CN217087533U - 一种电池组并联系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组并联系统，由若干电池组组成，各电池组之间并联工作，电池组正极均串联有直流电压动态控制装置，电池组正极串联直流电压动态控制装置后接入电池系统总线，负极直接接入电池系统总线，直流电压动态控制装置可以实现升压或降压的电路电压调节。本发明让电池组根据当前的使用情况、自身容量，采用综合策略调整直流电压动态控制装置的工作状态，可以让每一个电池组发挥其最优性能。从而降低了对电池的均一性要求，从而降低了系统成本。

Description

一种电池组并联系统

技术领域

本发明属于电池领域，尤其涉及一种电池组并联系统。

背景技术

随着5G的发展，数据中心和边缘计算正在大规模建设，电池的使用量将大规模增加，传统的蓄电池使用要求并联使用的电池组必须是同一型号、同一材料、同一厂家出品，有任一不同的电池组不能并联使用，在一些场景增加了资金的投入，导致电池组的浪费。

当前使用较广泛的电池包括阀控式铅酸蓄电池、铅碳电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池和钛酸锂电池，其中钴酸锂电池多应用于数码产品，锰酸锂电池是早期产品，几近淘汰，所以很少见，并联情况的组合中不考虑这两种；最常见的是阀控铅酸蓄电池、铅碳电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池的任意组合；例如阀控铅酸蓄电池跟磷酸铁锂电池的组合，或者是铅碳电池跟磷酸铁锂电池的组合，又或者是阀控铅酸蓄电池跟三元锂电池的组合等等。

发明内容

本发明旨在解决不同生产日期、不同容量、不同材料电池组的并联问题，方便多种电池组的并联工作，本发明通过在每个电池组的输出正极添加一个直流电压动态控制装置，实现不同材料电池的混用。

一种电池组并联系统，由若干电池组组成，各电池组之间并联工作，电池组正极均串联有直流电压动态控制装置，电池组正极串联直流电压动态控制装置后接入电池系统总线，负极直接接入电池系统总线，直流电压动态控制装置可以实现升压或降压的电路电压调节。

电池组为阀控铅酸蓄电池、铅碳电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池的任意组合。

直流电压动态控制装置设置有电源、微处理器MCU，微处理器MCU连接通信接口，完成系统通信；微处理器MCU连接带电可擦可编程只读存储器EEPROM, 用以存储工作数据；微处理器通过驱动电路驱动升降压电路，实现对升压降压的控制，微处理器MCU连接采集电路用于采集电池组电压电流数据。

各电池组的直流电压动态控制装置设置的通信接口均连接在控制总线上，组成控制系统。

控制系统使用主从架构，以一组电池组的直流电压动态控制装置为主控单元，其他电池组的直流电压动态控制装置为从控单元。

控制系统使用对等架构，电池组的直流电压动态控制装置均为从控单元。

有益效果：本发明让电池组根据当前的使用情况、自身容量，采用综合策略调整直流电压动态控制装置的工作状态，可以让每一个电池组发挥其最优性能。从而降低了对电池的均一性要求，从而降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明升压充电模式示意图。

图2是本发明降压充电模式示意图。

图3是本发明升压放电模式示意图。

图4是本发明降压放电模式示意图。

图5是本发明直流电压动态控制装置内部组成示意图。

图6是本发明主从架构示意图。

图7是本发明对等架构示意图。

图8是本发明铅酸蓄电池与铁锂电池并联示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过附图说明和具体实施实例对本发明进行进一步详细说明。

本发明一种电池组并联系统，由若干电池组组成，各电池组之间并联工作，电池组正极均串联有直流电压动态控制装置，电池组正极串联直流电压动态控制装置后接入电池系统总线，负极直接接入电池系统总线。

直流电压动态控制装置设置有电源、微处理器MCU，微处理器MCU连接通信接口，完成系统通信；微处理器MCU连接带电可擦可编程只读存储器EEPROM, 用以存储工作数据；微处理器通过驱动电路驱动升降压电路，实现对升压降压的控制，微处理器MCU连接采集电路用于采集电池组电压电流数据。

直流电压动态控制装置，微处理器根据采集电路提供的数据，判断电压调节的方式，然后通过驱动电路驱动升降压电路调整，升降压电路可以实现双方向的升压或降压的电路电压调节，升降压电路分为不调整电压和调整电压两个状态，在调整电压状态时分为四种工作模式：

在充电状态下，电池电压（V1）比总线电压（V2）高称为升压充电，电池电压（V1）比总线电压（V2）低称为降压充电；

放电状态下，电池电压（V1）比总线电压（V2）高称为降压放电，电池电压（V1）比总线电压（V2）低，称为升压放电；

升压充电模式：

此模式下，装置工作在升压工作模式（电池电压V1>总线电压V2），通过自身的控制功能，调整电池端的电压，实现对电池组恒流-限压充电；

降压充电模式：

此模式下，装置工作在降压工作模式（电池电压V1<总线电压V2），通过自身的控制功能，调整电池端的电压，实现对电池组恒流-限压充电；

升压放电模式：

此模式下，装置工作在升压工作模式（电池电压V1<总线电压V2），通过自身的控制功能，调整输出端的电压，实现按系统的需求调整自己的输出；

降压放电模式：

此模式下，装置工作在降压工作模式（电池电压V1>总线电压V2），通过自身的控制功能，调整电池端的电压，实现对电池组恒流-限压充电；

工作模式之间的切换：不同的电池组，工作中需要经历的工作模式不同。

1、当电池组的工作电压范围均在母线电压以下时，充电时装置工作在降压充电模式，当电池组满电后，装置进入待机模式；放电时装置工作在升压放电模式，当电池耗尽后，装置进入待机模式；

2、当电池组的工作电压范围均在母线电压以上时，充电时装置工作在升压充电模式，当电池组满电后，装置进入待机模式；放电时装置工作在降压放电模式，当电池耗尽后，装置进入待机模式；

3、当电池组的工作电压范围包含母线电压时，充电时装置由降压充电模式逐步转换为升压充电模式，当电池组满电后，装置进入待机模式；放电时装置由降压放电模式逐步转换为升压放电模式当电池耗尽后，装置进入待机模式；

上述为单个电池组通过直流电压动态控制装置的调整过程，电池系统中会存在多个电池组，多组电池并联使用时，各电池组的直流电压动态控制装置设置的通信接口均连接在控制总线上，组成控制系统，通过各直流电压动态控制装置之间控制逻辑的设置，构成控制架构。

控制架构可以分为两种：主从架构和对等架构，两种控制架构的控制逻辑如下：

主从架构：

主从架构下，以一组电池组的直流电压动态控制装置为主控单元，其他电池组的直流电压动态控制装置为从控单元。

1、在主从控制架构中，每个从控单元的输出/输入电流工作状态全部由主控单元决定；

2、主控单元可以使用两种模式控制每个从控单元的输出：第一种是均流模式，即要求所有从控单元的输出（放电）/输入（充电）电流一致；第二种是均时模式，即尽量控制所有的电池组让他们同时放完/充满。两种模式由设置决定。

3、主控单元的选择可以分成两种情况，一种是指定一个主控单元，如果此主控单元故障，所有从控单元进入默认工作状态；另一种是系统自动推选主控单元，系统开始工作后，会自动推选一个主控单元。如果此主控单元故障，系统会自动从剩余的从控单元中再次推选一个主控单元继续工作。

均流模式/均时模式：

1、主控单元时刻采集所有从控单元的工作信息，汇总处理决策后，将合适的工作命令下发给所有从控单元。

2、每个从控单元根据主控单元的命令，再根据自己当前的电流，调整自我的输出/输入电流，直至达到主控单元的要求为止。

3、重复以上两个步骤。

4、对于出现故障（包括电源故障和电池故障）的电池，主控单元考虑让其退出并联队列，并将其从计算数量中剔除。待其故障消除后，再安排其进入并联队列。

对等架构：

1、在对等架构控制结构中，整个系统没有主控单元，每个从控单元都采取同样的策略运行。

2、系统的运行模式分为两种：第一种是均流模式，即要求所有从控单元的输出/输入电流一致；第二种是均时模式，即尽量控制所有的电池组让他们同时放完/充满。两种模式由设置决定。

均流模式：

1、每个从控单元都要主动广播自己的工作状态（包括电压、电流、正常/故障），同时要听取总线上其他从控单元的工作状态；

2、从所有听取到的信息中计算出工作电流平均值（记为CCM）；

3、调整自我的电流向CCM看齐，如果自我电流比CCM大，则调低；如果自我电流比CCM小，则调高；

4、调整完毕后再次将自我电流跟CCM对比，如果仍不一致，则继续按照上面的策略调整，直至一致为止；

5、运行过程中，CCM的数值在不断变化。

均时模式：

1、每个从控单元都要主动广播自己的工作状态（包括电压、电流、正常/故障、剩余充电/放电时长），同时要听取总线上其他从控单元的工作状态；

2、从所有听取到的信息中计算出剩余时长平均值（记为CTM）；

3、调整自我的剩余时长向CTM看齐，如果自我剩余时长比CTM大，则调小；如果自我剩余时长比CTM小，则调大；

4、调整完毕后再次将自我的剩余时长跟CTM对比，如果仍不一致，则继续按照上面的策略调整；直至一致为止；

5、在这个过程中，CTM的数值在不断变化。

以下为一组40颗12V 100AH铅酸蓄电池跟一组160颗3.2V 100AH铁锂电池并联使用的场景。

其中铅酸蓄电池的工作电压范围是：400V-546V，铁锂电池的工作电压范围是：400V-576V；直流母线的总线电压V2使用480V。

在对等架构的控制逻辑下，均时模式工作。从两个电池都是空电开始梳理工作过程。

1、电池系统充电：铅酸蓄电池的初始电压是400V，铁锂电池的初始电压是400V，所以两个电池都处于降压充电状态。并联装置通过控制电池电压V1实现对电池组的恒流充电，随着不断的充电，电池电压V1在不断升高。

2、当电池电压V1升高到480V后，并联装置切换为升压充电状态，此过程中，并联装置依然通过调整电池电压V1实现对电池组的恒流充电。

3、两套并联装置按照均时模式，尽量控制两个电池组同时充满电。

4、当电池电压V1升高到546V（铅酸）/576V（铁锂）后，保持电池电压V1不变，充电电流逐渐减小，直至为零，充电结束。

5、当需要电池系统放电时，并联装置零延时地输出电能。

6、两套并联装置依据均时模式，调整自我的输出状态，同时为负载供电，一开始铅酸电池电压546V，铁锂电池电压576V，并联装置均处于降压放电状态。

7、待电池电压降低到480V后，并联装置进入升压放电状态，直至电池电量耗尽。

8、充电过程中，如果需要放电，系统会零延时地进入放电状态。

9、放电过程中，如果市电恢复，系统在延时一定时间后，进入充电状态。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种电池组并联系统，由若干电池组组成，各电池组之间并联工作，其特征在于：电池组正极均串联有直流电压动态控制装置，电池组正极串联直流电压动态控制装置后接入电池系统总线，负极直接接入电池系统总线，直流电压动态控制装置可以实现升压或降压的电路电压调节，直流电压动态控制装置设置有电源、微处理器MCU，微处理器MCU连接通信接口，完成系统通信；微处理器MCU连接带电可擦可编程只读存储器EEPROM, 用以存储工作数据；微处理器通过驱动电路驱动升降压电路，实现对升压降压的控制，微处理器MCU连接采集电路用于采集电池组电压电流数据，各电池组的直流电压动态控制装置设置的通信接口均连接在控制总线上，组成控制系统。

2.根据权利要求1所述的电池组并联系统，其特征在于：控制系统使用主从架构，以一组电池组的直流电压动态控制装置为主控单元，其他电池组的直流电压动态控制装置为从控单元。

3.根据权利要求2所述的电池组并联系统，其特征在于：控制系统使用对等架构，电池组的直流电压动态控制装置均为从控单元。

4.根据权利要求2或3所述的电池组并联系统，其特征在于：电池组为阀控铅酸蓄电池、铅碳电池、磷酸铁锂电池或三元锂电池。

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