可远程控制的锂电池无环流管理方法、装置及电子设备与流程

1.本发明属于电池充放电技术领域，尤其涉及可远程控制的锂电池无环流管理方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.在充电领域，锂电池充当了较为重要的角色，目前大多数设备均采用并联电池组以提高电池供电稳定性，锂电池的充电方式通常为均充加浮充模式，但是这样的充电管理方式一般是统一管理，由于并联电池组中每个锂电池的充放电时的电动势、内阻等情况不一样，会存在环流现象，不仅容易导致损坏电池导致维护成本过大，而且使用电池的种类局限性高，不能支持扩容以及不同型号之间的锂电池进行混用。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了可远程控制的锂电池无环流管理方法，包括：
4.当锂电池需要运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差对锂电池进行远程充放电控制，判断远程充放电控制时各个锂电池对应的使能通道处的电压是否正常，去除电压不正常的使能通道对应的锂电池；
5.开启剩余使能通道，根据使能通道的电压与电流判断对应的锂电池的运行状态；
6.当锂电池为充电状态时，开关电源经使能通道对电池进行均充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
7.当锂电池为无负载状态时，开关电源经使能通道对电池进行浮充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
8.当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，通过pwm根据锂电池的容量调整使能通道的电流，使锂电池的放电时间调整一致。
9.可选的，所述当锂电池需要运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差，对锂电池进行远程充放电控制，包括：
10.远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压升高至第一充电电压，由开关电源对锂电池进行均充；
11.当均充至锂电池满电时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压调整至第二充电电压，由开关电源对锂电池进行浮充；
12.经过预设时间后，关闭充电升压组件，远程控制放电升压组件使锂电池的输出电压升高至放电电压，由锂电池对开关电源进行放电。
13.可选的，所述第一充电电压大于所述第二充电电压，所述第二充电电压大于锂电池的输出电压。
14.可选的，所述放电电压大于开关电源的输出电压。
15.可选的，所述开启剩余使能通道，根据使能通道的电压与电流判断对应的锂电池
的运行状态，包括：
16.从剩余使能通道中选取电压最高的一个通道作为充电放电的初始参数通道；
17.判断初始参数通道的电流方向的正负方向，如果电流方向为正，则标记锂电池为充电状态，如果电流方向为负，则标记锂电池为放电状态，如果电流为0，则标记锂电池为无负载状态。
18.可选的，所述通过pwm将使能通道的电压调整一致，包括：
19.依次判断各个使能通道内的电流是否超限；
20.若电流超限，则以预设步进点向下对电流进行pwm调整，若电流未超限，则以预设步进点向上对电流进行pwm调整，直至剩余的使能通道内的电压达到一致。
21.可选的，所述当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，通过pwm根据锂电池的容量调整使能通道的电流，使锂电池的放电时间调整一致，包括：
22.确定最大容量的锂电池对应的使能通道，通过pwm调整所述使能通道的输出电流为最大，计算最大容量与调整至最大的输出电流之间的比值为参考放电时间；
23.根据其他锂电池的容量，通过pwm调整其他使能通道的输出电流，使各个通道的放电时间与参考放电时间一致。
24.本发明还基于同样的思路提出了可远程控制的锂电池无环流管理装置，包括：
25.远程运维单元：用于当锂电池需要运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差对锂电池进行远程充放电控制，判断远程充放电控制时各个锂电池对应的使能通道处的电压是否正常，去除电压不正常的使能通道对应的锂电池；
26.判断单元：用于开启剩余使能通道，根据使能通道的电压与电流判断对应的锂电池的运行状态；
27.第一组管理单元：用于当锂电池为充电状态时，开关电源经使能通道对电池进行均充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
28.第二组管理单元：用于当锂电池为无负载状态时，开关电源经使能通道对电池进行浮充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
29.第三组管理单元：用于当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，通过pwm根据锂电池的容量调整使能通道的电流，使锂电池的放电时间调整一致。
30.可选的，所述远程运维单元具体用于：
31.远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压升高至第一充电电压，由开关电源对锂电池进行均充；
32.当均充至锂电池满电时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压调整至第二充电电压，由开关电源对锂电池进行浮充；
33.经过预设时间后，关闭充电升压组件，远程控制放电升压组件使锂电池的输出电压升高至放电电压，由锂电池对开关电源进行放电。
34.本发明还提出了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
35.其中，所述处理器被配置为利用所述可执行指令执行权利要求1～7的任一项所述的方法步骤。
36.本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
37.通过根据锂电池不同的充电状态动态调整pwm，从而保证充电时每个电池组的输出电流一致，不会出现电池组之间相互环流的技术问题。在放电状态下，由于各个锂电池自身容量不同，放电的速率也不同，通过获取电池组相应的容量，并动态调整pwm来控制每个电池组的放电效率，从而使每个电池组都能均衡放电。通过本发明提出的锂电池无环流管理方法，可支持不同容量、不同品牌的电池混用并能够智能充放电，电池可拆卸、扩容，实现锂电池的均衡放电和充电限流的功能。
38.另一方面，本发明在进行锂电池无环流管理时，还会预先对锂电池进行远程运维，在远程运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差实现人为控制远程充电或者放电，以此来查看锂电池是否正常运作，能够及时的发现有问题的锂电池。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中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。
40.图1为本发明一实施例提出的可远程控制的锂电池无环流管理方法的流程示意图；
41.图2为本发明另一实施例提出的可远程控制的锂电池无环流管理装置的结构框图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
43.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”、“第三”“第四”等(如果存在)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，以便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。
44.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
45.应当理解，在本发明中，“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、系统、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。
46.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、
b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
47.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
48.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
49.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
50.实施例一
51.如图1所示，本实施例提出了可远程控制的锂电池无环流管理方法，包括：
52.s1：当锂电池需要运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差对锂电池进行远程充放电控制，判断远程充放电控制时各个锂电池对应的使能通道处的电压是否正常，去除电压不正常的使能通道对应的锂电池；
53.s2：开启剩余使能通道，根据使能通道的电压与电流判断对应的锂电池的运行状态；
54.s3：当锂电池为充电状态时，开关电源经使能通道对电池进行均充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
55.s4：当锂电池为无负载状态时，开关电源经使能通道对电池进行浮充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
56.s5：当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，通过pwm根据锂电池的容量调整使能通道的电流，使锂电池的放电时间调整一致。
57.在本实施例中，每个锂电池都对应一个使能通道，使能通道的含义在于当通道内的电压达到一定阈值时，触发锂电池工作，即将锂电池接入供电系统，开关电源通过使能通道实现与锂电池之间的电能交互。通过本发明提出的锂电池无环流管理方法，可支持不同容量、不同品牌的电池混用并能够智能充放电，电池可拆卸、扩容，实现锂电池的均衡放电和充电限流的功能。
58.在本实施例中，当锂电池处于运维状态时，通过充电升压组件和放电升压组件控制控制开关电源与锂电池之间的电压差，所述充电升压组件和放电升压组件为具有远程控制功能的模拟放大电路。在对锂电池进行远程运维时，先将所有使能通道断开，再从第一个使能通道开始，控制锂电池首先经过充电运维状态，经过预设时间后再变为放电运维状态。判断锂电池在充电运维状态和放电运维状态时使能通道出的电压是否正常，当充电运维状态或放电运维状态任一状态下的电压出现异常时，将对应的锂电池标记为异常并从使能通道中去除，并生成告警标志以提醒运维人员检修该锂电池。完成后再选取下一个使能通道，重复上述流程直至所有使能通道都完成运维流程。
59.其中，当锂电池处于充电运维状态时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压升高至第一充电电压，此时，第一充电电压大于锂电池的输出电压，因此可以实现由开关电源对锂电池进行均充。当均充至锂电池满电时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压调整至第二充电电压，此时，第二充电电压略小于第一充电电压，但仍然大于锂电池的输出电压，因此可以实现由开关电源对锂电池进行浮充。经过预设时间后，关闭充电升
压组件，远程控制放电升压组件使锂电池的输出电压升高至放电电压，此时放电电压大于开关电源的输出电压，因此可以实现由锂电池对开关电源进行放电。
60.对于锂电池来讲，均充是对锂电池定期的恒流充电，充电快，持续时间短，定期均充能延長电池寿命，保证容量，一般是恒电流充电，电池在恒定电流充电就是均充状态。待电量饱和后，通过对锂电池进行浮充以维持电量，浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度。通常均充电压高于浮充电压，本领域技术人员根据现有技术能够知道如何进行均、浮充之间的转换，此处不再赘述。
61.通过远程充放电控制使运维人员无需到达现场检测锂电池是否异常，通过设计双升压电路来自动实现人为控制远程充电或者放电，减少了运维人员的人力成本，提供了运维效率。
62.经过对锂电池的运维，能够去除异常的锂电池，随后开启剩余使能通道，从剩余使能通道中选取电压最高的一个通道作为充电放电的初始参数通道，并开启100％pwm。通过初始参数通道的电流方向判断锂电池的运行状态，如果电流方向为正，则标记锂电池为充电状态，如果电流方向为负，则标记锂电池为放电状态，如果电流为0，则标记锂电池为无负载状态，本实施例中锂电池在两种情况下可处于无负载状态时，一种是锂电池没有接入负载，另一种是锂电池接入负载但由开关电源对负载供电，以上两种情况下锂电池均为满电，因此锂电池仅需要开关电源提供浮充，不会对外产生电能交互，因此无负载状态时使能通道的电流为0。
63.本实施例根据锂电池的不同运行状态执行不同的管理机制。当锂电池为充电状态时，开关电源经使能通道对电池进行均充，当锂电池为无负载状态时，开关电源经使能通道对电池进行浮充。开关电源进行均充和浮充时，均通过pwm将使能通道的电压调整一致，具体为：依次判断各个使能通道内的电流是否超限；若电流超限，则以预设步进点向下对电流进行pwm调整，若电流未超限，则以预设步进点向上对电流进行pwm调整，直至剩余的使能通道内的电压达到一致。本实施例中，所述预设步进点为5％pwm幅值。
64.由于不同锂电池的内阻存在差异，若开关电源向锂电池输入统一的电流，则会在内阻不同的锂电池两端产生不同的电动势，此时锂电池之间将产生由高电动势向低电动势方向的环流。根据电路学欧姆定律，环流的大小＝电压差/两内阻的和，所以即使电动势的压差很小，由于锂电池的内阻很小，仍会瞬间形成较大的环路电流，严重影响了锂电池寿命。因此，在本实施例中，对每个锂电池都能够实现独立的pwm调整，因此实现多组锂电池单独管理并可混用，避免环流产生的不良影响。
65.在本实施例中，所述pwm调整由集成的pwm调制芯片完整，本领域技术人员应当知道如果通过进行pwm调整，此处不再赘述。
66.当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，由于不同种类、不同容量的锂电池的放电速率存在差异，因此为了使各个锂电池均衡放电，本实施例通过pwm调整使能通道的电流，具体包括：确定最大容量的锂电池对应的使能通道，通过pwm调整所述使能通道的输出电流为最大，计算最大容量与调整至最大的输出电流之间的比值为参考放电时间；根据其他锂电池的容量，通过pwm调整其他使能通道的输出电流，使各个通道的放电时间与参考放电时间一致。由于锂电池容量与放电电流的比值即为锂电池的放电时间，因此先确定一个参考放电时间，再针对不同容量的锂电池分别调整其放电电流，使所有锂电池
的放电时间基本相同，这样可以减少由放电不均衡带来的环流问题。
67.实施例二
68.如图2所示，本实施例提出了可远程控制的锂电池无环流管理装置6，包括：
69.远程运维单元61：用于当锂电池需要运维时，通过控制开关电源与锂电池之间的电压差，对锂电池进行远程充放电控制，判断远程充放电控制时各个锂电池对应的使能通道处的电压是否正常，去除电压不正常的使能通道对应的锂电池；
70.判断单元62：用于开启剩余使能通道，根据使能通道的电压与电流判断对应的锂电池的运行状态；
71.第一组管理单元63：用于当锂电池为充电状态时，开关电源经使能通道对电池进行均充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
72.第二组管理单元64：用于当锂电池为无负载状态时，开关电源经使能通道对电池进行浮充，通过pwm将使能通道的电压调整一致；
73.第三组管理单元65：用于当锂电池为放电状态时，锂电池经使能通道对负载放电，通过pwm根据锂电池的容量调整使能通道的电流，使锂电池的放电时间调整一致。
74.在本实施例中，每个锂电池都对应一个使能通道，使能通道的含义在于当通道内的电压达到一定阈值时，触发锂电池工作，即将锂电池接入供电系统，开关电源通过使能通道实现与锂电池之间的电能交互。通过本发明提出的锂电池无环流管理方法，可支持不同容量、不同品牌的电池混用并能够智能充放电，电池可拆卸、扩容，实现锂电池的均衡放电和充电限流的功能。
75.在本实施例中，当锂电池处于运维状态时，远程运维单元61能够通过充电升压组件和放电升压组件控制控制开关电源与锂电池之间的电压差，所述充电升压组件和放电升压组件为具有远程控制功能的模拟放大电路。在对锂电池进行远程运维时，先将所有使能通道断开，再从第一个使能通道开始，控制锂电池首先经过充电运维状态，经过预设时间后再变为放电运维状态。判断锂电池在充电运维状态和放电运维状态时使能通道出的电压是否正常，当充电运维状态或放电运维状态任一状态下的电压出现异常时，将对应的锂电池标记为异常并从使能通道中去除，并生成告警标志以提醒运维人员检修该锂电池。完成后再选取下一个使能通道，重复上述流程直至所有使能通道都完成运维流程。
76.其中，当锂电池处于充电运维状态时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压升高至第一充电电压，此时，第一充电电压大于锂电池的输出电压，因此可以实现由开关电源对锂电池进行均充。当均充至锂电池满电时，远程控制充电升压组件使开关电源的输出电压调整至第二充电电压，此时，第二充电电压略小于第一充电电压，但仍然大于锂电池的输出电压，因此可以实现由开关电源对锂电池进行浮充。经过预设时间后，关闭充电升压组件，远程控制放电升压组件使锂电池的输出电压升高至放电电压，此时放电电压大于开关电源的输出电压，因此可以实现由锂电池对开关电源进行放电。
77.对于锂电池来讲，均充是对锂电池定期的恒流充电，充电快，持续时间短，定期均充能延長电池寿命，保证容量，一般是恒电流充电，电池在恒定电流充电就是均充状态。待电量饱和后，通过对锂电池进行浮充以维持电量，浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度另外通常均充电压高于浮充电压。本领域技术人员根据现有技术能够知道如何进行均、浮充之间的转换，此处不再赘述。
78.通过远程充放电控制使运维人员无需到达现场检测锂电池是否异常，通过设计双升压电路来自动实现人为控制远程充电或者放电，减少了运维人员的人力成本，提供了运维效率。
79.经过对锂电池的运维，能够去除异常的锂电池，随后判断单元62开启剩余使能通道，从剩余使能通道中选取电压最高的一个通道作为充电放电的初始参数通道，并开启100％pwm。通过初始参数通道的电流方向判断锂电池的运行状态，如果电流方向为正，则标记锂电池为充电状态，如果电流方向为负，则标记锂电池为放电状态，如果电流为0，则标记锂电池为无负载状态，本实施例中锂电池在两种情况下可处于无负载状态时，一种是锂电池没有接入负载，另一种是锂电池接入负载但由开关电源对负载供电，以上两种情况下锂电池均为满电，因此锂电池仅需要开关电源提供浮充，不会对外产生电能交互，因此无负载状态时使能通道的电流为0。
80.本实施例中，第一组管理单元63、第二组管理单元64以及第三组管理单元65分别对应锂电池的三种不同运行状态，根据锂电池的不同运行状态执行不同的管理机制。当锂电池为充电状态时，第一组管理单元63控制开关电源经使能通道对电池进行均充，当锂电池为无负载状态时，第二组管理单元64控制开关电源经使能通道对电池进行浮充。开关电源进行均充和浮充时，均通过pwm将使能通道的电压调整一致，具体为：依次判断各个使能通道内的电流是否超限；若电流超限，则以预设步进点向下对电流进行pwm调整，若电流未超限，则以预设步进点向上对电流进行pwm调整，直至剩余的使能通道内的电压达到一致。本实施例中，所述预设步进点为5％pwm幅值。
81.由于不同锂电池的内阻存在差异，若开关电源向锂电池输入统一的电流，则会在内阻不同的锂电池两端产生不同的电动势，此时锂电池之间将产生由高电动势向低电动势方向的环流。根据电路学欧姆定律，环流的大小＝电压差/两内阻的和，所以即使电动势的压差很小，由于锂电池的内阻很小，仍会瞬间形成较大的环路电流，严重影响了锂电池寿命。因此，在本实施例中，对每个锂电池都能够实现独立的pwm调整，因此实现多组锂电池单独管理并可混用，避免环流产生的不良影响。
82.在本实施例中，所述pwm调整由集成的pwm调制芯片完整，本领域技术人员应当知道如果通过进行pwm调整，此处不再赘述。
83.当锂电池为放电状态时，第三组管理单元65控制锂电池经使能通道对负载放电，由于不同种类、不同容量的锂电池的放电速率存在差异，因此为了使各个锂电池均衡放电，本实施例通过pwm调整使能通道的电流，具体包括：确定最大容量的锂电池对应的使能通道，通过pwm调整所述使能通道的输出电流为最大，计算最大容量与调整至最大的输出电流之间的比值为参考放电时间；根据其他锂电池的容量，通过pwm调整其他使能通道的输出电流，使各个通道的放电时间与参考放电时间一致。由于锂电池容量与放电电流的比值即为锂电池的放电时间，因此先确定一个参考放电时间，再针对不同容量的锂电池分别调整其放电电流，使所有锂电池的放电时间基本相同，这样可以减少由放电不均衡带来的环流问题。
84.上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
85.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单
元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
86.本示例实施方式中，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器；存储器上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例中所述可远程控制的锂电池无环流方法的步骤。所述可远程控制的锂电池无环流方法的具体步骤可参考前述实施例中关于上述数据处理步骤的详细描述，此处不再赘述。所述存储器可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
87.本示例实施方式中，还提供一种电子设备，该电子设备可以包括处理器以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器。其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任一实施例中所述可远程控制的锂电池无环流方法的步骤。该生成方法的步骤可参考前述方法实施例中的详细描述，此处不再赘述。
88.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
89.本实施例旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
90.以上所述仅为本发明的实施例，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。