CN110086225A - 一种适用于并联的智能电池及多智能电池的并联工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于并联的智能电池及多智能电池的并联工作方法，属于智能电池技术领域，解决了现有技术中多个电池不能直接并联使用的问题。一种适用于并联的智能电池，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器；所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；充放电接口用于连接充电装置或用电设备，形成回路；电流传感器，用于实时检测回路电流；当通过充放电单元向电芯充电过程中检测到回路电流I≤I_chg，控制单元控制充放电单元切换至不可向电芯充电状态，清除计时器T；I_chg为非授权状态下的最大充电电流；智能电池放电为正，充电为负。本发明中提供的智能电池可实现存在未知差异的多电池之间的并联，能够满足不同用户的差异化需求。

Description

一种适用于并联的智能电池及多智能电池的并联工作方法

技术领域

本发明涉及智能电池技术领域，尤其涉及一种适用于并联的智能电池及多智能电池的并联工作方法。

背景技术

在一些用电设备、尤其是电动自行车中，大量使用多只并联/串联的电芯。不同的用户对于电池的容量、体积、重量等存在差异化的需求。有些用户期望高容量，长续航，有些用户期望电池轻便，易更换。针对不同用户的差异化需求，以往的解决方案都是为不同用户提供不同容量的电池。这造成了电池型号繁多，容量、尺寸不统一。

对于提供共享动力电池的服务模式，若按照用户的不同需求提供不同容量的电池，将会增加共享电池流动的复杂性，增加了共享电池的运营成本，在人工处理时也很容易出现差错，给用户造成使用不便和安全隐患；若提供统一标准的电池，则无法满足不同用户的差异化需求。

通过电压、内阻等的匹配，多个电池可实现直接并联使用。然而，在共享电池领域，用户是随机取得多个电池的，理论上无法做到简单并联之前的匹配。多个电池并联使用，在理论上属于电压源之间的并联。其风险在于，只要电池存在压差，电池之间就存在互相充放电的问题。动力电池电芯的内阻很小，不同电池包之间，很小的压差，就会引发巨大的充放电电流。轻则缩短电池寿命，重则引起电池温度上升，成为安全隐患。除非是经过筛选匹配的电池，一般都不允许存在未知差异的电池直接并联使用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种适用于并联的智能电池及多智能电池的并联工作方法，用以解决现有技术中多个电池不能直接并联使用的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种适用于并联的智能电池，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器；

所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或用电设备，形成回路；

所述电流传感器，用于实时检测回路电流；

当通过充放电单元向电芯充电过程中检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，清除计时器T；

其中，I_chg表示非授权状态下的最大充电电流；智能电池的放电电流为正，充电电流为负。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述充放电单元的常态为：不可向电芯充电状态。

进一步，所述智能电池还包括加速度传感器；所述加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；

所述控制单元还执行下述流程控制充放电单元的状态切换：

当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

当I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

当T≥T_off，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；

当T＜T_off，返回检测回路电流I；

当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

其中，I_on表示非授权状态下的充电开关接通电流；I_off表示非授权状态下的充电开关断开电流；T_off表示非授权状态下的充电开关断开延时；V_u表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。

进一步，I_chg为负值；

I_on小于用电设备的正常工作电流的下限值；

I_off＜I_on，且I_off为正值；

所述T_off取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。

进一步，所述充放电单元包括放电开关、充电开关、二极管D1、二极管D2，

所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；

所述控制单元通过控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。

进一步，所述控制单元通过以下方式控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：

所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：

当检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充电开关断开，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制开启接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

当I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

当T≥T_off，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；

当T＜T_off，返回检测回路电流I；

当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u，清除计时器T，并返回检测回路电流I。

进一步，所述放电开关为常通开关，所述充电开关为常断开关。

本发明还提供了一种多智能电池的并联工作方法，包括：两个以上的如上所述的智能电池分别，两个以上的所述智能电池并联在总放电接口输入端；所述总放电接口输出端用于与用电设备连接，为用电设备供电；

当所述总放电接口空置时，多个智能电池的充放电单元均处于不可向电芯充电状态；

当所述总放电接口连接用电设备时，通过电芯总电压最高的一个或多个智能电池为用电设备供电；

当两个及以上的智能电池均处于可向电芯充电状态、且用电设备断开或负载降低时，所述两个及以上的智能电池中电芯总电压最高的智能电池向其他处于可向电芯充电状态的智能电池进行受限充电。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述通过电芯总电压最高的一个或多个智能电池为用电设备供电，包括：

当检测到所述智能电池的回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态。

进一步，所述受限充电时长不超过T_off。

本发明有益效果如下：本发明提供的适用于并联的智能电池，通过检测回路电流，当回路电流小于或等于非授权状态下的最大充电电流时，利用控制单元控制充放电单元切换至不可向电芯充电状态；同时，还将加速度传感器测量值作为判断依据，利用控制单元控制充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态，将非授权充电时间限制在T_off。在满足多智能电池并联需求的同时，还实现了非授权充电情况下的受限充电，满足短时间制动要求。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1的适用于并联的智能电池结构示意图；

图2为本发明实施例1的适用于并联的智能电池另一结构示意图；

图3为本发明实施例2的适用于并联的智能电池结构示意图；

图4为本发明实施例2中控制单元的控制策略流程图；

图5为本发明实施例3中多智能电池的并联工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种适用于并联的智能电池，如图1所示，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器；

所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或用电设备，形成回路；

所述电流传感器，用于实时检测回路电流；

当通过充放电单元向电芯充电过程中，检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，清除计时器T；

其中，I_chg表示非授权状态下的最大充电电流；智能电池的放电电流为正，充电电流为负。

与现有技术相比，本实施例提供的适用于并联的智能电池，通过检测回路电流，当回路电流小于或等于非授权状态下的最大充电电流时，利用控制单元控制充放电单元切换至不可向电芯充电状态，直接结束智能电池的充电过程。该方法能够有效避免电池并联使用时的大电流互充电情况，延长单个智能电池的使用寿命。因此，本实施例提供的智能电池能可以实现多个电池直接并联。

优选地，为实现智能电池的正常放电、在非授权情况下的受限充电，所述充放电单元的常态为：不可向电芯充电状态。同时，电池放电时的电流为正，电池充电时的电流为负。因此，I_chg为负值。

具体地，所述电芯为1个电芯，或由多个电芯，组成电芯组；多个电芯通过串联或并联的方式构成电芯组。

优选地，由于上述智能电池的充电过程是在未授权情况下实现的，同时考虑到实际使用过程中需要支持在未经充电授权时用电装置的EABS反充电的功能。因此，在上述方案基础上进行优化，如图2所示，所述智能电池还包括加速度传感器；所述加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；

所述控制单元还执行下述流程控制充放电单元的状态切换：

(1)当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

(2)当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

(2-1)当检测到回路电流I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

(2-2)当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

(2-2-1)当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

(2-2-1-1)当T≥T_off，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；

(2-2-1-2)当T＜T_off，返回检测回路电流I；

(2-2-2)当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

其中，I_on表示非授权状态下的充电开关接通电流；I_off表示非授权状态下的充电开关断开电流；T_off表示非授权状态下的充电开关断开延时；V_u表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。

通过上述控制过程，将智能电池反向充电的时间限制在T_off内，实现非授权充电情况下的受限充电。

所述非授权状态下的充电开关断开电流I_off的取值原则为：I_off＜I_on且I_off为正值。由于本发明中方案要实现的是在非授权充电情况下的受限充电，满足短时间制动要求，因此，需要对受限充电的时间进行限制：T_off取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。具体取值可根据实际用电设备及电池工作情况进行设置。

本发明的实施例2，在实施例1的基础上，对充放电单元进行了进一步优化，公开了另一种可适配反充电装置的智能电池，硬件框图如图3所示，即将实施例1中的充放电单元具体限定为放电开关、充电开关、二极管D1，二极管D2，

所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；

所述控制单元通过控制所述放电开关、充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。

优选地，此时，所述控制单元的控制策略如图4所示，并具体说明如下：

所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：

(1)当检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充电开关断开，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

(2)当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

(3)当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

(3-1)当I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

(3-2)当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

(3-2-1)当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

(3-2-1-1)当T≥T_off，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；

(3-2-1-2)当T＜T_off，返回检测回路电流I；

(3-2-2)当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u时，清除计时器T，并返回检测回路电流I。

其中，所述非授权状态下的充电开关接通电流I_on的取值原则为：I_on小于负载的正常工作电流的下限值；一般可以选择略小于负载正常工作电流下限的电流值。例如负载正常电流范围为2-30A，可选取I_on为1.5A。由此保证在负载的正常工作过程中，当回路电流I≥I_on时，所述控制单元控制接通所述充电开关，此时，既可通过充放电单元为用电设备供电，也可以通过充放电单元向电芯进行短时间充电。

与实施例1相比，实施例2将对于充放电单元的控制，具体到了对于充电开关的控制，整体的控制逻辑不变。

优选地，为实现智能电池正常放电、在非授权情况下的受限充电，所述放电开关的常态是接通状态，即为常通开关；所述充电开关的常态是断开状态，即为常断开关。

可选地，电池中的充电开关和放电开关由继电器，FET或IGBT来实现的，都受到控制单元的控制。

本发明的实施例3，提供了一种多智能电池的并联工作方法，包括：两个以上的上述智能电池，两个以上的所述智能电池并联在总放电接口输入端；所述总放电接口输出端用于与用电设备连接，为用电设备供电；工作过程如图5所示：

当所述总放电接口空置时，多个智能电池的充放电单元均处于不可向电芯充电状态；所述多个智能电池之间不会相互充放电；

当所述总放电接口连接用电设备时，通过电芯总电压最高的一个或多个智能电池为用电设备供电；当检测到所述智能电池的回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态；

当两个及以上的智能电池均处于可向电芯充电状态、且用电设备断开或负载降低时，所述两个及以上的智能电池中电芯电压最高的智能电池向其他处于可向电芯充电状态的智能电池进行受限充电。

所有智能电池间的充电过程可参照单个智能电池控制单元的控制逻辑进行，本实施例在此不再赘述，通过上述对于单个智能电池的分析可知，充电时间不超过T_off，因此仅能实现受限充电。

利用上述多智能电池的并联工作方法，能够实现现多块电池的直接并联放电，可以带来如下好处：

1.成倍提升电动车行驶距离；

2.减小电池的内阻，在电池电压降低的情况下，仍然提供较大电流，改善骑行体验；

3.单体电池成本低，重量轻，携带、更换方便；

4.可以使用小功率充电器；

5.灵活组合，适配差异化的用户需求。

本发明的实施例4，给出了两块智能电池并联时的工作方法：

B1、B2两块智能电池并联，不接用电设备(即总放电接口空置)，假设B1电池电压高于B2；此时B1、B2均处于无用电设备状态，两块智能电池的充电开关均断开；因此，B1电池无法对B2电池形成充电回路，两块电池之间不会互相充放电；

B1、B2两块智能电池并联后接通用电设备，假设B1、B2压差较大、且B1电压高于B2电压。此时通过电池B1放电，B2不放电；当电池B1中回路电流满足I≥I_on时，B1的充电开关接通；由于B2电池处于无用电设备状态，因此B2充电开关保持断开，此时B1不对B2充电；

B1经过一段时间放电，电压减低，与B2电压逐步接近，B2电池也开始放电，当放电电流满足I≥I_on，接通B2的充电开关，此时两块电池同时为用电设备放电；

在B1、B2均放电情形下，如果用电设备断开或减低，此时B1、B2的充电开关都处于接通状态，由于二者电压的不一致，B1将对B2进行充电；

B1对B2的充电过程可参照单个智能电池的控制逻辑进行，仅能实现受限充电。

这样，在控制单元的管理下，电池间实现无相互充放电或者相互充放电的电流值会限定在电芯安全充电范围之内，电池间的充放电时间，也会控制在T_off时间之内。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于并联的智能电池，其特征在于，包括电芯、控制单元、充放电单元、充放电接口、电流传感器；

所述电芯、充放电单元、充放电接口顺次相连；所述充放电接口用于连接充电装置或用电设备，形成回路；

所述电流传感器，用于实时检测回路电流；

当通过充放电单元向电芯充电过程中检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，清除计时器T；

其中，I_chg表示非授权状态下的最大充电电流；智能电池的放电电流为正，充电电流为负。

2.根据权利要求1所述的智能电池，其特征在于，所述充放电单元的常态为：不可向电芯充电状态。

3.根据权利要求2所述的智能电池，其特征在于，所述智能电池还包括加速度传感器；所述加速度传感器，用于检测所述智能电池的振动位移；

所述控制单元还执行下述流程控制充放电单元的状态切换：

当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

当I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

当T≥T_off，所述控制单元控制所述充放电单元切换至不可向电芯充电状态，并返回检测回路电流I；

当T＜T_off，返回检测回路电流I；

当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

其中，I_on表示非授权状态下的充电开关接通电流；I_off表示非授权状态下的充电开关断开电流；T_off表示非授权状态下的充电开关断开延时；V_u表示非授权状态下的充电开关断开的加速度上限。

4.根据权利要求3所述的智能电池，其特征在于，

I_on小于用电设备的正常工作电流的下限值；

I_off＜I_on，且I_off为正值；

所述T_off取值为所述智能电池允许的最长持续反充电时间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的智能电池，其特征在于，所述充放电单元包括放电开关、充电开关、二极管D1、二极管D2，

所述放电开关和充电开关串联在所述回路中，所述二极管D1正向并联在充电开关的两端；所述二极管D2反向并联在放电开关的两端；

所述控制单元通过控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态。

6.根据权利要求5所述的智能电池，其特征在于，所述控制单元通过以下方式控制所述充电开关的通断将充放电单元切换至可向电芯充电状态或不可向电芯充电状态：

所述控制单元实时检测回路电流I，并通过内置的计时器T持续计时：

当检测到回路电流I≤I_chg，所述控制单元控制所述充电开关断开，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I≥I_on，所述控制单元控制接通所述充电开关，清除计时器T，并返回检测回路电流I；

当检测到回路电流I_chg＜I＜I_on时，进一步判断I是否小于等于I_off：

当I＞I_off时，清除计时器T，返回检测回路电流I；

当I≤I_off时，读取加速度传感器检测到的振动量V：

当同时满足I≤I_off和V＜V_u，读取计时器T：

当T≥T_off，所述控制单元控制所述充电开关断开，并返回检测回路电流I；

当T＜T_off，返回检测回路电流I；

当不能同时满足I≤I_off和V＜V_u，清除计时器T，并返回检测回路电流I。

7.根据权利要求6所述的智能电池，其特征在于，所述放电开关为常通开关，所述充电开关为常断开关。

8.一种多智能电池的并联工作方法，其特征在于，包括：两个以上的如权利要求1-7之一所述的智能电池，两个以上的所述智能电池并联在总放电接口输入端；所述总放电接口输出端用于与用电设备连接，为用电设备供电；

当所述总放电接口空置时，多个智能电池的充放电单元均处于不可向电芯充电状态；

当所述总放电接口连接用电设备时，通过电芯总电压最高的一个或多个智能电池为用电设备供电；

当两个以上的智能电池均处于可向电芯充电状态、且用电设备断开或负载降低时，所述两个以上的智能电池中电芯总电压最高的智能电池向其他处于可向电芯充电状态的智能电池进行受限充电。

9.根据权利要求8所述的多智能电池的并联工作方法，其特征在于，所述通过电芯总电压最高的一个或多个智能电池为用电设备供电，包括：

当检测到所述智能电池的回路电流I≥I_on，所述控制单元控制所述充放电单元切换至可向电芯充电状态。

10.根据权利要求8或9所述的多智能电池的并联工作方法，其特征在于，所述受限充电时长不超过T_off。