[实用新型]一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置

说明书

本实用新型提出了一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置，与现有技术相比，本实用新型电池组的充电控制和放电控制独立进行，并且可以多路直接供电，其结构简单、成本低、应用灵活。能够对不同种类、不同平台电压、不同厂家批次、不同寿命状态的电池组进行并联运行控制。此外，本系统能够对充电电流和放电电流分别进行控制。不仅如此本实用新型在实现充放电电流控制功能的同时所需的功率开关数量最少，其中一个实施例仅用两个全控型电力电子开关器件和两个二极管，而另外一个实施例仅用三个全控型电力电子开关器件没有二极管。目前相关资料表明没有能够实现上述功能的同时使用更少功率器件的案例。

技术领域

本实用新型涉及一种电池保护及控制领域，属于锂电池等相关电池的管理系统，特别是对多种不同电池组并联充放电控制的应用系统。

背景技术

随着锂电池和储能技术的发展，对电池管理系统的要求也越来越高。电池管理过程中，对充放电的电流限制非常重要，特别是对锂电池低温条件下充电电流的限制必须控制精确，否则会引起锂枝晶的生长，最终影响到电池组的安全性。此外，不同种类的电池和不同厂家、批次、状态的电池经常会在一些应用场景中使用，因此多电池组并联充放电控制系统在电池组并联应用的安全性和寿命方面显得尤为重要。

由于不同种类的电池平台电压不同，因此如果把两组不同种类的电池直接并在一起会使得平台电压高的电池充不满，而平台电压低的放不出。同样种类的电池由于厂家、批次、状态的不同，其特性曲线也存在差异，因此也会引起同样问题。

目前对电池进行充放电控制方面，特别是并联控制方面主要采用两个反向串联的MOSFET组成双向电子开关或者采用机械开关与电子开关并联的控制方式，结构简单，成本较低，但是功能较为单一，不适合复杂供电系统中的应用。例如中国专利CN101830269A、CN203261014U、CN104242253A、CN104617613A、CN107425561A、 CN105119361A分别公开了几种不同形式的双向开关电池组控制电路及其控制方法。这些方案仅能控制双向开关对充电或者放电进行起停控制。由于两个电力电子器件组成的双向开关，本质上与一个机械开关如接触器等功能相同，因此无法实现多组电池并联中的独立控制。

此外，为了解决充电限流问题，通常的解决办法是额外增加充电限流模块，当充电时，将充电开关关断，是充电电流通过限流模块进行充电。这种解决方式一方面增加了系统的成本和结构复杂程度，另外一方面充电限流比较小，不能全范围对电流进行控制，而且无法对放电电流也进行全面控制。

中国专利CN107154665A公开了一种采用DC/DC变换器的电池控制装置，该装置采用了8个高速电力电子开关和电感组成的DC/DC变换器，结构非常复杂，成本高，而且需要非常复杂的逻辑控制，因此对控制器的要求比较高，控制系统也非常复杂。该电池充放电控制器所占电池组的成本比例太高，不合适多组电池的应用。

中国专利CN205945144U公开了另一种采用DC/DC变换器的电池控制装置，该装置结构比较简单，但是只能对电池组的充电过程进行控制，无法控制放电过程，特别是当电池过放电时，该控制器无法对电池进行保护，容易引起锂电池的过放电产生锂枝晶造成电池内部短路，安全问题严重。

综上所述，现有技术中简单的双向开关控制模式比较简单，成本低，但是功能单一，只能控制充放电的起停，无法在复杂的储能系统中得到应用，通常为了限流在简单的双向开关上并联一个小电流的限流器，增加了电池控制系统的成本。而带有DC/DC变换器的电池充放电控制系统结构过于复杂，控制难度大，而且成本高，尤其在小功率系统中所占成本比例较大，因此不适合多电池组的并联应用。此外现有的技术中均没有考虑多个一次电源供电应用场景。

实用新型内容：