本發(fā)明屬于電子電源領(lǐng)域，涉及一種電池管理技術(shù)，具體涉及一種并聯(lián)電池組電壓均衡管理系統(tǒng)、并聯(lián)電池組及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電池的小型化和能量比不斷提高，出現(xiàn)了各種依靠電池供電的電動(dòng)設(shè)備，例如無(wú)人機(jī)、電動(dòng)汽車、電瓶車等，以電動(dòng)汽車為例，電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好。電動(dòng)汽車的續(xù)行里程之長(zhǎng)短取決于車載動(dòng)力電池容量之大小，車載動(dòng)力電池之重量取決于選用何種動(dòng)力電池如鉛酸、鋅碳、鋰電池等，以及電池的比重、比功率、比能量等指標(biāo)。
但在電池使用過(guò)程中，由于工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程造成的電池輸出電壓的差異，導(dǎo)致電池輸出功率不均，并且在使用過(guò)程中，這種差異由于電池的放電原理會(huì)被持續(xù)放大，例如對(duì)于輸出電壓的電池，輸出電流較大，輸出電流大導(dǎo)致電池發(fā)熱增加，電池發(fā)熱后導(dǎo)致內(nèi)阻降低，進(jìn)一步導(dǎo)致電流增大，形成正反饋使得電池持續(xù)發(fā)熱并超負(fù)荷供電，電池壽命大幅縮小。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種并聯(lián)電池組電壓均衡管理系統(tǒng)、并聯(lián)電池組及其控制方法。
本發(fā)明所述并聯(lián)電池組電壓均衡管理系統(tǒng)，應(yīng)用于并聯(lián)的多個(gè)單一電池，包括電池電壓檢測(cè)裝置及多個(gè)供電開關(guān)，每一單一電池與一個(gè)供電開關(guān)串聯(lián)，所述供電開關(guān)不與單一電池連接的一端與供電端連接，每一所述單一電池連接有一個(gè)電池電壓檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)裝置信號(hào)輸出端與一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理裝置連接；
還包括一個(gè)充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)能夠連接任意兩個(gè)單一電池的正極，同時(shí)與其他單一電池正極隔離；
所述數(shù)字信號(hào)處理裝置能夠完成以下功能：根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)，判斷出各個(gè)單一電池電壓的最高值和最低值，并控制各個(gè)供電開關(guān)和充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
優(yōu)選的，所述電池電壓檢測(cè)裝置與電池正極連接。
優(yōu)選的，所述電池電壓檢測(cè)裝置為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選的，所述充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)一端與各個(gè)單一電池正極分別連接的均衡開關(guān)，均衡開關(guān)另一端均與電壓均衡端連接。
優(yōu)選的，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置內(nèi)置有時(shí)鐘發(fā)生器。
優(yōu)選的，各個(gè)單一電池與電池電壓檢測(cè)裝置的位置相同。
本發(fā)明還公開了一種并聯(lián)電池組，采用了如上任意一項(xiàng)所述的電壓均衡管理系統(tǒng)
本發(fā)明還公開了一種并聯(lián)電池組控制方法，基于如上任意一項(xiàng)所述的電壓均衡管理系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理裝置隨時(shí)根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)，判斷出各個(gè)單一電池電壓的最高值和最低值，斷開電壓最高和最低的兩個(gè)單一電池的供電開關(guān)，同時(shí)控制充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)使僅這兩個(gè)單一電池的正極連接。
優(yōu)選的，基于如前所述數(shù)字信號(hào)處理裝置內(nèi)置有時(shí)鐘發(fā)生器的電壓均衡管理系統(tǒng)，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置對(duì)于數(shù)字信號(hào)的識(shí)別判斷及各個(gè)開關(guān)的切換，在時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的每一周期邊沿開始同步進(jìn)行。
采用本發(fā)明所述的并聯(lián)電池組電壓均衡管理系統(tǒng)、并聯(lián)電池組及其控制方法，具有如下優(yōu)越性：
一.采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電電池的選擇性處理，能夠?qū)╇婋姵氐墓ぷ鳡顟B(tài)和充放電狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
二.采用數(shù)字信號(hào)排序處理方式，能夠有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)單一電池之間的電壓均衡，縮小電壓差異，降低高壓電池的電壓，延長(zhǎng)了電池組的壽命。
三.采用多路復(fù)用，時(shí)分復(fù)用的即時(shí)控制方式，電壓均衡隨時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行，電壓均衡反應(yīng)快，時(shí)間短，電池工作狀態(tài)穩(wěn)定，輸出效率提高。
四.即時(shí)控制、隨時(shí)切換的控制方式，對(duì)器件要求大幅降低，無(wú)需采用昂貴的精確采樣adc對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣，即使出現(xiàn)誤差，在后續(xù)周期內(nèi)即可迅速糾正，降低了硬件要求和系統(tǒng)成本。
五.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件數(shù)量少，與現(xiàn)有并聯(lián)供電電池結(jié)構(gòu)完全兼容，適合于不同種類單一電池的電壓均衡控制。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所述并聯(lián)電池組的一種具體實(shí)施方式結(jié)構(gòu)正視示意圖，圖中附圖標(biāo)記名稱為adc-模數(shù)轉(zhuǎn)換器，dsp-數(shù)字信號(hào)處理裝置，vo-供電端，vex-電壓均衡端，k1a-均衡開關(guān)，k1b-供電開關(guān)，圖中c1、c2、c3、c4表示不同的單一電池，k2、k3、k4表示分別與c2、c3、c4連接的開關(guān)組。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明所述并聯(lián)電池組電壓均衡管理系統(tǒng)，應(yīng)用于并聯(lián)的多個(gè)單一電池，包括電池電壓檢測(cè)裝置及多個(gè)供電開關(guān)，每一單一電池與一個(gè)供電開關(guān)串聯(lián)，所述供電開關(guān)不與單一電池連接的一端與供電端連接，每一所述單一電池連接有一個(gè)電池電壓檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)裝置信號(hào)輸出端與一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理裝置連接；
還包括一個(gè)充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)能夠連接任意兩個(gè)單一電池的正極，同時(shí)與其他單一電池正極隔離；
所述數(shù)字信號(hào)處理裝置能夠完成以下功能：根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)，判斷出各個(gè)單一電池電壓的最高值和最低值，并控制各個(gè)供電開關(guān)和充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
圖1所示的具體實(shí)施方式中，應(yīng)用在一個(gè)四電池并聯(lián)電池組上；其中各個(gè)單一電池c1、c2、c3、c4均連接有兩個(gè)開關(guān)，例如電池c1連接有均衡開關(guān)k1a和供電開關(guān)k1b,與c2、c3、c4連接的開關(guān)組k2、k3、k4也分別擁有一個(gè)均衡開關(guān)和供電開關(guān)，為簡(jiǎn)化示圖，圖1中未分別完整標(biāo)示。
假設(shè)初始狀態(tài)下各個(gè)供電開關(guān)均閉合，各個(gè)均衡開關(guān)均斷開，各個(gè)單一電池以并聯(lián)狀態(tài)與供電端vo連接并向與供電端vo連接的用電設(shè)備供電，每一單一電池正極與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)到的電池正極電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。電池電壓檢測(cè)裝置除adc外，也可以采取更多部件，例如先用運(yùn)算放大器將檢測(cè)電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)值誤差放大后再輸入adc進(jìn)行采樣，或在電池上串聯(lián)一個(gè)電流采樣電阻，通過(guò)對(duì)采樣電阻兩端壓差檢測(cè)表征電池電壓；由于實(shí)際使用的各個(gè)單一電池都是標(biāo)定性能相同的電池，電池輸出電壓及電流之間的差值不會(huì)太大，檢測(cè)電池電壓本身的絕對(duì)值并無(wú)太大意義，但是由于差值的存在，仍然可能導(dǎo)致電池壽命的急劇縮短，因此檢測(cè)裝置的作用主要是檢測(cè)出一個(gè)能表征電池電壓值的數(shù)字值，從而挑選出電壓最高和電壓最低的兩個(gè)單一電池。
對(duì)于并聯(lián)電池組，在不考慮導(dǎo)線電阻、接頭電阻和開關(guān)導(dǎo)通電阻的情況下，由于并聯(lián)電壓處處相等，理論上各個(gè)電池的電壓連接在一起之后也會(huì)相等，由于存在上述電阻，單一電池輸出電流不同，導(dǎo)致這些電阻上的壓降不同，使得各個(gè)單一電池在供電時(shí)的電壓不同，因此單一電池與電池電壓檢測(cè)裝置的位置應(yīng)最好相同，消除接入點(diǎn)電阻不同對(duì)電壓采集帶來(lái)的誤差影響。
數(shù)字信號(hào)處理裝置根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)，篩選出具有電壓最大值和最小值的兩個(gè)單一電池，例如在圖1所示的具體實(shí)施方式中，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，單一電池c1電壓最高，單一電池c4電壓最低，數(shù)字信號(hào)處理裝置控制這兩個(gè)電池連接的供電開關(guān)斷開，停止向供電端vo供電，并閉合這兩個(gè)電池所連接的均衡開關(guān)，使得兩個(gè)電池的正極均與電壓均衡端連接，此時(shí)高電壓的電池c1自動(dòng)向低電壓的電池c4充電，從而實(shí)現(xiàn)電池c1和電池c4的電壓均衡。
本發(fā)明中，數(shù)字信號(hào)處理裝置采用即時(shí)檢測(cè)技術(shù)，隨時(shí)切換各個(gè)開關(guān)的工作狀態(tài)，例如前述電池c1和c4實(shí)現(xiàn)電壓均衡時(shí)，各個(gè)adc仍然持續(xù)檢測(cè)各個(gè)單一電池電壓，實(shí)現(xiàn)電壓均衡后，單一電池c2可能變成四個(gè)電池中電壓最高的電池，單一電池c3可能變成四個(gè)電池中電壓最低的電池，此時(shí)數(shù)字信號(hào)處理裝置則控制連接單一電池c2和c3的供電開關(guān)斷開，并閉合連接單一電池c1和c4的供電開關(guān)，同時(shí)斷開連接單一電池c1和c4的均衡開關(guān)，閉合連接單一電池c2和c3的均衡開關(guān)，實(shí)現(xiàn)c2和c3之間的電壓均衡。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡控制和即時(shí)檢測(cè)的過(guò)程中，可以利用在數(shù)字信號(hào)處理裝置中增加時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)檢測(cè)電壓及切換開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行同步管理，減少誤動(dòng)作及操作沖突發(fā)生的可能性，例如可以設(shè)置在時(shí)鐘信號(hào)上升沿開始新的電壓檢測(cè)，檢測(cè)后在本周期下降沿或下一周期的上升沿對(duì)各個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制切換，從而更好的實(shí)現(xiàn)時(shí)序正確。
圖1所示的具體實(shí)施方式中，充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)與各個(gè)單一電池正極連接的均衡開關(guān)組成，各個(gè)均衡開關(guān)另一端連接在一起，即與圖1中所示的電壓均衡端vex連接，通過(guò)控制不同均衡開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)電池正極的相互連接，并且與其他未選電池的正極隔離。充電開關(guān)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然也可以以其他更加復(fù)雜或不同的方式實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明中公開的這種方式較為簡(jiǎn)便。
由此可見，本發(fā)明中采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)開關(guān)復(fù)用和電池的分時(shí)復(fù)用，使得任何時(shí)間段內(nèi)，電池的均衡始終在動(dòng)態(tài)進(jìn)行，同時(shí)不影響電池的動(dòng)態(tài)平衡供電，對(duì)于n個(gè)并聯(lián)單一電池，任何時(shí)候都有n-2個(gè)電池為供電端持續(xù)供電，同時(shí)不斷的實(shí)現(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)平衡，相對(duì)傳統(tǒng)的電池電壓檢測(cè)需要使用昂貴的高精度adc精確檢測(cè)電池電壓的絕對(duì)值；本發(fā)明中，由于只關(guān)心單一電池之間的電壓差值，且采用動(dòng)態(tài)平衡，使得對(duì)adc檢測(cè)精度的要求大幅降低，即使adc檢測(cè)存在誤差，該誤差也被差值計(jì)算所抵消，并且由于動(dòng)態(tài)平衡方式，使得adc的檢測(cè)誤差幾乎不會(huì)對(duì)平衡狀態(tài)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，降低了產(chǎn)品成本。
本發(fā)明所述的具體實(shí)施方式雖然只公開了四個(gè)單一電池并聯(lián)的情況，但顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容任意增加支路，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)單一電池的并聯(lián)電池網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，數(shù)字信號(hào)處理裝置實(shí)現(xiàn)的根據(jù)數(shù)字信號(hào)排序選擇最高值和最低值，并控制對(duì)應(yīng)的均衡開關(guān)和供電開關(guān)，在本領(lǐng)域內(nèi)為非常簡(jiǎn)單的程序編制，屬于現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕松實(shí)現(xiàn)。
采用本發(fā)明所述的電壓均衡管理的并聯(lián)電池組及其控制方法，具有如下優(yōu)越性：
一.采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電電池的選擇性處理，能夠?qū)╇婋姵氐墓ぷ鳡顟B(tài)和充放電狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
二.采用數(shù)字信號(hào)排序處理方式，能夠有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)單一電池之間的電壓均衡，縮小電壓差異，降低高壓電池的電壓，延長(zhǎng)了電池組的壽命。
三.采用多路復(fù)用，時(shí)分復(fù)用的即時(shí)控制方式，電壓均衡隨時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行，電壓均衡反應(yīng)快，時(shí)間短，電池工作狀態(tài)穩(wěn)定，輸出效率提高。
四.即時(shí)控制、隨時(shí)切換的控制方式，對(duì)器件要求大幅降低，無(wú)需采用昂貴的精確采樣adc對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣，即使出現(xiàn)誤差，在后續(xù)周期內(nèi)即可迅速糾正，降低了硬件要求和系統(tǒng)成本。
五.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件數(shù)量少，與現(xiàn)有并聯(lián)供電電池結(jié)構(gòu)完全兼容，適合于不同種類單一電池的電壓均衡控制。
前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過(guò)程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。