CN117936948A - 锂电池包并联控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种锂电池包并联控制系统及方法，涉及电池控制技术领域，本申请所提供的锂电池包并联控制系统识别电池包的状态，控制MOS管组抑制充/放电时电池包的放/充电流，利用MOS管的开关特性，能够在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

Description

锂电池包并联控制系统及方法

技术领域

本申请涉及电池控制技术领域，具体涉及一种锂电池包并联控制系统及方法。

背景技术

随着新能源载具的发展，新能源车辆对于续航里程的需求也越来越高，为了增加续航里程和电池更换的便捷性，多组锂电池包并联成为了最具经济效益的方式。

如果简单的将多组锂电池包直接并联，当电池包之间的电压相差较大时，电压高的电池包会给电压低的锂电池包充电，互相充电会导致锂电池包的电池管理系统（BatteryManagement System，BMS）或锂电芯损坏的风险。为解决这一问题，相关技术采用的方式为在并联线路中加入二极管，只允许每组锂电池包的输出端电流输出而不允许电流输入，通过利用二极管的单向导电性防止锂电池包并联互相充电的问题。但这种方式的缺陷在于二极管具有一定的压降，在大电流情况下会出现发热量严重、损耗大的问题。

发明内容

本申请提供一种锂电池包并联控制系统及方法，能够利用MOS管的开关特性，在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

第一方面，本申请提供了一种锂电池包并联控制系统，所述锂电池包并联控制系统包括整车单片机、充电器单片机以及至少两个锂电池包，所述锂电池包包括电池组以及两个MOS管组；其中，

所述整车单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的放电；

所述充电器单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的充电；

所述电池组经所述两个MOS管组分别与所述整车单片机以及所述充电器单片机连接，所述两个MOS管组为并联连接。

可选的，所述两个MOS管组包括充电MOS管组以及放电MOS管组；其中，

所述电池组经所述充电MOS管组与所述充电器单片机连接；所述电池组经所述放电MOS管组与所述整车单片机连接。

可选的，所述充电MOS管组包括第一充电MOS管以及第二充电MOS管；其中，

所述第一充电MOS管的源极与所述第二充电MOS管的源极连接；

或，所述第一充电MOS管的漏极与所述第二充电MOS管的漏极连接。

可选的，所述放电MOS管组包括第一放电MOS管以及第二放电MOS管；其中，

所述第一充电MOS管的源极与所述第二充电MOS管的源极连接；

或，所述第一充电MOS管的漏极与所述第二充电MOS管的漏极连接。

可选的，所述锂电池包还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

所述充电保险丝分别与所述充电MOS管组以及所述充电器单片机连接；

所述放电保险丝分别与所述放电MOS管组以及所述整车单片机连接。

可选的，所述锂电池包还包括电池端子；其中，

所述电池端子分别与所述两个MOS管组、所述电池组、所述整车单片机以及所述充电器单片机连接；

所述电池端子还与所述整车单片机通过485通讯连接。

第二方面，本申请提供了锂电池包并联控制方法，所述方法包括：

当所述至少两个电池包共同经所述整车单片机进行放电时，控制所述MOS管组抑制反向充电电流；

当所述至少两个电池包共同经所述充电器单片机进行充电时，控制所述MOS管组抑制反向放电电流。

可选的，所述方法还包括：

判断各所述锂电池包之间的电压差值是否均小于预设电压差值；

若各所述锂电池包之间的电压差值均小于预设电压差值，则控制所述MOS管组无需抑制反向电流。

综上所述，本申请技术方案所带来的有益效果包括：

锂电池包并联控制系统识别电池包的状态，控制MOS管组抑制充/放电时电池包的放/充电流，利用MOS管的开关特性，能够在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种锂电池包并联控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种锂电池包并联控制系统的电路结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请实施例的描述中，“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

首先对本申请中的应用场景作简要说明，用户为了增加车辆的续航里程，可以通过增加电池包的形式增加电池容量，需要解决的是多个电池包为负载车辆供电时，会出现相同电压、不同电压、一组电池包等多种情况，容易出现电压高的电池包对电压低的电池包进行充电的情形，而使用二极管来抑制反向电流压降较大，导致发热量严重、损耗大。

针对上述问题，本申请提出了一种锂电池包并联控制系统及方法，能够利用MOS管的开关特性，在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

需要理解的是，本申请实施例所应用的车辆可以是新能源汽车、电动摩托车、电动自行车等使用电池包提供能源、且能够通过增加电池包以提高续航里程的车辆，在此不作限定。

请参见图1，为本申请实施例提供的一种锂电池包并联控制系统的结构示意图，所述锂电池包并联控制系统包括整车单片机、充电器单片机以及至少两个锂电池包，所述锂电池包包括电池组以及两个MOS管组；其中，

所述整车单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的放电；

所述充电器单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的充电；

所述电池组经所述两个MOS管组分别与所述整车单片机以及所述充电器单片机连接，所述两个MOS管组为并联连接。

整车单片机是指嵌入在车辆控制系统中的微控制器，是一种集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口和其他功能模块的芯片。通过连接锂电池包，能够实现锂电池对车辆的放电，从而实现对车辆的驱动。

充电器单片机是指充电器中的微控制单元，用于控制和管理充电器的工作。其主要作用是监测和控制充电器的充电过程，以确保安全、高效的充电。它可以接收来自电池的信号，监测充电电流、电压、温度等参数，并根据预设的充电算法和逻辑，控制充电器输出恰当的电流和电压，实现合适的充电策略。还可以对充电过程进行监测和记录，提供充电状态和统计信息。此外，充电器单片机还可以与锂电池包等进行数据交换和控制。

锂电池包是一种使用锂电池作为电源的电池组装件，在本申请实施例中，锂电池包为独立的单体，且各锂电池包的电压容量可以不相同，并且为了凸显本申请对于多个锂电池包的控制作用，将系统中锂电池包的数量确定为至少两个，实际中可采用本申请实施例的锂电池包并联控制系统实现对多个锂电池包的控制。

锂电池包包括电池组以及两个MOS管组，其中电池组为能够实现充电与放电的电源，需要注意的是电池组中锂电池的数量可以为任意个，在此不作限定。MOS管组是指仅包含MOS管的组合电路，通过两个MOS管组分别对反向充电电流和反向放电电流进行限制，能够利用MOS管的开关特性，相比于使用二极管进行抑制的方式，能够在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

在一种可实现的实施方式中，所述两个MOS管组包括充电MOS管组以及放电MOS管组；其中，

所述电池组经所述充电MOS管组与所述充电器单片机连接；所述电池组经所述放电MOS管组与所述整车单片机连接。

充电MOS管组用于连接电池组与充电器单片机，放电MOS管组用于连接电池组与整车单片机。

充电MOS管组的作用是控制充电过程，当充电器需要给电池组充电时，充电MOS管组会打开，允许充电电流流经电池组。充电MOS管组与充电器单片机相连，通过通讯信号和数据交互，实现对充电过程的控制和调节。

放电MOS管组的作用是控制放电过程，当整车需要从电池组获取电能时，放电MOS管组会打开，允许放电电流流经电池组。放电MOS管组与整车单片机相连，通过通讯信号和数据交互，实现对放电过程的控制和调节。

通过这两组MOS管的控制，电池组可以按照充电器和整车的需求进行充电和放电，并且通过与相应的单片机的连接，可以实现对充电和放电过程的精确控制和监测。

在一种可实现的实施方式中，所述充电MOS管组包括第一充电MOS管以及第二充电MOS管；其中，

所述第一充电MOS管的源极与所述第二充电MOS管的源极连接；

或，所述第一充电MOS管的漏极与所述第二充电MOS管的漏极连接。

请参见图2，为本申请实施例提供的一种锂电池包并联控制系统的电路结构图。

其中，Battery1为一组电池组，Battery2为另一组电池组，PACK+为锂电池包正极，PACK-为锂电池包负极，485A、485B为通讯信号，S1为充电信号，S2为放电信号，S3为识别主副电池信号，P-为识别对应型号的电池。

M2与Q2为第一充电MOS管，M3与Q3为第二充电MOS管，M2与M3构成充电MOS管组，Q2与Q3构成充电MOS管组。

M2与Q2的作用是当其闭合时，可允许充电电流流过，充电MOS管断开时，不允许充电电流流过，锂电池包就不能充电。

M1与Q1为第一放电MOS管，M4与Q4为第二放电MOS管，M1与M4构成放电MOS管组，Q1与Q1构成放电MOS管组。

M1与Q1的作用是放电MOS管闭合时，可允许放电电流流过，放电MOS管断开时，不允许放电电流流过，锂电池包就不能放电。

M3、Q3为禁止放电的MOS管，其作用是禁止放电电流流过。M4、Q4为禁止充电的MOS管，其作用是禁止充电电流流过。

第一充电MOS管与第二充电MOS管的连接顺序具体不作限定，相反连接即可。

同样的，图2中所举例的MOS管均为N沟道MOS管，当MOS管为P沟道MOS管时，仅将MOS管并联于电池组的负极即可，具体不作限定，根据实际情况进行调整。

可选的，所述锂电池包还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

所述充电保险丝分别与所述充电MOS管组以及所述充电器单片机连接；

所述放电保险丝分别与所述放电MOS管组以及所述整车单片机连接。

锂电池包中F2和FS2是充电保险丝，它们的作用是保护锂电池包。充电保险丝通常位于锂电池包的充电输入端，当充电电流超出设计值时，F2和FS2会熔断，阻止充电电流继续流入电池组，从而保护电池组免受过大的充电电流的损害。锂电池包中F1和FS1是放电保险丝，它们的作用是保护锂电池包。放电保险丝通常位于锂电池包的放电输出端，当放电电流超出设计值时，F1和FS1会熔断，阻止放电电流继续从电池组流出，从而保护电池组免受过大的放电电流的损害。

可选的，所述锂电池包还包括电池端子；其中，

所述电池端子分别与所述两个MOS管组、所述电池组、所述整车单片机以及所述充电器单片机连接；

所述电池端子还与所述整车单片机通过485通讯连接。

连接两个MOS管组的目的是控制电池组的充电和放电过程。MOS管是一种电子开关，通过控制其导通和截断状态，可以调节电流的流动。通过连接电池端子和MOS管组，整车系统可以对电池组的充电和放电进行精确控制。

电池端子还与电池组直接连接，用于提供电池组的正负极电源。电池组是储存电能的关键部件，通过电池端子提供的电源，整车系统可以从电池组中获取所需的能量。同时，电池端子还与整车单片机和充电器单片机连接。通过485通信连接，整车单片机可以与电池端子进行数据传输和通信。这种通信方式可以实现电池状态的监控、数据的传递以及指令的下发，从而实现对锂电池包的有效管理和控制。

可选的，所述整车单片机还包括整车放电端子；其中，

所述整车放电端子分别与所述充电器单片机以及所述至少两个锂电池包连接；

所述整车放电端子还与所述充电器单片机通过485通讯连接。

整车放电端子与充电器单片机连接，通过485通信实现数据传输和通信。这种通信方式可以实现充电器单片机与整车放电端子之间的数据交互和指令传递，从而控制整车系统的放电过程。

同时，整车放电端子也与至少两个锂电池包连接，用于提供电池包的正负极电源。系统通常由多个锂电池包组成，通过整车放电端子与锂电池包连接，可以实现系统对多个电池包的放电控制。

充电器端子分别与整车单片机和至少两个锂电池包连接。通过充电器端子与整车单片机连接，可以实现充电器与整车系统的通信和数据交互，从而控制整车系统的充电过程。

同时，充电器端子也与至少两个锂电池包分别通过485通信连接。通过485通信，充电器端子可以与每个锂电池包进行数据交互和指令传递，实现对每个电池包的独立充电控制。

在本申请的另一个实施例中，针对锂电池包并联控制系统，给出了一种锂电池包并联控制方法方法，具体方法如下：

当所述至少两个电池包共同经所述整车单片机进行放电时，控制所述MOS管组抑制反向充电电流；

当所述至少两个电池包共同经所述充电器单片机进行充电时，控制所述MOS管组抑制反向放电电流。

当这些电池包需要进行放电时，整车单片机通过控制MOS管组来抑制反向充电电流。这是因为电池包在放电过程中，可能会产生电流逆向流入充电器的情况。如果反向充电电流过大，可能会对充电器造成损坏，并且可能导致电池过热或其他安全隐患。为了避免这种情况，通过控制MOS管组，可以切断或限制电流的反向流动，以保护充电器和电池包的安全。

同样地，当这些电池包需要进行充电时，充电器单片机通过控制MOS管组来抑制反向放电电流。这是因为在充电过程中，电池包内部的电流可能会逆向流出，这可能会对电池包造成损坏或安全问题。为了防止电流的反向流动，充电器单片机控制MOS管组以阻止反向放电电流的发生。

结合图2中的情况来看，具体又可分为以下几种情况。

需要说明的是，本申请中针对电池包的电压、电流、温度等信号的采集，可采用模拟前端（Analog Front End，AFE）进行采集，并将采集到的模拟信号转化为数字信号再传输给整车MCU或充电器MCU。

当电池组Battery1对应的锂电池包单独存放静置时，M1、M2、M3、M4都是断开的，此时电池组Battery1是不能进行充放电操作的。只有当需要进行充放电操作时，相应的MOS管组才会被控制打开或关闭，以确保电池包能够进行充放电，并且在适当的条件下进行保护措施。电池组Battery2对应的锂电池包单独存放静置时的情况与电池组Battery1对应的锂电池包单独存放静置时一致，在此不作赘述。

当电池组Battery1对应的锂电池包接入整车后，整车钥匙开关闭合，S2信号接入P+信号，M1、M4闭合，电池组Battery1可以进行放电操作。同时，通过485B、485A与整车信息互通后，整车可以启动。通过M1和M4的闭合，整车电路与电池组Battery1相连接，形成了电流通路，使得电池组Battery1能够提供电能供给整车的各个电子设备和系统。此时，电池组Battery1可以通过放电将其储存的电能释放出来，以满足整车所需的动力和电力需求。另外，通过485B、485A接口，电池组Battery1与整车的信息系统可以进行双向通信。这样可以实现整车对电池组Battery1的监控、控制和数据交换。

当电池组Battery1和电池组Battery2同时接入整车时，若电池组Battery1比电池组Battery2电压大且压差大很多，M1、M4、Q1是闭合而Q4、Q2、Q3、M2、M3是断开的，由于Q4处于断开状态，所以电池组Battery1不会对电池组Battery2进行充电，只对整车放电。

同样的，若电池组Battery2比电池组Battery1电压大且压差大很多，Q1、Q4、M1是闭合而M4、M2、M3、Q2、Q3是断开的，由于M4处于断开状态，，所以电池组Battery2不会对电池组Battery1进行充电，只对整车放电

可选的，判断各所述锂电池包之间的电压差值是否均小于预设电压差值；

若各所述锂电池包之间的电压差值均小于预设电压差值，则控制所述MOS管组无需抑制反向电流。

相应的，若电池组Battery1和电池组Battery2电压接近，M1、M4、Q1、Q4是闭合而Q2、Q3、M2、M3是断开的，因为电池组Battery1和电池组Battery2的电压几乎没有压差，所以二者不会互充，同时对整车放电。

当电池组Battery1和电池组Battery2同时接入整车而充电器也接入时，S1、S2都有信号接入，则S1是最高优先级，充电器对锂电池包充电，锂电池包不对整车放电。当充电器不接入后，即S1信号消失后，锂电池包再对整车放电。

在本申请实施例中，锂电池包并联控制系统识别电池包的状态，控制MOS管组抑制充/放电时电池包的放/充电流，利用MOS管的开关特性，能够在大电流情况下有效降低发热量，减少损耗。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必需的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其他的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践真理的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

Claims (10)

1.一种锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述锂电池包并联控制系统包括整车单片机、充电器单片机以及至少两个锂电池包，所述锂电池包包括电池组以及两个MOS管组；其中，

所述整车单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的放电；

所述充电器单片机分别与所述至少两个锂电池包连接，以实现所述锂电池包的充电；

所述电池组经所述两个MOS管组分别与所述整车单片机以及所述充电器单片机连接，所述两个MOS管组为并联连接。

2.根据权利要求1所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述两个MOS管组包括充电MOS管组以及放电MOS管组；其中，

所述电池组经所述充电MOS管组与所述充电器单片机连接；所述电池组经所述放电MOS管组与所述整车单片机连接。

3.根据权利要求2所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述充电MOS管组包括第一充电MOS管以及第二充电MOS管；其中，

所述第一充电MOS管的源极与所述第二充电MOS管的源极连接；

或，所述第一充电MOS管的漏极与所述第二充电MOS管的漏极连接。

4.根据权利要求2所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述放电MOS管组包括第一放电MOS管以及第二放电MOS管；其中，

所述第一充电MOS管的源极与所述第二充电MOS管的源极连接；

或，所述第一充电MOS管的漏极与所述第二充电MOS管的漏极连接。

5.根据权利要求2所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述锂电池包还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

所述充电保险丝分别与所述充电MOS管组以及所述充电器单片机连接；

所述放电保险丝分别与所述放电MOS管组以及所述整车单片机连接。

6.根据权利要求1所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述锂电池包还包括电池端子；其中，

所述电池端子分别与所述两个MOS管组、所述电池组、所述整车单片机以及所述充电器单片机连接；

所述电池端子还与所述整车单片机通过485通讯连接。

7.根据权利要求1所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述整车单片机还包括整车放电端子；其中，

所述整车放电端子分别与所述充电器单片机以及所述至少两个锂电池包连接；

所述整车放电端子还与所述充电器单片机通过485通讯连接。

8.根据权利要求1所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述充电器单片机还包括充电器端子；其中，

所述充电器端子分别与所述整车单片机以及所述至少两个锂电池包连接；

所述充电器端子还与至少两个锂电池包分别通过485通讯连接。

9.一种锂电池包并联控制方法，应用于权利要求1-8中任一所述的锂电池包并联控制系统，其特征在于，所述方法包括：

当所述至少两个电池包共同经所述整车单片机进行放电时，控制所述MOS管组抑制反向充电电流；

当所述至少两个电池包共同经所述充电器单片机进行充电时，控制所述MOS管组抑制反向放电电流。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断各所述锂电池包之间的电压差值是否均小于预设电压差值；

若各所述锂电池包之间的电压差值均小于预设电压差值，则控制所述MOS管组无需抑制反向电流。