一种高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法与流程

本发明涉及防爆锂电池电源组网及电力均衡控制，具体而言，涉及一种高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法。

背景技术：

1、目前工业防爆场景所用锂电池供电系统多采用多组防爆锂电池直接并联的方式实现功率扩容，缺乏精准的支路电流均衡调控机制，各锂电池支路因电芯一致性差异、线路阻抗偏差、工况温度不同极易出现输出电流不均的问题，部分支路过流输出、部分支路轻载运行，不仅会造成锂电池组充放电寿命衰减不一致、整体供电稳定性差，还会导致并联系统电流不平衡度高，无法满足大功率、高稳定的防爆供电需求，且传统并联控制方式适配性差，难以实现多支路精准动态均流调节。

2、针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，以至少解决现有防爆锂电池组并联扩容系统电池组工况一致性差、系统供电稳定性低、扩容运行可靠性不足的技术问题。

2、根据本发明实施例的一个方面，为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，高安全防爆锂电池组包括隔爆外壳以及设置于隔爆外壳内部的磷酸铁锂电芯组，包括如下步骤：获取并联系统中各防爆锂电池组支路的电流反馈值，通过通信总线将各支路的电流信息广播至各从控模块；各从控模块根据接收到的所有支路的电流信息计算平均电流，并将平均电流与对应支路的电流反馈值作差得到均流误差；将对应支路的电压外环输出量与均流误差的补偿量进行叠加，生成电流内环的给定参考值，根据给定参考值与对应支路的电流反馈值之间的差值调节串联于对应防爆锂电池组输出端的双向dc/dc变换器的pwm占空比，以调节对应支路的输出电流。

3、进一步地，电压外环为：将系统设定输出电压与各防爆锂电池组自身输出电压的差值送入pi调节器，得到电压外环输出量。

4、进一步地，均流误差为平均电流减去对应支路的电流反馈值；当均流误差为负值时，调低对应支路的双向dc/dc变换器的输出电压以降低支路输出电流；当均流误差为正值时，调高对应支路的双向dc/dc变换器的输出电压以增大支路输出电流。

5、进一步地，还包括荷电状态归一化均衡步骤：各从控模块获取各支路的荷电状态信息，根据各支路荷电状态占所有支路荷电状态总和的比例分配总负载电流。

6、进一步地，还包括温度补偿步骤：各从控模块实时获取对应防爆锂电池组内部温度，当某一防爆锂电池组温度超过预设温度阈值时，降低支路的均流给定系数，直至防爆锂电池组温度回落至安全范围。

7、进一步地，隔爆外壳内部还设置有电池管理系统，电池管理系统具备电芯级过充过放防护、电流级过流短路防护和温度级过热防护的三级防护架构。

8、进一步地，三级防护架构中：电芯级防护通过电压检测防止单芯过充超过3.65v或过放低于2.5v；电流级防护在电流超过1c持续规定时间或超过3c瞬时值时通过mosfet关断，并在微秒级时间内执行短路硬件截断；温度级防护通过布设于极耳与电芯表面的ntc热敏电阻监测温度，当温度超过130℃时执行降额或切断输出。

9、进一步地，还包括故障自动隔离步骤：当从控模块检测到对应防爆锂电池组发生内部短路或热失控故障时，防爆锂电池组的电池管理系统控制mosfet关断且输出端串联的直流熔断器物理断开，使故障组自动脱离功率母线，剩余非故障防爆锂电池组继续为负载供电。

10、进一步地，荷电状态归一化均衡步骤中，电流分配目标值按照各支路荷电状态占所有支路荷电状态总和的比值乘以总负载电流计算。

11、进一步地，并联系统中防爆锂电池组的数量为n，且2≤n≤6；各防爆锂电池组通过功率母线并联输出至48v逆变器或直流负载，各从控模块之间通过can通信总线进行数据交互；并联扩容后系统的不平衡度控制在2%以内。

12、本发明通过采集各并联支路电流并全网广播共享，依托平均电流差值计算均流误差，结合电压外环输出量叠加生成电流内环参考值，动态调节双向dc/dc变换器pwm占空比实现各支路电流精准校正，有效实现多防爆锂电池组并联支路的动态均流均衡控制，大幅降低并联系统电流不平衡度，保证各电池组负载分配均匀、运行工况一致，提升了防爆锂电池并联扩容系统的整体供电稳定性、运行可靠性与设备使用寿命，适配多组电池并联扩容的工业防爆供电场景。

1.一种高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，所述高安全防爆锂电池组包括隔爆外壳以及设置于所述隔爆外壳内部的磷酸铁锂电芯组，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述电压外环为：将系统设定输出电压与各防爆锂电池组自身输出电压的差值送入pi调节器，得到所述电压外环输出量。

3.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述均流误差为所述平均电流减去对应支路的电流反馈值；当所述均流误差为负值时，调低对应支路的双向dc/dc变换器的输出电压以降低支路输出电流；当所述均流误差为正值时，调高对应支路的双向dc/dc变换器的输出电压以增大支路输出电流。

4.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，还包括荷电状态归一化均衡步骤：各从控模块获取各支路的荷电状态信息，根据各支路荷电状态占所有支路荷电状态总和的比例分配总负载电流。

5.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，还包括温度补偿步骤：各从控模块实时获取对应防爆锂电池组内部温度，当某一防爆锂电池组温度超过预设温度阈值时，降低支路的均流给定系数，直至防爆锂电池组温度回落至安全范围。

6.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述隔爆外壳内部还设置有电池管理系统，所述电池管理系统具备电芯级过充过放防护、电流级过流短路防护和温度级过热防护的三级防护架构。

7.根据权利要求6所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述三级防护架构中：电芯级防护通过电压检测防止单芯过充超过3.65v或过放低于2.5v；电流级防护在电流超过1c持续规定时间或超过3c瞬时值时通过mosfet关断，并在微秒级时间内执行短路硬件截断；温度级防护通过布设于极耳与电芯表面的ntc热敏电阻监测温度，当温度超过130℃时执行降额或切断输出。

8.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，还包括故障自动隔离步骤：当从控模块检测到对应防爆锂电池组发生内部短路或热失控故障时，防爆锂电池组的电池管理系统控制mosfet关断且输出端串联的直流熔断器物理断开，使故障组自动脱离功率母线，剩余非故障防爆锂电池组继续为负载供电。

9.根据权利要求4所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述荷电状态归一化均衡步骤中，电流分配目标值按照各支路荷电状态占所有支路荷电状态总和的比值乘以总负载电流计算。

10.根据权利要求1所述的高安全防爆锂电池组及其并联扩容均衡控制方法，其特征在于，所述并联系统中防爆锂电池组的数量为n，且2≤n≤6；各防爆锂电池组通过功率母线并联输出至48v逆变器或直流负载，各从控模块之间通过can通信总线进行数据交互；并联扩容后系统的不平衡度控制在2%以内。