CN110460138A - 电池模组充电电路及电池模组的充电均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池模组充电电路及电池模组的充电均衡方法，其中电池模组充电电路包括：主控中心、电压检测装置，多个电池包充电子电路和多个电池包，各个所述电池包与各个所述电池包充电子电路的一端一一对应连接。本发明的有益效果：通过电压检测装置检测各电池包的电压，并将检测结果发送至主控中心，主控中心根据检测到的各电池包的电压值，计算或设定一个合理的均衡电压值，然后主控中心再通过控制大于该均衡电压值的电池包通过电池包充电子电路对母线单元中进行放电，控制小于该均衡电压值的电池包通过母线单元进行充电，从而达到电压均衡的效果。

Description

电池模组充电电路及电池模组的充电均衡方法

技术领域

本发明涉及电池模组领域，特别涉及一种电池模组充电电路及电池模组的充电均衡方法。

背景技术

随着储能锂电池***电压越来越高，电池包以及电池包内部的电芯的数量也在增加，目前电池管理***使用的单节主动、被动均衡主要是针对单节电芯，而没有对电池模组内电池包的电压进行均衡。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种电池模组的电池模组充电电路及其充电均衡方法，旨在解决电池包均衡电压的问题。

本发明提供了一种电池模组充电电路，包括：主控中心、电压检测装置，多个电池包充电子电路和多个电池包，各个所述电池包与各个所述电池包充电子电路的一端一一对应连接，各个所述电池包充电子电路的另一端分别与母线单元连接，并受控于所述主控中心，各个所述电池包充电子电路之间并联连接，所述电压检测装置与所述主控中心以及各个所述电池包连接，所述主控中心用于根据所述电压检测装置的检测结果控制多个所述电池包对所述母线单元充电或者放电。

进一步地，所述电压检测装置包括多个第一电压检测电路，所述电池包充电子电路包括微控单元MCU和双向隔离电源，所述微控单元MCU与所述主控中心电连接；

多个所述第一电压检测电路分别与多个所述电池包一一对应连接，所述微控单元MCU分别与所述第一电压检测电路和所述双向隔离电源电连接，各个所述第一电压检测电路通过各所述微控单元MCU与所述主控中心电连接；所述双向隔离电源的第一端与所述电池包连接，所述双向隔离电源的第二端与所述母线单元连接，所述双向隔离电源受控于所述微控单元MCU。

进一步地，所述电池包充电子电路还包括第二电压检测电路和信号隔离电路，所述第二电压检测电路与所述母线单元连接，所述信号隔离电路分别与所述第二电压检测电路、所述双向隔离电源以及所述微控单元MCU电连接。

进一步地，所述电池包充电子电路还包括超时电路，所述超时电路的一端与所述微控单元MCU电连接，所述超时电路的另一端与所述双向隔离电源连接；

所述微控单元MCU用于周期性输出信号至所述超时电路中，当所述超时电路没有周期性收到所述信号时，则控制所述双向隔离电源断开。

本发明还提供了一种电池模组的充电均衡方法，通过上述所述的电池模组充电电路实现，包括：

获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压；

根据获取到的每一个电池包两端的电压设置均衡电压值；

判断每一个所述电池包两端的电压是否大于所述均衡电压值；

控制大于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行放电，控制小于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行充电。

进一步地，所述根据获取到的每一个电池包两端的电压设置均衡电压值的步骤中，

所述均衡电压值Ut的计算根据公式：

其中U_i表示第i个电池包在t＝0时的电压，其中，表示第i个电池包的电压对时间的微分函数，t为时间，n为电池包的数目，k为常数。

进一步地，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之后，还包括：

判断每一个所述电池包的电压是否超过了第一安全电压值；

若是，则断开相应的所述电池包与母线单元的连接。

进一步地，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之前，包括：

获取母线单元两端的母线电压值；

判断所述母线电压值是否大于第二安全电压值；

若是，则断开所述母线单元与每一个所述电池包的连接。

进一步地，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之前，包括：

获取当前充电电池模组中每一个电池包充电电流值；

判断所述充电电流值是否大于安全电流值；

若所述充电电流值大于安全电流值则断开相应的所述电池包与母线单元的连接。

进一步地，所述电池模组充电电路为权利要求2所述的电池模组充电电路时，所述方法还包括：

检测各个所述电池包充电子电路所述微控单元MCU是否周期性信号；若否，则切断对应的所述电池包充电子电路。

本发明的有益效果：通过电压检测装置检测各电池包的电压，并将检测结果发送至主控中心，主控中心根据检测到的各电池包的电压值，计算或设定一个合理的均衡电压值，然后主控中心再通过控制大于该均衡电压值的电池包通过电池包充电子电路对母线单元中进行放电，控制小于该均衡电压值的电池包通过母线单元进行充电，从而达到电压均衡的效果。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种电池模组充电电路的结构示意图；

图2是本发明一实施例的一种电池模组的充电均衡方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，本发明提出一种电池模组充电电路，包括：主控中心、电压检测装置，多个电池包充电子电路和多个电池包1，各个电池包1与各个电池包充电子电路的一端一一对应连接，各个电池包充电子电路的另一端分别与母线单元3连接，并受控于主控中心，各个电池包充电子电路之间并联连接，电压检测装置与各个电池包1连接，电压检测装置与主控中心电连接，主控中心用于根据电压检测装置的检测结果控制多个电池包1对母线单元3充电或者放电。

本实施例中，通过电压检测装置检测各电池包1的电压，并将检测结果发送至主控中心，主控中心根据检测到的各电池包1的电压值，计算或设定一个合理的均衡电压值，然后主控中心再通过控制大于该均衡电压值的电池包1通过电池包充电子电路对母线单元3中进行放电，控制小于该均衡电压值的电池包1通过母线单元3进行充电，从而达到电压均衡的效果。

需要说明的是，该电池模组电路可以适应三种电池模组电路不同的状态，放电状态、充电状态和既不充电也不放电状态，当电池模组处于充电状态时，即如图1中，在电池模组两端连接一个充电电源，由于个电池包1都处于串联状态，各个电池包1的充电电流都是相同的，但是各电池包1具备的电量不同，故其两端的电压也不同，故而设置高于该均衡电压的电池包1对母线单元3进行放电，而对与低于均衡电压的电池包1，则通过母线单元3对其进行充电，在电池包1之间此消彼长的过程中达到电池模组中电池包电压的平衡。同理，在放电状态和既不充电也不放电的状态中，也是通过各个电池包1对母线单元3进行充放电达到电池平衡。

本实施例中，电压检测装置包括多个第一电压检测电路，电池包充电子电路包括微控单元MCU21和双向隔离电源26，微控单元MCU21与主控中心电连接；多个第一电压检测电路分别与多个电池包1一一对应连接，微控单元MCU21分别与第一电压检测电路和双向隔离电源26电连接，各个第一电压检测电路通过各微控单元MCU21与所述主控中心电连接；双向隔离电源26的第一端与电池包1连接，双向隔离电源26的第二端与母线单元3连接，双向隔离电源26受控于微控单元MCU21。

本实施例中，由于双向隔离电源26具有隔离母线单元3和电池包1的作用，即母线单元3中的电压不会直接附在电池包1的两端，而是通过附加在双向隔离电源26后，双向隔离电源26再将电压附加在电池包1上，进一步保证了电池包1的充电安全。主控中心可以直接与多个第一电压检测电路电连接，直接获取对应的电池包1两端的电压值，也可以通过微控单元MCU21先获取该电压值，微控单元MCU21再将获取到的电压值传递至主控中心。由主控中心对所有的电池包1的电压进行统计并计算出均衡电压值，再将各个电池包1的电压与上述均衡电压值进行比较，根据比较结果生成对应控制电池包1的放电、充电电信号，并将控制电池包1放电和充电的电信号传递至每一个微控单元MCU21中，微控单元MCU21再控制每个电池包1进行放电或者充电。

本实施例中，电池包充电子电路还包括第二电压检测电路28和信号隔离电路25，第二电压检测电路28与母线单元3连接，信号隔离电路25分别与第二电压检测电路28、双向隔离电源26以及微控单元MCU21电连接。

本实施例中，请详细参照图1，微控单元MCU21控制双向隔离电源26信号的点设置在靠近电池包1的位置，当第一电压检测电路检测到电池包1异常时，切断改点的位置的电路连接，以保证双向隔离电源26和母线单元3的安全；而信号隔离电路25控制双向隔离电源26信号的点靠近所述母线单元3设置，若母线单元3中的电压异常，便可以切断该点，保证双向隔离电源26以及电池包1的安全。进一步的信号隔离电路25还可以与微控单元MCU21进行连接，可以将检测的结果发送至微控单元MCU21内，再通过微控单元MCU21上传至主控中心处，使得工作人员可以在主控中心处查看具体的异常信息，便于工作人员进行对应的维修工作。进一步地，主控中心或者微控单元也可以控制信号隔离电路25，这样可以使工作人员在维修时，做好了对应的措施后对控制信号隔离电路25控制的该点进行强行连通，使工作人员进行检修。

本实施例中，电池包充电子电路还包括超时电路24，超时电路24的一端与微控单元MCU21电连接，超时电路24的另一端与双向隔离电源26连接；由于微控单元MCU21容易发生故障，若微控单元MCU21发生故障的时，微控单元MCU21控制的点持续导通，迫使电压包在一直充电或放电，从而导致事故，也无法完成对模组内的电池包1进行均衡，故而通过微控单元MCU21周期性输出信号至超时电路24中，当超时电路24没有周期性收到信号时，则控制双向隔离电源26断开。

本实施例中，请参照图1，还包括第一电流检测装置23和第一检流电阻22，以及第二电流检测装置27和第二检流电阻29，第一检流电阻22的第一端与电池包1连接，另一端与双向隔离电源26连接，再通过第一电流检测装置23可以检测电池包1的充电电流，并将检测结果发送至微控单元MCU21中，若该电流值大于一定值时，则微控单元MCU21可以控制双向隔离电源26断开。同理，第二检流电阻29的第一端与母线单元3连接，第二端与双向隔离电源26连接，再通过第二电流检测装置27可以检测母线单元3至双向隔离电源26的充电电流，并把检测结果传递至信号隔离电路25进行判断，若大于一定值，则可以断开双向隔离电源26与母线单元3的连接。

本发明还提供了一种电池模组的充电均衡方法，通过上述的电池模组充电电路实现，包括：

S1：获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压；

S2：根据获取到的每一个电池包两端的电压设置均衡电压值；

S3：判断每一个所述电池包两端的电压是否大于所述均衡电压值；

S4：控制大于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行放电，控制小于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行充电。

如上述S1所述，可以通过电压检测装置来进行获取每一个电池包1两端的电压，并将其发送至主控中心，主控中心对获得的电压进行综合计算，即将获取到的电池包两端的电压值与电池包进行一一对应，并可以进行求和，求公差等操作。

如上述步骤S2所述，主控中心在获取到每一个电池包1两端的电压之后，进行综合分析计算出均衡电压值，该均衡电压值可以是定值，也可以是随着每一个电池包1两端的电压变化而变化的值。

如上述步骤S3-S4所述，对每一个电池包1两端的电压进行判定，判断哪些大于均衡电压值，哪些小于均衡电压值，然后控制大于均衡电压值的电池包1对进行母线单元3放电，控制母线单元3对小于均衡电压值的电池包1进行充电，从而实现电池模组中电池包1之间的平衡。需要说明的是，母线单元3可以对电池包1进行充电，也可以通过对电池包1进行回充，在均衡各电池包电压时，不会浪费电能。

本实施例中，上述步骤S2中，

均衡电压值Ut可以根据以下公式进行计算：

其中U_i表示第i个电池包1在t＝0时的电压，其中，表示第i个电池包1的电压对时间的微分函数，t为时间，n为电池包1的数目，k为常数。即通过对准备进行均衡时的各电池包1两端的电压求出其平均值，然后根据各电池包1的电压对时间的微分函数求出其平均值，然后可以推出在一定时间后电压的增值，然后通过常数k对计算后的电压进行补偿。其中，微分函数为各电池包1在t＝0以后电池包1两端电压的变化情况，由于电池包1中具备的电量不同，其充电速度或放电速度也不同，从而电池包1两端的电压变换不是恒定不变的，是基于电池包1中具备的电量来定的，而电量与电压在电池包1确定的条件下可以进行转换，故而可以先测出各电池包1两端的电压在充电或放电时与时间的变换规律，然后将t＝0后各电池包1的变化规律进行平均，得到一个变化的平均值，然后对其进行0s至ts时进行微积分，得到在该时段的一个增量，再加上t＝0时的平均电压以及补偿常数k，即可得到随着时间变化的理论均衡电压值。当然，也可以采取对即时的电压进行求和，但是这样存在两个问题，第一，检测电压以及发送到主控中心需要一定的时间，导致计算的结果不是很精确，第二，若电池包1发生故障，某个电池包1的电压偏高或者偏低，会对均衡电压值造成影响，不利于均衡每个电池包1之间的均衡，故而优选采取上述的计算方式。需要说明的是，在不同的情况下，各个电池包的也会有变化，这取决于电池包本身具有的电压、充放电电流以及各种不同的状态(放电状态、充电状态和既不充电也不放电状态)。

本实施例中，上述步骤S1，还包括：

S101：判断每一个所述电池包的电压是否超过了第一安全电压值；

S102：若是，则断开相应的所述电池包与母线单元的连接；

S103：若否，则继续执行步骤S2。

如上述步骤S101-S103所述，由于电池包1可能发生短路或者其他损坏的情况，导致电池包1两端的电压会升高至一定值，从而存在安全隐患，故而设置第一安全电压值，若超过了该电压值，则断开该电池包1与母线单元3的连接，从而保证电路安全。

本实施例中，上述步骤S1之前，包括：

S001：获取母线单元两端的母线电压值；

S002：判断所述母线电压值是否大于第二安全电压值；

S003：若是，则断开所述母线单元与每一个所述电池包的连接。

如上述步骤S001-S003所述，由于在母线单元3处也有可能发生短路或者其他损坏的情况，导致母线单元3的电压会升高至一定值，从而存在安全隐患，故而设置第二安全电压值，若检测到的电压值超过了该电压值，则断开母线单元3与每个电池包1的连接，从而保证电池模组的安全。

本实施例中，上述步骤S1之前，包括：

S011：获取当前充电电池模组中每一个电池包1充电电流值；

S012：判断所述充电电流值是否大于安全电流值；

S013：若所述充电电流值大于安全电流值则断开相应的所述电池包与母线单元的连接。

如上述步骤S011-S013的步骤所述，每一个电池包1都有适宜的充电电流，当这个充电电流值大于一定值时，则容易造成安全隐患，同时也不利于对应的电池包1进行充电，故而设置安全电流值，若检测到的电流值超过了该安全电流值，则断开母线单元3与该电池包1的连接，从而保证电池模组的安全。

电池模组的充电均衡方法，还包括：

S100：检测各个所述电池包充电子电路所述微控单元MCU是否周期性信号；

S200：若否，则切断对应的所述电池包充电子电路。

如上述步骤S100-S200所述，由于电池模组充电电路中的一些控制元件容易发生损坏，故而设定其能周期性的发出运行信号，若没有检测到该运行信号，则认为该控制元件已经损坏，故而，切断所述电池包1充电电路，使母线单元3与电池包1之间断开，保证用电安全。

本发明的有益效果：通过电压检测装置检测各电池包1的电压，并将检测结果发送至主控中心，主控中心根据检测到的各电池包1的电压值，计算或设定一个合理的均衡电压值，然后主控中心再通过控制大于该均衡电压值的电池包1通过电池包充电子电路对母线单元3中进行放电，控制小于该均衡电压值的电池包1通过母线单元3进行充电，从而达到电压均衡的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电池模组充电电路，其特征在于，包括：主控中心、电压检测装置，多个电池包充电子电路和多个电池包，各个所述电池包与各个所述电池包充电子电路的一端一一对应连接，各个所述电池包充电子电路的另一端分别与母线单元连接，并受控于所述主控中心，各个所述电池包充电子电路之间并联连接，所述电压检测装置与所述主控中心以及各个所述电池包连接，所述主控中心用于根据所述电压检测装置的检测结果控制多个所述电池包对所述母线单元充电或者放电。

2.如权利要求1所述的电池模组充电电路，其特征在于，所述电压检测装置包括多个第一电压检测电路，所述电池包充电子电路包括微控单元MCU和双向隔离电源，所述微控单元MCU与所述主控中心电连接；

多个所述第一电压检测电路分别与多个所述电池包一一对应连接，所述微控单元MCU分别与所述第一电压检测电路和所述双向隔离电源电连接，各个所述第一电压检测电路通过各所述微控单元MCU与所述主控中心电连接；所述双向隔离电源的第一端与所述电池包连接，所述双向隔离电源的第二端与所述母线单元连接，所述双向隔离电源受控于所述微控单元MCU。

3.如权利要求2所述的电池模组充电电路，其特征在于，所述电池包充电子电路还包括第二电压检测电路和信号隔离电路，所述第二电压检测电路与所述母线单元连接，所述信号隔离电路分别与所述第二电压检测电路、所述双向隔离电源以及所述微控单元MCU电连接。

4.如权利要求2或3所述的电池模组充电电路，其特征在于，所述电池包充电子电路还包括超时电路，所述超时电路的一端与所述微控单元MCU电连接，所述超时电路的另一端与所述双向隔离电源连接；

所述微控单元MCU用于周期性输出信号至所述超时电路中，当所述超时电路没有周期性收到所述信号时，则控制所述双向隔离电源断开。

5.一种电池模组的充电均衡方法，其特征在于，通过上述权利要求1-4任一项所述的电池模组充电电路实现，包括：

获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压；

根据获取到的每一个电池包两端的电压设置均衡电压值；

判断每一个所述电池包两端的电压是否大于所述均衡电压值；

控制大于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行放电，控制小于所述均衡电压值的所述电池包对母线单元进行充电。

6.如权利要求5所述的电池模组的充电均衡方法，其特征在于，所述根据获取到的每一个电池包两端的电压设置均衡电压值的步骤中，

所述均衡电压值Ut的计算根据公式：

其中U_i表示第i个电池包在t＝0时的电压，其中，表示第i个电池包的电压对时间的微分函数，t为时间，n为电池包的数目，k为常数。

7.如权利要求5所述的电池模组的充电均衡方法，其特征在于，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之后，还包括：

判断每一个所述电池包的电压是否超过了第一安全电压值；

若是，则断开相应的所述电池包与母线单元的连接。

8.如权利要求5所述的电池模组的充电均衡方法，其特征在于，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之前，包括：

获取母线单元两端的母线电压值；

判断所述母线电压值是否大于第二安全电压值；

若是，则断开所述母线单元与每一个所述电池包的连接。

9.如权利要求5所述的电池模组的充电均衡方法，其特征在于，所述获取当前充电电池模组中每一个电池包两端的电压的步骤之前，包括：

获取当前充电电池模组中每一个电池包充电电流值；

判断所述充电电流值是否大于安全电流值；

若所述充电电流值大于安全电流值则断开相应的所述电池包与母线单元的连接。

10.如权利要求6所述的电池模组的充电均衡方法，其特征在于，所述电池模组充电电路为权利要求2所述的电池模组充电电路时，所述方法还包括：

检测各个所述电池包充电子电路所述微控单元MCU是否周期性信号；若否，则切断对应的所述电池包充电子电路。