本发明涉及电池技术，具体涉及一种电池并联平衡装置及充电控制方法。
背景技术：
随着微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了更高的要求，锂电池因具备高能量密度、高电压、高循环寿命、快速充电的特点，其随之在日常生活中得以应用，锂电池用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上，可以说是最大的应用群体。
在实际应用中，锂电池多以电池单体的形式存在，每个电池单体可以设计成不同的储电容量和放电电压以适应多场合的应用需求，当需要增大电池容量或者增加充放电通道时，常常将多个电池单体以并联的形式连接起来，为实现多个电池单体的充放电需要，还需要将并联的多个电池单体配合电源转换单元(电源转换单元是指用于连接外部充电电源或者负载设备的电压/电流转换及调整电路，为常见的锂电池充电电路或者电源管理芯片)以形成完整的电源系统。见图1，电源系统包括多个通道，每个通道包括一个电源转换单元和与其串联的电池单体，通过电源转换单元单独控制对应的电池单体进行充放电作业，这种电源系统可避免电池单体之间性能不匹配所引起的充放电不稳定及电量失衡问题，但也会因加入多个电源转换单元而导致电路结构复杂和高成本的情形。见图2，电源系统包括多个并联的电池单体和一个与电池总线路串联的电源转换单元，即多个并联的电池单元共用一个电源转换单元，这种电源系统可减小电路复杂度，但对各个电池单元的性能有一定要求，各电池单体应具有匹配的电池内阻和一致的充放电速度，否则会出现电池单体过度充电或者过度放电的电量失衡情形，进而引起电源系统的电池更换不便、通用性差的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题如何避免多个锂电池并联充放电时引起的电量失衡情形。为解决上述问题，本发明提供了一种电池并联平衡装置及充放电控制方法。
根据第一方面，本发明提供了一种电池并联平衡装置，包括：
多个并联的电池支路单元，每个电池支路单元都包括用于连接电池的电池端口、用于通断该电池支路单元的调整单元、以及用于检测所述电池端口的电池的电压检测单元；
控制单元，用于根据各个电池支路单元所检测到的电池端口的电压，分别通过电池支路单元的调整单元来控制各个电池支路单元的通断，以平衡各个电池支路单元所接的电池在充电和/或放电过程中的电量。
根据第二方面，本发明提供了用于电池并联平衡装置的充放电控制方法，包括以下步骤：
获取各个电池支路单元的电池端口的电压；
根据所得到的电压分别通过电池支路单元的调整单元来控制各个电池支路单元的通断，以平衡各个电池支路单元所接的电池在充电和/或放电过程中的电量。
依据上述实施例的一种电池并联平衡装置及充放电控制方法，该电池并联平衡装置包括多个并联的电池支路单元和控制单元，由于电池支路单元中的电压检测单元能够实时检测电池单元中各并联电池所在支线路上的电压，使得控制单元能够获知各个电池的充/放电状况，然后控制电池支路单元中的调整单元以改变各支线路的通断状态，从而使得各个电池在充电或者放电过程中保持一致性，实现电量平衡，也有效避免较大电压差的电池之间出现不可控的大电流互放电而造成的损坏电池等安全隐患的情形，也可有效避免个别电池充不饱或者过放电的情形。此外，该电池平衡装置也能够适应不同性能参数的电池进行并联充放电的应用需求，根据充放电控制方法调控各个电池的充/放电速率，从而实现速率的一致性效果，进而满足不同性能参数的电池的通用性要求。
附图说明
图1为现有电池并联充放电电路；
图2为另一种现有并联充放电电路；
图3为电池并联平衡装置的结构示意图；
图4为电池并联平衡装置的电路示意图；
图5为另一种电池并联平衡装置的电路示意图；
图6为充放电控制方法的总体流程示意图；
图7为充电控制方法的详细流程示意图；
图8为放电控制方法的详细流程示意图；
图9为电池移除检测的时序控制示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
通常，电池的充/放电过程往往伴随着电压变化、电流变化和温度变化等现象，特别是锂电池，其电压在充电过程中会逐渐上升，在放电过程中会逐渐下降，电压的变化速率与其自身的性能有关，因此，并联的锂电池在充/放电过程中会发生因电压变化速率不一致而导致的电量失衡问题，本发明依据这一现象提供了解决该问题的装置和方法。
请参照图3，本申请公开了一种电池并联平衡装置，包括：电池单元10和控制单元13，下面分别说明。
电池单元10包括多个并联的电池支路单元，每个电池支路单元都包括用于连接电池的电池端口、用于通断该电池支路单元的调整单元、以及用于检测所述电池端口的电池的电压检测单元。在一具体实施例中，见图4，电池单元10包括第一电池支路单元101和第二电池支路单元102，其中，第一电池支路单元101包括用于连接电池b1的电池端口1012、用于通断第一电池支路单元101的调整单元1011以及用于检测电池b1的电压检测单元1013；第二电池支路单元102包括用于连接电池b2的电池端口1021、用于通断第二电池单元102的调整单元1021以及用于检测电池b2的电压检测单元1023。下面将分别说明第一电池支路单元101和第二电池支路单元102。
每个电池支路单元的电池端口设置在该电池支路单元的支线路上，用于接入电池。第一电池支路单元101的电池端口1012设置在第一电池支路单元101的支线路上，用于在该支线路上接入电池b1，同样，第二电池支路单元102的电池端口1022设置在第二电池支路单元102的支线路上，用于在该支线路上接入电池b2。这里的电池端口优选地使用电池卡槽，以方便对电池进行更换操作。
每个电池支路单元的电压检测单元包括分压电路，用于检测对应电池端口的电池的电压，分压电路包括两个电阻和一电容，两个电阻串联后所形成的线路与对应的电池并联连接，两个电阻的串联连接处形成分压输出端以用于连接所述控制单元，该电容与其中一个电阻并联连接以稳定分压输出端的电压。在一具体实施例中，见图4，电阻r3、电阻r6和电容c2形成了电池b1的分压电路1013，该分压电路1013的分压输出端vb1用于输出分压电压至控制单元13，通过公式v1＝vb1*(r3+r6)/r6得到电池b1的电压；电阻r2、电阻r5和电容c1形成了电池b2的分压电路1023，该分压电路1023的分压输出端vb2用于输出分压电压至控制单元13，通过公式v2＝vb2*(r2+r5)/r5得到电池b2的电压。
每个电池支路单元的调整单元包括开关电路，开关电路设置在该电池支路单元的支线路上，用于控制该支线路的通断状态，开关电路包括两个mos，优选地用pmos管，两个mos管的源极相连接，漏极接入一电池的支线路，栅极相连接后通过一电阻与电源的负极连接，栅极形成有控制输入端，用于控制这两个mos管的开关状态。在一具体实施例中，见图4，pmos管q3、pmos管q4和电阻r4形成了开关电路1011，该开关电路1011的控制输入端g1在低电平触发时pmos管q3和pmos管q4将为导通状态，反之，为截止状态；pmos管q1、pmos管q2和电阻r1形成了开关电路1021，该开关电路1021的控制输入端g2在低电平触发时pmos管q3和pmos管q4将为导通状态，反之，为截止状态。
控制单元13用于根据各个电池支路单元所检测到的电池端口的电压，分别通过电池支路单元的调整单元来控制各个电池支路单元的通断，以平衡各个电池支路单元所接的电池在充电和/或放电过程中的电量。在一具体实施例中，见图4，控制单元13可为单片机等处理芯片，具有多个信号输入/输出端口，其中两个信号输入端口用于分别连接vb1和vb2，用于分别读取分压电路1013和分压电路1023输出的模拟电压值，以获得数字电压值后根据相关计算公式分别得到电池b1和电池b2的电压；其中两个信号输出端口分别用于连接g1和g2，用于分别向开关电路1011和开关电路1021发送控制信号以控制这两个开关电路的开关状态，进而控制开关电路所在支线路的通电状态。控制单元13可控制各个电池支路单元所连接的电池的充电过程，也可控制各个电池支路单元所连接的电池的放电过程，下面分别说明。
当对各个电池支路单元中电池端口所连接的电池进行充电时，控制单元13将各个电池支路单元所检测到的电池端口的电压与一电压标准值做比较，获得差值，将得到的差值与一预设范围做比较，若大于该预设范围的最大值，则控制对应的电池支路单元为断路状态，直至得到的差值在该预设范围内时控制该电池支路单元为通路状态。
当使各个电池支路单元中电池端口所连接的电池进行放电时，控制单元13将各个电池支路单元所检测到的电池端口的电压与一电压标准值做比较，获得差值，将得到的差值与一预设范围做比较，若小于该预设范围的最小值，则控制对应的电池支路单元为断路状态，直至得到的差值在该预设范围内时控制该电池支路单元为通路状态。
进一步地，本电池并联平衡装置还包括电流检测单元15，该电流检测单元15设置于并联总线路上，用于检测并联总线路上的电流，以使得控制单元13根据所检测到的电流判断各电池支路单元所连接的电池充电饱和。请参考图4，在一具体实施例中，电流检测单元15包括电阻r7、电阻r8和电容c3，电阻r7接入并联总线路，电阻r8和电容c3串联后所形成的线路与电阻r7并联连接，电阻r8和电容c3的串联连接处用于形成电流检测输出端口ichg以与控制单元13连接。控制单元13的一信号输入端口连接该电流检测输出端口ichg，用于将模拟电压信号转化为数字电压信号后根据公式iichg＝vichg/r7得到并联总线路上的电流值。控制单元13根据所检测到的电流判断电池充电饱和的具体原理为：电池以标准充电过程进行充电，首先以设定电流进行恒流充电，电池电压升到一额定值(如4.20v)时，再改为恒压充电，保持充电电压为该额定值，此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的一部分(如1/10)时，充电结束，并表明电池充电饱和；因此，可认为充电电流减小到一定值时判定为电池充饱，而将并联的各个电池的最小充饱电流之和作为并联电池的最小充饱电流，当并联总线路的电流小于该最小充饱电流时，即认为并联电池中的个别电池已达到充电饱和状态；此外，可人为设定该最小充饱电流至控制单元13并作为电池充电饱和的判断条件。本领域的技术人员应当理解，电流检测单元15不但可以如图4所示设置在并联总线路的负极线路上，也可以设置在并联总线路的正极线路上，并且达到与图4相同的技术效果。
进一步地，本电池并联平衡装置还包括电源转换单元17，该电源转换单元17接入并联总线路，用于连接外部供电电源或者外部负载设备，用于调控并联总线路上的电流或者电压，以使得电池在充电过程中可接收到复合充电要求的电压或电流，或者，使得电池在放电过程中可输出符合放电要求的电压或者电流。由于电源转换单元17为现有技术，这里不再进行详细说明。
在另一个实施例中，开关电路1011和开关电路1021之中的mos管可采用nmos管，nmos管的连接方式与pmos管相同，这里不再进行赘述。此时，开关电路的控制输入端在高电平触发时nmos管将为导通状态，反之，为截止状态。
在另一个实施例中，如图5所示，将电池b1的开关电路1011和电池b2的开关电路1021分别设置在电池b1和电池b2的负极线路上，以通过电池负极线路的通断控制对应电池的充/放电状态。
相应的，请参考图6，本申请公开了一种用于电池并联平衡装置的充放电控制方法，为便于理解该方法的具体实现过程，将依据图4所示的电池并联平衡电路进行详细说明，该方法包括步骤s200至s300。
s200，控制单元13通过各电池支路单元中的分压电路分别获取分压值并计算电池端口的电压。在一具体实施例中，分压电路1013的分压输出端vb1和分压电路1的分压输出端vb2分别得到电池端口1013和电池端口1023的分压值，并根据相关公式得到电池b1的电压和电池b2的电压。
s300，控制单元13根据所得到的电压分别通过电池支路单元的调整单元来控制各个电池支路单元的通断，以平衡各个电池支路单元所接的电池在充电和/或放电过程中的电量。在一具体实施例中，控制单元13根据电池b1和b2的电压分别控制开关电路1011和开关电路1021以调整对应支线路的通断状态，从而分别调整电池b1和b2的输电状态，最终以平衡电池b1和b2在同时充电或者放电过程中的电量。
其中，步骤s300包括对各个电池支路单元所连接的电池进行充电的过程，和/或，使各个电池支路单元所连接的电池进行放电的过程，两个过程分别包括步骤s311-s315和步骤s21-s325，请分别参考图7和图8。
请参考图7，对各个电池支路单元所连接的电池进行充电的过程为：
s311，对各个电池支路单元所连接的电池进行充电。将电池转换单元15连接于外部电源，同时，控制单元13向开关电路1011和开关电路1021输出低电平，开关电路中的pmos管处于导通状态，即电池支路单元所在的支线路导通，电池转换单元15分别向电池b1和电池b2输送标准直流电压和标准直流电流，以对两个电池进行标准充电。在一具体实施例中，以锂电池为例，标准充电过程为：先对电池进行涓流充电(低压预充)，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3v后，以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20v时，改为恒压充电，保持充电电压为4.20v，直至充电电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束，由于标准充电过程为现有技术，因此，将不对电池转换单元15的具体工作过程进行说明。
s312，控制单元13实时获得电池b1和b2的电压，与电压标准值做比较，分别获得两个电池电压与电压标准值的差值。在一具体实施例中，可以将电池单元10中任一电池的电压作为电压标准值，也可以将电池单元10中的所有电池的电压平均值作为电压标准值。
s313，电池单元10处于充电情形时，控制单元13将步骤s312中所得的差值与一预设范围(如-50mv至+50mv)作比较，若差值在预设范围内，则表明各电池之间电量相对平衡，则继续为开关电路1011和开关电路1021输出低电平，继续为电池b1和b2充电；若差值小于预设范围的最小值-50mv，则表明该差值对应的电池为低电量失衡状态，则继续为相应的电池充电；若差值大于预设范围的最大值+50mv，则表明该差值对应的电池为高电量失衡状态，则向该电池所在支线路上的控制开关输出高电平，以停止为该电池充电，直至该电池对应的差值在预设范围内。
s314，电池防过充保护，根据电池并联总线路的电流判断充电饱和，控制支线路通断以防止电池过充电。在一具体实施例中，控制单元13从电流检测单元15处获得电池并联总线路上的电流，将该电流与一电流标准值做比较，以判断各电池支路单元所连接的电池是否充电饱和，这里的电流标准值即指前文电流检测单元15的介绍内容中的最小充饱电流，这里不再进行说明。判断所检测电流与电流标准值的比较结果，若所检测电流小于或者等于电流标准值，则表明电池单元10中至少一个电池为充饱状态，则控制单元13控制各个电池支路单元为断路状态，然后重新检测各个电池的电压，对电压未达到步骤s304中充电过程预设值的电池进行补充充电(即重新调整该电池的支线路为通路状态，继续为该电池供电)；若所检测电流大于电流标准值，则表明电池单元10中所有电池未达到充饱状态，则继续为各个电池充电，直至所检测电流值小于或者等于电流标准值。
s315，在控制单元13向各个调整单元输出控制信号的过程中，根据电池的电压判断电池是否被移除。在一具体实施例中，见图9，控制单元13根据步骤s311至步骤s314中所示的方法向开关电路1011和开关电路1021输出不同电平的控制信号，其中，低电平用于触发开关电路导通，高电平用于触发开关电路断开，在控制单元13向开关电路1011或者开关电路1021输出高电平的过程中，控制单元13将电池b1和b2的电压分别与一零值做比较，当等于或小于该零值时，判定相应的电池不存在，则控制单元13向相应支线路上的控制开关输出高电平，使得控制开关处于断路状态，等同于使得该电池所在的支线路为断路状态，以便于继续调整其它支线路上电池的电量。该步骤s315有利于在充放电过程中，及时获知各个电池的存在状态，防止电池意外被移除时继续为该电池所在的支线路输送电能的情形发生。
请参考图8，使各个电池支路单元所连接的电池进行放电的过程为：
s321，使各个电池支路单元所连接的电池进行放电。将电池转换转换单元15连接于外部负载设备，同时，控制单元13向开关电路1011和开关电路1021输出低电平，开关电路中的pmos管处于导通状态，即电池所在的支线路导通，使得电池b1和电池b2开始放电，同时向电源转换单元17输送直流电能，电源转换单元17将直流电能转换为符合外部负载设备要求的电能形式以输送给外部负载设备。
s322，控制单元13实时获得电池b1和b2的电压，与电压标准值做比较，分别获得两个电池电压与电压标准值的差值。具体实施过程请参考步骤s312。
s323，电池单元10处于放电情形时，控制单元13将步骤s303中所得的差值与一预设范围(如-50mv至+50mv)作比较，若差值在预设范围内，则表明各电池之间电量相对平衡，则继续为开关电路1011和开关电路1021输出低电平，继续使电池b1和b2放电；若差值小于预设范围的最小值-50mv，则表明该差值对应的电池为低电量失衡状态，则向该电池所在支线路上的控制开关输出高电平，以停止使该电池放电，直至该电池对应的差值在预设范围内；若差值大于预设范围的最大值+50mv，则表明该差值对应的电池为高电量失衡状态，则继续使相应的电池放电。
s324，电池防过放保护，根据各个电池的电压判断过放电，控制支线路通断以防止电池过放电。在一具体实施例中，控制单元13实时获取电池b1和电池b2的电压，当所获得的电压小于一放电阈值(放电阈值是指电池放电时电压下降的限制值)时，则表明对应电池的电量不足，为过度放电状态，则向该电池所在支线路上的开关电路输出高电平以断开该支线路。
s325，在控制单元13向各个调整单元输出控制信号的过程中，根据电池的电压判断电池是否被移除。具体请参考步骤s315，这里不再进行赘述。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。