便携式锂离子储能电源并联扩容的方法

文/孙中伟

1 便携式锂离子储能电源扩容的重要性

由于人们对便携式锂离子电池储能电源使用功率、使用时间的需求与目前电池能量密度小的矛盾，便携式锂离子储能电源的电池能量不足的问题日益凸显。众所周知，便携式锂离子储能电源的主体是电池，电池重量占有整机绝大部分的重量。而便携式锂离子储能电源又以其便携性、轻便性为主要特点，在同等重量的条件下不可能去增大电池组。所以，采用整机并联或备用电池并联方式，能有效的解决电池容量不足的问题，但并联扩容在技术的实现过程中，也会遇到多种问题，需要设计特定的电路使用特地的方法来避免。

2 便携式锂离子储能电源并联扩容的电路研究

2.1 并联扩容的问题

由于锂离子电池内阻小，对于电压不一致，特别是电压差异大的电池组，强行并联会出现打火、电流过大、烧毁接口、保护板损坏、电池温度过高、电池爆炸等危险情况。另外，当并联使用的时候，会出现两组电池放电电压不一致，某组放电温度过高等情况。对以上问题，需要在并联扩容连接的过程中有步骤的进行软连接与硬连接，在工作的过程中，需要时刻监控电池组的状态，防止以上各类问题的出现。

2.2 电路拓扑结构

基于以上问题，设计出并联扩容的电路，如图1所示为便携式锂离子储能电源并联扩容电路框图，包含控制电路、通讯电路、限流电阻、限流开关、双向DC-DC 电路、大电流开关等。其可以内置到便携式锂离子储能电源内部，也可以独立出为一个扩容装置。

控制电路，是便携式锂离子储能电源并联扩容电路的核心部分，用于接收及发送信号至通讯电路，及对限流电路、双向DC-DC电路、大电流开关电路进行控制，对各种状态的监控、报警、路径管理等。

通讯电路，用于对并联的储能电源1 与储能电源2 或备用电池之间的通讯信号处理。

限流电阻与限流开关组合成限流电路，小电流的并联，用于对刚接触的两个并联设备的软连接。

双向DC-DC 电路，对两个不同电压的设备进行电压的初步平衡，使其电压基本相同。

大电路开关电路，用于硬连接两个设备。启动该电路，则正式进入并联。

3 便携式锂离子储能电源并联扩容的方法研究

并联扩容的方法步骤研究：基于以上电路，并联扩容一共需分以下步骤，如图2所示。

（1）两个并联设备通过线缆对接；

（2）获取两个并联设备的基本信息，发送至控制电路；包括设备类型、电池容量、电池电压、电流电流、电池温度等等；

（3）判断是否可以并联；如可以正常以下进行并联操作，如不可以退出及报警；

（4）开启限流电路限流开关，通过大电阻进行两个并联设备的软连接，吸收启动的电流尖峰，避免直接硬连接引起的大电流打火等危险问题；

（5）控制双向DC-DC 电路，由电压高的设备向电压低的设备进行补电；

（6）启动大电流开关；当电压达到控制电路内部设定的硬连接并联条件，启动大电流开关，进行并联；

（7）监控并联设备的基本信息，调整并联条件；保证稳定的进行并联，保证两者温度、电流等信息都在控制范围内，保证两者压差不大，不出现容量差异特别大的情形。

4 结语

本文通过对便携式锂离子储能电源电池能量、电池密度的不足与人们对使用时间、使用功率的这一矛盾分析，提出一种多步骤的扩容的电路以及扩容方法，通过通讯电路获取两个并联设备的基本信息，通过控制电路来切换限流电路、双向DC-DC 电路、大电流开关电路的工作状态，来实现便携式储能电源的软连接以及硬连接，达到安全，稳定的扩容效果，此扩容方法与电路正应用于公司产品，并已申请发明专利。

图1：并联扩容的电路框图

图2：并联扩容的方法