CN108649646A - 基于可调整电池组串联结构的充电控制电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于可调整电池组串联结构的充电控制电路，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，其特征在于：每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域。
背景技术
新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组充电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。
电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。
目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。
整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种可调整电池组串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的充电控制电路。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于可调整电池组串联结构的充电控制电路，电池组由电池单元串联构成，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件。
其中电池组的第一个电池单元的正极和最后一个电池单元的负极分别连接直流充电接口，直流充电接口连接直流电源为电池组充电。
当电池单元的第一开关元件断开、第二开关元件闭合时，该电池单元从电池组中分离，当电池单元的第一开关元件闭合、第二开关元件断开时，该电池单元接入到电池组中。
基于所述充电控制电路的控制方法：
当电池组充电时，断开每个电池单元的第二开关元件，闭合每个电池单元的第一开关元件；
若存在某个电池单元电压偏高或状态异常，则断开该电池单元的第一开关元件，并闭合该电池单元的第二开关元件，可以通过电池管理单元实时获取每个电池单元的参数信号；
电池单元电压偏高可以通过电量采集单元采集相关信息，状态异常可以通过温度传感器获取相关信息。
本发明的优点在于：
1、可将单体电池(或单体电池组)加入串联组合，也可完全旁路出串联组合。可以控制充电电流经过或不经过任意单体电池(或单体电池组)，即可达到均衡电流等于充电电流的高效率均衡。
2、电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电，使电池组的储能特性发挥到最佳，且不依赖于对单体电池的一致性要求。
3、每个单体电池(或单体电池组)仅使用两组场效应管、继电器或其它开关器件作为导通和关断控制，即可实现串入或旁路控制，电路简洁，控制简单，成本低廉。
4、特别对单体电池(或单体电池组)发生失效或质量问题，可完全旁路在串联组合外，提供电池组应用的可靠性和安全性。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为电池组充电状态示意图；
图2为充电过程中某一个电池单元异常时断出的示意图；
图3为充电过程中多个电池单元异常时断出的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种可调整电池组串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的充电控制电路。该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行充电控制，可实现与充电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，实现将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。
单体电池(或单体电池组)的负极直接与串联母线相连，正极则通过Sx_1开关(第一开关元件)连接串联母线。Sx_1开关导通，Sx_2(第二开关元件)开关断开，则该级单体电池(或单体电池组)串入母线，参与充电。Sx_1开关断开，Sx_2开关导通，则该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不进行充电。
具体来说：
单体电池(或单体电池组)负极直接与串联母线相连，正极不直接串联形成电池组，而是通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，将单体电池(或单体电池组)串入母线。
单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件进行通断控制，将该级母线导通连接，单体电池(或单体电池组)则旁路出串联组合。
充电过程根据每个单体电池(或单体电池组)的电压和状态信息，正常的单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件串入母线进行充电连接。异常的单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件将该级母线导通连接，该级电池旁路出串联组合，不通过充电电流。
充电过程根据每个单体电池(或单体电池组)的电压和状态信息，实时控制调整各个单体电池(或单体电池组)串入母线充电或旁路出串联组合，实现充电保护和主动均衡。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
充电过程对每个单体电池(或单体电池组)的均衡电流等于充电电流。
通过该发明技术，可以大大降低电池组包对单体电池一致性的要求。
通过该发明技术，可对电池组中的每个单体电池(或单体电池组)实现充电保护和主动均衡。每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。
通过该发明技术，可将存在问题的单体电池(或单体电池组)彻底排除在串联组合外，不会因个别单体电池(或单体电池组)的损坏影响电池组的使用，大大提高***的安全性和可靠性。
正常充电控制逻辑，如图1所示：
Sx_1开关导通，Sx_2开关断开。所有单体电池(或单体电池组)接入串联母线，充电电流经过电池组中的所有电池单元。
1组单体电池(或单体电池组)电压偏高或状态异常的充电控制逻辑，如图2所示：
Sx_1开关导通，Sx_2开关断开。但存在异常的B2电池单元，控制电池正极与母线连接的S2_1开关断开，控制母线直接连通的S2_2开关导通。充电电流不经过B2电池单元，B2电池单元不进行充电，且与电池组分离。
2组或多组单体电池(或单体电池组)电压偏高或状态异常的充电控制逻辑，如图3所示：
Sx_1开关导通，Sx_2开关断开。但存在异常的B1、B2电池单元，控制电池正极与母线连接的S1_1、S2_1开关断开，控制母线直接连通的S1_2、S2_2开关导通。充电电流不经过B1、B2电池单元，B1、B2电池单元不进行充电，且与电池组分离。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于可调整电池组串联结构的充电控制电路，电池组由电池单元串联构成，每个所述电池单元的正极连接正极输出端，负极连接负极输出端，相邻电池单元的正极输出端连接相邻电池单元的负极输出端构成串联的电池组，其特征在于：每个所述电池单元的正极输出端和负极输出端之间通过第二开关元件连接，所述正极输出端与电池单元正极或者负极输出端与电池单元负极之间设有第一开关元件。
2.根据权利要求1所述的基于可调整电池组串联结构的充电控制电路，其特征在于：电路设有开关控制单元，所述开关控制单元输出调控信号至每个所述开关元件。
3.根据权利要求2所述的基于可调整电池组串联结构的充电控制电路，其特征在于：当电池单元的第一开关元件断开、第二开关元件闭合时，该电池单元从电池组中分离，当电池单元的第一开关元件闭合、第二开关元件断开时，该电池单元接入到电池组中。
4.基于权利要求1-3所述充电控制电路的控制方法，其特征在于：当电池组充电时，断开每个电池单元的第二开关元件，闭合每个电池单元的第一开关元件。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：若存在某个电池单元电压偏高或状态异常，则断开该电池单元的第一开关元件，并闭合该电池单元的第二开关元件。
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