一種電池的浮充方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電池的浮充方法和系統(tǒng)，通過電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，通過控制模塊和雙向逆變器或者雙向DC/DC控制充放電，當(dāng)電池處于浮充待機(jī)狀態(tài)時(shí)，判斷電池的SOC是否在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)，根據(jù)浮充下限控制循環(huán)充放，從而使得電池或電池組始終處于在線狀態(tài)，適用于UPS、EPS等需要電池保持在線快速響應(yīng)的場(chǎng)合。
【專利說明】一種電池的浮充方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池應(yīng)用領(lǐng)域，具體講的是一種電池的浮充方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高，越來越多的場(chǎng)合應(yīng)用了 EPS應(yīng)急電源和UPS不間斷電源等電源設(shè)備。一旦遇上突然的自然災(zāi)害或者其他緊急狀況，市電停止供電，這些電源就可以向消防設(shè)施、安保設(shè)施、醫(yī)用設(shè)備、應(yīng)急照明、重要的服務(wù)器、自動(dòng)化控制模塊等供電，保證一些重要的設(shè)備的持續(xù)工作。由于電腦等一些設(shè)備能忍受的停電時(shí)間特別短，因此大部分的UPS和EPS需要做到無縫切換，為了能達(dá)到這樣的目標(biāo)大部分電源內(nèi)部的電池都是直接接到母線上從不斷開，因此這些電池都長(zhǎng)期處于一種浮充的狀態(tài)。
[0003]但是如何對(duì)電池進(jìn)行浮充一直是一個(gè)難點(diǎn)，以UPS中最常用的閥控式鉛酸電池為例。某單位的UPS鉛酸電池使用時(shí)間不到兩年，容量衰減就超過50%以上，經(jīng)過研究表明是該公司UPS的鉛酸電池常期浮充所致。因?yàn)樾铍姵卦陂L(zhǎng)期浮充電狀態(tài)下，只充電而不放電，勢(shì)必會(huì)造成蓄電池的陽極極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量大幅下降，從而造成蓄電池使用壽命下降。另外，鉛酸電池浮充電壓的選擇應(yīng)該隨電池的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，過高的浮充電壓可能造成過充，影響電池的使用壽命；過低的浮充電壓會(huì)造成電池氧復(fù)合效率降低，負(fù)極還原不徹底，PbSO4長(zhǎng)時(shí)間積累形成不可逆的晶體，負(fù)板逐漸鈍化，最終導(dǎo)致容量大幅衰減。鋰離子電池同樣存在長(zhǎng)期浮充容量下降的問題，只有磷酸鐵鋰等少數(shù)鋰電池耐浮充性能比較好。
[0004]現(xiàn)行的技術(shù)一般以固定的浮充電壓對(duì)電池組進(jìn)行浮充，問題是電池組的最優(yōu)浮充電壓與環(huán)境溫度等因素有密切聯(lián)系，因此當(dāng)最優(yōu)浮充電壓變化的時(shí)候該方法很可能導(dǎo)致電池容量的快速衰減。如果要根據(jù)電池的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整的話，需要考慮溫度等其他因素對(duì)浮充電壓進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，由于電池的一致性等問題，浮充電壓的計(jì)算模型難以建立，并且很難實(shí)用化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為克服上述技術(shù)缺陷，提出了一種電池的浮充方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)不需要設(shè)定精確的浮充電壓，控制電池在滿電狀態(tài)附近的范圍內(nèi)循環(huán)充放。該方法既不會(huì)導(dǎo)致電池壽命衰減(使用無記憶效應(yīng)電池)，同時(shí)又克服了電池自放電，浮充電壓難以確定以及電池長(zhǎng)期處于充電狀態(tài)的問題，適用于所有的沒有記憶效應(yīng)的電池。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種電池的浮充方法，其特征在于:
當(dāng)電池處于浮充待機(jī)狀態(tài)時(shí)，判斷電池的soc(電池荷電狀態(tài))是否在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)；
如果電池的SOC狀體在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)，則以0.1c (即電池額定電流的0.1倍)放電至浮充下限(浮充下限可根據(jù)需要設(shè)置，但不超出淺充淺放的范圍，即浮充下限最低應(yīng)不小于90%S0C，越接近100%S0C越好)，放電至浮充下限后再繼續(xù)以0.1 C充電至100%S0C，然后循環(huán)充放(循環(huán)充放應(yīng)在上述淺充淺放范圍內(nèi));充放電電流可以小于0.1c并且越小越好，應(yīng)該以軟硬件能精確測(cè)量的最小電流作為參考設(shè)置。
[0007]如果電池的SOC狀體不在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)，則以0.1 c (或者更小的電流)電流充電至100%，再繼續(xù)以0.1C循環(huán)充放。
[0008]當(dāng)上述電池是電池組時(shí)，同樣適用上述方法。
[0009]為了保證電池或者電池組的安全，SOC應(yīng)該以單電池的最高電壓作為校準(zhǔn)。例如磷酸鐵鋰電池以3.6v作為電池充滿即SOC為100%，如果是電池組則應(yīng)該以電池組中單體電池電壓最高的那一個(gè)單電池電壓作為校準(zhǔn)。
[0010]因此要求硬件上必須有用于采集電壓的測(cè)量電路，作為SOC校準(zhǔn)以及電池保護(hù)。
[0011]SOC的計(jì)算利用安時(shí)積分法，也可以同時(shí)加入電壓矯正和凱爾曼濾波等方法。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明的浮充系統(tǒng)包括電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置、控制模塊和雙向逆變器或者雙向DC/DC (直流變換器)；電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別與電池連接，然后電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別連接至控制模塊，控制模塊連接計(jì)時(shí)器和雙向逆變器或者雙向DC/DC，雙向逆變器或者雙向DC/DC與整個(gè)電池組或電池連接。
[0013]所述電壓測(cè)量裝置和電流測(cè)量裝置精度應(yīng)盡量高。
[0014]所述電流測(cè)量裝置以及計(jì)時(shí)裝置(可以是外部計(jì)時(shí)器，也可以是控制模塊集成的計(jì)時(shí)器)的精度很大程度上決定了 SOC的精度。
[0015]所述可控的雙向逆變器對(duì)電流的控制越精確越好。
[0016]所述雙向逆變器或雙向DC/DC要求有恒流模式且在小電流情況下控制精度較高紋波較小。
[0017]所述系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備既可以采用現(xiàn)有的設(shè)備，也可以自行設(shè)計(jì)。
[0018]所述系統(tǒng)的工作流程為:
步驟一，電壓測(cè)量裝置采集電池或者電池組中各個(gè)單電池的電壓值并上傳到控制模塊；
步驟二，電流測(cè)量裝置采集總電流值上傳到控制模塊；
步驟三，控制模塊根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算前后兩次采集電流的時(shí)間間隔；步驟四，控制模塊利用電流測(cè)量裝置上傳的總電流值與步驟三得到的時(shí)間間隔計(jì)算電池或電池組的SOC，SOC的計(jì)算方法采用安時(shí)積分法并輔助電池電壓進(jìn)行修正(例如磷酸鐵鋰電池電壓達(dá)到3.6v則其SOC認(rèn)為是100%)，根據(jù)電池或電池組當(dāng)前的SOC值給雙向逆變器或雙向DC/DC下達(dá)充放電命令；
步驟五，雙向逆變器或雙向DC/DC按照控制模塊下達(dá)的充放電命令對(duì)電池或電池組進(jìn)行充放電。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明中，電池或電池組始終處于在線狀態(tài)，適用于UPS、EPS等需要電池保持在線快速響應(yīng)的場(chǎng)合；
2、本發(fā)明中，不需要設(shè)定浮充電壓，浮充電壓的設(shè)定相當(dāng)?shù)睦щy，如設(shè)置不當(dāng)有可能導(dǎo)致電池容量迅速衰減； 3、本發(fā)明中，不會(huì)使電池或電池組長(zhǎng)時(shí)間只處于充電狀態(tài)，有利于保護(hù)電池；同時(shí)小范圍的淺充淺放不會(huì)減少電池壽命；
4、本發(fā)明的充放電邏輯方法適用于大多數(shù)充放電系統(tǒng)，所以可以直接在現(xiàn)有系統(tǒng)上對(duì)軟件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，因此本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的控制流程圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的硬件原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022]本發(fā)明實(shí)施的一種電池的浮充方法，其控制流程見圖1，首先控制模塊確認(rèn)UPS沒有工作在應(yīng)急供電狀態(tài)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入浮充待機(jī)狀態(tài)。判斷電池或者電池組的SOC狀體，如果是100%則以0.1c放電至浮充下限，下限可以人工設(shè)置但是不應(yīng)該超出淺充淺放的范圍，放至下限后再繼續(xù)以0.1C循環(huán)充放。如果電池或者電池組的SOC不是100%，則以0.1c電流充電至100%，再繼續(xù)以0.1C循環(huán)充放。
[0023]上述ups可以是單電池也可以是電池組。
[0024]為了保證電池或者電池組的安全，SOC應(yīng)該以單電池最高電壓作為校準(zhǔn)，例如磷酸鐵鋰電池以3.6v作為電池充滿即SOC為100%，如果是電池組則應(yīng)該以電池組中單體電池電壓最高的那一個(gè)作為校準(zhǔn)。
[0025]因此要求硬件上必須有用于采集電壓的測(cè)量電路，作為SOC校準(zhǔn)以及電池保護(hù)。
[0026]SOC的計(jì)算利用安時(shí)積分法，也可以同時(shí)加入電壓矯正和凱爾曼濾波等方法。
[0027]為實(shí)現(xiàn)上述方法，如圖2所示，一個(gè)基本的硬件原理結(jié)構(gòu)，包括電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置、控制模塊和雙向逆變器或者雙向DC/DC (直流變換器)；電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別與電池連接，然后電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別連接至控制模塊，控制模塊連接計(jì)時(shí)器和雙向逆變器或者雙向DC/DC，雙向逆變器或者雙向DC/DC與整個(gè)電池組或電池連接。
[0028]所述電壓測(cè)量裝置和電流測(cè)量裝置精度應(yīng)盡量高。
[0029]所述電流測(cè)量裝置以及計(jì)時(shí)裝置(可以是外部計(jì)時(shí)器，也可以是控制模塊集成的計(jì)時(shí)器)的精度很大程度上決定了 SOC的精度。
[0030]所述可控的雙向逆變器對(duì)電流的控制越精確越好。
[0031]所述雙向逆變器或雙向DC/DC要求有恒流模式且在小電流情況下控制精度較高紋波較小。
[0032]所述系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備既可以采用現(xiàn)有的設(shè)備，也可以自行設(shè)計(jì)。
[0033]所述系統(tǒng)的工作流程為:
步驟一，電壓測(cè)量裝置采集電池或者電池組中各個(gè)單電池的電壓值并上傳到控制模塊；
步驟二，電流測(cè)量裝置采集總電流值上傳到控制模塊；
步驟三，控制模塊根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算前后兩次采集電流的時(shí)間間隔； 步驟四，控制模塊利用電流測(cè)量裝置上傳的總電流值與步驟三得到的時(shí)間間隔計(jì)算電池或電池組的SOC，SOC的計(jì)算方法采用安時(shí)積分法并輔助電池電壓進(jìn)行修正(例如磷酸鐵鋰電池電壓達(dá)到3.6v則其SOC認(rèn)為是100%)，根據(jù)電池或電池組當(dāng)前的SOC值給雙向逆變器或雙向DC/DC下達(dá)充放電命令；
步驟五，雙向逆變器或雙向DC/DC按照控制模塊下達(dá)的充放電命令對(duì)電池或電池組進(jìn)行充放電。
【權(quán)利要求】
1.一種電池的浮充方法，其特征在于: 首先，當(dāng)電池處于浮充待機(jī)狀態(tài)時(shí)，判斷電池的SOC是否在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)； 如果電池的SOC狀體在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)，則以0.1c放電至浮充下限，放電至浮充下限后再繼續(xù)以0.1 C充電至100%S0C，然后循環(huán)充放；充放電電流小于0.1c,以軟硬件能精確測(cè)量的最小電流作為參考設(shè)置； 如果電池的SOC狀體不在設(shè)定的循環(huán)容量范圍內(nèi)，則以0.1 C或者更小的電流進(jìn)行充電至100%，再繼續(xù)以0.1C循環(huán)充放； 當(dāng)上述電池是電池組時(shí)，同樣適用上述方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池的浮充方法，其特征在于:所述0.1c是指電池額定電流的0.1倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池的浮充方法，其特征在于:所述浮充下限的最低大于或等于90%S0C，并且小于100%S0C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池的浮充方法，其特征在于:S0C以單電池的最高電壓作為校準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池的浮充方法，其特征在于:所述SOC的計(jì)算利用安時(shí)積分法。
6.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的方法的浮充系統(tǒng)，其特征在于:電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置、控制模塊和雙向逆變器或者雙向直流變換器；電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別與電池連接，然后電壓測(cè)量裝置、電流測(cè)量裝置分別連接至控制模塊，控制模塊連接計(jì)時(shí)器和雙向逆變器或者雙向直流變換器，雙向逆變器或者雙向直流變換器與整個(gè)電池組或電池連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮充系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)時(shí)裝置是外部計(jì)時(shí)器，或者是控制模塊集成的計(jì)時(shí)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的浮充系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)的工作流程如下: 步驟一，電壓測(cè)量裝置采集電池或者電池組中各個(gè)單電池的電壓值并上傳到控制模塊； 步驟二，電流測(cè)量裝置采集總電流值上傳到控制模塊； 步驟三，控制模塊根據(jù)計(jì)時(shí)器提供的時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算前后兩次采集電流的時(shí)間間隔； 步驟四，控制模塊利用電流測(cè)量裝置上傳的總電流值與步驟三得到的時(shí)間間隔計(jì)算電池或電池組的SOC，SOC的計(jì)算方法采用安時(shí)積分法并輔助電池電壓進(jìn)行修正，根據(jù)電池或電池組當(dāng)前的SOC值給雙向逆變器或雙向DC/DC下達(dá)充放電命令； 步驟五，雙向逆變器或雙向DC/DC按照控制模塊下達(dá)的充放電命令對(duì)電池或電池組進(jìn)行充放電。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104051811SQ201410288092
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王珂, 李玉龍, 侯曉寶, 王睿, 李明科 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司