控制所述开关K1闭合失效。
9.根据权利要求6或7所述的电池能量管理方法，其特征在于，所述电池能量管理卡包括设置在所述单体电池的通电路径上的用于控制所述单体电池通电路径的通断的所述开关K1、并联在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端的所述开关K2以及所述开关K3、电阻R，所述开关K3和所述电阻R串联连接，串联成组的所述开关K3和所述电阻R并联连接在所述开关K2的两端。
10.一种电池能量管理方法，其特征在于，通过并联连接在电池组中的单体电池两端的电池能量管理卡实现，其特征在于，所述电池能量管理方法包括：
步骤A1，检测到所述电池组中的所述单体电池出现故障时，控制启动所述电池能量管理卡中的DC/DC变换器；
步骤A2，控制断开所述电池能量管理卡中的开关K1。
11.根据权利要求10所述的电池能量管理方法，其特征在于，所述电池能量管理卡包括所述开关K1和所述DC/DC变换器，所述开关K1设置在所述单体电池的通电路径上，所述DC/DC变换器并联连接在串联成组的所述开关K1和所述单体电池的两端；
所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器。
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