CN117220384B - 一种电池并联运行的电流分配方法和电池并联系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池并联运行的电流分配方法和电池并联系统，涉及电子电路技术领域，该方法包括：监测每个电池组的实际电流和最大允许充放电电流；基于实际电流确定电池组系统的充放电状态；电池组系统包括多个并联的电池组；当电池组系统处于充电状态，确定每个电池组的充电比例系数，基于充电比例系数调节每个电池组的实际充电电流，和/或，当电池组系统处于放电状态，确定每个电池组的放电比例系数，基于放电比例系数调节每个电池组的实际放电电流。本发明提供的电流分配方法，当电池组超额运行时调节其对应的实际电流，使其均处于预设的电流要求范围内，在确保电池安全性的同时提高电池的充放电效率。

Description

一种电池并联运行的电流分配方法和电池并联系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电池并联运行的电流分配方法以及电池系统。

背景技术

目前，各类直流电源系统已得到广泛的应用，为了提高直流电源系统的可靠性，需要在其中加装大容量电池组。且在实际应用中，需要配置2个及以上的电池组并联运行以提高电池组的可靠性及增加电池组容量。

为了保障大容量电池组并联后的稳定性，通常需要选用同一厂家的同一型号甚至是同一批次的电池，并在并联电路架设完毕后，调整两组电池的电压和荷载量，当调整到电压和荷载量一致时正式接入直流电源系统。

但由于因电池组的运行特性无法控制，在实际的工程应用中，由于电池生产商的品控问题，以及各类复杂的环境因素的影响，往往会造成并联架设完毕的电池组出现未知的电学特性，而两组特性未知的电池组直接并联后往往难以稳定运行，很容易导致电池组出现过充或过放的情况，从而降低电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联运行的电流分配方法和电池并联系统，能够提高电池并联时的充放电效率和提升电池的安全性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种电池并联运行的电流分配方法，所述方法包括：

监测每个电池组的实际电流和最大允许充放电电流；

基于所述实际电流确定电池组系统的充放电状态；所述电池组系统包括多个并联的电池组；

当所述电池组系统处于充电状态，确定所述每个电池组的充电比例系数，基于所述充电比例系数调节所述每个电池组的实际充电电流，

和/或，

当所述电池组系统处于放电状态，确定所述每个电池组的放电比例系数，基于所述放电比例系数调节所述每个电池组的实际放电电流。

进一步地，所述基于所述实际电流确定电池组系统的充放电状态，包括：

基于所述实际电流计算所述电池组系统的总电流；

当所述总电流大于0，表明所述电池组系统处于充电状态；当所述总电流小于0，表明所述电池组系统处于放电状态。

进一步地，所述当所述电池组系统处于充电状态，确定每个电池组的充电比例系数，基于所述充电比例系数调节所述每个电池组的实际充电电流，包括：

计算每个电池组的充电比例系数，计算公式如下：

其中，α_i表示第i个电池组的充电比例系数，I_{bat_Reali}表示第i个电池组的实际充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

判断是否存在充电比例系数大于1的电池组；

若不存在充电比例系数大于1的电池组，所述电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_chargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

若存在充电比例系数大于1的电池组，则将充电比例系数的最小值作为充电电流平衡系数α＝min(α₁，α₂，…，α_N)，按照所述充电电流平衡系数α调节每个电池组的实际电流，所述电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际充电电流。

进一步地，所述当所述电池组系统处于放电状态，确定所述每个电池组的放电比例系数，基于所述放电比例系数调节所述每个电池组的实际放电电流，包括：

计算每个电池组的放电比例系数，计算公式如下：

其中，β_i表示第i个电池组充电比例系数，-I_{bat_Reali}表示第i个电池组的实际放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

判断是否存在放电比例系数小于-1的电池组；

若不存在放电比例系数小于-1的电池组，所述电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，I_{bat_dischargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

若存在放电比例系数小于-1的电池组，则将放电比例系数的最小值作为放电电流平衡系数β＝min(β₁，β₂，…，β_N)，按照所述放电电流平衡系数β调节每个电池组的实际电流，所述电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，-I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际放电电流。

进一步地，对每个电池组的实际电流调节之前，还包括：

当前最大允许充电电流大于充电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际充电电流；充电电流预设值为上一次计算得到的最大允许充电电流与滞环电流之和；

和/或，

当前最大允许放电电流大于放电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际放电电流；放电电流预设值为上一次计算得到的最大允许放电电流与滞环电流之和。

第二方面，本发明实施例还提供一种电池并联系统，实现如权上述任一所述方法，其特征在于，所述系统包括：

电池组系统，所述电池组系统包括多个并联的电池组；

控制单元，用于根据所述多个并联的电池组的充电状态确定电池组系统的最大允许充电电流，和/或，根据所述多个并联的电池组的放电状态确定电池组系统的最大允许放电电流。

进一步地，所述电池组还包括至少一个子电池组，每个子电池组包含一个充电极、一个放电极和一个公用的负极；其中，充电正极配置单向导电特性的充电控制开关，且电流流向所述电池组；放电正极配置单向导电特性的放电控制开关，且电流流向外部负载。

进一步地，所述控制单元还用于在多个并联的电池组充电过程中判断获取的所述最大允许充电电流是否超过充电电流预设值，若是则生成充电电流调节信号；

和/或，

所述控制单元还用于在所述电池放电过程中判断获取的所述最大允许放电电流是否超过放电电流预设值，若是则生成放电电流调节信号。

本发明的有益效果在于：本发明实施例提供的一种电池并联运行的电流分配方法，基于每个电池组的实际电流确定电池组系统的充放电状态和每个电池组的充放电比例系数，基于充放电比例系数调节每个电池组的实际电流，使其均工作在预设的电流范围内，避免电池过充或过放，提升电池的安全性；同时，取最小的充放电比例系数作为平衡系数，动态调节每个电池组的实际电流，一定程度上提高了电池的充放电效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池并联运行的电流分配方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电池并联运行的电流分配方法流程框图；

图3为本发明实施例提供的一种电池并联系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例时本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本文中属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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

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，使得其充放电电流、SOC状态以及电池电量差异都比较大，并联后的电池组的运行特性无法控制，直接并联后往往难以稳定运行。

本发明提供一种电池并联运行的电流分配方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤S101：监测每个电池组的实际电流和最大允许充放电电流；步骤S102：基于实际电流确定电池组系统的充放电状态；电池组系统包括多个并联的电池组；步骤S103：当电池组系统处于充电状态，确定每个电池组的充电比例系数，基于充电比例系数调节每个电池组的实际充电电流，和/或，当电池组系统处于放电状态，确定每个电池组的放电比例系数，基于放电比例系数调节每个电池组的实际放电电流。

上述步骤S101中，监测每个电池组的实际电流和最大允许充放电电流。

本申请实施例中每个电池组对应于一个最大允许充电电流和一个最大允许放电电流，BMS系统对电池的实际电流进行监控，并基于电池的温度和SOC状态确定电池组当前的最大允许充电电流和最大允许放电电流。

上述步骤S102中，基于实际电流确定电池组系统的充放电状态；电池组系统包括多个并联的电池组。

具体地，确定电池组系统的充放电状态的步骤包括：

(1)基于实际电流计算电池组系统的总电流；

(2)当总电流大于0，表明电池组系统处于充电状态；当总电流小于0，表明电池组系统处于放电状态。

上述步骤S103中，当电池组系统处于充电状态，确定每个电池组的充电比例系数，基于充电比例系数调节每个电池组的实际充电电流，和/或，当电池组系统处于放电状态，确定每个电池组的放电比例系数，基于放电比例系数调节每个电池组的实际放电电流。

具体地，当电池组系统处于充电状态，确定每个电池组的充电比例系数，基于充电比例系数调节每个电池组的实际充电电流，包括：

计算每个电池组的充电比例系数，计算公式如下：

其中，α_i表示第i个电池组的充电比例系数，I_{bat_Reali}表示第i个电池组的实际充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

判断是否存在充电比例系数大于1的电池组；

若不存在充电比例系数大于1的电池组，则电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_chargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

若存在充电比例系数大于1的电池组，则将充电比例系数的最小值作为充电电流平衡系数α＝min(α₁，α₂，…，α_N)，按照充电电流平衡系数α调节每个电池组的实际电流，电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际充电电流。

具体地，当电池组系统处于放电状态，确定每个电池组的放电比例系数，基于放电比例系数调节每个电池组的实际放电电流，包括：

计算每个电池组的放电比例系数，计算公式如下：

其中，β_i表示第i个电池组的放电比例系数，-I_{bat_Realu}表示第i个电池组的实际放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

判断是否存在放电比例系数小于-1的电池组；

若不存在放电比例系数小于-1的电池组，则电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，I_{bat_dischargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

若存在放电比例系数小于-1的电池组，则将放电比例系数的最小值作为放电电流平衡系数β＝min(β₁，β₂，…，β_N)，按照放电电流平衡系数β调节每个电池组的实际电流，则电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，-I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际放电电流。

在一个实例中，为了优化电池管理，防止电流在临界区震荡，对每个电池组的实际电流调节之前，还包括：当前最大允许充电电流大于充电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际充电电流；充电电流预设值为上一次计算得到的最大允许充电电流与滞环电流之和；和/或，当前最大允许放电电流大于放电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际放电电流；放电电流预设值为上一次计算得到的最大放许充电电流与滞环电流之和。其中，滞环电流根据不同的电芯进行适配。

图2为本发明实施例提供的一种电池并联运行的电流分配方法的流程框图，首先测量每个电池组的实际电流，确定电池组系统的充放电状态后，分别计算充电状态和放电状态时的比例系数，基于比例系数确定是否存在超额运行的电池组，若不存在，则累加所有电池组的最大允许充电电流；反之，若存在，则将比例系数的最小值作为平衡系数，并判断按照平衡系数调节后的电池组系统的最大充电电流或最大放电电流是否大于预设值，若大于则按照平衡系数调节每个电池组的实际电流，若小于则直接累加所有电池组的最大允许充电电流。

本发明实施例提供的一种电池并联运行的电流分配方法，基于每个电池组的实际电流确定电池组系统的充放电状态和每个电池组的充放电比例系数，基于充放电比例系数调节每个电池组的实际电流，使其均工作在预设的电流范围内，避免电池过充或过放，提升电池的安全性；同时，取最小的充放电比例系数作为平衡系数，动态调节每个电池组的实际电流，一定程度上提高了电池的充放电效率。

请参阅图3，本发明实施例的电池并联系统包括电池组系统和控制单元。其中，电池组系统包括多个并联的电池组。控制单元，用于根据多个并联的电池组的充电状态确定电池组系统的最大允许充电电流，和/或，根据多个并联的电池组的放电状态确定电池组系统的最大允许放电电流。

本实施例的控制单元与多个并联的电池组中的BMS通信端连接，BMS能够获取对应电池组的充放电状态和SOC状态，例如充放电电流、电池剩余电量等，以确定对应电池组的最大允许充放电电流，控制单元接收每个电池组的最大允许充放电电流，确定电池组系统的最大允许充放电电流。

具体地，每个电池组包括至少一个子电池，每个子电池包含一个充电极、一个放电极和一个公用的负极；其中，充电正极配置单向导电特性的充电控制开关，且电流流向电池组；放电正极配置单向导电特性的放电控制开关，且电流流向外部负载。

具体地，控制单元还用于在多个并联的电池组充电过程中判断获取的最大允许充电电流是否超过充电电流预设值，若是则生成充电电流调节信号，

和/或，

控制单元还用于在电池放电过程中判断获取的最大允许放电电流是否超过放电电流预设值，若是则生成放电电流调节信号。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种电池并联运行的电流分配方法，其特征在于，所述方法包括：

监测每个电池组的实际电流和最大允许充放电电流；

基于所述实际电流确定电池组系统的充放电状态；所述电池组系统包括多个并联的电池组；

当所述电池组系统处于充电状态，确定所述每个电池组的充电比例系数，基于所述充电比例系数调节所述每个电池组的实际充电电流，

和/或，

当所述电池组系统处于放电状态，确定所述每个电池组的放电比例系数，基于所述放电比例系数调节所述每个电池组的实际放电电流；

其中，所述确定所述每个电池组的充电比例系数，基于所述充电比例系数调节所述每个电池组的实际充电电流，包括：

计算每个电池组的充电比例系数，计算公式如下：

其中，α_i表示第i个电池组的充电比例系数，I_{bat_Reali}表示第i个电池组的实际充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

判断是否存在充电比例系数大于1的电池组；

若不存在充电比例系数大于1的电池组，所述电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_chargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许充电电流，I_{bat_chargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许充电电流；

若存在充电比例系数大于1的电池组，则将充电比例系数的最小值作为充电电流平衡系数α＝min(α₁，α₂，…，α_N)，按照所述充电电流平衡系数α调节每个电池组的实际电流，电池组系统的最大允许充电电流为：

其中，I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际充电电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述实际电流确定电池组系统的充放电状态，包括：

基于所述实际电流计算所述电池组系统的总电流；

当所述总电流大于0，表明所述电池组系统处于充电状态；当所述总电流小于0，表明所述电池组系统处于放电状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述电池组系统处于放电状态，确定所述每个电池组的放电比例系数，基于所述放电比例系数调节所述每个电池组的实际放电电流，包括：

计算每个电池组的放电比例系数，计算公式如下：

其中，β_i表示第i个电池组充电比例系数，-I_{bat_Reali}表示第i个电池组的实际放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

判断是否存在放电比例系数小于-1的电池组；

若不存在放电比例系数小于-1的电池组，所述电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，I_{bat_dischargeLimitTotal}表示电池组系统的最大允许放电电流，I_{bat_dischargeLimiti}表示第i个电池组的最大允许放电电流；

若存在放电比例系数小于-1的电池组，则将放电比例系数的最小值作为放电电流平衡系数β＝min(β₁，β₂，…，β_N)，按照所述放电电流平衡系数β调节每个电池组的实际电流，所述电池组系统的最大允许放电电流为：

其中，-I_{bat_Reali}为调节前第i个电池组的实际放电电流。

4.根据权利要求1或3任一所述的方法，其特征在于，对每个电池组的实际电流调节之前，还包括：

当前最大允许充电电流大于充电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际充电电流；充电电流预设值为上一次计算得到的最大允许充电电流与滞环电流之和；

和/或，

当前最大允许放电电流大于放电电流预设值时，控制调节每个电池组的实际放电电流；放电电流预设值为上一次计算得到的最大允许放电电流与滞环电流之和。

5.一种电池并联系统，实现如权利要求1至4任一所述方法，其特征在于，所述系统包括：

电池组系统，所述电池组系统包括多个并联的电池组；

控制单元，用于根据所述多个并联的电池组的充电状态确定电池组系统的最大允许充电电流，和/或，根据所述多个并联的电池组的放电状态确定电池组系统的最大允许放电电流。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电池组还包括至少一个子电池组，每个子电池组包含一个充电极、一个放电极和一个公用的负极；其中，充电正极配置单向导电特性的充电控制开关，且电流流向所述电池组；放电正极配置单向导电特性的放电控制开关，且电流流向外部负载。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元还用于在多个并联的电池组充电过程中判断获取的所述最大允许充电电流是否超过充电电流预设值，若是则生成充电电流调节信号；

和/或，

所述控制单元还用于在所述电池放电过程中判断获取的所述最大允许放电电流是否超过放电电流预设值，若是则生成放电电流调节信号。