串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统的制作方法

1.本发明属于技术领域，特别是涉及串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统。


背景技术：

2.目前市场上的大功率高串数高压电池组，都会存在因充放电不平衡导致容量不够的问题，特别是随着使用时间的增加，电芯一致性越来越差，就会发生容量亏损越来越严重的问题。
3.常见有两种充电方式，一是充电器一路输出对电池组施加总电压进行充电，另外一种是充电器多路输出对每一节电芯单独控制充电。方式一的成本低但充电时单纯靠电池组保护板或bms来对电池均衡，通常是对电压高的电芯用功率电阻放电，实际均衡效果不明显，损耗大，特别是大容量电池组上，这种缺陷越明显。方式二虽然能对每一个电芯都单独充电到充满值，但实现起来走线繁杂、电路成本高、施工不便。
4.通常因空间和成本约束，不作放电平衡管理，只要检测到任意一节电芯电压低于过放保护电压值了，就直接整组电池不能放电。另外一种高成本放电平衡的系统，是对每一节电芯的放电电压和电流作采集，并通过mosfet或igbt控制每一节电芯放电电流的大小。此种方式随着串数的增加到一定程度时，其成本、布线、体积等都将成为巨大的制约因素。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统，解决背景技术中出现的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明为串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统，包括充电器、平衡切换控制模块和隔离dcdc升压模块；
8.所述充电器包括acdc变换器、一个单相带地线三线的ac输入、一路48v充电输出和一路隔离rs485通讯接口，adcd变换器将市电转化为适合电池充电的直流电，将adcd变换器的dc输出接到平衡切换控制模块的充电接口和dcdc升压模块的输入端，隔离rs485通讯接口通过电池内的bms通讯获得电池信息；
9.所述隔离dcdc升压模块包括48v输入和96v输出，放电时由两组48v电池中电压更高的一组作为输入与48v输入连通，96v输出接在电池组总电压96v上为负载设备供电；
10.所述平衡切换控制模块包括单片机、一路充电器输入接口、三路rs485通讯接口、电池充电接口和两个电池平衡控制信号；其中，一路rs485通讯接口连接充电器，另外两路rs485通讯接口连接两个电池的rs485通讯接口；所述单片机分别与三路rs485通讯接口、两个电池平衡控制信号通信连接，通过rs485通讯接口获得电池信息，并根据电池信息和平衡控制信号判断是否进行平衡。
11.优选地，所述平衡切换控制模块还包括48
‑
12v隔离电源，所述48
‑
12v隔离电源与
单片机电性连接为单片机供电。
12.优选地，所述平衡切换控制模块还包括1205隔离电源 485通讯电路，1205隔离电源 485通讯电路两端分别与单片机、充电器连接，实现为单片机与电池和充电器的rs485通讯。
13.优选地，所述平衡切换控制模块还包括96
‑
12v非隔离电源，所述96
‑
12v非隔离电源与单片机电性连接，在放电时为单片机供电。
14.优选地，所述电池充电接口为总正线b2、总负线b0和中点线b1，所述96
‑
12v非隔离电源与总正线b2和总负线b0连接。
15.本发明具有以下有益效果：
16.1、本发明的控制系统在充电和放电时都能对两个串联在一起的电池进行平衡，减少因电池一致性差造成的容量亏损，提高电池续航，延长使用寿命。
17.2、本发明的控制系统不需要充电器做高电压输出，与使用对串后整组电池充电的充电器相比，本系统中的充电器只需输出其一半的电压就可以工作，这样充电器的型号可以有更多的选择，因为相较于高电压输出的充电器，低电压输出的充电器的设计难度和成本都会更低，同时低电压也更安全。
18.3、本发明的控制系统不需要单节的均衡充电器和放电均衡模块，成本更低，走线少，易布局，操作施工更简单。
19.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
21.图1为本发明的串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统电路图；
22.图2为本发明的串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统的平衡切换控制模块电路图。
具体实施方式
23.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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。
25.请参阅图1
‑
2所示，本发明为串联电池组中单个电池组切换平衡充放电控制系统，
包括充电器、平衡切换控制模块和隔离dcdc升压模块；
26.充电器包括acdc变换器、一个单相带地线三线的ac输入、一路48v充电输出和一路隔离rs485通讯接口，adcd变换器将市电转化为适合电池充电的直流电，将adcd变换器的dc输出接到平衡切换控制模块的充电接口和dcdc升压模块的输入端，隔离rs485通讯接口通过电池内的bms通讯获得电池信息；
27.隔离dcdc升压模块包括48v输入和96v输出，放电时由两组48v电池中电压更高的一组作为输入与48v输入连通，96v输出接在电池组总电压96v上为负载设备供电；
28.平衡切换控制模块包括单片机、一路充电器输入接口、三路rs485通讯接口、电池充电接口和两个电池平衡控制信号；其中，一路rs485通讯接口连接充电器，另外两路rs485通讯接口连接两个电池的rs485通讯接口；单片机分别与三路rs485通讯接口、两个电池平衡控制信号通信连接，通过rs485通讯接口获得电池信息，并根据电池信息和平衡控制信号判断是否进行平衡；平衡切换控制模块还包括48
‑
12v隔离电源，48
‑
12v隔离电源与单片机电性连接为单片机供电。
29.其中，电池充电接口为总正线b2、总负线b0和中点线b1，96
‑
12v非隔离电源与总正线b2和总负线b0连接。
30.其中，平衡切换控制模块还包括1205隔离电源 485通讯电路，1205隔离电源 485通讯电路两端分别与单片机、充电器连接，实现为单片机与电池和充电器的rs485通讯。
31.其中，平衡切换控制模块还包括96
‑
12v非隔离电源，96
‑
12v非隔离电源与单片机电性连接，在放电时为单片机供电。
32.具体实施例：
33.请参阅图1
‑
2所示，以两组48v电池组串联而成的一个96v电池组为例，实际应用可根据电池型号不同调整相应的参数。
34.整个系统的三个模块：充电器、平衡切换控制模块和隔离dcdc升压模块；其中，充电器可以做成分离式的，其作用是为电池组充电提供适合的电压电流；dcdc升压模块是在放电时，将其中电压高的一组电池的电压升压后回馈到总电压上，以减小电压低的一组电池的放电电流；平衡切换控制模块是整个系统的核心，它通过rs485通讯与电池bms握手，并获得电池组的实时信息，并以此为根据来控制充电式对哪一组电池充电或放电时对哪一组补电。
35.需要进一步说明的是充电器和隔离dcdc升压模块不再赘述其功能和作用，下面主要对平衡切换控制模块的工作原理进行进一步阐述：
36.如图2所示，平衡切换控制模块主要包括单片机、48
‑
12v隔离电源、1205隔离电源 485通讯电路和96
‑
12v非隔离电源，充电器通过平衡切换控制模块与电池连接；
37.其中，平衡切换控制模块还包括5个继电器k1、k2、k3、k4、k5，继电器k1用来切换充电器对两组电池的rs485通信电路的通断，继电器k2、k3、k4和k5用来切换电池1/2的充放电，其电路图如图2所示。
38.本系统的工作逻辑如下：
39.本系统包括充、放电两种模式。
40.充电模式：
41.s11.充电器接入后，开始通过隔离rs485通讯接口发送查询电池的消息，此时单片
机控制电路无供电不工作，隔离rs485通讯接口切换电路因继电器触点在常闭端，所以此时充电器与电池1(bat1)通讯。
42.s12.通讯握手成功后，充电器打开输出，通过48
‑
12v隔离电源模块给单片机及1205隔离电源 485通讯电路供电；单片机初始化完成后开始作继电器黏连检测，若检测发现有继电器黏连，就会通过led或蜂鸣器发出警报；若无继电器黏连，则进入下一步。
43.s13.单片机控制继电器k2、k3闭合，对电池1充电并开始计时，计时达8分钟后，断开k2、k3继电器；然后单片机控制继电器k1触点接到常闭端，此时充电器与电池2开始通讯，1秒后单片机控制继电器k4，k5闭合，开始对电池2充电，并计时8分钟；对电池1和电池2依次循环充电。
44.s14.在充电过程中如果有一个电池电压＝56.8v时，则立即切换给另一个电池充电,并且持续充电到电压＝56.8v后，再按照步骤s13中的定时8分钟循环切换逻辑充电。
45.s15.充电过程中如果有一个电池已充满，则立即切换给另一个电池充电，直到充满；两个电池都充满后，单片机控制四个继电器k2
‑
k5都断开。隔离rs485通讯接口每1分钟切换一次电池，若发现任意一个电池电压低于50v时，单片机控制对应的继电器闭合对电池充电，然后重复步骤3
‑
5。
46.放电模式：
47.s21.车钥匙开启后，通过96
‑
12v电源从电池取电为单片机供电，单片机初始化完成后行作继电器黏连检测，若检测发现有继电器黏连，就会通过led或蜂鸣器发出警报；若无继电器黏连，则进入下一步。
48.s22.此时开始实时读取平衡控制信号，根据得到的平衡控制信号来控制k2、k3或k4、k5继电器的闭合或断开，以实现对电池1或电池2加快放电，控制逻辑如下：
[0049][0050][0051]
平衡放电工作时每种状态都只能有一组继电器闭合，当需要切换时，应先断开当前的继电器，延时2秒后再闭合另一组平衡继电器。
[0052]
本发明的电池组充电时使用继电器切换来实现一个充电器对两个串联在一起的电池组中的其中一个进行充电，通过上述逻辑来切换两个电池的充电时间，以实现两个电池在相近的时间内充满，同时充电平衡(不会其中一组电压很高另一组很低)。电池组放电时使用继电器切换来实现两个串联在一起的电池组的其中电压更高的一个通过升压电路接入到整组输出电路中。在极端情况下，甚至可以在只有一个电池能放电另一个电池已经完全报废的情况下，仍可在短时间内保证对设备正常供电。
[0053]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0054]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。