一种电池BMS支持多机并联充放电的控制装置及其控制方法、工作方式与流程

本发明属于电池；具体涉及一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置及其控制方法、工作方式。

背景技术：

1、锂离子电池需要经过bms进行充放电管理后才能被安全使用。否则超规格使用有一定的安全风险。锂离子电池通过bms和pack后被称为锂离子电池包，简称电池包。正常电池包只能被单独连接负载和充电器使用，无法并联进行充放电。但消费类市场经常需要多个电池包进行灵活的并联扩容，以满足不同消费者的容量需求。但电池包一般属于不受控电源，bms一般无电压、电流限制功能，只进行电压和电流保护。不同的电池包存在可能存在不同的状态，如不同的soc状态，不同的保护状态，多个电池包直接并联时可能会导致多个电池包不受控互相灌大电流，有安全风险。同时应对不同负载时并联电池也需要都能正常工作，如对于电机类或感性负载并联后的电池要保证具备随时吸收回充电能量，确保不会有未被吸收的高压导致总线器件损坏。

2、现有市场方案一般有以下几种：第一种方法，使用普通电池包，若需要多个电池并联时，则需要一个外置的控制板子，来对两个电池进行管理，以及限制两个电池之间的互灌风险。这个板子由功率板模块以及管理mcu和通讯模块组成。该板子通常需要较大的尺寸因为电池包的大电流回路都要通过这个板子，上面需要有功率器件来对电池的回路进行通断控制。每个电池接入都需要一个单独的功率回路控制，越多的电池并联需要越多的功率控制回路。一般的产品中很有空间再加入这个板子，同时该板子的成本会远超过bms的成本，造成产品的单价上升。

3、第二种方法，电池包内置或者外置限流模块，将允许的充放电电流限制到允许的承受范围内，使得电池包成为受控电源。一般该限流模块都是双向的dcdc模块，大电流使用的电池包该dcdc模块需要很大的功率，有很大的体积以及成本和发热问题。同时对于电机类的负载由于其有回馈充电(如电动自行车刹车或者下坡时)，由于该dcdc有限流功能无法完全吸收回馈能量，会导致端口的电压极具升高，最终高压击穿电性能器件完成能量释放，有极大的安全风险。

4、第三种方法：在第一种方法的基础上去除功率模块，保留mcu和通讯模块，主要对并联的电池包进行通讯，了解电池包的状态，然后通过通讯命令来协调电池包bms上的功率开关进行并机的逻辑。该方案成本较低，但仍需额外电路板进行安装，同时对该控制板子的稳定性以及软件逻辑的可靠性有很高的要求，如果信息交互延时，通讯链路故障，软件逻辑错误等，则会使得并联电池陷入极大的安全隐患中。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置，用以解决现有技术中成本高或安全风险的问题。

2、本发明提供了一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的控制方法，用以解决现有技术中成本高或安全风险的问题。

3、本发明提供了一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的工作方式，用以解决现有技术中成本高或安全风险的问题。

4、本发明通过以下技术方案实现：

5、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置，所述控制装置包括bms模块、电压比较模块、输出开关模块、充电器识别模块及单向弱放电模块；

6、所述电压比较模块主要比较电池的内部电压和p+/c+、p-/c-输出电压的电压差；

7、所述输出开关模块，在电池在运输过程中充电和放电功能都应关闭，即充放电mos都应关闭；当在负载系统中连接好时，应有输出开关信号告知电池包此时可以打开输出；

8、所述充电器识别模块，用于充电器接入时传入一个信号给bms，进行识别确认充电器已经正常接入；

9、所述单向弱放电模块电路，保证仅能通过该电路进行弱放电，不能充电；

10、bms模块的afe模块，与mcu进行通讯连接，进行信息交互。

11、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置，每个控制装置均包括bms模块、电压比较模块、输出开关模块、充电器识别模块及单向弱放电模块；

12、所述bms模块包括电池、mcu、mos三极管q1、mos三极管q2、熔断器f1和afe模块，所述afe模块的1号端分别与电池的一端、熔断器f1的一端相连接，所述熔断器f1的另一端与p+\c+端相连接；所述afe模块的2号端分别与电池的另一端、接地端、mos三极管q1的s极和单向弱放电模块的一端相连接，所述mos三极管q1的g极与afe模块的10号端相连接，所述mos三极管q1的d极与mos三极管q2的s极相连接，所述mos三极管q2的g极与afe模块的9号端相连接，所述mos三极管q2的d极分别与单向弱放电模块的另一端、电压比较模块的一端和p-\c-端相连接；

13、所述afe模块的3号端分别与vcc和mcu的3号端相连接，所述afe模块的4、5、6、7号端分别与mcu的4、5、6、7号端相连接，所述afe模块的8号端分别与gnd和mcu的8号端相连接,所述mcu的9号端与电压比较模块的另一端相连接，所述电压比较模块的第三端接地，所述mcu的1号端与充电器识别模块的一端相连接，所述充电器识别模块的另一端与充电器连接输入信号端相连接，所述mcu的2号端与输出开关模块的一端相连接，所述输出开关模块的另一端与电池输出开关信号端相连接。

14、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置，所述单向弱放电模块包括mos三极管q3、电阻r1和二极管d1，所述mos三极管q3的s极分别与afe模块的2号端、电池的另一端、接地端和mos三极管q1的s极相连接，所述mos三极管q3的g极与mcu的10号端相连接，所述mos三极管q3的d极与电阻r1的一端相连接，所述电阻r1的另一端与二极管d1的负极相连接，所述二极管d1的正极分别与mos三极管q2的d极、电压比较模块的一端和p-\c-端相连接。

15、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置，多个所述控制装置并联时，多个p+\c+端均相连接后引出一个p+\c+端，多个充电器连接输入信号端均相连接后引出一个充电器连接输入信号端，多个所述电池输出开关信号端均相连接后引出一个电池输出开关信号，多个p-\c-端均相连接后引出一个p-\c-端。

16、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的工作方法，所述控制装置的工作方式具体包括空闲模式、放电模式和充电模式，当所述空闲模式有放电开关信号，无充电信号时转换为放电模式，当所述空闲模式无放电开关信号，有充电信号时转换为充电模式；

17、当所述放电模式无放电开关信号，无充电信号时转换为空闲模式；当充电模式无放电开关信号，无充电信号时转换为空闲模式；

18、当放电模式无放电开关信号，有充电信号时转换为为充电模式；当充电模式有放电开关信号，无充电信号时转换为放电模式。

19、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的工作方法，所述控制装置的工作方式具体包括空闲模式、放电模式和充电模式，

20、所述空闲模式具体为，电池未进入放电模式以及充电模式，mcu未检测到key以及充电器识别信号chg_det信号。电池的充放电都关闭，不具备充电以及放电能力；

21、所述放电模式具体为，电池接收到输出开关的信号，mcu检测到key信号，同时未识别到充电器即无充电器识别信号chg_det信号存在，电池处于具备放电能力的状态，但同时也具备吸收设备的回馈充电的能力；

22、所述充电模式具体为，充电器接入，mcu检测到充电器识别信号chg_det信号，电池将具备单向弱放电能力和充电能力，不具备强放电能力。

23、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的控制方法，所述控制方法具体为，

24、基于同口bms架构，增加电压比较模块、输出开关模块、充电器识别模块及单向弱放电模块并组装；

25、当电池未接入到负载时且无输出开关信号接入，电池包处于空闲模式，电池包不能放电也不能充电，放电fet mos三极管q1、充电fet mos三极管q2以及单向弱放电mos三极管q3都关闭；

26、当检测到电池输出信号，所有并联的电池都检测到key信号，电池包进入放电模式，则电池包都开启放电功能，mos三极管q1打开，但mos三极管q2、mos三极管q3关闭；此时p+/c+、p-/c-总线的电压由高soc状态的电池电压决定；

27、此时bms检测电压比较模块，来比较当前电池与外部总线p+/c+、p-/c-的电压差；当外部电压比电池电压高的时候vol_det有信号输出，当前电池包就决策不开启mos三极管q2充电mos，避免被其他电池包灌入大电流的可能；总线的高电量的电池包的电压比较电路未有vol_det信号，判定总线的电压与电池的电压一致，安全开启mos三极管q2充电mos，来吸收总线可能随时存在的回生充电电流；若总线连接的多个电池电压都一致，则所有电池都检测到总线电压与自己的电压接近一致，则都会开启充电mos三极管q2，进入完全的充放电并机状态。

28、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的控制方法，当前电池的电压与总线电压接近时，或者有瞬间大电流将总线拉低，其他低电压电池接近总线电压，低电量电池也会进入放电状态，有放电电流时会bms会强制打开充电mos三极管q2，以降低回路温升，此时该电池的电压与总线已经一致，电压比较模块电路vol_det输出信号，充电mos三极管q2持续打开，进入完全并机状态。

29、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的控制方法，当充电器接入同时bms检测到充电器识别模块的充电器识别信号chg_det有信号，则bms转入充电模式；若之前在放电模式，则bms退出放电模式强制转入充电模式，充电模式具有最高优先权；之后bms开启单向弱放电模块，同时关闭了mos三极管q1放电回路，充电器接入后，系统禁止骑行，同时为了系统供电，需要由单向弱电放电模块继续工作维持系统运行；同时在充足的延时后，确保所有总线电池都完全关闭了放电mos，之后所有的电池逐步打开其充电mos三极管q2；

30、此时系统上的电池全部变成了单向充电能力的电池，但不具备任何放电功能；此时充电器的电压输出会优先充电至低电量的电池，总线电压由低电量的电池决定，当前电池有充电电流时，随即打开放电mos三极管q1，以降低回路温升；电流消失时mos三极管q1也关闭，让总线持续保持单向的电流能力；随着最低的电池逐步充高，总线的电压也在不断的上升，当超过其他电池电压时，其他电池也会并入充电，最后所有的电池都会被一致性的充满；

31、一种电池bms支持多机并联充放电的控制装置的控制方法，若在充电器插入之前bms为空闲模式，则充电器识别信号chg_det唤醒了bms同时开启单向弱放电模块，之后维持放电mos三极管q1关闭，开启充电mos三极管q2进入单向充电模式，有充电电流时会驱动打开放电mos，降低回路压降和温升，没充电电流时及时关闭放电mos；

32、若电池之前的模式为充电模式，但同时key检测到信号；当充电器移除充电器识别信号chg_det信号消失时，电池返回到放电模式，此时单向弱放电回路持续开启，维持住总线的电压使用需求，之后充电mos三极管q2关闭，放电mos三极管q1原本就处于关闭状态；此时总线的mos三极管q1和mos三极管q2都关闭，返回到空闲状态，不具备任何充放电能力，在充足的延时后，电池开启之前开机状态时的并机逻辑。

33、本发明的有益效果是：

34、本发明安全的自主并联，无数量限制，无需要主机，无需额外的外置电路板，可以不需与其他电池进行信息交互，无通讯链路延时或故障带来的安全风险，并机逻辑简单安全可靠。

35、本发明每个电池包可自主实现并联控制，单台或者多台电池并联使用时都可以正常工作。

36、本发明实现真正的便捷电池容量扩容。

37、本发明可在任意负载下进行工作，对于有回馈充电的负载也能保证被并联后的电池进行吸收，无使用上的安全风险。

38、本发明电池并联放电时高电量电池会进行先放电，待电量接近时低电量电池0延时接入总线放电，实现电池均衡，容量扩容。

39、本发明充电时低电量电池会自动优先充电，待与高电量电池电量一致时并入总线进行均充；确保电池充放电过程中的电池间均衡。