CN110838746A - 一种电池并联电路和电池并联器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电池并联电路和电池并联器，该并联电路包括多组第一接线端子、中央控制单元和充放调节电路，其中，中央控制单元用于获取多个并联电池的充电和放电状态，根据放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据放电调节量生成对应的放电调节信号；充放调节电路用于根据放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于预设的并联放电要求的范围内。这样当多个并联电池的输出电压差异较大时，可以对每个电池的输出电压进行调节，使其均处于预设的电压要求范围内，这样多个不同电压的电池可以直接并联使用。

Description

一种电池并联电路和电池并联器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电池并联电路和电池并联器。

背景技术

目前，由于电池电压低、容量小，在电化学储能系统中其电池组往往由大量单体电池经过串并联方式结合，以提高其电压及容量。由于电池制造工艺造成的原始参数差异在长期使用过程中将导致电池电压、容量出现明显不同，有时也会因为电池的新旧不同导致电池的SOC状态和电量不同，从而使得各并联电池组的放电电压差异较大，使得这些电池无法直接并联使用。或者因此电池由不同的制造商生产，每个电池的通信协议也不相同，因此在并联时无法统一进行状态监测和充放电管理，这也导致不同的电池无法直接并联使用。

发明内容

为了解决现有技术多个电池并联时，由于每个电池的充放电电压差异较大而无法直接并联使用的技术问题，本申请提供一种电池并联电路和电池并联器。

一种电池并联电路，所述并联电路包括：

多组第一接线端子，用于连接多个并联电池；

中央控制单元，用于获取所述多个并联电池的放电状态，根据所述放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据所述放电调节量生成对应的放电调节信号；

充放调节电路，用于根据所

述放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于所述预设的并联放电要求的范围内；

第二接线端子，用于输出所述多个电池调节后的并联电压和电流。

其中，所述第二接线端子还用于向所述多个并联电池输入设定的充电功率；

所述中央控制单元还用于获取多个并联电池的充电状态，根据所述设定的充电功率和充电状态计算每个电池的充电调节量，并根据所述充电调节量生成对应的充电调节信号；

所述充放调节电路还用于根据所述充电调节信号调节每个并联电池的充电电压和/或电流，使其调节后的充电电压和/或电流均位于其额定的充电功率范围内。

其中，所述第一接线端子包括功率接线端子和信号接线端子(也叫通讯接线端子)，所述功率接线端子用于连接所述多个并联电池的充放电端，所述信号接线端子用于连接所述多个并联电池的信号端，信号接线端子主要用于中央控制单元和电池之间通信；

所述中央控制单元与所述信号接线端子连接，用于获取所述电池的SOC状态、充电状态、放电状态充放电时电压和电流、告警状态和保护信息。

进一步的，还包括通信转换模块，所述通信转换模块分别与所述信号接线端子和中央控制单元连接，用于获取所述多个并联电池的通信信号，将所述通信信号转换成同一预设通信协议信号；

所述通信转换模块还用于获取所述中央控制单元发送的控制信号，将所述控制信号转换成与每个电池通信协议相同的控制信号之后发送给对应的电池；

所述控制信号至少包括电池通断信号、电池充放电信号、所述的充电调节信号和放电调节信号，所述通信信号至少包括所述电池的SOC状态、充电状态和放电状态的信号。

其中，所述充放调节电路包括多个调节子电路，每个调节子电路用于连接一组功率接线端子，用于控制与该组功率接线端子连接的电池的充放电状态；

所述充放电状态至少包括电池的通断状态、充电电流、充电电压、放电电流、放电电压、SOC状态、告警状态和保护状态。

其中，所述调节子电路包括限流电路，用于根据所述中央控制单元发送的控制信号调节与其连接的电池的充电电流或放电电流，同时控制停止充放电。

其中，所述调节子电路还包括电压变换电路；

所述电压变换电路用于根据所述中央控制单元发送的控制信号调节与其连接的电池的充电电压或放电电压。

其中，所述调节子电路还包括通断控制电路；

所述中央控制单元还用于根据所述告警状态、SOC状态以及保护状态判断对应电池是否发生故障或者需要保护，若是则向所述通断控制电路发送控制信号，控制所述通断控制电路对应电池断开，以起到保护电池的作用；

所述中央控制单元还用于根据所述SOC状态和充电状态判断判断所述电池是否充电或者放电完成，若是则向所述限流电路发送控制信号，控制所述限流电路将对应电池的充电电流或者放电电路限制为零，起到保护电池的作用。

其中，所述中央控制单元还用于在所述电池充电过程中根据获取的所述电池的充电状态判断所述电池的充电电压是否超过第一阈值，若是超过则控制所述限流电路降低对应电池的充电电流；

所述中央控制单元还用于在所述电池放电过程中根据获取的所述电池的放电状态判断所述电池的放电电压是否低于第二阈值，若是则控制所述限流电路降低对应电池的电流值。

一种电池并联器，包括壳体和设置在所述壳体内的线路板，所述线路板上设有如上所述的电池并联电路。

依据上述实施例的电池并联电路，中央控制单元用于获取多个并联电池的放电状态，根据放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据放电调节量生成对应的放电调节信号；充放调节电路用于根据放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于预设的并联放电要求的范围内。这样当多个并联电池的输出电压差异较大时，可以对每个电池的输出电压进行调节，使其均处于预设的电压要求范围内，这样多个不同电压的电池可以直接并联使用。

附图说明

图1为本申请实施例的并联电路结构示意图；

图2为本申请实施例的并联电路具体结构示意图；

图3为本申请实施例的充放调节电路结构示意图。

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。

本申请以下实施例提到的“电池”是指封装了BMS(电池管理系统)的电池系统，非电芯或模组，以下简称电池。

本申请提供一种电池并联电路，其包括中央控制单元和充放调节电路，其中充放调节电路上设有多组第一接线端子，用于连接多个并联的电池；中央控制单元用于获取多个并联电池的放电状态，根据放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据放电调节量生成对应的放电调节信号；充放调节电路用于根据放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于预设的并联放电要求的范围内，这样解决了多个电池放电电压、容量或SOC状态差距较大而无法直接并联的技术问题。以下结合具体的实施例对本申请的电池并联电路进行详细的说明。

实施例一：

请参考图1，本实施例的并联电路包括集成的电路板上的中央控制单元10和充放调节电路12，其中充放调节电路12上设有多个第一接线端子14，如图1，本实施例的包括四组第一接线端子14，其中每组第一接线端子14包括一个功率接线端子和一个信号接线端子(如图1中的COM1、COM2、COM3和COM4)，该多组第一接线端子14用于连接多个并联电池，其中功率接线端子用于连接电池的充放电端，信号接线端子用于连接电池的信号端，即BMS通信端子。

由于现在的电池由于使用的情况不同、新旧不同、电池内阻不同以及规格不同，适得其放电电压、SOC状态以及电池电量差异都比较大，这样多个电池就无法直接并联使用。本实施例的中央控制单元10与多个电路的BMS通信端子连接，用于获取多个并联电池的放电状态和SOC状态，例如放电电流、放电电压和电池剩余电量等，根据获取的放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据放电调节量生成对应的放电调节信号，将该放电调节信号发送给充放调节电路12。本实施例的并联放电要求包括：并联时每个电池的放电电压应在42-60V之间，放电电流为15-20A之间，中央控制单元10获取每个并联电池的放电电压和放电电流之后与预设的并联放电要求对比，看是否满足，若不满足，则计算一下该电池当前的放电电压和电流与预设的并联放电要求中的电压和电流的差异，并生成对应的放电调节信号，例如某个电池的放电电压为65V、放电电流为25A，这就超过了并联放电要求中的电压和电流的最大值，因为需要将其放电电压调节到42-60V之间，将其放电电流调节到15-20A之间，一般的默认将不满足并联放电要求的电池电压调节到设定区间的中间值，例如电压调节到51V，电流调节到18A，因此本实施例的调节量为将该电池的输出电压降低14V，将其电流降低7A，中央控制单元10生成对应的放电调节信号为，将该电池的放电电压从65V调节到51V，将其放电电流从25A调节到18A，然后将该放电调节信号发送给充放调节电路12。以上只是举例说明，在实际使用中，该并联盒本身兼备低压(32V-60V)和高压电池(60V-600V)电压范围，可调节的电流范围为0A-100A。

其中，充放调节电路12根据接收到的放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于预设的并联放电要求的范围内。例如本实施例中将该电池的放电从65V调节到51V，将其放电电流从25A调节到18A，使得其放电电压和放电电流均满足并联放电要求，这样该电池可以与其他满足该并联放电要求的电池直接并联使用。

其中，充放电调节电路主要是在以下情况时会去调节电流：

1)当充电/放电电流值超过电池允许值时，电流调节电路将电流调节到电池允许的范围内，例如电池允许20A充电，此时的充电电流有30A，那么电流调节电路就将充电电流调节到20A及以下；

2)当电池充满(SOC＝100％)时，将充电电流调节到0A，放电结束时达到放电条件，将电流调节到0A。

其中，在充放调节电路12还设有第二接线端子15，该第二接线端子15用于输出经过充放调节电路12调节后的多个并联电池的输出的并联电流和并联电压，该第二接线端子15包括一个总功率接线端子和一个信号接线端子(COM0)，本实施例中该第二接线端子用于连接逆变器，逆变器将并联后输出的直流电流转换成交流电，供其他设备使用。

该电池并联电路还能用于对多个并联电池同时充电，充电时，第二接线端子15还用于向多个并联电池输入设定充电功率，例如设定充电时第二接线端子15输入的充电功率为55V-18A。其中，功率大小取决于逆变器，并联盒控制各路电池能提供的电流大小，充放电过程电池电压是变化的，电流也是变化的，并非定值。例如放电过程，电池初始电压为54V，需要输出1000W的功率，那么我需要输出18.5A的电流，随着放电的进行，电池电压下降，输出功率一定，那么电池放电电流必然会增大。

中央控制单元10还用于获取多个并联电池的充电状态，如充电电流、充电电压和电池的充电电量，根据设定的充电功率和充电状态计算每个电池的充电调节量，并根据充电调节量生成对应的充电调节信号。例如，某个电池额定充电电流为40V-10A，则当前输入的充电电流和充电电压均高于其额定充电电流和电压，中央控制单元10则生成对的充电调节信号，例如为将该电池上输入的充电电压从55V降低到40V，将其充电电流由18A降低到10A。充放调节电路12接收到该充电调节信号后，根据该充电调节信号调节该并联电池的充电电压和电流，使其调节后的充电电压和电流均位于其充电要求的范围内。

另外，由于电池的使用时间不同，其SOC状态不同，因此中央控制单元10通过与其BMS连接即可获取其相关信息，例如合适的充电电压和充电电流，也可以根据将充电时输入的充电电压和电压调节到获取的其合适的充电电压和充电电流，以保证其安全、快速的充电。同样的，在某些情况下，中央控制单元10也可以根据每个电池的状态，调节其输出的电压和电流，只要保证调整后的输出的电压和电流均位于并联要求的电压和电流范围内即可。

进一步的，该电池并联电路还包括通信转换模块13，该通信转换模块13分别与多个信号接线端子(如图1中的COM1、COM2、COM3和COM4)和中央控制单元10连接，用于获取多个并联电池的通信信号，将通信信号转换成同一预设通信协议信号后发送给中央控制单元10，其中该预设通信协议一般为第二接线端15连接的逆变器的通信协议，这样不同制造商生产的电池，即使通信协议不同，但经过该通信转换模块13的转换后，即可实现与逆变器和中央控制单元10通信。另外，在充电时，通信转换模块13还用于获取中央控制单元10发送的控制信号，将控制信号转换成与每个电池通信协议相同的控制信号之后发送给对应的电池，例如将逆变器的通信数据转换成与各个电池通信协议相同的通信数据后发送给各电池，这样实现了逆变器与不同制造商或不同通信协议的电池之间的通信。

其中，控制信号包括电池断开信号、电池放电信号、充电调节信号和放电调节信号等，通信信号包括电池的SOC状态、充电状态和放电状态等。

其中，如图2，充放调节电路12包括多个调节子电路121，每个调节子电路121用于连接一组功率接线端子，用于控制与该组功率接线端子连接的电池的充放状态。其中，充放状态至少包括充电电流、充电电压、放电电流和放电电压，例如中央控制单元10控制某个调节子电路121，控制与其连接的电池的充电电压和电流、放电电压和电流、或者断开充电、导通放电等。

具体的，如图3，本实施例的调节子电路121包括限流电路1213，该限流电路1213用于根据中央控制单元10发送的控制信号调节与其连接的电池的充放电流，例如根据中央控制单元10发送的充电调节信号调节该电池的充电电流，或者是当检测到该电池充电到一定程度(例如百分之九十)则减小充电电流，或者是当中央控制单元10通过该电池的BMS获取到其充电完成后，向与其连接的限流电路1213发送控制信号，将该电池的充电电流限流为0A。或者是当中央控制单元10通过该电池的BMS获取到其放电完成后，即电池剩余电量少于一定值(5％)时则将该电池的放电电流限流为0A，避免其过充或者过放，从而损坏电池。

在其他实施例中，中央控制单元10还根据获取的电池的SOC状态、电池容量等信息在充电过程中逐渐通过限流电路1213控制该电池的充电电流的变化。或者中央控制单元10还根据获取的所有的电池的SOC状态、电池容量等信息，计算出一个总的放电电流，然后根据每个电池的SOC状态、电池容量通过控制限流电路1213分别控制每个电池分配不同的放电子电流，例如额定放电电压高和SOC高的电池分配的放电电流较大，电池额定放电电压和SOC低的分配较小的放电电流。同样的，在充电时，中央控制单元10根据每一路电池容量(电量)大小、限电流大小、SOC状态、电压状态计算出总的充电电流限值，对每一路电池充电电流进行分配控制，发送电流控制指令给每一路限流电路1213，控制每一路的充电电流大小，当电池电压、SOC差异较大时，电压和SOC高的一路电池自动减少分配电流值，电池电压和SOC较低的电池增大电流分配值，但是该分配值不会超过该路电池允许的电流值。

其中，中央控制单元10还用于在电池充电过程中根据获取的电池的充电状态判断该电池的电压是否超过第一阈值，若是控制限流电路1213降低对应电池的充电电流，例如当电池充满百分之九十时候，则判断其充电电压是否高于某个预设值，若是则减小充电电压或者电流，这样保证电池以较小的电压和电流缓慢充满，绝大多数电池是在SOC＝90％以后开始逐步减小电流充电，直到充满。同时，中央控制单元10还用于在电池放电过程中根据获取的电池的放电状态判断电池的电压是否低于第二阈值，若是控制限流电路降低对应电池的电流值，若在放电过程中，某个电池放电电压较小，则增大其放电电流，保证多个并联电池基本同时放电完毕。

其中，调节子电路还包括电压变换电路1212，该电压变换电路1212为DC-DC变换电路，用于根据中央控制单元10发送的控制信号调节与其连接的电池的充放电压，这样使得其充电电压和放电电压均满足并联放电要求，这样该电池可以与其他满足该并联放电要求的电池直接并联使用。

其中，调节子电路还包括通断控制电路1211，中央控制单元10还用于根据获取的电池的状态信息和充放状态，判断该电池是否充电或者放电完成，若是则向通断控制电路1211发送控制信号，控制该通断控制电路1211对应电池断开，停止充放电。该通断控制电路1211中设有IGBT或继电器，通过控制IGBT或继电器即可控制电路的通断。

其中，中央控制单元10还用于根据告警状态、SOC状态以及保护状态判断对应电池是否发生故障或者需要保护，若是则向通断控制电路1211发送控制信号，控制通断控制电路对应的电池断开；

中央控制单元10还用于根据SOC状态和充电状态判断判断电池是否充电或者放电完成，若是则向限流电路发送控制信号，控制限流电路将对应电池的充电电流或者放电电路限制为零。

本实施例的并联电路实现了同一制造商的不同批次电池可以并联使用、不同容量(电量)的电池可以并联使用、新旧状态不同的电池可以并联使用、不同通讯协议的电池可以并联使用、不同电压等级的电池、不同制造商的电池可以并联使用，终端用户可自行选择不同制造商的电池，同一制造商不同容量和批次的电池搭配在一起使用，为用户提供更多的选择组合。

实施例二：

本实施例提供一种电池并联器，该并联器包括壳体和设置在壳体内的线路板，线路板上设有如实施例1所述的电池并联电路。通过该电池并联器，用户自行选择不同制造商的电池，同一制造商不同容量和批次的电池搭配在一起使用，该并联器可以对电压差异较大、容量差异较大、SOC状态差异较大的电池进行电压和电流调节，使其电压均处于预设的范围内，可以直接并联使用，还可以对不同制造商的电池进行通信协议转换，使得其与设备端互相通信，为用户提供更多的选择组合。

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。

Claims (10)

1.一种电池并联电路，其特征在于，所述并联电路包括：

多组第一接线端子，用于连接多个并联电池；

中央控制单元，用于获取所述多个并联电池的放电状态，根据所述放电状态和预设的并联放电要求计算每个电池的放电调节量，并根据所述放电调节量生成对应的放电调节信号；

充放调节电路，用于根据所述放电调节信号对每个并联电池的放电电压和/或电流进行调节使其调节后的放电电压和/或电流均位于所述预设的并联放电要求的范围内；

第二接线端子，用于输出所述多个电池调节后的并联电压和电流。

2.如权利要求1所述的电池并联电路，其特征在于，所述第二接线端子还用于向所述多个并联电池输入设定的充电功率；

所述中央控制单元还用于获取多个并联电池的充电状态，根据所述设定的充电功率和充电状态计算每个电池的充电调节量，并根据所述充电调节量生成对应的充电调节信号；

所述充放调节电路还用于根据所述充电调节信号调节每个并联电池的充电电压和/或电流，使其调节后的充电电压和/或电流均位于其额定的充电功率范围内。

3.如权利要求2所述的电池并联电路，其特征在于，所述第一接线端子包括功率接线端子和信号接线端子，所述功率接线端子用于连接所述多个并联电池的充放电端，所述信号接线端子用于连接所述多个并联电池的信号端；

所述中央控制单元与所述信号接线端子连接，用于获取所述电池的SOC状态、充电状态、放电状态、充放电时电压和电流、告警状态和保护信息。

4.如权利要求3所述的电池并联电路，其特征在于，还包括通信转换模块，所述通信转换模块分别与所述信号接线端子和中央控制单元连接，用于获取所述多个并联电池的通信信号，将所述通信信号转换成同一预设通信协议信号；

所述通信转换模块还用于获取所述中央控制单元发送的控制信号，将所述控制信号转换成与每个电池通信协议相同的控制信号之后发送给对应的电池；

所述控制信号至少包括电池通断信号、电池放电信号、所述的充电调节信号和放电调节信号，所述通信信号至少包括所述电池的SOC状态、充电状态和放电状态的信号。

5.如权利要求3所述的电池并联电路，其特征在于，所述充放调节电路包括多个调节子电路，每个调节子电路用于连接一组功率接线端子，用于控制与该组功率接线端子连接的电池的充放电状态；

所述充放状态至少包括电池的通断状态、充电电流、充电电压、放电电流、放电电压、SOC状态、告警状态和保护状态。

6.如权利要求5所述的电池并联电路，其特征在于，所述调节子电路包括限流电路，用于根据所述中央控制单元发送的控制信号调节与其连接的电池的充电电流或放电电流。

7.如权利要求5所述的电池并联电路，其特征在于，所述调节子电路还包括电压变换电路；

所述电压变换电路用于根据所述中央控制单元发送的控制信号调节与其连接的电池的充电电压或放电电压。

8.如权利要求6所述的电池并联电路，其特征在于，所述调节子电路还包括通断控制电路；

所述中央控制单元还用于根据所述告警状态、SOC状态以及保护状态判断对应电池是否发生故障或者需要保护，若是则向所述通断控制电路发送控制信号，控制所述通断控制电路对应的电池断开；

所述中央控制单元还用于根据所述SOC状态和充电状态判断判断所述电池是否充电或者放电完成，若是则向所述限流电路发送控制信号，控制所述限流电路将对应电池的充电电流或者放电电路限制为零。

9.如权利要求6所述的电池并联电路，其特征在于，所述中央控制单元还用于在所述电池充电过程中根据获取的所述电池的充电状态判断所述电池的充电电压是否超过第一阈值，若是则控制所述限流电路降低对应电池的充电电流；

所述中央控制单元还用于在所述电池放电过程中根据获取的所述电池的放电状态判断所述电池的放电电压是否低于第二阈值，若是则控制所述限流电路降低对应电池的电流值。

10.一种电池并联器，包括壳体和设置在所述壳体内的线路板，其特征在于，所述线路板上设有如权利要求1-9任一项所述的电池并联电路。

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