一种多电池组并联快速并充系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多电池组并联快速并充系统及控制方法，属于锂二次电池组应用技术领域，包括电源控制器、直流可调充电机、多组并联使用电池模组，以及单向并充控制电路。电池模组内包含两个以上电池单体与一套电池管理控制器，电池管理控制器负责采集电池组电压、电流、温度等信息，以及充电过程的充电开关及保护控制。电源控制器接收所有电池管理控制器的状态与充电信息，并与直流可调充电机通信，完成整体充电控制。直流可调充电机具有电流、电压可调的恒流、恒压充电功能。本发明专利技术特点为硬件器件种类少，组成原理简单，便于实施；控制软件逻辑清晰，易于梳理及延伸。易于梳理及延伸。易于梳理及延伸。

【技术实现步骤摘要】
一种多电池组并联快速并充系统和控制方法


[0001]本专利技术的一种多电池组并联快速并充系统及控制方法属于二次电池领域，特别涉及包括磷酸铁锂、三元锂等锂二次电池组的并联使用与充电技术。

技术介绍

[0002]锂二次电池组的应用领域涉及到陆地运输、水下机器人、航空航天，以及储能应用等。由于锂二次电池单体容量限制问题，所以在工程应用中经常多个单体并联后串联成组。但是在一些要求电压低、容量高的锂二次电池应用场景下，有时也需要先将多个单体串联成组，然后再将多个电池模组并联使用的情况。由于在单体电池成组时，无法保证所有电池模组的总电压完全一致，所以若将电池模组直接并联将存在很大的安全风险，所以工程上在多个电池模组并联时常加一些并联保护电路，保证电池模组能够安全、正常的拆卸与安装。由于电池组中多个电池模组未直接并联，所以电池模组的充电工作较为麻烦，一般对电池模组进行单独充电后在并联。或在电池组中配备充电切换电路，然后依次对电池模组进行充电，或在电池模组充电端加电子限流开关然后进行并充。但是无论哪种方式的充电，都会带来硬件成本高、充电效率低，耗费较长的时间，影响正常使用的问题。
[0003]锂二次电池的内阻通常包含欧姆内阻和极化内阻，在锂二次电池的充电过程中，欧姆内阻遵循欧姆定律，极化内阻随充电电流的对数增大而线性增大。所以多电池组并联充电时，充电电流大的电池模组的内阻高于其他电池模组，当总充电电流提升时，充电电流会向其他充电电流小的电池模组多分担，所以原充电电流小的电池模组的电流变化值
△
I更大。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术所述方法是需要将多个单体电池串联成组后再并联使用的大容量电池组，而提出的一种多电池组并联快速并充系统及控制方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种多电池组并联快速并充系统，包括：电源控制器、充电机、多组并联的电池模组以及与电池模组数量相同的单向并充控制电路；充电机正极依次通过单向并充控制电路、电池模组连接充电机负极，电源控制器通过通讯线与充电机相连；其中：
[0007]电源控制器，用于根据电池模组的状态数据对充电机进行动态调节控制，并采集所有电池模组的充电电流；
[0008]充电机，用于为电池模组提供充电电源；
[0009]电池模组，用于并联后组成整体电池组；
[0010]单向并充控制电路，用于控制电池模组的单向充电与其充电过程控制。
[0011]所述电池模组包括电池组以及与其通过信号线连接的电池管理控制器，所述电池组由N个单体电池串联而成，N≥2，其中，电池管理控制器，用于采集与其相连电池组的状态数据并上传至电源控制器，以及控制与其所在电池模组相连的单向并充控制电路中充电开
关的通断。
[0012]所述电源控制器和电池管理控制器均由外部电源为其供电或电池组自身为其供电。
[0013]所述单向并充控制电路包括单向导通二极管以及与其连接的充电开关。
[0014]所述充电机通过同一充电口，为M个并联的电池模组同时充电，其中M≥2。
[0015]一种多电池组并联快速并充方法，电源控制器通过通讯读取所有电池管理控制器采集的电池模组支路中的最大充电电流值、并联电池模组电压值以及电池组充电状态和充电开关状态，并采用动态跟随方式控制充电机输出电流与电压，以实现将整体电池组内所有电池模组的最大充电电流控制在设定倍数的额定充电电流I
额
范围内。
[0016]包括以下步骤：
[0017]1)电源控制器向所有电池管理控制器发送充电指令，电池管理控制器根据与其相连的电池模组状态判断是否需要充电，控制需要充电的电池模组所在支路的充电开关闭合，并发送充电允许指令；
[0018]2)电源控制器查询所有处于充电允许状态的电池模组所在支路的充电开关是否闭合，若有未闭合的充电开关，则处于等待中，等待其关闭，若全部闭合，则电池组进入充电模式；
[0019]3)进入充电模式后，电源控制器首先向充电机请求充电电流I
req
＝并联电池模组的额定充电电流I
额
，等待所有并联电池模组充电电流稳定后，分别读取电池组的实际充电电流I
实
、所有电池模组支路中的最大充电电流I
max
以及正处于充电状态的并联电池模组的数量K，若I
max
在设定范围内，则保持充电机请求充电电流I
req
不变，否则，更新I
req
值；
[0020]4)充电过程中，若同一时刻电源控制器通过通讯读取电池管理控制器有L个电池模组充满、但其所在支路的充电开关未断开，L>0，则此时取I
req
＝I
req_pre
‑
L*I
额
，I
req_pre
为前一时刻电源控制器向充电机请求的充电电流，若I
req
小于I
额
，则取I
req
＝I
额
；保持I
req
数值不变，直至L个已充满电池模组所在支路的充电开关完全断开；然后继续执行充电电流跟随计算控制，即，读取电池组的实际充电电流I
实
，与所有电池模组支路中的最大充电电流I
max
，若I
max
在设定范围内，则保持充电机请求充电电流I
req
不变，否则，更新I
req
值；直至电源控制器通过通讯读取所有并联的电池模组的充电状态均充满，向充电机发送I
req
＝0的停止充电请求，充电机充电输出停止后，断开并联电池模组的充电开关，充电完成。
[0021]所述电池管理控制器根据与其相连的电池模组状态判断是否需要充电，具体为：首先判断电池模组温度是否在充电允许范围内，若电池模组温度超出允许范围，则不允许充电，若电池模组温度在允许范围内，则判断模组内所有单体电池电压是否低于单体电池充电截止电压U
C
，若所有单体电池电压均低于单体电池充电截止电压U
C
，则需要充电，否则不需要充电。
[0022]所述更新I
req
值具体为：
[0023]当I
max
低于设定范围时，I
req
的调节增量
△
I
req
≈I
实
*(I
额
‑
I
max
)/I
max
，当I
max
高于设定范围时，I
req
的调节增量
△
I
req
≈
‑
I
实
*(I
max
‑
I
额
)/I
max
，其最后约定...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电池组并联快速并充系统，其特征在于，包括：电源控制器、充电机、多组并联的电池模组以及与电池模组数量相同的单向并充控制电路；充电机正极依次通过单向并充控制电路、电池模组连接充电机负极，电源控制器通过通讯线与充电机相连；其中：电源控制器，用于根据电池模组的状态数据对充电机进行动态调节控制，并采集所有电池模组的充电电流；充电机，用于为电池模组提供充电电源；电池模组，用于并联后组成整体电池组；单向并充控制电路，用于控制电池模组的单向充电与其充电过程控制。2.根据权利要求1所述的一种多电池组并联快速并充系统，其特征在于，所述电池模组包括电池组以及与其通过信号线连接的电池管理控制器，所述电池组由N个单体电池串联而成，N≥2，其中，电池管理控制器，用于采集与其相连电池组的状态数据并上传至电源控制器，以及控制与其所在电池模组相连的单向并充控制电路中充电开关的通断。3.根据权利要求1或2所述的一种多电池组并联快速并充系统，其特征在于，所述电源控制器和电池管理控制器由外部电源为其供电或电池组自身为其供电。4.根据权利要求1所述的一种多电池组并联快速并充系统，其特征在于，所述单向并充控制电路包括单向导通二极管以及与其连接的充电开关。5.根据权利要求1所述的一种多电池组并联快速并充系统，其特征在于，所述充电机通过同一充电口，为M个并联的电池模组同时充电，其中M≥2。6.一种多电池组并联快速并充方法，其特征在于，电源控制器通过通讯读取所有电池管理控制器采集的电池模组支路中的最大充电电流值、并联电池模组电压值以及电池组充电状态和充电开关状态，并采用动态跟随方式控制充电机输出电流与电压，以实现将整体电池组内所有电池模组的最大充电电流控制在设定倍数的额定充电电流I
额
范围内。7.根据权利要求6所述的一种多电池组并联快速并充方法，其特征在于，包括以下步骤：1)电源控制器向所有电池管理控制器发送充电指令，电池管理控制器根据与其相连的电池模组状态判断是否需要充电，控制需要充电的电池模组所在支路的充电开关闭合，并发送充电允许指令；2)电源控制器查询所有处于充电允许状态的电池模组所在支路的充电开关是否闭合，若有未闭合的充电开关，则处于等待中，等待其关闭，若全部闭合，则电池组进入充电模式；3)进入充电模式后，电源控制器首先向充电机请求充电电流I
req
＝并联电池模组的额定充电电流I
额
，等待所有并联电池模组充电电流稳定后，分别读取电池组的实际充电电流I
实
、所有电池模组支路中的最大充电电流I
max
以及正处于充电状态的并联电池模组的数量K，若I
max
在设定范围内，则保持充电机请求充电电流I
req
不变，否则，更新I
req
值；4)充电过程中，若同一时刻电源控制器通过通讯读取电池管理控制器有L个电池模组充满、但其所在支路的充电开关未断开，L>0，则此时取I
req
＝I
req_pre
‑
L*I
额
，I
req_pre
为前一时刻电源控制器向充电机请求的充电电流，若I
req
小于I
额
，则取I
req
＝I
额
；保持I
req
数值不变，直至L个已充满电池模组所在支路的充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫文龙，袁学庆，李博，刘利，张阳，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：