并联电池组均衡系统及其方法与流程

本发明涉及电池组均衡管理技术领域，具体涉及一种并联电池组均衡系统及其方法。

背景技术：

受到单体电池电压等级与容量的限制，在工程应用中，为了获得较大的电压与容量等级，通常将单体电池串联或者并联成组使用，目前电池管理有较多的串联电池组均衡管理方法与系统，但并联电池组的均衡系统与均衡方法相对缺乏。且并联电池组长期运行将会导致电池组内部环流，严重损害了电池组的使用寿命。

技术实现要素：

本申请通过提供一种并联电池组均衡系统及其方法，以解决并联电池组长期运行而导致电池组内部环流，严重损害电池组的使用寿命的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种并联电池组均衡系统，包括为负载R供电的n只并联的单体电池BT_i，1≤i≤n，n为大于1的整数，其关键在于，每个单体电池的并联支路上均串联有电阻R_i，且电阻R₁到电阻R_n-1上均设置有并联电流均衡单元PCBU，所述并联电流均衡单元PCBU设置有电流差分采样线W₁、电流差分采样线W₂、电流调整输入线W₃以及电流调整输出线W₄；

针对电阻R_i对应的并联电流均衡单元PCBU而言，电流差分采样线W₁连接单体电池BT_i的正极，电流差分采样线W₂连接单体电池BT_i+1的正极，电流调整输入线W₃和电流调整输出线W₄对应连接在电阻R_i的两端。

电阻R_i为并联电池组内部电路取样兼过流保护的电阻。

进一步地，所述并联电池均衡单元PCBU包括依次连接的差分反向放大电路、反向求和电路、分压电路及功率通路，其中，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₁和电流差分采样线W₂为所述差分反向放大电路的两个输入端，得到放大差分电压U₁，后经所述反向求和电路进一步放大差分电压，得到电压U₂，所述功率通路进行双向电流控制。

进一步地，所述差分反向放大电路包括电阻R₁₁、电阻R₂₂、电阻R₁₂、电阻R₂₁及运算放大器U_1B，其中，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₁经电阻R₁₁连接所述运算放大器U_1B的反相输入端，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₂经电阻R₂₂连接所述运算放大器U_1B的同相输入端，所述运算放大器U_1B的同相输入端经电阻R₂₁接地，所述电阻R₂₁串联在所述运算放大器U_1B的反相输入端与所述运算放大器U_1B的输出端之间，所述运算放大器U_1B的输出端经滤波电容C₁接地，所述运算放大器U_1B的输出端输出放大差分电压U₁；

所述反向求和电路包括电阻R₃₁、电阻R₃₂、电阻R₃₃、电阻R₃₄及运算放大器U_2B，其中，放大差分电压U₁经电阻R₃₂输入到所述运算放大器U_2B的反相输入端，同时，系统容忍下限电压V_ref通过所述电阻R₃₁输入到所述运算放大器U_2B的反相输入端，所述运算放大器U_2B的同相输入端经所述电阻R₃₄接地，所述电阻R₃₃串联在所述运算放大器U_2B的反相输入端与所述运算放大器U_2B的输出端之间，所述运算放大器U_2B的输出端通过滤波电容C₂接地,所述运算放大器U_2B的输出端输出放大差分电压U₂；

电阻R₅₁和电阻R₅₂串联组成分压电路，所述功率通路包括NMOS开关管Q₁和NMOS开关管Q₂，其中，所述NMOS开关管Q₁的栅极与所述NMOS开关管Q₂的栅极均连接在电阻R₅₁和电阻R₅₂之间，电阻R₅₁的另一端连接所述运算放大器U_2B的输出端，电阻R₅₂的另一端接地，所述NMOS开关管Q₁的源极与所述NMOS开关管Q₂的源极相连，所述NMOS开关管Q₁的漏极接电流调整输入线W₃，所述NMOS开关管Q₂的漏极接电流调整输出线W₄。

进一步地，还包括钳位二极管D₁，所述钳位二极管D₁的负极连接所述运算放大器U_2B的输出端,所述钳位二极管D₁的正极接地。

进一步地,R₁₁＝R₂₂,R₁₂＝R₂₁,U₁＝-(U_W1-U_W2)*R₁₂/R₁₁,

一种并联电池组均衡系统的均衡方法，包括如下步骤：

S1：设置K的初值为1，以第一条并联支路开始进行控制；

S2：利用并联电流均衡单元PCBU对第K条并联支路的支路电流I_K和第K+1条并联支路的支路电流I_K+1进行比较，当I_K＜I_K+1时，进入步骤S3；否则并联电流均衡单元PCBU截断第K条并联支路的电流，使得I_K＝0并进入步骤S6；

S3：并联电流均衡单元PCBU继续比较是否I_K+1-I_K＞V_ref*R₃₃/R₃₂，如果是，则进入步骤S4，否则并联电流均衡单元PCBU截断第K条并联支路的电流，使得I_K＝0并进入步骤S6；

S4：并联电流均衡单元PCBU输出的放大差分电压U₂逐渐增大；

S5：第K条并联支路的支路电流I_K逐渐增大；

S6：设置K＝K+1，在满足K≤n条件下按照步骤S2-步骤S5的方式对下一条并联支路进行控制，直至均衡结束。

由所述并联电流均衡单元PCBU根据相邻的电流差，调整通过自身的电流值，从而达到均衡各个单体电池输出输入电流的目的。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：

提供了有效的并联电池组均衡方法，提高了并联电池组的使用寿命。

附图说明

图1为并联电池组均衡系统示意图；

图2为并联电流均衡单元原理电路图；

图3为并联电池组均衡系统电流示意图；

图4为并联电池组均衡方法流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种并联电池组均衡系统及其方法，以解决并联电池组长期运行而导致电池组内部环流，严重损害电池组的使用寿命的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。

实施例

一种并联电池组均衡系统，如图1所示，包括为负载R供电的n只并联的单体电池BT_i，1≤i≤n，n为大于1的整数，每个单体电池的并联支路上均串联有电阻R_i，且电阻R₁到电阻R_n-1上均设置有并联电流均衡单元PCBU，所述并联电流均衡单元PCBU设置有电流差分采样线W₁、电流差分采样线W₂、电流调整输入线W₃以及电流调整输出线W₄；

针对电阻R_i对应的并联电流均衡单元PCBU而言，电流差分采样线W₁连接单体电池BT_i的正极，电流差分采样线W₂连接单体电池BT_i+1的正极，电流调整输入线W₃和电流调整输出线W₄对应连接在电阻R_i的两端，电阻R_i为并联电池组内部电路取样兼过流保护的电阻。

所述并联电池均衡单元PCBU包括依次连接的差分反向放大电路、反向求和电路、分压电路及功率通路，其中，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₁和电流差分采样线W₂为所述差分反向放大电路的两个输入端，得到放大差分电压U₁，后经所述反向求和电路进一步放大差分电压，得到电压U₂，所述功率通路进行双向电流控制。

如图2所示，所述差分反向放大电路包括电阻R₁₁、电阻R₂₂、电阻R₁₂、电阻R₂₁及运算放大器U_1B，其中，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₁经电阻R₁₁连接所述运算放大器U_1B的反相输入端，所述并联电流均衡单元PCBU的电流差分采样线W₂经电阻R₂₂连接所述运算放大器U_1B的同相输入端，所述运算放大器U_1B的同相输入端经电阻R₂₁接地，所述电阻R₂₁串联在所述运算放大器U_1B的反相输入端与所述运算放大器U_1B的输出端之间，所述运算放大器U_1B的输出端经滤波电容C₁接地，所述运算放大器U_1B的输出端输出放大差分电压U₁。R₁₁＝R₂₂,R₁₂＝R₂₁,U₁＝-(U_W1-U_W2)*R₁₂/R₁₁。

所述反向求和电路包括电阻R₃₁、电阻R₃₂、电阻R₃₃、电阻R₃₄及运算放大器U_2B，其中，放大差分电压U₁经电阻R₃₂输入到所述运算放大器U_2B的反相输入端，同时，系统容忍下限电压V_ref通过所述电阻R₃₁输入到所述运算放大器U_2B的反相输入端，所述运算放大器U_2B的同相输入端经所述电阻R₃₄接地，所述电阻R₃₃串联在所述运算放大器U_2B的反相输入端与所述运算放大器U_2B的输出端之间，所述运算放大器U_2B的输出端通过滤波电容C₂接地,所述运算放大器U_2B的输出端输出放大差分电压U₂。所述钳位二极管D₁的负极连接所述运算放大器U_2B的输出端,所述钳位二极管D₁的正极接地，钳位二极管D₁起到保护后端NMOS开关管的作用。

电阻R₅₁和电阻R₅₂串联组成分压电路，所述功率通路包括NMOS开关管Q₁和NMOS开关管Q₂，其中，所述NMOS开关管Q₁的栅极与所述NMOS开关管Q₂的栅极均连接在电阻R₅₁和电阻R₅₂之间，电阻R₅₁的另一端连接所述运算放大器U_2B的输出端，电阻R₅₂的另一端接地，所述NMOS开关管Q₁的源极与所述NMOS开关管Q₂的源极相连，所述NMOS开关管Q₁的漏极接电流调整输入线W₃，所述NMOS开关管Q₂的漏极接电流调整输出线W₄。

当单体电池放电时，电流大小由NMOS开关管Q₂决定，并通过NMOS开关管Q₁体二极管形成电流通路，当单体电池充电时，电流大小由NMOS开关管Q₁决定，并通过NMOS开关管Q₂体二极管形成电流通路。

图3所示为并联电池组均衡系统的电流示意图。

一种并联电池组均衡系统的均衡方法，如图4所示，包括如下步骤：

S1：设置K的初值为1，以第一条并联支路开始进行控制；

S2：利用并联电流均衡单元PCBU对第K条并联支路的支路电流I_K和第K+1条并联支路的支路电流I_K+1进行比较，当I_K＜I_K+1时，进入步骤S3；否则并联电流均衡单元PCBU截断第K条并联支路的电流，使得I_K＝0并进入步骤S6；

S3：并联电流均衡单元PCBU继续比较是否I_K+1-I_K＞V_ref*R₃₃/R₃₂，如果是，则进入步骤S4，否则并联电流均衡单元PCBU截断第K条并联支路的电流，使得I_K＝0并进入步骤S6；

S4：并联电流均衡单元PCBU输出的放大差分电压U₂逐渐增大；

S5：第K条并联支路的支路电流I_K逐渐增大；

S6：设置K＝K+1，在满足K≤n条件下按照步骤S2-步骤S5的方式对下一条并联支路进行控制，直至均衡结束。

由所述并联电流均衡单元PCBU根据相邻的电流差，调整通过自身的电流值，从而达到均衡各个单体电池输出输入电流的目的。

本申请的上述实施例中，通过提供一种并联电池组均衡系统及其方法，包括为负载R供电的n只并联的单体电池BT_i，1≤i≤n，n为大于1的整数，每个单体电池的并联支路上均串联有电阻R_i，且电阻R₁到电阻R_n-1上均设置有并联电流均衡单元PCBU，所述并联电流均衡单元PCBU设置有电流差分采样线W₁、电流差分采样线W₂、电流调整输入线W₃以及电流调整输出线W₄；针对电阻R_i对应的并联电流均衡单元PCBU而言，电流差分采样线W₁连接单体电池BT_i的正极，电流差分采样线W₂连接单体电池BT_i+1的正极，电流调整输入线W₃和电流调整输出线W₄对应连接在电阻R_i的两端。本发明提供了有效的并联电池组均衡方法，提高了并联电池组的使用寿命。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。