智能矩阵电池充放电管理系统及管理方法

摘要

一种智能矩阵电池充放电管理系统，系统中的多个串联单元串联后经总控制器与电源和负载连接，每个串联单元由一个单体电池或多个并联的单体电池组成，每个串联单元都设置有母板和由母板控制的短路开关K21，母板通过控制总线与总控制器连接，每个单体电池都设置有子板，子板通过总线与母板连接进行通讯。本发明的电池管理系统可以精确的控制每一块单体电池的工作状态，不需要串联单元内所有单体电池的容量一致，给电池生产厂家的电池分选和成组工作带来了很大的便利。该系统的子板完全可以与电池集成封装为智能电池，使得电池厂家的生产工作和电池管理系统的研发制造工作得以分开进行，各自专注于自身领域的发展方向。

主权项

一种智能矩阵电池充放电管理方法，其特征在于：充电过程包括如下步骤：a、断开所有短路开关K21，使所有串联单元都串联在一个回路中，总控制器测量整个电池系统的开路电压并控制可变输出电压电源输出一个相同的电压，此时电路中没有宏观电流流通；b、总控制器控制可变输出电压电源逐步提高输出电压，使电池系统处于充电状态，每个串联单元内的子板测量流过其对应单体电池的电流，并在该电流达到单体电池的预设充电电流时，通知总控制器保持电源的输出电压，此时充电电流趋于稳定；c、子板继续对流过与其对应单体电池的电流进行测量，充电电流下降时，子板不再通知总控制器保持输出电压，总控制器会继续提升电源的输出电压；d、如此往复b、c控制过程，直到某一子板检测到其对应的单体电池达到最大容许充电电压时，该单体电池的恒流充电过程结束，子板会断开该单体电池与母线的连接，此时该串联单元内的其它电池还在继续充电；e、当某一串联单元的母板检测到其管辖的所有子板都断开了其对应单体电池与母线的连接时，母板将切换由其控制的短路开关到闭合状态，电流不会流经该串联单元而是流向下一个串联单元，同时母板会通知总控制器重新测量电池系统的开路电压并控制电源输出与目前开路电压相同的电压；f、重复过程b‑e步骤，直到最后一块母板通知总控制器重新测量系统开路电压，此时整个电池系统的恒流充电过程结束，电池系统进入恒压充电状态；g、总控制器通知所有母板断开短路开关，使得所有串联单元接入电池系统；h、总控制器测量整个电池系统的开路电压后控制可变输出电压电源输出一个相同的电压，此时电路中没有宏观电流流通；i、总控制器控制电源逐步提高输出电压，电池系统又处于充电状态；在电源逐步提高输出电压的过程中，充电电流也在逐步提升，当任意串联单元内的子板测量到它所对应单体电池的电压达到单体电池的恒压充电电压时，子板将通知总控制器保持电源的输出电压，此时充电电压趋于稳定；但充电电流会逐渐减小，当任意子板检测到充电电流减小到一定程度并且它所对应单体电池的电压达到单体电池的恒压充电电压时即可判定此单体电池已经充满，此时子板将断开其对应的单体电池与母线的连接；并通知总控制器重新测量电池系统的开路电压；j、重复过程h‑i直到所有子板都断开其对应的电池单体与母线的连接，此时整个充电过程结束；放电过程包括如下步骤：k、断开所有短路开关K21，使所有串联单元都串联在一个回路中，总控制器测量整个电池系统的开路电压，当开路电压高于预设值时，接通负载；l、在负载消耗电池系统能源的过程中，每块子板都在实时测量流过自身对应单体电池的电流和温度，当发生故障时可以切断该单体电池与母线的连接以保护单体电池；每块母板都在实时测量自身对应串联单元的电压，当某一串联单元电压的低于放电终止电压时，该母板将通知对应串联单元内所有子板断开其对应单体电池与母线的连接并切换由其控制的短路开关到闭合状态，以保护串联单元不会过度放电；m、当总控制器检测到电池系统的输出电压低于预设值时，可根据用户需要执行断开负载或减小负载功耗等操作，以达到安全且尽可能多的输出电池系统能量之目的。