儲能鋰電池並聯擴容電路及儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法
2023-05-11 02:39:36 3
儲能鋰電池並聯擴容電路及儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種儲能鋰電池並聯擴容電路，包括兩個以上的電池組單元，各電池組單元的正極輸出端、負極輸出端分別並聯連接，電池組單元內包括電池組N1和單片機M1，電池組N1的負極與電池組N1負極和電池組單元的負極輸出端之間的節點之間依次串聯開關S1以及限流電阻R1；在開關S1以及限流電阻R1的串聯電路的兩端並聯開關S2，開關S1以及開關S2均與單片機M1的控制埠連接並控制其斷開和閉合工作；各電池組單元之間通過單片機的通信總線連通控制。本發明還公開了一種儲能鋰電池並聯擴容方法。本發明具有儲能容量大，電池組之間的初始電壓均衡穩定，結構簡單，成本低，增強了鋰電池組的安全性和穩定性，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】儲能鋰電池並聯擴容電路及儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋰電池【技術領域】，具體地說是一種儲能鋰電池並聯擴容電路及儲能鋰電池並聯擴容方法。
【背景技術】
[0002]隨著環保概念的逐漸推廣，鋰儲能電池作為全世界重點推廣的新型環保能源，不再局限於手機、MP3、MP4、數位相機、筆記本等中小型行動裝置動力電源的應用，正逐步取代鉛酸電池，成為電動工具、電動摩託車、電動自行車等工具的電源。國家也正將鋰電池推廣至通信基站，採用大功率鋰電池作為通信基站的儲能電源。同時，伴隨新能源走向民用市場，很多家庭安裝屋頂光伏發電系統或家用小型風力發電機系統，因此家庭儲能系統就成為其必不可少的設備之一。部分基站及家庭儲能系統需要存儲的能量較大，因此需要多個鋰電池箱並聯使用。由於各個鋰電池箱初始電壓不完全一樣，因此在並聯時會出現內部環流影響整體性能，因此需要一種可靠的電池箱並聯擴容的方法。
【發明內容】
[0003]有鑑於此，本發明提供一種具有容量大，初始電壓穩定的儲能鋰電池並聯擴容電路及儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法。
[0004]一種儲能鋰電池並聯擴容電路，包括兩個以上的電池組單元，各電池組單元的正極輸出端、負極輸出端分別並聯連接，電池組單元內包括電池組NI和單片機M1，電池組NI的正極、負極分別與電池組單元的正極輸出端、負極輸出端連接，電池組NI的兩端與單片機Ml的電壓檢測埠連接，電池組NI的負極與電池組NI負極和電池組單元負極輸出端之間的節點之間依次串聯開關SI以及限流電阻R1，開關SI包括場效應管Ql和場效應管Q2，電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極連接，場效應管Ql的源極與場效應管Q2的源極連接，場效應管Q2的漏極與限流電阻Rl連接，場效應管Ql的柵極和場效應管Q2的柵極分別與單片機Ml的第一控制埠連接；第一開關控制元件SI和限流電阻Rl的兩端並聯開關S2，開關S2包括場效應管Q3和場效應管Q4，場效應管Q3的源極並聯接入電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極之間的節點、場效應管Q3的漏極與場效應管Q4的漏極連接、場效應管Q4的源極接入限流電阻和電池組單元負極輸出端之間的節點，場效應管Q3和場效應管Q4的柵極均與單片機Ml的第二控制埠連接；各電池組單元內的單片機之間通過通信總線連接。
[0005]作為本發明的改進，所述的單片機Ml的第二控制埠設有兩個引腳，在單片機Ml的第二控制埠和場效應管Q4的柵極之間串聯接入場效應管Q5和場效應管Q6，單片機Ml的第二控制埠還與場效應管Q5的柵極連接，場效應管Q5的源極接地，漏極與場效應管Q6柵極連接，場效應管Q6的漏極與場效應管Q4的柵極連接，場效應管Q6的源極接入電池組NI的正極。[0006]作為本發明的進一步改進，所述的裝置中電池組NI的負極接地，電池組NI的兩端並聯接入電阻R2和電阻R3，電阻R2和電阻R3之間的節點與單片機Ml的電壓檢測埠連接，在場效應管Q5的漏極和場效應管Q6的柵極之間的節點接入電阻R4，電阻R4的另一端接入電池組NI的正極，在場效應管Q6的漏極和場效應管Q4的柵極之間的節點接入電阻R5，電阻R5的另一端接入限流電阻Rl和場效應管Q4的源極之間的節點。
[0007]—種儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法，所述方法包括如下步驟:
Cl)設定電池組單元之間的參考電壓差Vx，通過各電池組單元中的單片機測得第η個電池組電壓Vn以及第η+1個電池組電壓V (η+1)，其中η為大於I的自然數；
(2)通過ΛV=IVn-V (η+1) |獲得相鄰兩電池組單元的電壓差值Λ V ;
(3)判斷電壓差ΛV與參考電壓差Vx大小，當Ua≤Ux時，第η個電池組的開關Sn導通，第η+1個電池組的開關S(η+1)斷開，則第η個電池組單元和第η+1個電池組單元直接並聯；當Λ V > Ux時，第η個電池組的開關Sn斷開，第η+1個電池組的開關S (η+1)導通，則第η電池組單元和第η+1電池組單元通過各自的限流電阻Rl並聯；並獲得第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後的電壓為Vm ；
(4)第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後的電壓Vm，將第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後作為一個新的電池組單元，新的電池組與第η+2個電池組單元進行並聯；計算新的電池組單元的電壓和第η+2個電池組單元的電壓並聯後的電壓為Δ V= I Vm-V(η+2)|;
(5)重複執行步驟(3)、步驟(4)，直至獲得所有電池組單元並列後最終的電壓。
[0008]與現有技術相比，本發明具有儲能容量大，電池組單元之間的初始電壓均衡穩定，結構簡單，成本低，增強了鋰電池組單元的安全性和穩定性，當Λ V和Vx相差較多時，利用限流電阻並聯，減少電阻組的損害，穩定電壓和電流後輸出，使得輸出的初始電壓相同，可以保護用電設備，減少因電源電壓和電流問題導致用電設備的故障。採用脈衝寬度調製PWM的控制方式，可以防止限流電阻Rl因工作時間長發熱過大到時燒毀，減少了電路故障。同時可以實現方便地實現多個鋰電池組單元並聯，增加鋰電池的續航時間，可以提高具有廣泛的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明儲能鋰電池並聯擴容電路。
[0010]圖2為本發明儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]為了讓本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步闡述。
[0012]如圖1所示，一種儲能鋰電池並聯擴容電路，包括兩個以上的電池組單元，各電池組單元的正極輸出端、負極輸出端分別並聯連接，電池組單元內包括電池組NI和單片機Ml,電池組NI的正極、負極分別與電池組單元的正極輸出端、負極輸出端連接，電池組NI的電極兩端並聯連接入電阻R2 和電阻R3，電阻R2和電阻R3之間的節點與單片機Ml的電壓檢測埠連接，電池組NI的負極與電池組NI負極和電池組單元的負極輸出端之間的節點之間依次串聯開關SI以及限流電阻R1，開關SI包括場效應管Ql和場效應管Q2，電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極連接，場效應管Ql的源極與場效應管Q2的源極連接，場效應管Q2的漏極與限流電阻Rl連接，場效應管Ql的柵極和場效應管Q2的柵極分別與單片機Ml的第一控制埠連接；開關SI和限流電阻Rl的兩端並聯開關S2，開關S2包括場效應管Q3和場效應管Q4，場效應管Q3的源極並聯接入電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極之間的節點、場效應管Q3的漏極與場效應管Q4的漏極連接，場效應管Q4的源極接入限流電阻和電池組單元負極輸出端之間的節點，單片機Ml的第二控制埠設有兩個引腳，場效應管Q3和場效應管Q4的柵極與單片機Ml的第二控制埠中的第一引腳連接，場效應管Q4的柵極與單片機Ml的第二控制埠中的第二引腳連接。
[0013]在單片機Ml的第二控制埠中的第二引腳與場效應管Q4的柵極之間串聯接入場效應管Q5和場效應管Q6，單片機Ml的第二控制埠中的第二引腳與場效應管Q5的柵極連接，場效應管Q5的源極接地，漏極與場效應管Q6柵極連接，場效應管Q6的漏極與場效應管Q4的柵極連接，場效應管Q6的源極接入電池組NI的正極。單片機Ml通過第二控制埠採用脈衝寬度調製PWM的控制方式控制場效應管Q3和場效應管Q5工作，在場效應管Q5的漏極和場效應管Q6的柵極之間的節點接入電阻R4，電阻R4的另一端接入電池組NI的正極，在場效應管Q6的漏極和場效應管Q4的柵極之間的節點接入電阻R5，電阻R5的另一端接入限流電阻Rl和場效應管Q4的源極之間的節點。
[0014]電池組單元的正極輸出端和負極輸出端分別並聯，電池組單元內的單片機之間通過通訊總線連接，進行通信，使得各電池組單元在並聯時可以通過各自的單片機控制開關SI和開關S2的斷開和閉合，實現各電池組單元初始電壓相同。
[0015]如圖2所示，一種儲能鋰電池並聯擴容方法，包括儲能鋰電池並聯擴容電路，實現該方法包括如下步驟:
(I)設定η個池組單元之間的參考電壓差Vx ;單片機Ml的電壓檢測埠檢測到第一電池組單元中第一電池組NI通過電阻R2和電阻R3分壓後的電壓為VI，單片機M2的電壓檢測埠檢測到第二電池組單元中第二電池組Ν2通過電阻R2和電阻R3分壓後的電壓為V2,單片機M3的電壓檢測埠檢測到第三電池組單元中第三電池組Ν3通過電阻R2和電阻R3分壓後的電壓為V3，單片機Mn的電壓檢測埠檢測到第η電池組單元中第η電池組Nn通過電阻R2和電阻R3分壓後的電壓為Vn，其中電池組單元η的個數為:η為大於I的自然數。
[0016](2)單片機Ml和單片機M2通過通信總線交換第一個電池組單元的電壓和第二個電池組單元的電壓信息，計算第一個電池組單元的電壓和第二個電池組單元的電壓並聯後的電壓差為Λ V=| V2-V11。如果電壓差Λ V和參考電壓差Vx相差較小，不會產生內部環流電流過大損壞電池組單元，則兩個電池箱可直接並聯；如果電壓差Λ V和參考電壓差Vx相差較大，電流通過限流電阻發熱消耗，另一部分轉移至電壓低的電池組單元，實現電池組單元之間的電壓相同，達到兩個電池組單元並聯後初始電壓相同。
[0017](3)判斷電壓差Λ V是否大於參考電壓差Vx，選擇開關SI或開關S2導通的方式並聯第一個電池組單元和第二個電池組單元。
[0018]當Ua≥Ux時，第一個電池組單元和第二個電池組單元的開關SI均導通，開關S2均斷開，則第一個電池組單元和第二個電池組單元直接並聯。實現過程為:第一電池組單元中的單片機Ml工作，單片機Ml的第二控制埠中的第一引腳和第二引腳均輸出高電平，使場效應管Q3、場效應管Q5導通，場效應管Q6的柵極電壓被場效應管Q5降低，因此場效應管Q6導通；場效應管Q4的柵極會被場效應管Q6升高，因此場效應管Q4導通。由於第一電池箱NI的主迴路場效應管Q3、場效應管Q4同時導通，第二電池組單元中的單片機M2工作與第一電池組單元同步，實現第一電池組單元和第二電池組單元直接並聯在一起，並聯後的初始電壓為V12。
[0019]當Ua>Ux時，第一個電池組單元和第二個電池組單元的開關S2均導通，開關S2均斷開，則第一個電池組單元和第二個電池組單元通過限流電阻並聯。實現過程為:第一電池組單元中的單片機Ml工作，單片機Ml的第二控制埠中的第一引腳和第二引腳均輸出低電平，使場效應管Q3、場效應管Q5關斷，場效應管Q6的柵極會被電阻R4升高，因此場效應管Q6關斷；場效應管Q4的柵極會被電阻R5降低，因此場效應管Q4關斷。電池組NI電路中的場效應管Q3、場效應管Q4同時關斷。單片機Ml的第一控制埠輸出高電平，使場效應管Ql、場效應管Q2導通。第二電池組單元中的單片機M2工作與第一電池組單元同步，因此第一個電池組單元和第二個電池組單元通過限流電阻Rl消耗勢能，另一部分轉移至低電壓的電池組單元，從而實現第一個電池組單元和第二個電池組單元並聯，且均衡初始電壓，均衡後的電壓為V12。此時限流電阻Rl會有電流通過而發熱。
[0020](4)第一個電池組單元和第二個電池組單元並聯後的電壓均衡為V12後，將第一個電池組單元和第二個電池組單元並聯後作為一個新的電池組單元，新的電池組與第三個電池組單元進行並聯；計算新的電池組單元的電壓和第三個電池組單元的電壓並聯後的電壓為Λ V1=|V12-V3|。
[0021](5)重複執行步 驟(3)、步驟(4)，直至獲得所有電池組單元並列後最終的電壓。
[0022]為了防止電池組單元內的限流電阻過熱而損壞，單片機I對第一控制端中第一場效應管和第二場效應管的佔空比為:D2=1 (其中D2=x/ Ua2，χ為比例常數)，當D2≥I時，單片機Ml的第一控制埠會持續輸出高電平，場效應管Q1、場效應管Q2及限流電阻Rl持續導通。當D2 < I時，單片機Ml的第一控制埠進入脈衝寬度調製PWM的控制狀態，第一控制埠輸出高電平的百分比等於D2。因此場效應管Q1、場效應管Q2及限流電阻Rl的導通時間百分比為D2。這樣可確保限流電阻Rl發熱量低於限流電阻Rl設計的額定功率，防止限流電阻R發熱過大而損壞。
[0023]本實施例中使用的場效應管Ql、場效應管Q2、場效應管Q3、場效應管Q4、場效應管Q5均為N溝道型場效應管，場效應管Q6為P溝道型場效應管。
[0024]以上為本發明較佳的實現方式，需要說明的是，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種儲能鋰電池並聯擴容電路，包括兩個以上的電池組單元，各電池組單元的正極輸出端、負極輸出端分別並聯連接，其特徵在於，電池組單元內包括電池組NI和單片機M1，電池組NI的正極、負極分別與電池組單元的正極輸出端、負極輸出端連接，電池組NI的兩端與單片機Ml的電壓檢測埠連接，電池組NI的負極與電池組NI負極和電池組單元負極輸出端之間的節點之間依次串聯開關SI以及限流電阻R1，開關SI包括場效應管Ql和場效應管Q2，電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極連接，場效應管Ql的源極與場效應管Q2的源極連接，場效應管Q2的漏極與限流電阻Rl連接，場效應管Ql的柵極和場效應管Q2的柵極分別與單片機Ml的第一控制埠連接；第一開關控制元件SI和限流電阻Rl的兩端並聯開關S2，開關S2包括場效應管Q3和場效應管Q4，場效應管Q3的源極並聯接入電池組NI的負極與場效應管Ql的漏極之間的節點、場效應管Q3的漏極與場效應管Q4的漏極連接、場效應管Q4的源極接入限流 電阻和電池組單元負極輸出端之間的節點，場效應管Q3和場效應管Q4的柵極均與單片機Ml的第二控制埠連接；各電池組單元內的單片機之間通過通信總線連接。
2.根據權利要求1所述的儲能鋰電池並聯擴容電路，其特徵在於，所述的單片機Ml的第二控制埠設有兩個引腳，在單片機Ml的第二控制埠和場效應管Q4的柵極之間串聯接入場效應管Q5和場效應管Q6，單片機Ml的第二控制埠還與場效應管Q5的柵極連接，場效應管Q5的源極接地，漏極與場效應管Q6柵極連接，場效應管Q6的漏極與場效應管Q4的柵極連接，場效應管Q6的源極接入電池組NI的正極。
3.根據權利要求2所述的儲能鋰電池並聯擴容電路，其特徵在於，所述的裝置中電池組NI的負極接地，電池組NI的兩端並聯接入電阻R2和電阻R3，電阻R2和電阻R3之間的節點與單片機Ml的電壓檢測埠連接，在場效應管Q5的漏極和場效應管Q6的柵極之間的節點接入電阻R4，電阻R4的另一端接入電池組NI的正極，在場效應管Q6的漏極和場效應管Q4的柵極之間的節點接入電阻R5，電阻R5的另一端接入限流電阻Rl和場效應管Q4的源極之間的節點。
4.一種根據權利要求1所述的儲能鋰電池並聯擴容電壓控制方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: Cl)設定電池組單元之間的參考電壓差Vx，通過各電池組單元中的單片機測得第η個電池組電壓Vn以及第η+1個電池組電壓V (η+1)，其中η為大於I的自然數； (2)通過ΛV=IVn-V (η+1) |獲得相鄰兩電池組單元的電壓差值Λ V ; (3)判斷電壓差ΛV與參考電壓差Vx大小，當Ua≤Ux時，第η個電池組的開關Sn導通，第η+1個電池組的開關S(η+1)斷開，則第η個電池組單元和第η+1個電池組單元直接並聯；當Λ V > Ux時，第η個電池組的開關Sn斷開，第η+1個電池組的開關S (η+1)導通，則第η電池組單元和第η+1電池組單元通過各自的限流電阻Rl並聯；並獲得第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後的電壓為Vm ； (4)第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後的電壓Vm，將第η個電池組單元和第η+1個電池組單元並聯後作為一個新的電池組單元，新的電池組與第η+2個電池組單元進行並聯；計算新的電池組單元的電壓和第η+2個電池組單元的電壓並聯後的電壓為Δ V= I Vm-V(η+2)|; (5)重複執行步驟(3)、步驟(4)，直至獲得所有電池組單元並列後最終的電壓。
【文檔編號】H01M10/42GK103579701SQ201310559150
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】楊宇幫 申請人:惠州市藍微電子有限公司