电池组并联充放电装置及充放电控制方法与流程

本发明涉及储能及动力电池并联控制技术领域，特别涉及一种电池组并联充放电装置及充放电控制方法。

背景技术：

受单体电池制造水平和工艺的限制，目前储能系统和电动汽车中的锂电池包大多采用多支路电池组并联的形式，来满足储能系统和电动汽车的容量和性能要求。随着系统规模的增大，电池组并联支路数越来越多，并联后的电池组之间由于电池电压、内阻、自放电率等参数差异会出现电流不均衡的现象，严重时支路间会产生电流环流，严重影响储能系统的寿命和性能，并存在安全隐患。还有，并联的电池组在充电时会出现某条支路充满而其他支路电量还未充满的情况，此时如果继续充电，充满的支路可能会发生安全问题，影响系统的使用寿命。

现有技术中有通过串联在支路电池组上的开关实现对并联电池组的依次充电，避免了电池组间的环流，但无法对多支路并联在一起的电池组同时进行充电并抑制环流。另外，也有采用均衡电阻对并联支路进行均衡电流控制，但是均流能力有限。此外，采用的均衡电阻属于损耗型器件，会消耗系统的能量，原则上均衡电阻越小越好，但均衡电阻过小可能无法达到均衡支路电流的目的，均衡电阻过大又会造成能量浪费。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对多支路并联的电池组中各支路电流不平衡且处理时均流能力有限的缺陷，提供一种能够有效地均衡支路间的电流、保证充电时所有支路能够充满从而提高电池的使用寿命和性能的电池组并联充放电装置及充放电控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电池组并联充放电装置，其特点在于，包括控制器和多个并联支路，所述多个并联支路间并联连接，每个所述并联支路包括串联连接的电池组和至少两级均衡子电路，所述均衡子电路包括并联连接的均衡电阻和均衡开关；所述控制器用于获取每条所述并联支路的电流并计算所有并联支路的平均电流，根据每条所述并联支路的电流与所述平均电流控制所述均衡开关的闭合与断开。

本方案中，每个并联支路中包括至少两级均衡子电路，控制器根据并联支路的电流和平均电流能够精确地计算出需要接入的均衡电阻的阻值，再通过对支路中多级均衡子电路中均衡开关的控制实现精确的均流功能，最终有效地解决各并联支路中电流不平衡的问题。

本方案通过多级均衡子电路能够提高均流能力，多级均衡子电路中每个均衡电阻的阻值相对较小，进而能够合理平衡均流能力和均衡电阻所带来的能耗浪费。

较佳地，所述均衡电阻的阻值等于所在并联支路的电池组的总阻值。

较佳地，每个所述并联支路还包括主控开关，所述主控开关与所述电池组串联连接，所述控制器还用于判断所述并联支路是否充满，若是则断开所述主控开关。

本方案中，通过每个并联支路中串联独立的主控开关能够实现多并联支路同时进行充电的同时保证所有并联支路均能够完全充满，进而提高电池组的寿命和性能。

较佳地，每个所述并联支路还包括环流抑制电路；所述环流抑制电路与所述电池组串联连接，所述环流抑制电路包括并联连接的充电抑制支路和放电抑制支路；所述充电抑制支路包括串联连接的充电抑制开关和充电抑制二极管，所述充电抑制二极管的导通电流方向与所述电池组的充电电流方向一致；所述放电抑制支路包括串联连接的放电抑制开关和放电抑制二极管，所述放电抑制二极管的导通电流方向与所述电池组的放电电流方向一致；所述控制器还用于判断所述电池组并联充放电装置是否处于充电状态，若是则闭合所述充电抑制开关并断开所述放电抑制开关，若否则断开所述充电抑制开关并闭合所述放电抑制开关。

本方案中，每个并联支路包括充电抑制支路和放电抑制支路，利用二极管的单向导通特性以及控制器对充电抑制开关和放电抑制开关进行控制，能够有效抑制并联支路间的电流环流。

较佳地，所有开关均为继电器。

本发明还提供一种电池组并联充放电控制方法，其特点在于，所述电池组并联充放电控制方法使用权利要求1所述的电池组并联充放电装置，所述电池组并联充放电控制方法包括以下步骤：

s1、上电时闭合所有所述均衡开关；

s2、所述控制器获取每条所述并联支路的电流，计算所有并联支路的平均电流；

s3、所述控制器比较每条所述并联支路的电流与所述平均电流，根据比较结果和所述均衡电阻的阻值计算待接入的目标电阻值，根据所述目标电阻值选择待接入的均衡子电路；

s4、断开所述待接入的均衡子电路所对应的均衡开关。

本方案中，每个并联支路中包括至少两级均衡子电路，控制器根据并联支路的电流和平均电流能够精确的计算出需要接入的均衡电阻的阻值，再通过对支路中多级均衡子电路中均衡开关的进行控制实现精确的均流功能，从而解决各并联支路中电流不平衡的问题。

本方案通过多级均衡子电路能够有效地均衡并联支路间的电流，避免了并联支路间电流不均时个别并联支路过流对电池组造成损伤，另外还能够合理地控制均衡电阻所带来的能耗浪费。

较佳地，每个所述并联支路包括两级所述均衡子电路，所述均衡电阻的阻值等于所在并联支路的电池组的总阻值，步骤s3中：当所述并联支路的电流大于等于两倍的所述平均电流且小于三倍的所述平均电流时，选择一级所述均衡子电路作为所述待接入的均衡子电路；当所述并联支路的电流大于等于三倍的所述平均电流时，选择两级所述均衡子电路作为所述待接入的均衡子电路。

本方案中，通过比较每个并联支路的电流和平均电流的数量关系，能够精确地控制接入并联支路的均衡电阻的总阻值，以达到有效且合理地降低并联支路的电流值的效果，从而减小并联直流间的电流差异。

较佳地，每个所述并联支路还包括主控开关，所述主控开关与所述电池组串联连接；步骤s1中上电时还闭合所述主控开关，步骤s1之后还包括以下步骤：判断所述并联支路是否充满，若是则断开所述主控开关。

本方案中，通过每个并联支路中串联独立的主控开关能够有效地处理先充满的支路，进而能够实现在多并联支路同时进行充电时同时能够保证所有并联支路均能够完全充满，能够提高电池组的一致性，最终提高电池组的寿命和性能。

较佳地，每个所述并联支路还包括环流抑制电路；所述环流抑制电路与所述电池组串联连接，所述环流抑制电路包括并联连接的充电抑制支路和放电抑制支路；所述充电抑制支路包括串联连接的充电抑制开关和充电抑制二极管，所述充电抑制二极管的导通电流方向与所述电池组的充电电流方向一致；所述放电抑制支路包括串联连接的放电抑制开关和放电抑制二极管，所述放电抑制二极管的导通电流方向与所述电池组的放电电流方向一致；步骤s1之后还包括以下步骤：所述控制器判断所述电池组并联充放电装置是否处于充电状态，若是则闭合所述充电抑制开关并断开所述放电抑制开关，若否则断开所述充电抑制开关并闭合所述放电抑制开关。

本方案中，控制器对充电抑制开关和放电抑制开关进行关断和闭合控制，能够对多支路并联在一起的电池组同时进行充电并有效抑制并联支路间的电流环流，避免了环流产生的能量浪费，提高了电池组的充放电效率。

较佳地，所有开关均为继电器。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的电池组并联充放电装置及充放电控制方法能够有效地均衡并联支路间的电流，抑制并联支路间的环流，保证所有并联支路同时充电时所有支路能够完全充满，从而提高电池组的寿命和性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的电池组并联充放电装置的示意图。

图2为本发明实施例2的电池组并联充放电控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，一种电池组并联充放电装置，包括控制器(图中未示出)和四个并联支路1，四个并联支路1间并联连接，每个并联支路1包括串联连接的电池组101、环流抑制电路102、两级均衡子电路103和主控开关104。

每个均衡子电路103包括并联连接的均衡电阻1031和均衡开关1032，均衡电阻1031的阻值等于所在并联支路1的电池组101的总阻值。

环流抑制电路102包括并联连接的充电抑制支路1021和放电抑制支路1022。充电抑制支路1021包括串联连接的充电抑制开关10211和充电抑制二极管10212，充电抑制二极管10212的导通电流方向与电池组101的充电电流方向一致。放电抑制支路1022包括串联连接的放电抑制开关10221和放电抑制二极管10222，放电抑制二极管10222的导通电流方向与电池组101的放电电流方向一致。

本实施例中，所有开关均为继电器。

本实施例中，控制器用于获取每条并联支路1的电流并计算四个并联支路1的平均电流，根据每条并联支路1的电流与平均电流控制该并联支路1上的均衡开关1032的闭合与断开。控制器还用于判断每条并联支路1是否充满，若是则断开该并联支路1上的主控开关104。控制器还用于判断电池组并联充放电装置是否处于充电状态，若是则闭合所有的充电抑制开关10211并断开所有的放电抑制开关10221，若否则断开所有的充电抑制开关10211并闭合所有的放电抑制开关10221。

本实施例中，通过设置两级均衡子电路103，能够有效地均衡四个并联支路1间的电流，减小四个并联支路1间电流差异；同时通过对每个并联支路1设置环流抑制电路102，该电路中的二极管能够有效地抑制并联支路1间环流。通过控制器对主控开关104的控制能够保证充电时所有并联支路1均能够完全充满，从而提高电池组的寿命和性能。

需要说明的是，虽然本实施例仅采用了两级均衡子电路103，但是对于本发明均衡子电路103可以采用多级实现，具体根据应用需求而定。

实施例2

如图2所示，一种电池组并联充放电控制方法，该电池组并联充放电控制方法使用实施例1的电池组并联充放电装置，电池组并联充放电控制方法包括以下步骤：

步骤s101、上电时闭合所有的均衡开关1032和主控开关104；

步骤s102、判断电池组并联充放电装置是否处于充电状态，若是则执行步骤s103，若否则执行步骤s103’；

步骤s103、闭合充电抑制开关10211并断开放电抑制开关10221，执行步骤s104；

步骤s103’、断开充电抑制开关10211并闭合放电抑制开关10221，执行步骤s104’；

步骤s104、控制器获取每条并联支路1的电流，计算所有并联支路1的平均电流；

步骤s105、控制器判断并联支路1的电流是否大于等于两倍的平均电流且小于三倍的平均电流时，若是则执行步骤s106，若否则执行步骤s107；

步骤s106、选择一级均衡子电路103作为待接入的均衡子电路，执行步骤s109；

步骤s107、判断并联支路1的电流是否大于等于三倍的平均电流，若是则执行步骤s108，若否则执行步骤s110；

步骤s108、选择两级均衡子电路103作为待接入的均衡子电路，执行步骤s109；

步骤s109、断开待接入的均衡子电路103所对应的均衡开关1032，执行步骤s110；

步骤s110、判断并联支路1是否充满，若是则执行步骤s111，若否则执行步骤s112；

步骤s111、断开充满的并联支路1上的主控开关104，执行步骤s112；

步骤s112、判断四个并联支路1是否全部充满，若否执行步骤s102，若是执行步骤s113；

步骤s104’、控制器获取每条并联支路1的电流，计算所有并联支路1的平均电流，执行步骤s105’；

步骤s105’、控制器判断并联支路1的电流是否大于等于两倍的平均电流且小于三倍的平均电流时，若是则执行步骤s106’，若否则执行步骤s107’；

步骤s106’、选择一级均衡子电路103作为待接入的均衡子电路，执行步骤s109’；

步骤s107’、判断并联支路1的电流是否大于等于三倍的平均电流，若是则执行步骤s108’，若否则执行步骤s110’；

步骤s108’、选择两级均衡子电路103作为待接入的均衡子电路，执行步骤s109’；

步骤s109’、断开待接入的均衡子电路103所对应的均衡开关1032，执行步骤s110’；

步骤s110’、判断并联支路1是否放电结束，若是则执行步骤s113；

步骤s113、流程结束。

本实施例中，通过两级均衡子电路能够实现四个并联支路间电流的均流作用，避免了并联支路间电流不均时个别并联支路过流对电池组造成损伤；通过二极管抑制了并联支路间的电流环流，避免了环流产生的能量浪费，提高了电池组的充放电效率。本电池组并联充放电控制方法提高了电池组的一致性，提高了电池组的使用寿命和安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。