一種蓄電池組能量監控系統的製作方法
2023-10-25 14:08:57 2
一種蓄電池組能量監控系統的製作方法
【專利摘要】本發明適用於電池充放電控制領域，提供了一種蓄電池組能量監控系統。本發明通過在蓄電池組能量監控系統中採用多個能量控制與檢測裝置、蓄電池組充放電裝置以及主控制裝置，整個蓄電池組能量監控系統的結構簡單，各部分之間的布線少，節省了系統成本，且通過對多個蓄電池組中的每個蓄電池組的單體蓄電池進行能量狀態信息監控和對比，能夠實時調整對蓄電池組的充放電控制，解決了現有技術所存在的無法為用戶提供蓄電池組的能量狀態信息以實現對蓄電池組的實時監控，且成本高的問題。
【專利說明】一種蓄電池組能量監控系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電池充放電控制領域，尤其涉及一種蓄電池組能量監控系統。
【背景技術】
[0002] 目前，在許多電子設備中都需要用到蓄電池作為電源供給，而電子設備中一般都 是採用多個蓄電池串聯組成的蓄電池組進行供電的。由於每個單體蓄電池的生產工藝略有 差別，當一個蓄電池組中的部分蓄電池充滿電時，可能存在某個蓄電池為充滿電，這樣就會 在對整個蓄電池組繼續進行充電時出現過充現象，從而導致蓄電池組的損壞，進而縮短蓄 電池的使用壽命，而對於過放現象，也是如此。因此，現有技術提出了一種電池管理系統， 其可以對電池的電壓和電流進行監控以防止蓄電池出現過充或過放的現象，進而提高蓄 電池的利用率，且延長蓄電池的使用壽命。然而，雖然現有的電池管理系統（BMS，Battery Management System)能夠實現上述功能，但其無法為用戶提供蓄電池組的能量狀態信息以 實現對蓄電池組的實時監控，且現有的電池管理系統因布線多且結構複雜而存在成本較高 的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於提供一種蓄電池組能量監控系統，旨在解決現有技術所存在的 無法為用戶提供蓄電池組的能量狀態信息以實現對蓄電池組的實時監控，且成本高的問 題。
[0004] 本發明是這樣實現的，一種蓄電池組能量監控系統，與多個蓄電池組連接，所述多 個蓄電池組是由多個獨立的蓄電池組串聯而成，所述蓄電池組能量監控系統還與電池管理 系統連接，所述電池管理系統對所述多個蓄電池組的每一個蓄電池組中的單體蓄電池的狀 態信息進行獲取；
[0005] 所述蓄電池組能量監控系統包括：
[0006] 多個能量控制與檢測裝置，與所述多個蓄電池組及電源連接，所述多個能量控制 與檢測裝置的數量與所述多個蓄電池組的數量相同，所述多個能量控制與檢測裝置中的每 一個能量控制與檢測裝置用於按照預設電壓值和預設電流值對所述多個蓄電池組中的每 一個蓄電池組進行充電控制，並檢測和獲取所述每一個蓄電池組中的單體蓄電池的能量狀 態息；
[0007] 蓄電池組充放電裝置，與所述多個蓄電池組串聯連接，用於根據控制指令對所述 多個蓄電池組進行充電或放電控制；
[0008] 主控制裝置，與所述電池管理系統、所述多個能量控制與檢測裝置、所述蓄電池組 充放電裝置及所述電源連接，用於將所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的電池狀態信息 進行顯示，根據所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息向所述蓄電池組充放 電裝置發出所述控制指令，並將所述電池管理系統所獲取的能量狀態信息與所述多個能量 控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行對比，當對比誤差超過預設誤差閾值的次數達 到預設限定值時，則針對當前單體蓄電池進行報警處理和/或控制與所述當前單體蓄電池 對應的能量控制與檢測裝置以及所述蓄電池組充放電裝置停止工作。
[0009] 本發明通過在蓄電池組能量監控系統中採用多個能量控制與檢測裝置、蓄電池組 充放電裝置以及主控制裝置，整個蓄電池組能量監控系統的結構簡單，各部分之間的布線 少，節省了系統成本，且通過對多個蓄電池組中的每個蓄電池組的單體蓄電池進行狀態信 息監控和對比，能夠實時調整對蓄電池組的充放電控制，從而解決了現有技術所存在的無 法為用戶提供蓄電池組的能量狀態信息以實現對蓄電池組的實時監控，且成本高的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明實施例提供的蓄電池組能量監控系統的結構圖：
[0011] 圖2是本發明實施例提供的蓄電池組能量監控系統中的能量控制與檢測裝置的 示例結構圖；
[0012] 圖3是本發明實施例提供的蓄電池組能量監控系統中的主控制裝置的示例結構 圖。
【具體實施方式】
[0013] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。
[0014] 本發明實施例通過蓄電池組能量監控系統中採用多個能量控制與檢測裝置、蓄電 池組充放電裝置以及主控制裝置，整個蓄電池組能量監控系統的結構簡單，各部分之間的 布線少，節省了系統成本，且通過對多個蓄電池組中的每個蓄電池組的單體蓄電池進行能 量狀態信息監控和對比，能夠實時調整對蓄電池組的充放電控制。
[0015] 圖1示出了本發明實施例提供的蓄電池組能量監控系統的結構，為了便於說明， 僅示出了與本發明相關的部分，詳述如下：
[0016] 本發明實施例所提供的蓄電池組能量監控系統100與多個蓄電池組連接，多個蓄 電池組是由多個獨立的蓄電池組200串聯而成.蓄電池組能量監控系統100還與電池管理 系統101連接，電池管理系統101對多個蓄電池組的每一個蓄電池組200中的單體蓄電池 的狀態信息進行獲取。
[0017] 蓄電池組能量監控系統100包括：
[0018] 多個能量控制與檢測裝置，與多個蓄電池組及電源105連接，多個能量控制與檢 測裝置的數量與多個蓄電池組的數量相同，多個能量控制與檢測裝置中的每一個能量控制 與檢測裝置102用於按照預設電壓值和預設電流值對多個蓄電池組中的每一個蓄電池組 200進行充電控制，並檢測和獲取每一個蓄電池組200中的單體蓄電池的能量狀態信息；
[0019] 蓄電池組充放電裝置103，與多個蓄電池組串聯連接，用於根據控制指令對多個蓄 電池組進行充電或放電控制；
[0020] 主控制裝置104,與電池管理系統101、多個能量控制與檢測裝置、蓄電池充放電 裝置103及電源105連接，用於將多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行顯 示，根據多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息向蓄電池組充放電裝置103發出 所述控制指令，並將電池管理系統101所獲取的能量狀態信息與多個能量控制與檢測裝置 所獲取的能量狀態信息進行對比，當對比誤差超過預設誤差閾值的次數達到預設限定值 時，則針對當前單體蓄電池進行報警處理和/或控制與當前單體蓄電池對應的能量控制與 檢測裝置102以及蓄電池組充放電裝置103停止工作。
[0021] 其中，能量控制與檢測裝置102按照預設電壓值和預設電流值對蓄電池組200進 行充電控制的過程實際上就是以恆流恆壓模式進行充電的過程。多個能量控制與檢測裝置 所獲取的能量狀態信息和電池管理系統101所獲取的能量狀態信息均包括單體蓄電池的 電壓值、電流值、容量及溫度值；對比誤差是指電池管理系統101所獲取的能量狀態信息中 的單體蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值與多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量 狀態信息中的單體蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值之間的差值。
[0022] 進一步地，當主控制裝置104根據多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信 息獲知當前單體蓄電池的電壓達到預設電壓閾值時，則主控制裝置104發出相應的控制指 令控制蓄電池組充放電裝置103按照預設電流遞減值減小對多個蓄電池組的充電電流或 放電電流，直至充電電流或放電電流達到預設最小電流值時，主控制裝置104發出停機指 令控制蓄電池組充放電裝置103停止工作。此外，預設最小電流值小於或等於能量控制與 檢測裝置的預設電流值，這樣就能在對蓄電池組進行充放電控制的過程中使蓄電池的電壓 穩定在一個預設的數值，進而達到能量對齊管理的目的。
[0023] 進一步地，多個能量控制與檢測裝置與主控制裝置104之間可以通過CAN總線、 RS485總線或者RS232總線進行數據通信；主控制裝置104與電池管理系統101之間可以 通過CAN總線、RS485總線或者RS232總線進行數據通信。
[0024] 作為本發明一實施例，如圖2所示，能量控制與檢測裝置102包括控制模塊1021 和多個DC/DC充電模塊。
[0025] 控制模塊1021與電源105及主控制裝置104連接，控制模塊1021用於根據主控 制裝置104發出的控制指令控制多個DC/DC充電模塊按照預設電壓值和預設電流值對多個 蓄電池組中的每一個蓄電池組200進行充電控制，並將多個DC/DC充電模塊所獲取的每一 個蓄電池組200中的單體蓄電池的能量狀態信息反饋回主控制裝置104。
[0026] 多個DC/DC充電模塊與控制模塊1021連接，多個DC/DC充電模塊的數量與能量控 制與檢測裝置102所對應的蓄電池組中的單體蓄電池的數量相同，多個DC/DC充電模塊中 的每一個DC/DC充電模塊1022分別與蓄電池組中的單體蓄電池--對應地連接，每一個 DC/DC充電模塊1022的電壓正極V+和電流正極1+連接單體蓄電池的正極，每一個DC/DC 充電模塊1022的電壓負極V-和電流負極I-連接單體蓄電池的負極，每一個DC/DC充電模 塊1022的電壓正極V+和電壓負極V-用於對單體蓄電池的電壓值進行檢測，每一個DC/DC 充電模塊1022的電流正極1+和電流負極I-用於對單體蓄電池的電流值進行檢測，每一個 DC/DC充電模塊1022的溫度檢測端T與單體蓄電池連接，每一個DC/DC充電模塊1022的溫 度檢測端T用於檢測單體蓄電池的溫度值。
[0027] 作為本發明一實施例，如圖3所示，主控制裝置104包括主控制器1041和顯示器 1042。
[0028] 主控制器1041與控制模塊1021、蓄電池組充放電裝置103、電池管理系統101及 電源105連接，用於根據多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息向蓄電池組充放 電裝置103發出控制指令，並將電池管理系統101所獲取的能量狀態信息與多個能量控制 與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行對比，當對比誤差超過預設誤差閾值的次數達到預 設限定值時，則針對當前單體蓄電池發出報警指令和/或控制與當前單體蓄電池對應的能 量控制與檢測裝置102以及蓄電池組充放電裝置103停止工作。其中，主控制器1041可以 是單片機、ARM處理器或者其他具備數據處理能力的邏輯電路。
[0029] 顯示器1042與主控制器1041及電源105連接，其用於將多個能量控制與檢測裝 置所獲取的能量狀態信息進行顯示以及根據主控制器1041發出的報警指令顯示報警信 息。其中，顯示器1042可以是IXD顯示器、LED顯示器或CRT顯示器，在具體應用中可根據 實際情況擇一選用。
[0030] 在本發明其他實施例中，主控制裝置104還可進一步包括聲光報警模塊1043,聲 光報警模塊1043與主控制器1041及所述電源105連接，其用於根據主控制器1041發出的 報警指令進行聲光報警，例如，類似於警報聲和預警燈等發出閃爍燈光和聲音報警。
[0031] 從上述可知，主控制裝置104在針對當前單體蓄電池進行報警處理可以通過顯示 器1042顯示報警信息或者通過聲光報警模塊1043進行聲光報警來實現。
[0032] 以下結合工作原理對上述的蓄電池組能量監控系統100作進一步說明：
[0033] 在蓄電池組能量監控系統100工作過程中，在多個能量控制與檢測裝置分別對多 個蓄電池組進行恆流恆壓充電的同時，蓄電池組充放電裝置103對多個蓄電池組可以進行 充電控制或放電控制。如果每個能量控制與檢測裝置102中的控制模塊1021向主控制器 1041所反饋的能量狀態信息中出現某一單體蓄電池的電壓值達到預設電壓閾值，主控制裝 置104發出相應的控制指令控制蓄電池組充放電裝置103按照預設電流遞減值減小對多個 蓄電池組的充電電流或放電電流，直至充電電流或放電電流達到預設最小電流值時，與當 前單體蓄電池對應的能量控制與檢測裝置102停止工作，而能量控制與檢測裝置102則繼 續以恆流恆壓模式對蓄電池組200進行充電，直到接收到主控制器1041發出的停機指令時 才會停止工作。與此同時，每個能量控制與檢測裝置102中的控制模塊1021還將每個蓄電 池組200中的單體蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值通過通訊總線（CAN總線、RS485 總線或RS232總線）反饋回主控制器1041，並由主控制器1041控制顯示器1042顯示單體 蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值等信息，同時，電池管理系統101也會獲取並反饋 每個蓄電池組200中的單體蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值至主控制器1041，然後 由主控制器1041對控制模塊1021和電池管理系統101所反饋回來的每個蓄電池組200中 的單體蓄電池的電壓值、電流值、容量及溫度值進行對比，如果出現某一參數值（電壓值、電 流值、容量或溫度值）的對比誤差超過預設誤差閾值的次數達到預設限定值(例如3次)，則 主控制器1041會通過顯示器1042向用戶發出報警信息(或者通過聲光報警模塊1043發出 聲光報警)，並且還可以直接控制與當前單體蓄電池對應的能量控制與檢測裝置102以及蓄 電池組充放電裝置103停止工作以達到保護蓄電池的作用。
[0034] 從上述的蓄電池組能量監控系統100可以看出，蓄電池組能量監控系統100具備 了 BMS的所有功能，其同樣能夠獲取單體蓄電池的能量狀態信息，並且能夠對單體蓄電池 起到檢測、控制及參數對比的作用，如果在某些不需要對能量狀態信息進行對比的場合，蓄 電池組能量監控系統100還可以在脫離電池管理系統101的情況下完成對蓄電池的能量對 齊管理，這樣就能使整個系統的成本更低，有利於本系統的普及應用。此外，在能量控制與 檢測裝置102能夠獨立完成對蓄電池組200的能量對齊管理時，能量控制與檢測裝置102 就不再需要通過通訊總線（CAN總線、RS485總線或RS232總線）與主控制裝置104連接，這 樣就能減少通訊總線，且主控制裝置104也就不再需要顯示器1042和聲光報警模塊1043 分別進行信息顯示和聲光報警，這樣就可以更進一步地節省系統的整體成本。
[0035] 本發明實施例通過在蓄電池組能量監控系統中採用多個能量控制與檢測裝置、蓄 電池組充放電裝置以及主控制裝置，整個蓄電池組能量監控系統的結構簡單，各部分之間 的布線少，節省了系統成本，且通過對多個蓄電池組中的每個蓄電池組的單體蓄電池進行 能量狀態信息監控和對比，能夠實時調整對蓄電池組的充放電控制，解決了現有技術所存 在的無法為用戶提供蓄電池組的能量狀態信息以實現對蓄電池組的實時監控，且成本高的 問題。
[0036] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種蓄電池組能量監控系統，與多個蓄電池組連接，所述多個蓄電池組是由多個獨 立的蓄電池組串聯而成，所述蓄電池組能量監控系統還與電池管理系統連接，所述電池管 理系統對所述多個蓄電池組的每一個蓄電池組中的單體蓄電池的能量狀態信息進行獲取； 其特徵在於，所述蓄電池組能量監控系統包括： 多個能量控制與檢測裝置，與所述多個蓄電池組及電源連接，所述多個能量控制與檢 測裝置的數量與所述多個蓄電池組的數量相同，所述多個能量控制與檢測裝置中的每一個 能量控制與檢測裝置用於按照預設電壓值和預設電流值對所述多個蓄電池組中的每一個 蓄電池組進行充電控制，並檢測和獲取所述每一個蓄電池組中的單體蓄電池的狀態信息； 蓄電池組充放電裝置，與所述多個蓄電池組串聯連接，用於根據控制指令對所述多個 蓄電池組進行充電或放電控制； 主控制裝置，與所述電池管理系統、所述多個能量控制與檢測裝置、所述蓄電池組充放 電裝置及所述電源連接，用於將所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行 顯示，根據所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息向所述蓄電池組充放電裝 置發出所述控制指令，並將所述電池管理系統所獲取的能量狀態信息與所述多個能量控制 與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行對比，當對比誤差超過預設誤差閾值的次數達到預 設限定值時，則針對當前單體蓄電池進行報警處理和/或控制與所述當前單體蓄電池對應 的能量控制與檢測裝置以及所述蓄電池組充放電裝置停止工作。
2. 如權利要求1所述的蓄電池組能量監控系統，其特徵在於，當所述主控制裝置根據 所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息獲知當前單體蓄電池的電壓達到預 設電壓閾值時，所述主控制裝置104發出相應的控制指令控制所述蓄電池組充放電裝置按 照預設電流遞減值減小對多個蓄電池組的充電電流或放電電流，直至所述充電電流或所述 放電電流達到預設最小電流值時，所述主控制裝置發出停機指令控制所述蓄電池組充放電 裝置停止工作。
3. 如權利要求2所述的蓄電池組能量監控系統，其特徵在於，所述預設最小電流值小 於或等於所述預設電流值。
4. 如權利要求1所述的蓄電池組能量監控系統，其特徵在於，所述能量控制與檢測裝 置包括控制模塊和多個DC/DC充電模塊； 所述控制模塊與所述電源及所述主控制裝置連接，所述控制模塊用於根據所述主控制 裝置發出的控制指令控制所述多個DC/DC充電模塊按照預設電壓值和預設電流值對所述 多個蓄電池組中的每一個蓄電池組進行充電控制，並將所述多個DC/DC充電模塊所獲取的 每一個蓄電池組中的單體蓄電池的能量狀態信息反饋回所述主控制裝置； 所述多個DC/DC充電模塊與所述控制模塊連接，所述多個DC/DC充電模塊的數量與所 述能量控制與檢測裝置所對應的蓄電池組中的單體蓄電池的數量相同，所述多個DC/DC充 電模塊中的每一個DC/DC充電模塊分別與蓄電池組中的單體蓄電池一一對應地連接，每一 個DC/DC充電模塊的電壓正極和電流正極連接單體蓄電池的正極，所述每一個DC/DC充電 模塊的電壓負極和電流負極連接單體蓄電池的負極，所述每一個DC/DC充電模塊的電壓正 極和電壓負極用於對單體蓄電池的電壓值進行檢測，所述每一個DC/DC充電模塊的電流正 極和電流負極用於對單體蓄電池的電流值進行檢測，所述每一個DC/DC充電模塊的溫度檢 測端與單體蓄電池連接，所述每一個DC/DC充電模塊的溫度檢測端用於檢測單體蓄電池的 溫度值。
5. 如權利要求4所述的蓄電池組能量監控系統，其特徵在於，所述主控制裝置包括主 控制器和顯示器； 所述主控制器與所述控制模塊、所述蓄電池組充放電裝置、所述電池管理系統及所述 電源連接，所述主控制器用於根據所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息向 所述蓄電池組充放電裝置發出控制指令，並將所述電池管理系統所獲取的能量狀態信息與 所述多個能量控制與檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行對比，當所述對比誤差超過所述 預設誤差閾值的次數達到所述預設限定值時，則針對當前單體蓄電池發出報警指令和/或 控制與所述當前單體蓄電池對應的能量控制與檢測裝置以及所述蓄電池組充放電裝置停 止工作； 所述顯示器與所述主控制器及所述電源連接，所述顯示器用於將所述多個能量控制與 檢測裝置所獲取的能量狀態信息進行顯示以及根據所述主控制器發出的報警指令顯示報 警信息。
6. 如權利要求5所述的蓄電池組能量監控系統，其特徵在於，所述主控制裝置還包括 聲光報警模塊，所述聲光報警模塊與所述主控制器及所述電源連接，所述聲光報警模塊用 於根據所述主控制器發出的報警指令進行聲光報警。
【文檔編號】H02J7/00GK104113090SQ201310131536
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優先權日:2013年4月16日
【發明者】毛廣甫 申請人:毛廣甫