便攜式鋰離子儲能電源并聯擴容的方法

文/孫中偉

1 便攜式鋰離子儲能電源擴容的重要性

由于人們對便攜式鋰離子電池儲能電源使用功率、使用時間的需求與目前電池能量密度小的矛盾，便攜式鋰離子儲能電源的電池能量不足的問題日益凸顯。眾所周知，便攜式鋰離子儲能電源的主體是電池，電池重量占有整機絕大部分的重量。而便攜式鋰離子儲能電源又以其便攜性、輕便性為主要特點，在同等重量的條件下不可能去增大電池組。所以，采用整機并聯或備用電池并聯方式，能有效的解決電池容量不足的問題，但并聯擴容在技術的實現過程中，也會遇到多種問題，需要設計特定的電路使用特地的方法來避免。

2 便攜式鋰離子儲能電源并聯擴容的電路研究

2.1 并聯擴容的問題

由于鋰離子電池內阻小，對于電壓不一致，特別是電壓差異大的電池組，強行并聯會出現打火、電流過大、燒毀接口、保護板損壞、電池溫度過高、電池爆炸等危險情況。另外，當并聯使用的時候，會出現兩組電池放電電壓不一致，某組放電溫度過高等情況。對以上問題，需要在并聯擴容連接的過程中有步驟的進行軟連接與硬連接，在工作的過程中，需要時刻監控電池組的狀態，防止以上各類問題的出現。

2.2 電路拓撲結構

基于以上問題，設計出并聯擴容的電路，如圖1所示為便攜式鋰離子儲能電源并聯擴容電路框圖，包含控制電路、通訊電路、限流電阻、限流開關、雙向DC-DC 電路、大電流開關等。其可以內置到便攜式鋰離子儲能電源內部，也可以獨立出為一個擴容裝置。

控制電路，是便攜式鋰離子儲能電源并聯擴容電路的核心部分，用于接收及發送信號至通訊電路，及對限流電路、雙向DC-DC電路、大電流開關電路進行控制，對各種狀態的監控、報警、路徑管理等。

通訊電路，用于對并聯的儲能電源1 與儲能電源2 或備用電池之間的通訊信號處理。

限流電阻與限流開關組合成限流電路，小電流的并聯，用于對剛接觸的兩個并聯設備的軟連接。

雙向DC-DC 電路，對兩個不同電壓的設備進行電壓的初步平衡，使其電壓基本相同。

大電路開關電路，用于硬連接兩個設備。啟動該電路，則正式進入并聯。

3 便攜式鋰離子儲能電源并聯擴容的方法研究

并聯擴容的方法步驟研究：基于以上電路，并聯擴容一共需分以下步驟，如圖2所示。

（1）兩個并聯設備通過線纜對接；

（2）獲取兩個并聯設備的基本信息，發送至控制電路；包括設備類型、電池容量、電池電壓、電流電流、電池溫度等等；

（3）判斷是否可以并聯；如可以正常以下進行并聯操作，如不可以退出及報警；

（4）開啟限流電路限流開關，通過大電阻進行兩個并聯設備的軟連接，吸收啟動的電流尖峰，避免直接硬連接引起的大電流打火等危險問題；

（5）控制雙向DC-DC 電路，由電壓高的設備向電壓低的設備進行補電；

（6）啟動大電流開關；當電壓達到控制電路內部設定的硬連接并聯條件，啟動大電流開關，進行并聯；

（7）監控并聯設備的基本信息，調整并聯條件；保證穩定的進行并聯，保證兩者溫度、電流等信息都在控制范圍內，保證兩者壓差不大，不出現容量差異特別大的情形。

4 結語

本文通過對便攜式鋰離子儲能電源電池能量、電池密度的不足與人們對使用時間、使用功率的這一矛盾分析，提出一種多步驟的擴容的電路以及擴容方法，通過通訊電路獲取兩個并聯設備的基本信息，通過控制電路來切換限流電路、雙向DC-DC 電路、大電流開關電路的工作狀態，來實現便攜式儲能電源的軟連接以及硬連接，達到安全，穩定的擴容效果，此擴容方法與電路正應用于公司產品，并已申請發明專利。

圖1：并聯擴容的電路框圖

圖2：并聯擴容的方法