电池组并联系统、装置及电池组并联方法

摘要

本发明公开了一种电池组并联系统、装置及电池组并联方法，电池组并联系统，包括：多个电池组、与所述多个电池组一一对应的多个电池管理模块、第一控制开关、上位机、供电源，通过供电源和电池组合路为电池组的电池管理模块供电，当供电源掉电时，电池管理模块通过电池组供电，不会出现供电源掉电，电池管理模块不能工作的现象；而且，在多个电池组进行并联时，利用电池管理模块检测到电压最高的电池组，使电压最高的电池组给电压较低的电池组充电，直到所有的电池组的电压相等，此过程不受供电源是否掉电的影响，而且，由于缩小了电池组并联时的电压与电压最小的电池组之间的电压差，因此，电池组并联所需时间小于现有的电池组并联需要的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及电池组并联系统、装置及电池组 并联方法。

背景技术

在大功率应用场景中，单个电池组提供的电流通常无法满足使用需求， 此时，需要把多个电池组并联起来，以提高供电电流，并联电池组时，要求 每个电池组电压相同，并联后的电池组输出的电压等于一个电池组的电压。

由于电池组中的电芯不一致，导致各个电池组的电压存在差异，因此， 必须使各个电池组经过首次上电过程后，其电压相同后才能将各个电池组并 联在一起，比如，需要并联的三个电池组的电压分别为40V、38V、42V，此 时，需要通过市电为38V和40V的电池组充电，使三个电池组的电压均达到 42V，此过程成为首次上电过程，此后，才可以将三个电池组并联在一起。

由于在电池组中要求充电电流较低，即电池组充到预定值需要的时间比 较长，如果在市电不稳定的应用场景中，市电可能频繁掉电，导致各个电池 组经过几次首次上电过程才能并联在一起，进行整体的充放电，导致电池组 并联过程繁杂，且电池组并联所需的时间较长。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电池组并联系统、装置及 电池组并联方法，以降低电池组并联使用的复杂度，减少电池组并联使用的 首次上电完成时间，技术方案如下：

本发明一方面提供了一种电池组并联系统，包括：多个电池组、与所述 多个电池组一一对应的多个电池管理模块、第一控制开关、上位机、供电源；

所述多个电池组的第一极性端均连接所述供电源的第一极性端，所述多 个电池组的第二极性端分别连接对应的所述电池管理模块的第三端；

每个所述电池管理模块的第一端连接所述供电源的第一极性端，每个所 述电池管理模块的第二端通过所述第一控制开关连接所述供电源的第二极性 端，所述多个电池管理模块分别用于通过各自的充放电回路为对应的电池组 进行充放电；

所述上位机与所述第一控制开关所在的回路相连，用于控制所述第一控 制开关的通断状态；

所述供电源上电后，所述供电源和所述电池组为所述电池管理模块供电， 所述上位机控制所述第一控制开关闭合，以接通所述供电源与电池组之间的 回路；所述多个电池管理模块中的主电池管理模块控制当前电压最高的电池 组为电压小于所述最高电压的电池组充电，直到所有电池组的电压相等。

本发明的另一方面提供了一种电池组并联装置，包括：电池管理模块、 供电源、上位机、第一控制开关，其中：

所述供电源的第一极性端连接各个电池管理模块的第一端，所述供电源 的第二端通过所述第一控制开关连接所述各个电池管理模块的第二端；所述 电池管理模块用于控制与之相连的电池组的充放电状态；

所述供电源的第一极性端还连接所述各个电池管理模块所控制的各个电 池组的第一极性端，所述各个电池组的第二极性端连接对应的电池管理模块 的第三端；

所述上位机与所述第一控制开关所在回路相连，用于控制所述第一控制 开关的通断状态；

所述供电源上电后，所述供电源和所述各个电池组为所述电池管理模块 供电，所述上位机控制所述第一控制开关闭合，以接通所述供电源与所述各 个电池组之间的回路；所述多个电池管理模块中的主电池管理模块控制当前 电压最高的电池组为电压小于所述最高电压的电池组充电，直到所有电池组 的电压相等。

本发明的又一方面提供了一种电池组并联方法，应用于多个电池组并联 的电路中，所述方法包括：

检测各个电池组的实时电压，并确定所述多个电池组中最高电压对应的 电池组；

控制所述最高电压对应的电池组为电压低于所述最高电压的电池组进行 充电直到所有电池组的电压相等。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，所述电池组并联系统中，通 过供电源和电池组合路为电池组的电池管理模块供电，当供电源掉电时，电 池管理模块通过电池组供电，不会出现供电源掉电，电池管理模块不能工作 的现象；而且，在多个电池组进行并联时，利用电池管理模块检测到电压最 高的电池组，使电压最高的电池组给电压较低的电池组充电，直到所有的电 池组的电压相等，此过程不受供电源是否掉电的影响，而且，由于缩小了电 池组并联时的电压与电压最小的电池组之间的电压差，因此，电池组并联所 需时间小于现有的电池组并联需要的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种电池组并联系统的整体电路连接示意图；

图2为本发明一种电池管理模块的供电电路连接示意图；

图3为本发明实施例一种电池组并联方法的流程示意图；

图4为本发明实施例另一种电池组并联方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1和图2，图1示出了本发明实施例提供的电池组并联系统的整 体电路连接示意图；图2示出了电池管理模块的供电电路连接示意图。

如图1所示，所述电池组并联系统包括：多个电池组110、与所述多个电 池组110一一对应的多个电池管理模块120、第一控制开关130、供电源140、 上位机150。

每个所述电池组110的第一极性端连接所述供电源140的第一极性端， 电池组110的第二极性端连接对应的电池管理模块120的第三端。

每个电池管理模块120的第一端连接供电源140的第一极性端，电池管 理模块120的第二端连接第一控制开关130的一端，第一控制开关140的另 一端连接供电源140的第二极性端。

所述电池管理模块120具体可以通过电池管理系统（Battery Management System，BMS）实现，电池管理模块120的主要作用在于：监控电池组的 状态，防止电池组出现过充电或过放电的现象，提高电池组的利用率、延 长电池组的使用寿命。

所述供电源140通过所述第一控制开关130为所述电池管理模块120供 电，其中，所述供电源140为经过220V工频电压经过整流得到的直流电源。

供电源140还用于为电池组110充电，电池组110用于在供电源140断 电时为负载160供电，同时，电池组110还能够为对应的电池管理模块120 供电。

具体的，电池组110的第一极性端连接供电源140的第一极性端，供电 源的第一极性端连接电池管理模块120的第一端，即电池组110的第一极性 端与电池管理模块120的第一端连接。而且，电池组110的第二极性端与电 池管理模块120的第三端连接，电池组110通过电池管理模块120的第一端 和第三端为电池管理模块供电。

所述上位机150与所述第一控制开关130所在的回路相联，用于控制所 述第一控制开关130的状态，当供电源140上电时，所述上位机150得电工 作，从而控制所述第一控制开关130闭合，使得供电源140为电池管理模块 120供电。

优选的，所述第一控制开关130可以通过接触器实现，所述接触器的常 开触点串联连接在电池管理模块120和供电源140之间，所述接触器的线圈 连接于上位机150所控制的控制电路中，当所述上位机150得电，上位机150 所控制的控制电路闭合，从而使得接触器的线圈得电，接触器的常开触点闭 合，进而使供电源140为电池管理模块120供电。

优选的，如图1所示，在所述接触器的常开触点两端还可以并联单向导 通元件170，该单向导通元件具体可以为二极管170，用于当所述第一控制开 关断开时，所述电池组只能放电，从而保证为负载正常供电，但是不能通过 供电源进行充电，以防止电池组过充电。

需要说明的是，所述供电源140的第二极性端与电池组110的第二极性 端为同极性端，换言之，所述供电源140的第二极性端为正极性端，则电池 组110的第二极性端也为正极性端；所述供电源140的第二极性端为负极性 端，则电池组110的第二极性端也为负极性端；

下面将对图1所示的电路的工作过程进行详细介绍：

首先，所述供电源140上电后，上位机150得电工作，上位机150控制 第一控制开关130闭合，供电源140为电池管理模块120供电；

所述电池组110通过电池管理模块120的第一端和第三端为电池管理模 块120供电（具体的工作过程请参见图2所示电路的工作过程）；从而实现供 电源140和电池组110为电池管理模块120合路供电；

然后，从所述多个电池管理模块120中确定一个电池管理模块为主电池 管理模块，其他的为从电池管理模块；

每个电池管理模块检测与自身连接的电池组的电压，并发送给确定出的 主电池管理模块，从而由主电池管理模块确定出电压最高的电池组。

每个电池管理模块都至少包括：正常充放电电路和异常充电电路，所述 正常充放电电路的充放电电流较大，所述异常充电电路所允许的充电电流较 小。

主电池管理模块控制电压最高的电池组所连接的电池管理模块开通正常 充放电电路，其他的电池管理模块开通异常充电电路，从而使电压最高的电 池组为其他的电池组以小电流进行充电，直到所有电池组的电压相等，此时 各个电池管理能够并联连接为负载160供电。

上述的确定主从电池管理模块的过程包括以下两种方式：

（一）、上位机确定主从电池管理模块

每个电池管理模块120读取自身的物理地址发送至上位机150；

上位机150为每个电池管理模块重新分配软地址，并指定其中一个软地 址对应的电池管理模块120为主电池管理模块，其他的为从电池管理模块；

具体的，上位机150将重新分配的软地址分别下发至电池管理模块120， 并包含主电池管理模块对应的软地址的控制指令发送给各个电池管理模块；

电池管理模块120接收新的软地址并存储，并以新的软地址与确定出的 主电池管理模块进行通讯；

通过上位机确定主从电池管理模块的方式，适用于上位机不掉电的情形 下，此方式对现场工作人员的技能要求较低，无需现场工作人员事先知晓主 电池管理模块对应的物理地址。

（二）、根据电池管理模块的物理地址确定主从电池管理模块

预先定义各个电池管理模块所占用的地址范围，并预先指定所述地址 范围内的某个地址对应的电池管理模块为主电池管理模块。需要说明的是， 此过程在电池管理模块生产的过程中完成。

通过电池管理模块的物理地址确定主从电池管理模块的方式，对上位 机的供电无要求，但是对现场工作人员的技能要求较高，要求现场工作人 员掌握各个电池管理模块的物理地址占用的地址范围及主电池管理模块对 应的物理地址。

需要说明的是，本发明所谓的主电池管理模块具体指主电池管理模块 内的CPU为主机，从电池管理模块内的CPU为从机。

本实施例提供的电池组并联系统，通过供电源和电池组合路为电池管 理模块供电，当供电源掉电时，电池管理模块通过电池组供电，不会出现 供电源掉电导致电池管理模块不能工作的现象；而且，在多个电池组进行 并联时，利用电池管理模块检测到电压最高的电池组，使电压最高的电池 组给电压较低的电池组充电，直到所有的电池组的电压相等，此过程不受 供电源是否掉电的影响，而且，由于缩小了电池组并联时的电压与电压最 小的电池组之间的电压差，因此，电池组并联所需时间远小于现有的电池 组并联需要的时间。

请参见图2，示出了本发明电池管理模块的部分电路连接示意图。

具体的，上述电路包括：第二端401，第三端402供电源第一二极管 D1、第二二极管D2、继电器410、开关管Q1，其中：

第二端401，用于连接供电源140的第二极性端；第三端402，用于连 接电池组的第二极性端。

需要说明的是，第二端401所连接的供电源的第二极性端，与第三端 402所连接的电池组的第二极性端的极性相同，即二者均为正极性端，或 者，二者均为负极性端。本实施例中，供电源的第二极性端（即图中的 -48V），电池组的第二极性端（即图中的BAT-）均为负极性端。

第一端供电源第一端第二端第一端第二端供电源的正极性端连接电池 管理模块的正极性端，此图中未示出，供电源，从而实现供电源为电池管 理模块供电。

参见图1，由于电池组的第一极性端连接供电源的第一极性端，本实 施例中电池组的第一极性端为正极性端，供电源的第一极性端也为正极性 端，供电源的正极性端连接电池管理模块的第一端，即电池组的正极性端 连接电池管理模块的第一端，又如图2所示，电池组的负极性端BAT-连接 第三端402。

具体的，所述第一二极管D1的阳极连接第一端第二二极管D2的阳极， 第一二极管D1的阴极作为第二端401连接供电源的负极即-48V；第二二 极管D2的第一端阴极通过继电器410连接所述电池组的负极BAT-。

第一二极管D1和第二二极管D2的连接方式，决定供电源与所述电池 组不会互通，供电源通过第一二极管D1为电池管理模块供电，所述电池 组通过继电器410及第二二极管D2为所述电池管理模块供电。

所述继电器410的线圈411的正极性端连接直流电源Vdc，负极性端 通过所述开关管Q1连接接地端；所述继电器410的常开触点412串接在 所述电池组负极BAT-与第二二极管D2之间，用于控制电池管理模块的电 池组供电回路。

本实施例中开关管Q1为NPN型三极管，其中开关管Q1的基极连接 所述电池管理模块内CPU的输出端，集电极连接所述线圈411，发射极连 接接地端；所述开关管Q1也可以通过N型MOS管实现，所述开关管Q1 还可以通过PNP型三极管或P型MOS管实现，但是，所述CPU检测到电 池组的电压不小于预设电压值时，输出低电平并输送至所述PNP型三极管 的基极或PMOS管的栅极，控制PNP型三极管或PMOS管导通。

优选的，所述直流电源Vdc通过滤波网络420连接所述继电器的线圈， 所述滤波网络420可以通过磁珠实现，磁珠等效于电阻与电感串联，能够 抑制线路上的高频噪声和尖峰干扰；同时，所述继电器的线圈411的正极 性端还通过并联连接的电容C1和C2连接接地端，并联连接的电容C1和 C2的作用也是滤除干扰信号。

所述开关管Q1的基极与CPU的输出端之间也连接有滤波网络430， 该滤波网络可以通过电阻R1、R2和电容C3实现，用于滤波线路的干扰信 号。

本实施例提供的电路工作过程如下：电池管理模块检测到与其连接的 电池组的电压不低于电压预设值时，电池管理模块内CPU的输出端中连接 开关管Q1的基极的一端输出高电平信号，从而使得开关管Q 1导通，继电 器410的线圈411的负极性端连接接地端，此时，所述线圈411得电，使 得继电器410的常开触点412闭合，接通电池组与电池管理模块之间的供 电回路，此时，电池管理模块可由-48V供电源和电池组合路供电；当电池 管理模块检测到电池组的电压低于电压预设值时，所述CPU的输出端输出 低电平输送给所述开关管Q1，开关Q1关断，继电器的线圈411不得电， 继电器的常开触点仍处于断开状态，即切断电池组为电池管理模块供电的 回路。

具体的，所述电压预设值可以设定为电池组的最低输出电压，这样能 够防止电池组过放电。

本实施例提供的电池管理模块的供电部分的电路，当供电源掉电时， 可以通过电池组为电池管理模块供电，因此，避免了供电源掉电导致电池 管理模块不能正常工作的现象发生。

相应于上述的电池组并联系统实施例，本发明实施例还提供了一种电 池组并联装置，用于将多个电池组并联。

具体地，本发明实施例提供的电池组并联装置，包括：多个电池管理模 块、供电源、上位机、第一控制开关，其中：

所述供电源的第一极性端连接各个电池管理模块的第一端，所述供电源 的第二端通过所述第一控制开关连接所述各个电池管理模块的第二端；所述 电池管理模块用于控制与之相连的电池组的充放电状态；

所述供电源的第一极性端还连接所述各个电池管理模块所控制的各个电 池组的第一极性端，所述各个电池组的第二极性端连接对应的电池管理模块 的第三端；

所述上位机与所述第一控制开关所在回路相连，用于控制所述第一控制 开关的通断状态；

所述供电源上电后，所述供电源和所述各个电池组为所述电池管理模块 供电，所述上位机控制所述第一控制开关闭合，以接通所述供电源与所述各 个电池组之间的回路；所述多个电池管理模块中的主电池管理模块控制当前 电压最高的电池组为电压小于所述最高电压的电池组充电，直到所有电池组 的电压相等。

需要说明的是，所述电池管理模块具体可以通过电池管理系统（Battery Management System，BMS）实现，电池管理模块的主要作用在于：监控电 池组的状态，防止电池组出现过充电或过放电的现象，提高电池组的利用 率、延长电池组的使用寿命。

另外，可以理解的是，所述电池组并联装置与图1所示的电池组并联 系统之间的区别在于所述电池组并联装置不包含电池组，即所述电池组并 联装置和电池组构成了电池组并联系统。电池组并联装置中的供电源、电 池管理模块、第一控制开关、上位机的连接关系及功能，与电池组并联系 统中对应的部件的连接关系及功能相同，此处不再赘述。

本实施例提供的电池组并联装置的工作过程如下：

1）首次上电时供电源有电，上位机工作，BMS由连接到电池组并联装 置的电池组和－48V激活并供电；

2）各个BMS读取自己的硬件地址与上位机进行通讯，上位机给各个BMS 重新分配地址并指定其中一个BMS做主机，其余的BMS做从机，各个BMS 把自己的地址写入EEPROM，以EEPROM中的地址做为新的地址进行通讯；

3）上位机断开接触器，主BMS命令电压最高的从BMS打开双向大电流 充放电回路，其余从BMS打开单向小电流异常充电电路给自己充电，各个从 BMS时时检测自身的电池组电压，当自身的电池组电压与整个电池组电压相 等时打开自身的双向大电流充放电回路；

4）当所有的BMS的双向大电流充放电回路都打开时，整个电池组的首 次上电完成；

而且，电池组并联装置中的电池管理模块的具体电路和工作原理与电 池组并联系统中的电池管理模块的电路及工作原理相同，此处也不再赘述。

相应于上述的电池组并联系统的实施例，本发明还提供了电池组并联 方法的实施例。

请参见图3，示出了一种电池组并联方法的流程示意图，所述电池组 并联方法应用于多个电池组并联的电路中，所述电路包括：多个电池组， 与所述多个电池组一一对应的多个电池管理模块，供电源，以及上位机， 所述方法包括以下步骤：

S101，利用供电源和/或电池组为电池管理模块供电。

所述电池组并联系统包括多个待并联的电池组，每个电池组都连接一 个电池管理模块，所述电池管理模块主要用于监控电池组的状态，防止电 池组出现过充电或过放电的现象，提高电池组的利用率、延长电池组的使 用寿命。

通过供电源及电池组为所述电池管理模块合路供电，保证电池管理模 块在供电源掉电的情况下，也能正常工作；

所述供电源为220V工频电源经过整流后得到的直流供电源，当220V 工频电源掉电时，所述供电源也会掉电。

S102，确定所述多个电池组中最高电压的电池组。

S103，控制最高电压的电池组为电压低与所述最高电压的电池组进行 充电，直到所有电池组的电压相等。

控制电压最高的电池组为其他电池组充电，即电压最高的电池组放电， 电压较低的电池组充电，当所有电池组的电压相等时，停止充放电过程， 此时，所有的电池组才能并联在一起，为连接的负载进行供电。

本实施例提供的电池组并联方法，通过供电源及电池组为电池管理模 块合路供电，保证了供电源掉电的情况下，电池管理模块也能正常工作； 同时，该方法控制电压最高的电池组为其他电池组进行充电，直到所有电 池组的电压相等，由于缩小了电池组并联时的电压与电压最小的电池组之 间的电压差，因此，电池组并联所需时间远小于现有的电池组并联需要的 时间。

请参见图4示出了另一种电池组并联方法的流程示意图，所述电池组 并联方法应用于多个电池组并联的电路中，该电路包括：

所述方法包括以下步骤：

S201，利用供电源和/或电池组为电池组并联系统中的电池管理模块供 电。

具体实施时，供电源上电后，可以为电池管理模块供电；当供电源断 电后，可以通过电池组为电池管理模块供电；当然，还可以利用供电源和 电池组同时为电池管理模块供电，即供电源和电池组为电池管理模块合路 供电。为防止电池组过放电，当所述电池组的电压小于电压预设值时，切 断电池组为电池管理模块供电的回路。

S202，确定主电池管理模块及从电池管理模块。

本步骤有以下两种确定方式：

（一）、上位机确定主从电池管理模块

每个电池管理模块读取自身的物理地址并发送至上位机；

上位机为每个电池管理模块重新分配软地址，并指定其中一个软地址对 应的电池管理模块为主电池管理模块，其他的为从电池管理模块；

具体的，上位机将重新分配的软地址分别下发至电池管理模块，并包含 主电池管理模块对应的软地址的控制指令发送给各个电池管理模块；

电池管理模块接收新的软地址并存储，并以新的软地址与所述主电池管 理模块进行通讯；

通过上位机确定主从电池管理模块的方式，适用于上位机不掉电的情形 下，此方式对现场工作人员的技能要求较低，无需现场工作人员事先知晓主 电池管理模块对应的物理地址。

（二）、利用电池管理模块的物理地址确定主从电池管理模块

预先定义各个电池管理模块所占用的地址范围，并预先指定所述地址 范围内的某个地址对应的电池管理模块为主电池管理模块，需要说明的是， 此过程在电池管理模块生产的过程中完成。

通过电池管理模块的物理地址确定主从电池管理模块的方式，对上位 机的供电无要求，但是对现场工作人员的技能要求较高，要求现场工作人 员掌握各个电池管理模块的物理地址占用的地址范围及主电池管理模块对 应的物理地址。

需要说明的是，本发明所谓的主电池管理模块具体指主电池管理模块 内的CPU为主机，从电池管理模块内的CPU为从机。

S203，确定出最高电压的电池组。

每个所述电池管理模块检测与自身连接的电池组的电压，并发送给所述 主电池管理模块，以使所述主电池管理模块确定出最高电压的电池组。

S204，控制最高电压的电池组为其他电池组充电，直到所有电池组的 电压相等。

每个电池管理模块都至少包括：正常充放电电路和异常充电电路，所述 正常充放电电路的充放电电流较大，所述异常充电电路所允许的充电电流较 小。

所述主电池管理模块控制所述电压最高的电池组所连接的电池管理模块 开通正常充放电电路，其他电池管理模块开通异常充电电路，以使电压最高 的电池组为其他电池组充电；

当所述主电池管理模块检测到所有电池组的电压相等时，控制所有电池 管理模块开通正常充放电电路，以使所有电池组并联为与所述电池组并联系 统连接的负载供电。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用 来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者 暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语 “包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使 得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品 或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还 存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。