CN116073486A - Bbu重构均衡充放电电路及实现充放电重构均衡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及存储系统。本发明提供一种BBU重构均衡充放电电路和实现充放电重构均衡的方法。BBU重构均衡充放电电路包括：电池组；恒流源；恒压源；充电重构均衡电路，包括多个充电NMOS管，充电重构均衡电路与恒流源和恒压源通过不同充电NMOS管串联，配置用于在充电状态下，实现电池组的串并联组合；放电重构均衡电路，包括多个放电NMOS管，放电NMOS管与子电池组串联或者并联，放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，实现子电池组的旁路；MCU，配置用于监测每个子电池组的端电压，并控制充电NMOS管和放电NMOS管的开启和关闭；多个二极管。本发明能够改善BBU的不一致性，提高BBU的可靠性能。
Description
技术领域
本发明涉及存储系统领域，更具体地，特别是指一种BBU重构均衡充放电电路和使用BBU重构均衡充放电电路实现充电重构均衡和放电重构均衡的方法。
背景技术
当前业界存储系统通常采用PSU（Power Supply Unit，电源供应单元）+BBU（Backup Battery Unit，备份电池单元）主备冗余供电，当机房市电掉电，存储系统实时监测到PSU供电异常，可无缝切换到备用电池BBU供电。BBU提供持续的供电能力，确保存储系统控制器写缓存中的数据，完整而安全的写入非易失性介质，如HDD（Hard Disk Drive，机械硬盘）、SSD（Solid State Disk，固态硬盘）等，避免数据丢失。
为保证数据存储的业务连续性，BBU需具备较长的循环寿命和可靠性能要求，但由于电池生产工艺的原因，单体电池之间不可避免的存在不一致性，具体表现为电池容量差异、内阻差异、自放电率差异等，随着充放电循环的进行，单体电池的不一致性会越来越严重，部分单体电池的性能变差，导致其容易充满，性能差的电池，就像木桶的短板，制约电池组的存储容量变少，久而久之，会直接对电池组的循环寿命造成严重影响，进而会严重影响存储系统的工作可靠性。
当前，电池组能量均衡是改善不一致性的有效技术，按照不同的处理能量传递的方式，能够把均衡电路分成两种类型，一种是耗散型均衡，又叫被动均衡，另外一种是非耗散型均衡，又叫主动均衡。被动均衡是利用电阻把电压高的电池电量放掉，从而使得电池组所对应的能量状态达成一致，虽然它具有简单的控制方式，但会消耗掉大量的能量，具有很低的能量利用率，均衡速度慢，而且会影响电池组的充电速度。主动均衡是将高电量电池中的多余电量通过储能元器件向低电量电池转移，虽然其能量利用率较高，但电路拓扑结构、控制方式复杂，成本较高。一般地，存储系统BBU采用电池管理芯片，利用外围电阻实现充电被动均衡，其只能实现电池组充电均衡，且均衡速度慢，能量利用率低，均衡效果差，也会存在电路发热等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种BBU重构均衡充放电电路和使用BBU重构均衡充放电电路实现充电重构均衡和放电重构均衡的方法，本发明提出的BBU重构均衡充放电电路优于主动均衡和被动均衡，其具有充电均衡和放电均衡功能，而且具有结构简单、充电速度快、均衡效率高等优点。MCU实时监测电池组的电压，通过控制MOS管通断，实现BBU的充电重构均衡和放电重构均衡，改善BBU的不一致性，延长其循环寿命，提高BBU的可靠性能。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种BBU重构均衡充放电电路，包括如下部件：
电池组，包括多个并联的子电池组；
恒流源，配置用于给所述电池组恒流充电；
恒压源，配置用于给所述电池组恒压充电；
充电重构均衡电路，包括多个充电NMOS管，所述充电重构均衡电路与所述恒流源和所述恒压源通过不同充电NMOS管串联，配置用于在充电状态下，实现所述电池组的串并联组合；
放电重构均衡电路，包括多个放电NMOS管，所述放电NMOS管与所述子电池组串联或者并联，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，实现子电池组的旁路；
MCU，配置用于监测每个子电池组的端电压，并控制所述充电NMOS管和所述放电NMOS管的开启和关闭；
多个二极管，配置用于防止子电池组之间的电流倒灌。
在一些实施方式中，所述放电重构均衡电路包括：与所述子电池组串联的单放电NMOS管；以及与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管。
在一些实施方式中，所述充电重构均衡电路包括：连接所述恒流源两端的第一充电NMOS管和第二充电NMOS管；以及连接所述恒压源两端的第三充电NMOS管和第四充电NMOS管。
在一些实施方式中，所述充电重构均衡电路包括：多个连接所述子电池组负极与下一个相邻子电池组正极的中间充电NMOS管。
在一些实施方式中，所述中间充电NMOS管的一端分别连接子电池组的负极和所述子电池组对应的双放电NMOS管，所述中间充电NMOS管的另一端分别连接相邻子电池组对应的单放电NMOS管和双放电NMOS管。
在一些实施方式中，所述多个二极管包括：多个上二极管，每个上二极管的正极连接所述第三充电NMOS管，每个上二极管的负极连接所述单放电NMOS管。
在一些实施方式中，所述多个二极管包括：多个下二极管，每个下二极管的正极连接所述子电池组的负极，每个下二极管的负极连接所述第四充电NMOS管。
在一些实施方式中，所述第一充电NMOS管连接第一个上二极管的负极，所述第二充电NMOS管连接最后一个子电池组的负极。
在一些实施方式中，所述电池组包括多个三节电芯并联组成的子电池组。
在一些实施方式中，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，将与子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通，以对所述子电池组进行旁路。
本发明实施例的另一方面，提供了一种使用如上任一项所述的BBU重构均衡充放电电路实现充放电重构均衡的方法，包括如下步骤：
响应于进行充电，断开恒压源，并将子电池组重构串联进行恒流充电；
响应于达到充电截止电压，断开恒流充电，并将子电池组重构并联进行恒压充电，响应于子电池组电量相等，充电完成；
响应于进行放电，断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电；
响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路；以及
响应于子电池组荷电状态极差小于第三阈值，取消对所述最小荷电状态的子电池组的旁路。
在一些实施方式中，方法还包括：在充电状态下，将放电重构均衡电路中的单放电NMOS管保持导通状态，并将放电重构均衡电路中的双放电NMOS管保持断开状态。
在一些实施方式中，所述将子电池组重构串联进行恒流充电包括：将中间充电NMOS管保持导通状态，并将第一充电NMOS管和第二充电NMOS管保持导通状态。
在一些实施方式中，所述响应于达到充电截止电压，断开恒流充电包括：响应于MCU检测到任意子电池组的电压到达充电截止电压，通过MCU控制第一充电NMOS管和第二充电NMOS管断开。
在一些实施方式中，所述将子电池组重构并联进行恒压充电包括：将中间充电NMOS管保持断开状态，并将第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持导通状态。
在一些实施方式中，所述断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电包括：将第一充电NMOS管、第二充电NMOS管、第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持断开状态，并将中间充电NMOS管保持导通状态。
在一些实施方式中，所述响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路包括：通过MCU检测子电池组的电压，并计算每个子电池组的荷电状态，并确定荷电状态最大的第一子电池组和荷电状态最小的第二子电池组；判断所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值是否大于第一阈值；响应于所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值大于第一阈值，将所述第二子电池组的旁路开关导通。
在一些实施方式中，所述将所述第二子电池组的旁路开关导通包括：将与所述第二子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述第二子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于MCU检测到任意子电池组的荷电状态小于第四阈值，将荷电状态小于第四阈值的子电池组的旁路开关导通。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于旁路开关需要切换状态，判断从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量是否大于第五阈值；响应于从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量小于或等于所述第五阈值，取消旁路开关本次的状态切换。
本发明具有以下有益技术效果：通过MCU实时监测电池组的电压，并估算电池SOC（State Of Charge，荷电状态），通过控制MOS管通断，可灵活实现BBU的串并联重构，实现BBU串联恒流充电、并联恒压充电，在提高充电速度的同时，实现BBU的充电能量均衡；在BBU放电状态，MCU通过旁路SOC最小电池，平衡电池组放电能量，实现电池组放电重构均衡，均衡电路结构简单、均衡速度快、均衡效率高，BBU的充电重构均衡和放电重构均衡，改善BBU的不一致性，延长其循环寿命，提高了BBU的可靠性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明提供的BBU重构均衡充放电电路的实施例的示意图；
图2为本发明提供的使用BBU重构均衡充放电电路实现充放电重构均衡的方法的实施例的示意图；
图3为本发明提供的BBU重构均衡充放电电路串联恒流充电等效电路示意图；
图4为本发明提供的BBU重构均衡充放电电路并联恒压充电等效电路示意图；
图5为本发明提供的BBU重构均衡充放电电路B1-B5子电池组的电量变化示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明实施例的第一个方面，提出了一种BBU重构均衡充放电电路的实施例。图1示出的是本发明提供的BBU重构均衡充放电电路的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下部件：
电池组，包括多个并联的子电池组；
恒流源，配置用于给所述电池组恒流充电；
恒压源，配置用于给所述电池组恒压充电；
充电重构均衡电路，包括多个充电NMOS管，所述充电重构均衡电路与所述恒流源和所述恒压源通过不同充电NMOS管串联，配置用于在充电状态下，实现所述电池组的串并联组合；
放电重构均衡电路，包括多个放电NMOS管，所述放电NMOS管与所述子电池组串联或者并联，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，实现子电池组的旁路；
MCU，配置用于监测每个子电池组的端电压，并控制所述充电NMOS管和所述放电NMOS管的开启和关闭；
多个二极管，配置用于防止子电池组之间的电流倒灌。
在一些实施方式中，所述电池组包括多个三节电芯并联组成的子电池组。本发明实施例的电池组由B1-B5组成，B1-B5为三节电芯并联组成的电池组，互相串联组成5S3P电池组为存储系统供电。
本发明实施例的恒流恒压源为恒流、恒压充电电路，恒流源可输出6A恒定电流，恒压源为4.2V恒定电压源，可实现电池组CC（恒流模式）-CV（恒压模式）充电。
在一些实施方式中，所述放电重构均衡电路包括：与所述子电池组串联的单放电NMOS管；以及与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管。放电重构均衡电路由NMOS管Q1-Q10组成，单放电NMOS管包括Q1、Q3、Q5、Q7和Q9，双放电NMOS管包括Q2、Q4、Q6、Q8和Q10。
在一些实施方式中，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，将与子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通，以对所述子电池组进行旁路。在放电状态下，可实现电池组的旁路，实现电池组放电均衡重构。
在一些实施方式中，所述充电重构均衡电路包括：连接所述恒流源两端的第一充电NMOS管和第二充电NMOS管；以及连接所述恒压源两端的第三充电NMOS管和第四充电NMOS管。充电重构均衡电路由NMOS管S1-S8组成，在充电状态下，可灵活实现电池组的串并联组合，实现电池组充电均衡重构。第一充电NMOS管、第二充电NMOS管、第三充电NMOS管和第四充电NMOS管分别为图1中的S1、S2、S3和S4。
在一些实施方式中，所述充电重构均衡电路包括：多个连接所述子电池组负极与下一个相邻子电池组正极的中间充电NMOS管。中间充电NMOS管包括S5、S6、S7和S8。
在一些实施方式中，所述中间充电NMOS管的一端分别连接子电池组的负极和所述子电池组对应的双放电NMOS管，所述中间充电NMOS管的另一端分别连接相邻子电池组对应的单放电NMOS管和双放电NMOS管。例如，中间充电NMOS管S5的一端分别连接子电池组B1的负极和双放电NMOS管Q2，另一端分别连接相邻子电池组B2对应的单放电NMOS管Q3和双放电NMOS管Q4。
本发明实施例的MCU为中央处理器，用来实时监测 B1-B5的端电压，估算电池的SOC，并发出MOS管的控制信号。本发明实施例的二极管为防倒灌二级管，防止电池之间的电流倒灌。
在一些实施方式中，所述多个二极管包括：多个上二极管，每个上二极管的正极连接所述第三充电NMOS管，每个上二极管的负极连接所述单放电NMOS管。上二极管包括D1、D3、D5、D7和D9。
在一些实施方式中，所述多个二极管包括：多个下二极管，每个下二极管的正极连接所述子电池组的负极，每个下二极管的负极连接所述第四充电NMOS管。下二极管包括D2、D4、D6、D8和D10。
在一些实施方式中，所述第一充电NMOS管连接第一个上二极管的负极，所述第二充电NMOS管连接最后一个子电池组的负极。第一充电NMOS管S1连接第一个上二极管（也即是D1）的负极，第二充电NMOS管S2连接最后一个子电池组（也即是B5）的负极。
本发明实施例中BBU重构均衡充放电电路包括：5S3P电池组、恒流恒压源、充电重构均衡电路、放电重构均衡电路、MCU和二极管。MCU实时监测电池组B1-B5的电压，通过控制MOS管通断，实现BBU的充电重构均衡和放电重构均衡，改善BBU的不一致性，延长其循环寿命，提高BBU的可靠性能。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种使用如上任一项所述的BBU重构均衡充放电电路实现充放电重构均衡的方法。如图2所示，本发明实施例包括如下步骤：
Sa、响应于进行充电，断开恒压源，并将子电池组重构串联进行恒流充电；
Sb、响应于达到充电截止电压，断开恒流充电，并将子电池组重构并联进行恒压充电，响应于子电池组电量相等，充电完成；
Sc、响应于进行放电，断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电；
Sd、响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路；以及
Se、响应于子电池组荷电状态极差小于第三阈值，取消对所述最小荷电状态的子电池组的旁路。
本发明实施例中通过MCU实时监测电池组B1-B5的电压，并估算电池荷电状态，通过控制MOS管通断，可灵活实现备份电池单元的串并联重构，实现备份电池单元串联恒流充电、并联恒压充电，在提高充电速度的同时，实现备份电池单元的充电能量均衡；在备份电池单元放电状态，MCU通过旁路荷电状态最小电池，平衡电池组放电能量，实现电池组放电重构均衡。该均衡电路结构简单、均衡速度快、均衡效率高。备份电池单元的充电重构均衡和放电重构均衡，改善备份电池单元的不一致性，延长其循环寿命，提高了备份电池单元的可靠性能。
本发明实施例中响应于进行充电，断开恒压源，并将子电池组重构串联进行恒流充电。本发明实施例中将第三充电NMOS管S3和第四充电NMOS管S4均设置为断开状态，此时电路中恒压源被断开，并通过恒流源对子电池组进行恒流充电。
在一些实施方式中，方法还包括：在充电状态下，将放电重构均衡电路中的单放电NMOS管保持导通状态，并将放电重构均衡电路中的双放电NMOS管保持断开状态。在充电状态下，本发明实施例将放电重构均衡电路中的单放电NMOS管Q1、Q3、Q5、Q7、Q9均保持导通状态，并将放电重构均衡电路中的双放电NMOS管Q2、Q4、Q6、Q8、Q10均保持断开状态，此时BBU的每一组电池均被接入电路。
在一些实施方式中，所述将子电池组重构串联进行恒流充电包括：将中间充电NMOS管保持导通状态，并将第一充电NMOS管和第二充电NMOS管保持导通状态。本发明实施例中通过MCU控制中间充电NMOS管S5、S6、S7、S8导通，实现电池组的串联，然后，通过MCU控制第一充电NMOS管S1和第二充电NMOS管S2导通，恒流源被接入电路，实现串联电池组的恒流充电。图3为本发明提供的BBU重构均衡充放电电路串联恒流充电等效电路示意图，如图3所示，子电池组B1、B2、B3、B4和B5处于串联状态，通过恒流源给子电池组B1、B2、B3、B4和B5进行恒流充电。恒流充电时，充电电路中的电流保持恒定，电池组中每一节电池的电量迅速上升，实现快速充电。
本发明实施例中响应于达到充电截止电压，断开恒流充电，并将子电池组重构并联进行恒压充电，响应于子电池组电量相等，充电完成。
在一些实施方式中，所述响应于达到充电截止电压，断开恒流充电包括：响应于MCU检测到任意子电池组的电压到达充电截止电压，通过MCU控制第一充电NMOS管和第二充电NMOS管断开。本发明实施例中当MCU检测到任意一组电池的电压达到其充电截止电压，为避免电池组的过充，MCU控制第一充电NMOS管S1和第二充电NMOS管S2断开，停止恒流充电。
在一些实施方式中，所述将子电池组重构并联进行恒压充电包括：将中间充电NMOS管保持断开状态，并将第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持导通状态。本发明实施例中通过MCU控制MOS管S5、S6、S7、S8断开，实现电池组的并联，第三充电NMOS管S3和第四充电NMOS管S4被导通，此时，恒压源被接入电路，电池组被切换为并联恒压充电，并联恒压充电等效电路如图4所示。
本发明实施例中在并联恒压充电状态，由于并联电池组会无限趋向于电荷量平衡，因此，随着充电的进行，子电池组B1-B5的电量趋于一致，当MCU检测到电池B1-B5电量相等时，充电完成。该充电方式在实现电池组快充、满充的同时，完成电池组的能量均衡。在充电重构均衡过程中，B1-B5电池组的电量变化如图5所示。
本发明实施例中响应于进行放电，断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电。
在一些实施方式中，所述断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电包括：将第一充电NMOS管、第二充电NMOS管、第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持断开状态，并将中间充电NMOS管保持导通状态。在放电重构均衡状态下，将第一充电NMOS管S1、第二充电NMOS管S2、第三充电NMOS管S3和第四充电NMOS管S4保持断开状态，充电电路被断开，中间充电NMOS管S5、S6、S7、S8被导通，实现电池组的串联，由串联电池组对存储系统供电。
本发明实施例中响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路。第一阈值可以是10%，第二阈值可以是10%，子电池组荷电状态极差大于第一阈值也即是当子电池组最大荷电状态和子电池组最小荷电状态的差值大于10%，对最小荷电状态的子电池组进行旁路，或者子电池组中最小荷电状态小于10%，对最小荷电状态的子电池组进行旁路。
在一些实施方式中，所述响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路包括：通过MCU检测子电池组的电压，并计算每个子电池组的荷电状态，并确定荷电状态最大的第一子电池组和荷电状态最小的第二子电池组；判断所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值是否大于第一阈值；响应于所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值大于第一阈值，将所述第二子电池组的旁路开关导通。本发明实施例中通过MCU实时检测B1-B5的电压，并估算每个子电池组的荷电状态，当BBU中最大电池荷电状态与最小电池荷电状态相差大于10％时，将最小荷电状态对应的子电池组的旁路开关导通，对SOC最小电池进行旁路，SOC最小电池停止放电。
在一些实施方式中，所述将所述第二子电池组的旁路开关导通包括：将与所述第二子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述第二子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通。例如，放电过程中，电池B1的SOC最大，为90％，电池B2的SOC最小，为79％，此时MCU控制MOS管Q3断开，Q4导通，电池B2被旁路。
本发明实施例中响应于子电池组荷电状态极差小于第三阈值，取消对所述最小荷电状态的子电池组的旁路。本发明实施例中第三阈值可以是5%，对SOC最小电池进行旁路直至子电池组最大荷电状态和子电池组最小荷电状态的差值差异小于5％，旁路开关断开，电池被重新接入电路。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于MCU检测到任意子电池组的荷电状态小于第四阈值，将荷电状态小于第四阈值的子电池组的旁路开关导通。本发明实施例中第四阈值可以是10%，例如，当MCU检测到任意一个子电池组的SOC小于10％时，为防止电池过放，同样旁路该子电池组。
在一些实施方式中，方法还包括：响应于旁路开关需要切换状态，判断从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量是否大于第五阈值；响应于从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量小于或等于所述第五阈值，取消旁路开关本次的状态切换。可以设置SOC均衡旁路开启阈值有5％的迟滞，防止旁路开关频繁通断。本发明实施例中的第五阈值可以是5%，例如，从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量小于或等于5%，可以不进行本次旁路开关的状态切换，从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量大于5%，可以正常进行本次旁路开关的状态切换。
当PSU供电异常时，为避免数据丢失，备用电池BBU为存储系统供电，因存储系统需DC（Direct Current，直流）12V供电，因此BBU外接BUCK-BOOST电路，当BBU电压大于12V时，BUCK-BOOST电路工作在BUCK模式，当BBU电压小于12V时，BUCK-BOOST电路工作在BOOST模式，为存储系统提供稳定12V电压。
本发明实施例仅采用MOS管及二极管实现BBU的均衡管理，相比复杂的主动均衡控制电路，其电路结构简单，经济成本相对较低；其次本发明实施例可延长BBU的健康状态的循环使用寿命，减少BBU电芯的更换频次，极大降低存储BBU的使用维护成本。
本发明实施例中通过MCU实时监测电池组B1-B5的电压，并估算电池SOC，通过控制MOS管通断，可灵活实现BBU的串并联重构，实现BBU串联恒流充电、并联恒压充电，在提高充电速度的同时，实现BBU的充电能量均衡；在BBU放电状态，MCU通过旁路SOC最小电池，平衡电池组放电能量，实现电池组放电重构均衡。该均衡电路结构简单、均衡速度快、均衡效率高。BBU的充电重构均衡和放电重构均衡，改善BBU的不一致性，延长其循环寿命，提高了BBU的可靠性能。
需要特别指出的是，上述使用如上任一项所述的BBU重构均衡充放电电路实现充放电重构均衡的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于实现充电重构均衡和放电重构均衡的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，包括如下部件：
电池组，包括多个并联的子电池组；
恒流源，配置用于给所述电池组恒流充电；
恒压源，配置用于给所述电池组恒压充电；
充电重构均衡电路，包括多个充电NMOS管，所述充电重构均衡电路与所述恒流源和所述恒压源通过不同充电NMOS管串联，配置用于在充电状态下，实现所述电池组的串并联组合；
放电重构均衡电路，包括多个放电NMOS管，所述放电NMOS管与所述子电池组串联或者并联，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，实现子电池组的旁路；
MCU，配置用于监测每个子电池组的端电压，并控制所述充电NMOS管和所述放电NMOS管的开启和关闭；
多个二极管，配置用于防止子电池组之间的电流倒灌。
2.根据权利要求1所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述放电重构均衡电路包括：
与所述子电池组串联的单放电NMOS管；以及
与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管。
3.根据权利要求2所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述充电重构均衡电路包括：
连接所述恒流源两端的第一充电NMOS管和第二充电NMOS管；以及
连接所述恒压源两端的第三充电NMOS管和第四充电NMOS管。
4.根据权利要求3所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述充电重构均衡电路包括：
多个连接所述子电池组负极与下一个相邻子电池组正极的中间充电NMOS管。
5.根据权利要求4所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述中间充电NMOS管的一端分别连接子电池组的负极和所述子电池组对应的双放电NMOS管，所述中间充电NMOS管的另一端分别连接相邻子电池组对应的单放电NMOS管和双放电NMOS管。
6.根据权利要求5所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述多个二极管包括：
多个上二极管，每个上二极管的正极连接所述第三充电NMOS管，每个上二极管的负极连接所述单放电NMOS管。
7.根据权利要求6所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述多个二极管包括：
多个下二极管，每个下二极管的正极连接所述子电池组的负极，每个下二极管的负极连接所述第四充电NMOS管。
8.根据权利要求7所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述第一充电NMOS管连接第一个上二极管的负极，所述第二充电NMOS管连接最后一个子电池组的负极。
9.根据权利要求8所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述电池组包括多个三节电芯并联组成的子电池组。
10.根据权利要求9所述的BBU重构均衡充放电电路，其特征在于，所述放电重构均衡电路配置用于在放电状态下，将与子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通，以对所述子电池组进行旁路。
11.一种使用如权利要求1-10任一项所述的BBU重构均衡充放电电路实现充放电重构均衡的方法，其特征在于，包括：
响应于进行充电，断开恒压源，并将子电池组重构串联进行恒流充电；
响应于达到充电截止电压，断开恒流充电，并将子电池组重构并联进行恒压充电，响应于子电池组电量相等，充电完成；
响应于进行放电，断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电；
响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路；以及
响应于子电池组荷电状态极差小于第三阈值，取消对所述最小荷电状态的子电池组的旁路。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，方法还包括：
在充电状态下，将放电重构均衡电路中的单放电NMOS管保持导通状态，并将放电重构均衡电路中的双放电NMOS管保持断开状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述将子电池组重构串联进行恒流充电包括：
将中间充电NMOS管保持导通状态，并将第一充电NMOS管和第二充电NMOS管保持导通状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述响应于达到充电截止电压，断开恒流充电包括：
响应于MCU检测到任意子电池组的电压到达充电截止电压，通过MCU控制第一充电NMOS管和第二充电NMOS管断开。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述将子电池组重构并联进行恒压充电包括：
将中间充电NMOS管保持断开状态，并将第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持导通状态。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述断开恒压源和恒流源，并将子电池组重构串联进行放电包括：
将第一充电NMOS管、第二充电NMOS管、第三充电NMOS管和第四充电NMOS管保持断开状态，并将中间充电NMOS管保持导通状态。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述响应于子电池组荷电状态极差大于第一阈值或子电池组中最小荷电状态小于第二阈值，对最小荷电状态的子电池组进行旁路包括：
通过MCU检测子电池组的电压，并计算每个子电池组的荷电状态，并确定荷电状态最大的第一子电池组和荷电状态最小的第二子电池组；
判断所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值是否大于第一阈值；
响应于所述第一子电池组和所述第二子电池组之间的差值大于第一阈值，将所述第二子电池组的旁路开关导通。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述将所述第二子电池组的旁路开关导通包括：
将与所述第二子电池组串联的单放电NMOS管断开，并将与所述第二子电池组所在支路并联的双放电NMOS管导通。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，方法还包括：
响应于MCU检测到任意子电池组的荷电状态小于第四阈值，将荷电状态小于第四阈值的子电池组的旁路开关导通。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，方法还包括：
响应于旁路开关需要切换状态，判断从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量是否大于第五阈值；
响应于从上次旁路开关切换状态到当前时刻所述旁路开关对应的子电池组的荷电状态的变化量小于或等于所述第五阈值，取消旁路开关本次的状态切换。
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| CN116961177A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-27 | 安徽大学 | 一种基于调度场算法的电池组最大可用容量利用方法 |
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