并联电池模组的电流均衡系统的制作方法

1.本技术属于电子设备技术领域，具体来说涉及一种并联电池模组的电流均衡系统。


背景技术：

2.目前，应用于电动摩托车上的2组或2组以上多组电池模组，无法实现对新旧电池或不同品牌电池进行同时并联使用。其原因在于：不同电池模组在并联时由于电池组之间较大电压差，或是放电特性不同，强行并联会导致电池间大电流互充，造成电池不能正常使用或是损坏。造成的影响具体包括： (1)在电池组(或单节电池)的正极开关单元和负极开关单元闭合时，产生瞬时大电流，导致开关单元闭合失败，甚至造成开关单元损坏；(2)经过开关单元、断路器、熔丝等保护器件的电流增大，影响保护器件的使用寿命；(3) 电池系统内部的损耗增大，发热增加，影响电池使用寿命和安全。因此如何开发出一种新型的电流均衡系统，以克服上述问题，是本领域技术人员需要研究的方向。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种并联电池模组的电流均衡系统，能够通过实时监控和调整每个电池模组的电流，使并联电池模组的输出电流实现动态平衡，实现不同规格的电池能够在同一系统内并联正常使用。
4.为实现上述目的，采用的技术方案如下：
5.一种并联电池模组的电流均衡系统，其特征在于：包括：
6.多组并联的电流控制单元回路和电流均衡模块，
7.所述电流均衡模块与每组所述电流控制单元回路电连接；
8.所述电流均衡模块包括采样单元、处理单元；
9.所述采样单元用于采集每组所述电流控制单元回路的电池模组电压并发送给处理单元；
10.所述处理单元配置成根据所述采样单元采集的电池模组电压和预设电压参考比对生成控制信号至所述电流控制单元回路，
11.所述电流控制单元基于接收的控制信号转化成降压电路或升压电路。
12.一种并联电池模组的电流均衡系统，包括多组并联的电流控制单元回路和电流均衡模块，所述电流均衡模块与每组所述电流控制单元回路电连接；
13.所述电流均衡模块可控制每组所述电流控制单元回路转化成降压电路或升压电路，使每组所述电流控制单元回路的输出电压相等。
14.优选的是，所述电流均衡模块包括采样单元、处理单元；
15.所述采样单元用于采集每组所述电流控制单元回路的电池模组电压并发送给处理单元；
16.所述处理单元根据所述采样单元采集的电池模组电压和预设电压参考比对，控制
所述电流控制单元回路转化成降压电路或升压电路。
17.优选的是，每组所述电流控制单元回路包括电池模组和升降压电路，电池模组和升降压电路电连接；
18.所述升降压电路包括igbt管q1、igbt管q2，igbt管q3、igbt管q4、电感l 和电容c；
19.所述igbt管q1的漏极与电池模组的正极连接，所述igbt管q1的源极分别与所述igbt管q2的漏极以及所述电感l的一端连接，所述电感l的另一端分别与所述igbt管q3的源极以及所述igbt管q4的漏极连接，所述电容c的一端与所述igbt管q3的漏极连接，所述电容c的另一端与所述igbt管q4的源极连接，所述igbt管q2的漏极、所述igbt管q4的源极和电池模组的负极连接并接地，所述igbt管q1、igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4的栅极均连接所述处理单元。
20.所述处理单元用于根据采集到的所述电池模组的电压和预设电压参考值进行比对，来控制每组所述电池模组对应的所述电流控制单元回路的igbt管 q1、q2，q3、q4的通断以及调节电路的占空比。
21.或者，所述处理单元基于指令调节每个所述电流控制单元回路中igbt管 q1、igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4的栅极端口的电压来分别调节igbt管q1、 igbt管q2、igbt管q3、igbt管q4的通断(通断即导通或关断)。
22.有益效果：
23.与现有技术相比，本技术实施方案中各电流控制单元回路所采用的电路具备自动升降压功能，同时控制模块通过实时监控和调整每个电池模组的电压，只需输出对应的控制信号，即可使各路电池模组的输出电流实现动态平衡。由此，可以使不同规格电池在同一系统内并联正常使用，使得各个电池模组不同电量，不同电压下均不会出现互充，并且在并联时可以设定电压输出，从而分配各个模组输出电流，达到电池模组能均衡输出。
附图说明
24.下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细的说明：
25.图1为并联电池模组的电流均衡系统的模块示意图；
26.图2为并联电池模组的电流均衡系统的实施例的模块示意图；
27.图3为并联电池模组的电流均衡系统的多组并联的电流控制单元回路的示意图；
28.图4为并联电池模组的电流均衡系统的等效的降压变换电路的示意图；
29.图5为并联电池模组的电流均衡系统的等效的升压变换电路的示意图；
30.图6为一种并联电池模组的电流均衡方法的流程图。
具体实施方式
31.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将结合各个实施例作进一步描述。
32.如图1-6所示：
33.一种并联电池模组的电流均衡系统，其包括：包括多组并联的电流控制单元回路和电流均衡模块，电流均衡模块与每组电流控制单元回路电连接；
34.电流均衡模块可控制每组电流控制单元回路转化成降压电路或升压电路，使每组电流控制单元回路的输出电压相等。
35.在本实施方式中，电流均衡模块包括采样单元、处理单元；
36.采样单元用于采集每组电流控制单元回路的电池模组电压并发送给处理单元；
37.处理单元根据采样单元采集的电池模组电压和预设电压参考比对，控制电流控制单元回路转化成降压电路或升压电路。
38.在本实施方式中，每组电流控制单元回路包括电池模组和升降压电路，电池模组和升降压电路电连接；
39.升降压电路包括igbt管q1、q2，q3、q4、电感l和电容c；具体的，如图3 所示，igbt管q1、q2，q3、q4等同于图3中的qa1、qa2、qa3、qa4或qb1、qb2、 qb3、qb4或qc1、qc2、qc3、qc4或qn1、qn2、qn3、qn4,电感l和电容c等同于图3中的电感l1和电容c1。
40.igbt管q1的漏极与电池模组的正极连接，igbt管q1的源极分别与igbt管 q2的漏极以及电感l的一端连接，电感l的另一端分别与igbt管q3的源极以及 igbt管q4的漏极连接，电容c的一端与igbt管q3的漏极连接，电容c的另一端与igbt管q4的源极连接，igbt管q2的漏极、igbt管q4的源极和电池模组的负极连接并接地，igbt管q1、igbt管q2、igbt管q3和igbt管q4的栅极分别连接处理单元。
41.在本实施方式中，处理单元用于根据采集到的电池模组的电压和预设电压参考值进行比对，来控制每组电池模组对应的电流控制单元回路的igbt管 q1、q2，q3、q4的通断以及调节电路的占空比。
42.在本实施方式中，处理单元用于调节每个电流控制单元回路中igbt管q1、q2、q3、q4栅极端口的电压来调节igbt管q1、q2、q3、q4的通断。
43.本技术还提供一种并联电池模组的电流均衡方法，应用于一种并联电池模组的电流均衡系统，包括如下步骤：
44.s1：电流均衡模块的电池采样单元采集每个电流控制单元回路中电池模组的电压值；
45.s2：处理单元根据电池采样单元采集的每个电池模组的电压值进行判断是否满足预设电压参考值，来控制每个电流控制单元回路转化成降压电路或升压电路，使输出电压均相等。
46.在步骤s2中，处理单元控制每个电流控制单元回路(1)转化成降压电路或升压电路，使输出电压均相等，具体包括：
47.s21：处理单元控制每个电流控制单元回路中igbt管q1、q2、q3、q4的通断；
48.s22：处理单元并根据电池模组的电压值控制控制每个电流控制单元回路的igbt管的控制信号的占空比来控制电压转换比，调整输出电压，直至每个电流控制单元回路的输出电压相同。
49.s31:若采集到的电池模组的电压值大于预设电压参考值，所述处理单元控制所述电流控制单元回路转化成降压电路；具体的，处理单元控制igbt 管q3导通，igbt管q4关闭,igbt管q1作为高频开关控制通断、igbt管q2 则作为同步续流二极管工作时，电路则等效为buck电路，根据公式：
50.51.此时，降压电路中的ts为igbt管q1的工作周期，t
on
为降压电路中导通时间，uo为降压电路中输出电压，ud为降压电路中输入电压,降压电路中占空比 d＝t
on
/ts，0≤d＜1，改变占空比d，就可以改变输出电压uo；
52.s32:若采集到的电池模组的电压值小于预设电压参考值，所述处理单元控制所述电流控制单元回路转化成升压电路，具体的处理单元控制igbt 管q1导通，igbt管q2关闭,igbt管q4作为高频开关控制通断、igbt管q3 则作为同步续流二极管工作时，电路则等效为boost电路，根据公式：
[0053][0054]
此时，升压电路中的t
on1
为升压电路中的导通时间，u
o1
为升压电路中的输出电压，u
d1
升压电路中的输入电压,d1为升压电路中的占空比，因为0≤d1 ＜1，此时调节igbt管q1的占空比，即可以调节升压电路中的输出电压。
[0055]
实施例1：
[0056]
如图4所示，1)、若预设电压参考值低于采样单元检测到的电池模组的电压时，处理单元控制对应的电流控制单元回路转化成降压电路，即buck 电路，直流输出电压的平均值低于输入电压的变换电路称为降压变换电路。此时，在本实施例中，igbt管q1、q2，q3、q4均采用n沟道，igbt管q1 该电路中开关作用，在电路中是起到信号的转换、控制电路的通断的作用， igbt管q1作为高频开关控制通断、处理单元控制igbt管q3导通和控制igbt 管q4关闭，q2此时则作为同步续流二极管工作，此时电路则等效为buck电路，buck电路如图4所示中a图，图中s是可控开关，r为纯阻性负载，ts为开关t的工作周期，t
on
为导通时间，uo为输出电压，ud输入电压，io为输出电流，id为输入电流。此时，处理单元控制igbt管q3导通和igbt管 q4关闭，igbt管q1的作用等于可控开关s，q2的作用为同步续流二极管d，电容c1等同于buck电路中的电容c，电感l1等同于buck电路中的电感l，
[0057]
在时间ts内当开关s接通时，电流经负载电阻r流过，r两端就有电压；在时间ts内开关t断开时，r中电流为零，电压也变为零。
[0058]
如图4中所示，在导通期间t
on
，电力开关器件导通，电感蓄能，二极管d反偏,等效电路如图4中(b)所示；关断期间t
off
，电力开关器件断开，电感释能，二极管d导通续流，等效电路如图4中(c)所示；根据公式
[0059][0060]
式中占空比d＝t
on
/ts，改变占空比d，就可以改变输出电压uo，使输出电压等于预设电压参考值，因为0≤d＜1，因此输出电压uo总是小于输入电压ud。
[0061]
忽略元器件的功率损耗，即输入输出电流关系为：
[0062][0063]
2)如图5所示，在本实施例中，igbt管q1、igbt管q2，igbt管q3和 igbt管q4均采用n沟道，若预设电压参考值高于采样单元检测到的电池模组的电压时，处理单元控制对应的电流控制单元回路转化成升压电路，即 boost电路，电路定义：直流输出电压的平均值高于
输入电压的变换电路称为升压变换电路。此时，igbt管q4作为高频开关控制通断、处理单元控制 igbt管q1导通和控制igbt管q2关闭，q3则作为同步续流二极管工作时，电路则等效为boost升压电路。boost升压电路如图5中(a)所示，此时， t
on1
工作期间，如图5中(b)所示，二极管d反偏而关断，电感储能，滤波电容c向负载提供能量；t
off1
工作期间，当感应电动势大小超过输出电压 u01时，如图5中(c)所示，二极管d导通，电感经二极管d向电容c和rl 反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反。此时，处理单元控制igbt 管q1导通，igbt管q2关闭，igbt管q4的作用等于可控开关s，q3的作用为同步续流二极管d,电容c1等同于buck电路中的电容c，电感l1等同于buck电路中的电感l，推得输出电压u
o1
与输入电压u
d1
之间的关系为：
[0064][0065]
改变此时升压电路中的占空比d1，就可以改变升压电路中输出电压u
o1
，使此时电路输出电压等于预设电压参考值，因为0≤d1＜1，因此输出电压u
o1
总是大于输入电压u
d1
。
[0066]
综上所述，与现有技术相比，本方案中各电流控制单元回路所采用的电路具备自动升降压功能，同时控制模块通过实时监控和调整每个电池模组的电压，只需输出对应的控制信号，即可使各路电池模组的输出电流实现动态平衡
[0067]
本技术可以使不同规格电池在同一系统内并联正常使用；
[0068]
本技术使得各个电池模组不同电量，不同电压下均不会出现互充；
[0069]
本技术使得各个电池模组均能按照给定算法实现并联，并且在并联时可以按照算法设定电压输出，从而分配各个模组输出电流，达到电池模组能均衡输出。
[0070]
上述实施例描述了包含在不同其它组件内或与不同其它组件相连接的不同组件。
[0071]
需要理解的是，这样所述的结构仅仅是示例性的，实际上还有许多用于实现相同功能的结构也可以被实施。在概念意义上，任何实现相同功能的组件布局均为有效地“关联”，进而实现期望的功能。因此，这里任何两个组件结合起来用以实现特定功能都可以被视为“与之关联”，它们彼此之间即可以实现预期功能，不受体系结构和中间组件的影响。类似地，任何两个如此关联的组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”，从而实现期望的功能。
[0072]
虽然已经示出和描述了本技术的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说，基于本技术的启示，在不脱离本技术及其更广泛的范围内对本技术做出改变和修改是显而易见的，因此，所附权利要求在其范围内涵盖本技术的实质内涵以及范围内的所有改变和修改。此外，应该理解，本技术仅由所附权利要求限定。本领域技术人员能够理解，通常来说，本文使用的术语，尤其在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“至少具有”，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”等。本领域技术人员将进一步理解，如果意图引入特定数量的权利要求，则在权利要求中将明确地陈述这样的意图，且在没有这样的叙述的情况下，无法展现这样的意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用从而引入权利要求的叙述。然而，这些短语的使用不应被解释为用来表明通过不定冠词“a”或“an”引述一项权利要求内容，限制了任
何包含该引述的权利要求的特定权利要求以及仅包含一项该权利要求引述的发明，即使相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一个”的不定冠词(例如，“一个”和/或“一个”通常应被解释为“在至少一个“或”一个或多个”)；对于使用用于引入权利要求叙述的定冠词也是如此。此外，即使明确地引用了特定数量的引入的权利要求陈述，本领域技术人员也将会认识到，这样的叙述通常应该被解释为至少表示所引用的数字(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”的简单叙述，通常意味着至少两个叙述，即两个或更多个叙述)。
[0073]
相应地，本技术的保护范围并不局限于所附权利要求，任何熟悉本领域技术的技术人员在本技术公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。