並聯電池組均衡系統及其方法與流程
2023-05-03 23:42:11
本發明涉及電池組均衡管理技術領域，具體涉及一種並聯電池組均衡系統及其方法。
背景技術：
受到單體電池電壓等級與容量的限制，在工程應用中，為了獲得較大的電壓與容量等級，通常將單體電池串聯或者並聯成組使用，目前電池管理有較多的串聯電池組均衡管理方法與系統，但並聯電池組的均衡系統與均衡方法相對缺乏。且並聯電池組長期運行將會導致電池組內部環流，嚴重損害了電池組的使用壽命。
技術實現要素：
本申請通過提供一種並聯電池組均衡系統及其方法，以解決並聯電池組長期運行而導致電池組內部環流，嚴重損害電池組的使用壽命的技術問題。
為解決上述技術問題，本申請採用以下技術方案予以實現：
一種並聯電池組均衡系統，包括為負載R供電的n只並聯的單體電池BTi，1≤i≤n，n為大於1的整數，其關鍵在於，每個單體電池的並聯支路上均串聯有電阻Ri，且電阻R1到電阻Rn-1上均設置有並聯電流均衡單元PCBU，所述並聯電流均衡單元PCBU設置有電流差分採樣線W1、電流差分採樣線W2、電流調整輸入線W3以及電流調整輸出線W4；
針對電阻Ri對應的並聯電流均衡單元PCBU而言，電流差分採樣線W1連接單體電池BTi的正極，電流差分採樣線W2連接單體電池BTi+1的正極，電流調整輸入線W3和電流調整輸出線W4對應連接在電阻Ri的兩端。
電阻Ri為並聯電池組內部電路取樣兼過流保護的電阻。
進一步地，所述並聯電池均衡單元PCBU包括依次連接的差分反向放大電路、反向求和電路、分壓電路及功率通路，其中，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W1和電流差分採樣線W2為所述差分反向放大電路的兩個輸入端，得到放大差分電壓U1，後經所述反向求和電路進一步放大差分電壓，得到電壓U2，所述功率通路進行雙向電流控制。
進一步地，所述差分反向放大電路包括電阻R11、電阻R22、電阻R12、電阻R21及運算放大器U1B，其中，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W1經電阻R11連接所述運算放大器U1B的反相輸入端，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W2經電阻R22連接所述運算放大器U1B的同相輸入端，所述運算放大器U1B的同相輸入端經電阻R21接地，所述電阻R21串聯在所述運算放大器U1B的反相輸入端與所述運算放大器U1B的輸出端之間，所述運算放大器U1B的輸出端經濾波電容C1接地，所述運算放大器U1B的輸出端輸出放大差分電壓U1；
所述反向求和電路包括電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34及運算放大器U2B，其中，放大差分電壓U1經電阻R32輸入到所述運算放大器U2B的反相輸入端，同時，系統容忍下限電壓Vref通過所述電阻R31輸入到所述運算放大器U2B的反相輸入端，所述運算放大器U2B的同相輸入端經所述電阻R34接地，所述電阻R33串聯在所述運算放大器U2B的反相輸入端與所述運算放大器U2B的輸出端之間，所述運算放大器U2B的輸出端通過濾波電容C2接地,所述運算放大器U2B的輸出端輸出放大差分電壓U2；
電阻R51和電阻R52串聯組成分壓電路，所述功率通路包括NMOS開關管Q1和NMOS開關管Q2，其中，所述NMOS開關管Q1的柵極與所述NMOS開關管Q2的柵極均連接在電阻R51和電阻R52之間，電阻R51的另一端連接所述運算放大器U2B的輸出端，電阻R52的另一端接地，所述NMOS開關管Q1的源極與所述NMOS開關管Q2的源極相連，所述NMOS開關管Q1的漏極接電流調整輸入線W3，所述NMOS開關管Q2的漏極接電流調整輸出線W4。
進一步地，還包括鉗位二極體D1，所述鉗位二極體D1的負極連接所述運算放大器U2B的輸出端,所述鉗位二極體D1的正極接地。
進一步地,R11＝R22,R12＝R21,U1＝-(UW1-UW2)*R12/R11,
一種並聯電池組均衡系統的均衡方法，包括如下步驟：
S1：設置K的初值為1，以第一條並聯支路開始進行控制；
S2：利用並聯電流均衡單元PCBU對第K條並聯支路的支路電流IK和第K+1條並聯支路的支路電流IK+1進行比較，當IK＜IK+1時，進入步驟S3；否則並聯電流均衡單元PCBU截斷第K條並聯支路的電流，使得IK＝0並進入步驟S6；
S3：並聯電流均衡單元PCBU繼續比較是否IK+1-IK＞Vref*R33/R32，如果是，則進入步驟S4，否則並聯電流均衡單元PCBU截斷第K條並聯支路的電流，使得IK＝0並進入步驟S6；
S4：並聯電流均衡單元PCBU輸出的放大差分電壓U2逐漸增大；
S5：第K條並聯支路的支路電流IK逐漸增大；
S6：設置K＝K+1，在滿足K≤n條件下按照步驟S2-步驟S5的方式對下一條並聯支路進行控制，直至均衡結束。
由所述並聯電流均衡單元PCBU根據相鄰的電流差，調整通過自身的電流值，從而達到均衡各個單體電池輸出輸入電流的目的。
與現有技術相比，本申請提供的技術方案，具有的技術效果或優點是：
提供了有效的並聯電池組均衡方法，提高了並聯電池組的使用壽命。
附圖說明
圖1為並聯電池組均衡系統示意圖；
圖2為並聯電流均衡單元原理電路圖；
圖3為並聯電池組均衡系統電流示意圖；
圖4為並聯電池組均衡方法流程圖。
具體實施方式
本申請實施例通過提供一種並聯電池組均衡系統及其方法，以解決並聯電池組長期運行而導致電池組內部環流，嚴重損害電池組的使用壽命的技術問題。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式，對上述技術方案進行詳細的說明。
實施例
一種並聯電池組均衡系統，如圖1所示，包括為負載R供電的n只並聯的單體電池BTi，1≤i≤n，n為大於1的整數，每個單體電池的並聯支路上均串聯有電阻Ri，且電阻R1到電阻Rn-1上均設置有並聯電流均衡單元PCBU，所述並聯電流均衡單元PCBU設置有電流差分採樣線W1、電流差分採樣線W2、電流調整輸入線W3以及電流調整輸出線W4；
針對電阻Ri對應的並聯電流均衡單元PCBU而言，電流差分採樣線W1連接單體電池BTi的正極，電流差分採樣線W2連接單體電池BTi+1的正極，電流調整輸入線W3和電流調整輸出線W4對應連接在電阻Ri的兩端，電阻Ri為並聯電池組內部電路取樣兼過流保護的電阻。
所述並聯電池均衡單元PCBU包括依次連接的差分反向放大電路、反向求和電路、分壓電路及功率通路，其中，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W1和電流差分採樣線W2為所述差分反向放大電路的兩個輸入端，得到放大差分電壓U1，後經所述反向求和電路進一步放大差分電壓，得到電壓U2，所述功率通路進行雙向電流控制。
如圖2所示，所述差分反向放大電路包括電阻R11、電阻R22、電阻R12、電阻R21及運算放大器U1B，其中，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W1經電阻R11連接所述運算放大器U1B的反相輸入端，所述並聯電流均衡單元PCBU的電流差分採樣線W2經電阻R22連接所述運算放大器U1B的同相輸入端，所述運算放大器U1B的同相輸入端經電阻R21接地，所述電阻R21串聯在所述運算放大器U1B的反相輸入端與所述運算放大器U1B的輸出端之間，所述運算放大器U1B的輸出端經濾波電容C1接地，所述運算放大器U1B的輸出端輸出放大差分電壓U1。R11＝R22,R12＝R21,U1＝-(UW1-UW2)*R12/R11。
所述反向求和電路包括電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34及運算放大器U2B，其中，放大差分電壓U1經電阻R32輸入到所述運算放大器U2B的反相輸入端，同時，系統容忍下限電壓Vref通過所述電阻R31輸入到所述運算放大器U2B的反相輸入端，所述運算放大器U2B的同相輸入端經所述電阻R34接地，所述電阻R33串聯在所述運算放大器U2B的反相輸入端與所述運算放大器U2B的輸出端之間，所述運算放大器U2B的輸出端通過濾波電容C2接地,所述運算放大器U2B的輸出端輸出放大差分電壓U2。所述鉗位二極體D1的負極連接所述運算放大器U2B的輸出端,所述鉗位二極體D1的正極接地，鉗位二極體D1起到保護後端NMOS開關管的作用。
電阻R51和電阻R52串聯組成分壓電路，所述功率通路包括NMOS開關管Q1和NMOS開關管Q2，其中，所述NMOS開關管Q1的柵極與所述NMOS開關管Q2的柵極均連接在電阻R51和電阻R52之間，電阻R51的另一端連接所述運算放大器U2B的輸出端，電阻R52的另一端接地，所述NMOS開關管Q1的源極與所述NMOS開關管Q2的源極相連，所述NMOS開關管Q1的漏極接電流調整輸入線W3，所述NMOS開關管Q2的漏極接電流調整輸出線W4。
當單體電池放電時，電流大小由NMOS開關管Q2決定，並通過NMOS開關管Q1體二極體形成電流通路，當單體電池充電時，電流大小由NMOS開關管Q1決定，並通過NMOS開關管Q2體二極體形成電流通路。
圖3所示為並聯電池組均衡系統的電流示意圖。
一種並聯電池組均衡系統的均衡方法，如圖4所示，包括如下步驟：
S1：設置K的初值為1，以第一條並聯支路開始進行控制；
S2：利用並聯電流均衡單元PCBU對第K條並聯支路的支路電流IK和第K+1條並聯支路的支路電流IK+1進行比較，當IK＜IK+1時，進入步驟S3；否則並聯電流均衡單元PCBU截斷第K條並聯支路的電流，使得IK＝0並進入步驟S6；
S3：並聯電流均衡單元PCBU繼續比較是否IK+1-IK＞Vref*R33/R32，如果是，則進入步驟S4，否則並聯電流均衡單元PCBU截斷第K條並聯支路的電流，使得IK＝0並進入步驟S6；
S4：並聯電流均衡單元PCBU輸出的放大差分電壓U2逐漸增大；
S5：第K條並聯支路的支路電流IK逐漸增大；
S6：設置K＝K+1，在滿足K≤n條件下按照步驟S2-步驟S5的方式對下一條並聯支路進行控制，直至均衡結束。
由所述並聯電流均衡單元PCBU根據相鄰的電流差，調整通過自身的電流值，從而達到均衡各個單體電池輸出輸入電流的目的。
本申請的上述實施例中，通過提供一種並聯電池組均衡系統及其方法，包括為負載R供電的n只並聯的單體電池BTi，1≤i≤n，n為大於1的整數，每個單體電池的並聯支路上均串聯有電阻Ri，且電阻R1到電阻Rn-1上均設置有並聯電流均衡單元PCBU，所述並聯電流均衡單元PCBU設置有電流差分採樣線W1、電流差分採樣線W2、電流調整輸入線W3以及電流調整輸出線W4；針對電阻Ri對應的並聯電流均衡單元PCBU而言，電流差分採樣線W1連接單體電池BTi的正極，電流差分採樣線W2連接單體電池BTi+1的正極，電流調整輸入線W3和電流調整輸出線W4對應連接在電阻Ri的兩端。本發明提供了有效的並聯電池組均衡方法，提高了並聯電池組的使用壽命。
應當指出的是，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改性、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。