CN110994743A

CN110994743A - 一种受控型电池组装置及其充放电控制方法

Info

Publication number: CN110994743A
Application number: CN201911377226.2A
Authority: CN
Inventors: 段志刚
Original assignee: Beijing Xingda Zhilian Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Xingda Zhilian Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明涉及电池储能转换供电领域，更具体地说，涉及一种提高动力电池组充放电性能的装置和方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种受控型电池组装置，在所述电池组中，串接充电输入/放电输出电型受控单元，组成电型受控充放电电池组；所述电型受控充放电电池组，是电池组充放电电型参数部分受控；包括基本电型参数受控：充电输入/放电输出电压有效预设范围内工作；充电输入/放电输出电流有效预设范围内限流。本发明有益效果是解决动力电池组在保护界限内处于直通充放，伏安阻抗电型参数处于不受控制、不可调节的自由状态，无法智能内控模块化运行的技术缺陷。

Description

一种受控型电池组装置及其充放电控制方法

技术领域

本发明涉及电池储能转换供电领域，更具体地说，涉及一种提高动力电池组充放电性能的装置和方法。

背景技术

动力电池组是新能源设备的核心部件；动力单体电芯额定电压低及额定容量小，因此采用串并联方式将多个电芯组合成整个储能部件，俗称动力电池包；电池包设计的要点包括单体电压、单体容量，单体串并联方式及电池***管理方式。其中电池包***的充电放电管理是电池包使用的关键技术，成品电池组部件内置的保护管理单元对充放电过程一般设计为充电放电两个独立的工作过程，并按对应的标准参数及容差管理开闭场效应管，重点是针对整组电池或单体电池的电特性参数的过范围保护，对充放电的运行步骤和过程中的细节参数并不介入管理。通常电池包内部的充电放电管理单元BPU，俗称保护板，提供过充过放保护，对充电过程设计有电压过高保护，其中包括整组电压及单体电压过高；对放电过程设计有电压过低保护，其中包括整组电压及单体电压过低；部分保护板设计短路或限时过流保护、过温保护。

电池组在放电过程中，等效内阻极小，其放电电流由对应连接的动力设备阻抗决定，保护板并不介入放电电流动态限流调制，只是当放电超时过流时，关闭保护场效应管，严重时停机等待手工复位，甚至是依赖充电开机。当设备启动或短时超荷时，电池组放电电流瞬态高频特征电导及电容稍大，会导致端口电压瞬态高幅值双向脉动，电磁干扰性加强。当设备剩余容量接近放电终止平台时，内部极化改变、放电阻抗增大，导致电池端口电压出现深跌或回弹，一定程度影响设备保护性检测及增加阀值设计难度，甚至容易出现误判保护。

电池组在充电过程中，等效内阻极小，充电过程中会伴随特征电阻电容特性改变，电压、电流、容量会随动变化，不同时段会分别出现吸热或放热现象。充电过程受环境影响，特别是电池组内不均匀温度分布直接影响单体充电不均衡，容易导致整组电池充电不足，快充过程中接受能量的上限随电池内部电化环境改变，电压及内阻参数有静置时移现象。电池组的充电，电池组内保护板不提供流程管理、不参与参数调制，全程由外部另行特别配置的充电器，按动力电池充电标准流程及厂家指定类型的充电参数、由充电器内置的控制器管理。

动力电池组在运行的设备环境中是一个高能低阻有源的动态工作部件，因此在非静态组装情形，两个成品电池组不能直接并联。由于电压平台及容量不同，直接并联意味着电池组之间发生环流充放电，导致电池组处于异常的充电过程或异常放电过程且不受控制，不受控通流极大且长时、内部损耗发热严重并蓄积。异常程度直接由组间电池的细分类型、电压平台、荷电状态等电参数的差异性决定。如果这种不受控的直接并联多次发生，将导致电池加速失效或报废。当电池包内采用同类分条分串并联设计，只是在组装开始时实施并联，运行时一般不再拆解，这种方式下各分条分串应非常一致并能独立检测、管理；否则会随电池分条长期并联不均衡引发充放电不足导致整个电池组容量的大幅急剧衰减而失效。

当两个或以上常规动力电池组直接并联后接至常规充电器，将导致充电器不能根据电池组各充电阶段特征参数识别单一电池组当前实际工作状态，而误读并联后的参数值并依此实施错误的充电流程，导致并联的电池组无法按标准流程有效可靠的充电；换句话说，目前的技术方案，功率充电端口在固定某段时间只能有效可靠的对一组电池组充电，而无法对多个并联的电池组全程有效受控充电。

在现有技术中，动力电池组采用单口方案时，充放端口C、D共接为P端口引出电池，保护板设置场效应管QC、QD，一般选用高性价比的N沟低阻场效应管，采用对置串联电路结构，控制充电放电开闭实施保护；当正常充电或放电工作时，场效应管处于低阻接通状态，电池组串B与输出端口P直通，既能放电，也能接受充电；其端口对外呈现的电压、电流方向及大小、等效阻抗均为电池的固有本体特征，在保护界限内处于不受控制、不可调节的自由状态。

常规的电池组，其输出特征是标准的双向低内阻电压源特性，在放电状态也具有反向大电流吸入特征，在充电状态也具有反向的流出特征，放电时因内阻极低而导致超过放电过载或短路电流直接保护关闭，充电时如充电器提供大电流也会直接导致电池过冲击，工况复杂容易故障，电池组工作于约定保护界限内但电型特征参数不受控场景，需要外部负载及充电器按约定配置并管控。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供一种受控型电池组装置，解决动力电池组在保护界限内处于直通充放，伏安阻抗电型参数处于不受控制、不可调节的自由状态，无法智能内控模块化运行的技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种受控型电池组装置，在所述电池组中，串接充电输入/放电输出电型受控单元，组成电型受控充放电电池组；所述电型受控充放电电池组，是电池组充放电电型参数部分受控；包括基本电型参数受控：充电输入/放电输出电压有效预设范围内工作；充电输入/放电输出电流有效预设范围内限流。

还包括扩展电型参数受控：充电输入/放电输出等效阻抗受控；充电输入/放电输出伏安功率受控；

以及关联电型参数受控：电流限流与工作电压关联受控；伏安功率与工作电压关联受控。

进一步地，还包括：所述电池组中串接的电型受控单元包括双向开关变换复合开闭保护的充放电电路，嵌置于电池组内，内置双向变换充放电开关电路，形成复合开闭保护内置变换电池组BRP，组成电型受控充放电电池组。

更进一步地，还包括：

选取电池组出口P+/[P-]及组串B+/[B-]的正端，或负端，为公共点；

再选取充电开闭场效应管QC1，S/[D]极接电池出口P侧相对端；

选取放电开闭场效应管QD1，S/[D]极接电池组串B侧相对端；

选取电感L1，端点LP、LB对应串接于场效应管QC1、QD1之间；

选取高频电容C1、C2接至电池组串B端及电池出口P端；

选取开关管于电感端点LP、LB配置开关桥臂，构成双向变换。

更进一步地，在所述电池组中：设置通信接口BPC、地址接口ADR、充放***识别口SCD；设置内置控制器BIC，包括调整单元、通联单元、保护单元；设置双向开关脉宽调制PWM-BDS实现充放电压电流调整；调整单元内，设置充放电流逆向休止动态控制，设置放电下垂伏安输出阻抗特性，设置均流总线控制。

更进一步地，在所述电池组中：

设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂；构成P侧半桥PHB，变换拓扑由{QD1全通，QC1、QB1、L1、C1、C2}组成，是双向半桥变换电路；电池组能量的进出为同步降压充电流入/同步升压放电流出。

更进一步地，在所述电池组中：设置场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧半桥BHB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、L1、C1、C2}组成，是双向半桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压充电流入/同步降压放电流出。

更进一步地，在所述电池组中：设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用二极管DA1于电池组串B侧与LB点QD1，配置B桥臂，构成P侧准桥PQB，变换拓扑由{QD1全通，QC1、QB1、DA1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、DA1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步降压充电流入/同步升压及降压放电流出。

更进一步地，在所述电池组中：设置二极管DB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧准桥BQB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、DB1、L1、C1、C2}及{QD1全通、QA1全关，QC1、DB1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压及降压充电流入/同步降压放电流出。

更进一步地，在所述电池组中：设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂，构成全桥FB，变换拓扑由{QD1全通、QA1全关，QC1、QB1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、QA1、L1、C1、C2}双半桥组成，是双向全桥变换电路；电池组能量的进出为同步升降压充电流入/同步升降压放电流出。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施充电的控制方法：

所述电池组装置内置双向变换充放电，当充放***识别口线状态高、通信协议为充电命令时，按内置开关变换模式实现充电，指定P侧输入、B侧输出；由内置控制器BIC按内存预设各充电分段模式、电压及电流参数，进入充电状态，依据模式配联变换电路、采用充电PWM脉宽调节，控制场效应管QC1/QD1、QB1/QA1[或二极管DB1/DA1]、高频电感L1、电容C1、C2拓扑电路，形成P＝>B方向功率变换，由电池外接端口P+/P-输入能量，在电池组串端口B+/B-输出，完成充电；所述复合开闭功能的场效应管QC1，由内置保护单元BPU、通联单元BSU按监测量值及保护门限检判结果执行充电保护开闭控制。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施放电的控制方法：

所述电池组装置内置双向变换充放电，当充放***识别口线状态高、通信协议为放电命令时，按内置开关变换模式实现放电，指定B侧输入、P侧输出；由内置控制器BIC按通信指令或内存预设的放电电压及限流参数，进入放电状态，依据模式配联变换电路、采用放电PWM调节脉宽、控制场效应管QC1/QD1、QB1/QA1[或二极管DB1/DA1]、高频电感L1、电容C1、C2拓扑电路，形成B＝>P方向功率变换，由电池组串端口B+/B-输入能量，在电池外接端口P+/P-输出，完成放电；所述复合开闭功能的场效应管QD1，由内置保护单元BPU、通联单元BSU按监测量值及保护门限检判结果执行放电保护开闭控制。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施充放电压电流的控制方法：

所述电池组装置内置双向变换，由双向开关脉宽调制PWM-BDS实现充放电压电流调整；升降压变换有效工作范围输出电压为高至受能预设点电压但低于额定电压上限、低至额定电压下限或限流接近于零值；升压变换有效工作范围输出电压为自供能电压起、高至受能预设电压但小于受能额定最大电压值；降压变换有效工作范围输出电压为两段，第一段为额定段，是自供能电压起、低至受能预设电压但高于额定电压下限，第二段为限流段，是在受能端限流或过载时持续限流降压低于预设电压并渐低至零值输出；变换器在有效工作范围，端口阻抗相应为受控状态，为预设或额定电压电流对应的等效阻抗值。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施单向能量传送的控制方法：

所述电池组装置内置双向变换充放，在充电流入或放电流出模式，变换电路工作在单向的变换模态，按预设电压及受限额定电流实现单向受控能量传送，接受脉宽调制的同时，实施电流逆止单周期动态控制；在DCM不连续电流变换模式时，内置控制器BRC修正同步脉宽，阻止逆向电流；即利用电感伏秒或瞬态电流检测，当电流反向且幅值大于预设值限及时间参数时，启动电流逆止控制、单周期内休止关闭同步整流管、由体内二极管续流、处于二极管限向导通而非场效应管低阻导通；在变换充电放电模式或QC1、QD1低阻直通模式，发生时间或幅值较大的逆向电流时，关闭QC1充电管或QD1放电管、终止逆向电流、进入二极管限向，防止电池处于不受控逆向电流暂态，当二极管导通电流时间过长，同时关闭QC1、QD1场效应管，防止电池组过热工作。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施并联充电的控制方法：

所述内置双向变换充放电池组BRP多组并联接受充电，在有效充电工作范围内，设置功率母线连接同类电型并联电池组；所述变换充电时，变换充电为预设电压限向模式，伏安特性为恒压及限流特性；采用所述升压或降压变换充电时，在预设匹配的电池和充电功率母线的有效工作电压范围内，满足电池CC恒流、CV恒压两段充电的电压电流调整范围及内阻受控；采用所述升降压变换充电时，预设电压降压低至近零值、升压高至额定电压，全范围满足电池PC预充、CC恒流、CV恒压、FS满停四段充电的电压电流调整范围；在有效充电工作范围内，充电模式下内阻及电流均受控并符合额定条件不会超限。

更进一步地，还包括所述电池组装置实施并联放电的控制方法：

所述内置双向变换充放电池组BRP多组并联进行放电，在有效放电工作范围内，具备多电池组热备均流并联放电能力；所述变换放电为恒压限向模式，伏安特性为恒压限流特性，最大限流值为额定放电电流；配置于调制单元BRU的放电输出下垂伏安特性，Vout＝Vkset-Krate*Iout，使电池输出端口电压Vout在有效工作范围内，从预设电压Vkset开始伴随输出电流Iout增大而按下垂斜率Krate线性下降，按此统一预设的动态特征阻抗匹配并联，实现多电池组电流自适应阻抗配衡动态热备冗余并联放电；其均流接口SBUS接入多电池组***对应均流总线获得所有电池组平均或最大电流值，内置调节单元BRU检测本电池组放电电流均流误差，通过外环低频动态调节输出电压脉宽完成自主均流；实现多电池组热备均流并联放电。

更进一步地，还包括一种共正端型提高动力多电池组充放电性能的***：

该***包括如下电路功能区：内置双向半桥PHB充放功率变换电路F10，采用共接B+/P+的共正端电路结构设计，电池输出P侧半桥由上臂场效应管QB1、下臂场效应管QC1组成；放电开闭控制场效应管源极QD1.S串联采样电阻RS1后与电池串负端B-连接、漏极QD1.D与高频功率电感L1.2相连，场效应管QC1的源极QC1.S串联采样电阻RS2后与电池组输出负端P-相连、漏极QC1.D与场效应管QB1的源极QB1.S及高频电感L1.1相连，高频电容C1并接于输出B+、B-两端，高频电容C2并接于输出P+、P-两端；内置降压辅助电源功能区F11/BAP，由Buck降压芯片U3、电感L2，输出稳压电源Vpc，与电池输出负端P-共地；升降压调节控制功能F12/BRU，由双向半桥升降压脉宽调节控制器BD-HB_PWM/U1、驱动器DRV/U2组成；充电差放调节功能F13/CEA，由运放U5放大电流采样iBS产生信号iBM，由电压预设比较差放U4A、电流预设比较差放U4B形成误差信号bJ；充电调节电平功能区F14/CJT，由差分运放U6对来自检测信号bJ进行电平转移后作为调节量送入U1脉宽控制器B侧反馈输入bFB；放电预设电平功能区F15/DJT，由差放U7对来自放电预设电压信号pVadj进行电平转移后，作为电压预设量送入U1脉宽控制器P侧反馈输入pFB参与叠加，实现放电电压预置设定；放电均流调节功能F16/DEA，由P侧电流iPS采样电阻RS2、差放iPm/U8、均流差放CSA/U9构成；电池保护功能F17/BPU，由专用芯片检测各电池单体电压、电池组电流，按预置参数提供信号qCsw及qDsw控制充电场效应管QC、放电场效应管QD，SPI串行通信；智能通联功能F18/BSU，按SAD检测编码序号、检判充/放***状态、计算通信地址，应用通信总线BPC与***其它单元交换信息，测量内置热感电阻温度、电池串电压电流、电池组充放电电压电流，控制充放模式、电压预置设定、电流限流设定，保护控制各选定模式下充电场效应管QC开闭信号qCsw、放电场效应管QD开闭信号qDsw，并通过串行SPI接口管理BPU单元；电池组智能控制器BIC包括调节BRU、通联BSU、保护BPU，协同完成设置、调节充放。

更进一步地，还包括一种共负端型提高动力电池组充放电性能的***：

该***包括如下电路功能区：内置双向全桥FB充放功率变换电路F20，选择电池组共负端单口设计；即充电负端C-及放电负端D-合并为电池外接端口负端P-，串接电流传感器RS2、接于负端公共点BR-，串接电流传感器RS1后与电池组串B-相接，电池输出P侧半桥由上臂场效应管QC1、下臂场效应管QB1及驱动器U2组成，电池组串B侧半桥由上臂场效应管QD1、下臂场效应管QA1及驱动器U3组成；场效应管QD1.D串电感L3后与电池组串正端B+连接、场效应管QC1.D串电感L2后与电池输出正端P+连接，P侧半桥中点bLP与高频功率电感L1.1相连、B侧半桥中点bLB与高频功率电感L1.2相连，场效应管QA1.S及QB1.S接于负端BR-，高频电容C1并接于电池组串B+、B-两端，高频电容C2并接于电池输出P+、P-两端，高频电容C3、C4配接在电感L2、L3于负端BR-之间；内置降压辅助电源功能区F21/BAP，由Buck降压芯片U4、电感L4、输出稳压电源Vpc、与电池输出负端P-共地，由Buck降压芯片U5、电感L5、输出稳压电源V33，由半桥芯片U6、变压器T1、输出两路驱动电源bxP、bxB；基础信号差放调理功能F22/BSA，由电压差放U7检测电池组串电压、由运放U6放大电池组串电流采样iBS产生信号iBm，由运放U9放大电池输出电流采样iPS产生信号iPm，由电阻网络检测电池输出电压vPS得到测量信号vPm、均流差放U10形成误差放大随动信号vSm，均流总线SBUS可接受电流测量放大输出iPm、或接受MPS的软件输出DA值vSm,分别对应于硬件模拟均流或软件模拟均流跟踪信号；双向升降压调节控制功能F23/BRU，由混合信号处理器U1/MSP实施，检测电池输出及电池组串的电压电流、位置地址模拟量、均流信号、温度信号，检测电感电流波峰值，产生脉宽调节信号、配接半桥驱动器U2、U3，组成变换模式控制及电压电流调节；电池保护功能F24/BPU，由专用芯片检测各电池单体电压、电池组电流，按预置参数提供信号qCS及qDS控制充放开闭，SPI串行通信；智能通联功能F25/BSU，按SAD检测编码序号、检判充/放***状态、计算通信地址，应用通信总线BPC与***其它单元交换信息，管理BPU单元串行SPI通信，检测并控制开闭信号qCS、qDS；智能控制器BIC主要包括调节BRU、通联单元BSU、保护BPU，协同完成设置、调节充放。

实施本发明受控型动力电池组装置及其内置双向变换复合开闭充放电保护的方法，具有以下有益效果：

本发明电池组装置内置的充放功能，通过双向开关变换完成电池的充放过程，实现内置智能调整控制，限制了指定工作模态下的电流方向，调整了电池组的出口电压、电流方向、电流限流、内阻特性，使其具备了受控电型设备特征，成为模块化可并联电池组。本发明的电池组装置依据充放***识别接口或通信协议工作在指定的充电或放电模式，由变换及控制避免了异常的反向电流，在指定的变换模式下限制电流工作在最大额定范围，大大提高电池组工作的可用性、安全性、可靠性。

本发明使用的场效应管QC1、QD1与常规电池组中保护板充放电开闭管元件类型相同、参数兼容、位置相近，复合应用为桥臂与场效应管、二极管、电感、电容组成双向变换功能，实现内置充放调节，元件性能成本效益大幅提高。

本发明设置的双向充放变换电路，在有效放电输出工作范围内，输出等效电型参数受控，具备恒压限流变换特征，成为可控伏安特性的单向放电模块化设备，并实现了功率变换输出特有的动态均流调节，使得多电池组并联***内各电池组均能实现单向输出、恒值稳压、自主均流放电，具备多电池组动态热备冗余并联均流放电的功能；在预设匹配的电池及充电母线的有效充电工作电压范围内，输入等效电型参数受控，伏安特性为恒压及限流特性的预设电压限向模式，满足电池分段充电的电压电流调整范围及内阻受控，具备多电池组功率母线并联充电能力。因此本发明受控电池组装置内置双向充放电采用全桥变换形态拓扑时，充放电有效输出工作为全范围满足电池组额定电压电流参数及外部并联总线电参数，充电及放电均能全场景适应多电池组并联***。

本发明全参数范围性能好，全场景适用，方法原理清晰，易于电路实现，控制简单，且元件选型简单方便、规格品种少，成本低廉。动力充放电性能大大提高，具备构建多电池组并联***的部件电型特征，实现了模块化、部件设备化、智能化，能够适应各种工作环境，且设计更加简洁，高效。

由上可见，行之有效的内置充放调节、输出端口电压、电流、等效阻抗呈现受控特征的电池组，使电池组具备可预设电型特征参数作为额定性能，具备模块化功能，成为受控智能类设备级装置；对用于可移出或更换多电池组件***运行中的可并联电池组，其热备份冗余放电及互充环流的阻断十分重要；多电池组热备并联放电运行、多电池组公用功率母线并联充电运行，对动力电池组充放电***运行十分重要，也能够大幅度提高多电池组模块化并联的技术性能、大幅提升动力电池***经济效益。

附图说明

图1是现有技术动力电池组共正/负端单口保护板主电路图；

图2是本发明共正/负端电池组内置PHB半桥充放电主电路图；

图3是本发明共正/负端电池组内置BHB半桥充放电主电路图；

图4是本发明共正/负端电池组内置PQB准桥充放电主电路图；

图5是本发明共正/负端电池组内置BQB准桥充放电主电路图；

图6是本发明共正/负端电池组内置FB全桥充放电主电路图；

图7是本发明共正/负端电池组P半桥同步降压充电示意图；

图8是本发明共正/负端电池组P半桥同步升压放电示意图；

图9是本发明共正/负端电池组B半桥同步升压充电示意图；

图10是本发明共正/负端电池组B半桥同步降压放电示意图；

图11是本发明共正/负端电池组P准桥同步降压充电示意图；

图12是本发明共正/负端电池组P准桥同步升压放电示意图；

图13是本发明共正/负端电池组P准桥降压放电示意图；

图14是本发明共正/负端电池组B准桥同步升压充电示意图；

图15是本发明共正/负端电池组B准桥降压充电示意图；

图16是本发明共正/负端电池组B准桥同步降压放电示意图；

图17是本发明共正/负端电池组全桥同步降压充电示意图；

图18是本发明共正/负端电池组FB全桥同步升压充电示意图；

图19是本发明共正/负端电池组FB全桥同步升压放电示意图；

图20是本发明共正/负端电池组FB全桥同步降压充电示意图；

图21是本发明内置变换有效工作范围输出恒压及下垂特性示意图；

图22是本发明内置变换充电输入输出电压范围匹配特性示意图；

图23是本发明内置变换充电输入限流关联电压伏安特性示意图；

图24是本发明内置变换放电输出电压关联低容安时特性示意图；

图25是本发明内置变换放电输出运行限流三段预设特性示意图；

图26是本发明共正端PHB内置半桥充放电池组的电路实例1；

图27是本发明共负端FB内置全桥充放电池组的电路实例2。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

本发明提供一种受控型电池组装置，在所述电池组中，串接充电输入/放电输出电型受控单元，组成电型受控充放电电池组；所述电型受控充放电电池组，是电池组充放电电型参数部分受控；包括基本电型参数受控：充电输入/放电输出电压有效预设范围内工作；充电输入/放电输出电流有效预设范围内限流。

还包括扩展电型参数受控：充电输入/放电输出等效阻抗受控；充电输入/放电输出伏安功率受控

所述所述电池组装置，还包括：所述电池组中串接的电型受控单元包括双向开关变换复合开闭保护的充放电电路，嵌置于电池组内，内置双向变换充放电开关电路，形成复合开闭保护内置变换电池组BRP，组成电型受控充放电电池组。

所述所述电池组装置，还包括：

再选取充电开闭场效应管QC1，S/[D]极接电池出口P侧相对端；

选取放电开闭场效应管QD1，S/[D]极接电池组串B侧相对端；

选取电感L1，端点LP、LB对应串接于场效应管QC1、QD1之间；

选取高频电容C1、C2接至电池组串B端及电池出口P端；

选取开关管于电感端点LP、LB配置开关桥臂，构成双向变换。

在所述电池组中：设置通信接口BPC、地址接口ADR、充放***识别口SCD；设置内置控制器BIC，包括调整单元、通联单元、保护单元；设置双向开关脉宽调制PWM-BDS实现充放电压电流调整；调整单元内，设置充放电流逆向休止动态控制，设置放电下垂伏安输出阻抗特性，设置均流总线控制。

所述所述电池组装置中：

所述所述电池组装置中：设置场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧半桥BHB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、L1、C1、C2}组成，是双向半桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压充电流入/同步降压放电流出。

所述所述电池组装置中：设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用二极管DA1于电池组串B侧与LB点QD1，配置B桥臂，构成P侧准桥PQB，变换拓扑由{QD1全通，QC1、QB1、DA1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、DA1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步降压充电流入/同步升压及降压放电流出。

所述所述电池组装置中：设置二极管DB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧准桥BQB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、DB1、L1、C1、C2}及{QD1全通、QA1全关，QC1、DB1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压及降压充电流入/同步降压放电流出。

所述所述电池组装置中：设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂，构成全桥FB，变换拓扑由{QD1全通、QA1全关，QC1、QB1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、QA1、L1、C1、C2}双半桥组成，是双向全桥变换电路；电池组能量的进出为同步升降压充电流入/同步升降压放电流出。

本发明公开一种所述电池组装置实施充电的控制方法：

本发明还公开一种所述电池组装置实施放电的控制方法：

本发明还公开一种所述电池组装置实施充放电压电流的控制方法：

本发明还公开一种所述电池组装置实施单向能量传送的控制方法：

本发明还公开一种所述电池组装置实施并联充电的控制方法：

本发明还公开一种所述电池组装置实施并联放电的控制方法：

本发明还公开一种共正端型提高动力多电池组充放电性能的***：

本发明还公开一种共负端型提高动力电池组充放电性能的***：

在本发明中，涉及的电环境包括以12V、24V、36V、48V、60V、72V、110V、220V、240V、400V或其他电压为额定工作电压的动力电池组。这些电池组用于设备或***中提供大功率动力用电，例如在电动摩托车上采用48V额定电压电池组设计配置动力供电；例如在通信设备上采用48V额定电压电池组设计配置为后备动力供电；例如在信息设备上采用240V额定电压电池组设计配置为后备动力供电；例如在电动摩托车上配置两个48V电池组；例如在小四轮电动车上配置4-6个低容量48V电池组；本发明提供的方法可大幅优化电池组的充放电性能，并能构建多电池组并联，完成多电池组按额定电流、额定容量并联扩容，实现大功率动力电池模块化***集成，大幅度提升技术性能、运行方便性和经济性，提高动力电池及用电***性能及性价比。

本发明中，双向变换复合开闭保护充放电路的拓扑形式主要有2Q两管半桥、3Q1D三管准桥、4Q四管全桥；在双向半桥HB对侧配置对称半桥，即成为FB全桥电路形态，按两个双向半桥独立实施控制，就形成了双向升降压变换；在双向半桥中撤换某场效应管为二极管，即退回到Buck或Boost电路，是单流向单功能变换，但与双向半桥配合即构成QB准桥形态，其中一个变换方向为升降压模式；各变换器的升降压工作模式及对应有效工作范围不同，设计时应对应配置匹配的电池组串、充电母线电压、放电总线电压；所述升压变换是由源端以更高电压向受能端提供电流能量，降压变换是由源端以更低电压向受能端提供电流能量；电池组充电是由电池包端口P侧向电池组串B侧变换储存电能，电池组放电是由电池组串B侧向电池包端口P侧变换释放电能。

本发明中，双向变换主电路是功率变换的关键电路单元，采用复合开闭保护充放电路的拓扑电路形式，附图1是目前常规锂电池组保护板单元的主电路，其中QC1是充电保护开闭场效应管，QD1是放电保护开闭场效应管，图1左侧子图是共正端主电路，图1右侧子图是共负端主电路。本发明选定复合开闭保护管QC1、QD1，增加调节管和续流管QA1/DA1、QB1/DB1，配置开关变换串联功率电感L1，并联高频电容C1、C2，组成双向变换主电路，受控于PWM控制器完成电池输出P侧与电池组串B侧的功率变换及电气参数的受控调整；附图2是2Q两管P侧半桥PHB拓扑形式，调节管QB1位于电池输出P侧，图2中左侧子图是共正端电池组内置PHB半桥主电路图，图2中右侧子图是共负端内置PHB半桥主电路图；附图3是2Q两管B侧BHB半桥拓扑形式，调节管QA1位于电池组串B侧，附图3中左侧子图是共正端电池组内置BHB半桥主电路图，图3中右侧子图是共负端内置BHB半桥主电路图；附图4是3Q1D三管P侧准桥PQB拓扑形式，调节管QB1位于电池输出P侧，续流管DA1位于电池组串B侧，图4中左侧子图是共正端电池组内置PQB准桥主电路图，图4中右侧子图是共负端内置PQB准桥主电路图；附图5是3Q1D三管B侧准桥BQB拓扑形式，调节管QA1位于电池组串B侧，续流管DB1位于电池输出P侧，图5中左侧子图是共正端电池组内置BQB准桥主电路图，图5中右侧子图是共负端内置BQB准桥主电路图；附图6是4Q四管全桥FB拓扑形式，调节续流管QB1位于电池输出P侧，调节续流管QA1位于电池组串B侧，图6中左侧子图是共正端电池组内置FB全桥主电路图，图6中右侧子图是共负端内置FB全桥主电路图。

例如选用13串3.7V三元锂电芯的锂电池组，电池组串受保护常规工作电压范围为3.7[(3.0～4.2)]*13＝48[39.0～54.6]V，采用P侧内置半桥PHB拓扑；此模式有效工作范围内，升压放电预设额定电压为54.6V、降压充电母线额定电压为54.6V；充放电均可多电池组并联运行。

例如选用16串3.7V三元锂电芯的锂电池组，电池组串受保护常规工作电压范围为3.7[(3.0～4.2)]*16＝60[48.0～67.2]V，采用B侧内置半桥BHB拓扑；此模式有效工作范围内，降压放电预设额定电压为67.2～48V，放电电压配合电池组串电压，或采用低压48V；升压充压时充电母线额定电压为48～67.2V、充电电压配合电池组串电压，或采用低压48V；此时电池与母线的匹配方案是，采用内置BHB半桥，电池内置60V组串，充电放电并联母线配置为48V额定电压。

例如选用15串3.2V铁锂电芯的锂电池组，电池组串受保护常规工作电压范围为3.7[(2.6～3.64)]*15＝48[39.0～54.6]V，采用内置全桥FB拓扑；此模式有效工作范围内，升降压放电预设额定电压为54.6V、升降压充电母线额定电压为54.6V；充放电均可多电池组并联运行。

本发明中，采用内置双向变换拓扑提高电池充放电性能，采用了电池组串B侧与输出端口P侧不隔离的电气模式，核心部件为高频低阻大电流功率电感，双向半桥变换电路的主要变换机理是半桥按周期内互补方式开闭，向电感提供定向电流储能及续流，能量变换采用ON/OFF开关转移模式，其中OFF模态维持输出侧续流时间T_OF，两端电压为-Vo；ON模态电感储能时间T_ON，在Buck降压或Boost模态，两端电压分别为Vi-Vo或Vi，也即，按电感储能及续流单周期伏秒平衡方程可知，有Buck{T_ON(Vi-Vo)-T_OFV_O＝0}、Boost{T_ONVi-T_OFV_O＝0}，其中续流时间T_OF≦T_OFF，T_ON+T_OFF＝T＝1/Fsw，占空比D＝T_ON/T，T、Fsw是周期时间及开关频率，在CCM电流连续模态电感电流单向大于零，T_OF＝T_OFF，有[Buck，Vo＝Dbuck*Vi]，[Boost，Vo＝Vi/(1-Dboost)]；由于双向半桥桥臂及升降调制开关逻辑互补，即Buck[T_ON＝T_D，T_OFF＝T_U]，Boost[T_ON＝T_U，T_OFF＝T_D]，其中T_D是降压臂开通时间，定义D＝T_D/T，即Buck{Vo＝Vi*D}，Boost{Vo＝Vi/D}；双向变换器升压或降压开关调节时，对应电感阻抗rL、标定方向后电感两端的稳态电压电流方程为Vd/D-Vu＝I_L*rL、Vu*D-Vd＝I_L*rL，在已定的电压高低及定值场景，两端电压低高值之比为临界占空比Dc≦1，越过临界占空比后电感电流方向相反、能量存放也反向；在DCM电流不连续模态，电感断流时间T_OZ＝T_OFF-T_OF，此时可根据伏秒平衡差或电感电流过零检测关闭同步续流低阻通路，此时二极管限向通流，完成了逆向电流阻断。

附图7是P侧半桥PHB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构，是SR-Buck-Ch同步降压充电状态，场效应管QD1低阻导通，QC1、QB1、L1、C1、C2组成P->B侧同步降压充电，当降压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QC1低阻导通，此时电流通过P、C2、QC1、L1、QD1、C1、BS1，电感电流持续增加并储能，电池组串端口B+、B-受能充电，此时电流方向如图示iBuck、iL；当降压控制Ton为低电平输出时，场效应管QC1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QB1低阻导通，此时电流通过BS1、C1、QD1、L1、QB1、C2、P，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池组串端口B+、B-供能并维持预设的降压充电，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图8是P侧半桥PHB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构，是SR-Boost-Dh同步升压放电状态，场效应管QD1低阻导通，QC1、QB1、L1、C1、C2组成B->P侧同步升压放电，当升压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QB1低阻导通，此时电流通过BS1、C1、QD1、L1、QB1，电感电流持续增加并储能，电池输出端口P+、P-由电容C2供能并保持电压，此时电流方向如图示iBoost、iL；当升压控制Ton为低电平输出时，场效应管QB1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QC1低阻导通，此时电流通过BS1、C1、QD1、L1、QC1、C2、P，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池输出端口P+、P-供能并维持预设的升压放电电压值，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图9是B侧半桥BHB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构，是SR-Boost-Ch同步升压充电状态，场效应管QC1低阻导通，QD1、QA1、L1、C1、C2组成P->B侧同步升压充电，当升压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QA1低阻导通，电流通过P、C2、QC1、L1、QA1，电感电流持续增加并储能，电池组串端口B+、B-由电容C1供能并保持电压，此时电流方向如图示iBoost、iL；当升压控制Ton为低电平输出时，场效应管QA1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QD1低阻导通，电流通过BS1、C1、QD1、L1、QC1、C2、P，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池组串端口B+、B-供能并维持预设的升压充电电压值，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图10是B侧半桥BHB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构，是SR-Buck-Dh同步降压放电状态，场效应管QC1低阻导通，QD1、QA1、L1、C1、C2组成B->P侧同步降压放电，当降压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QD1低阻导通，电流通过BS1、C1、QD1、L1、QC1、C2、P，电感电流持续增加并储能，向电池输出端口P+、P-供能放电，此时电流方向如图示iBuck、iL；当降压控制Ton为低电平输出时，场效应管QD1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QA1低阻导通，电流通过BS1、C1、QA1、L1、QC1、C2、P，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池输出端口P+、P-供能并维持预设的降压放电，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图11、附图12、附图13是P侧准桥PQB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构；附图11是SR-Buck-Ch同步降压充电状态，图中二极管DA1无电流，电路原理及电流过程与附图7的P侧半桥PHB同步降压充电电路相同；附图12是SR-Boost-Dh同步升压放电状态，图中二极管DA1无电流，电路原理及电流过程与附图8的P侧半桥PHB同步升压放电电路相同；

附图13是P侧准桥工作在DR-Buck-Dh整流降压放电状态，场效应管QC1低阻导通、场效应管QB1关闭，QD1、DA1、L1、C1、C2组成B->P侧整流降压放电，当降压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QD1低阻导通，电流通过BS1、C1、QD1、L1、QC1、C2、P，电感电流持续增加并储能，向电池输出端口P+、P-供能放电，此时电流方向如图示iBuck、iL；当降压控制Ton为低电平输出时，场效应管QD1高阻截止，续流由DA1导通，电流通过DA1、L1、QC1、C2、P，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池输出端口P+、P-供能并维持预设的降压放电，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图14、附图15、附图16是B侧准桥BQB主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构；附图14是SR-Boost-Ch同步升压充电状态，图中二极管DB1无电流，电路原理及电流过程与附图9的B侧半桥BHB同步升压充电电路相同；附图16是SR-Buck-Dh同步降压放电状态，图中二极管DB1无电流，电路原理及电流过程与附图10的B侧半桥BHB同步降压放电电路相同；

附图15是B侧准桥工作在DR-Buck-Ch整流降压充电状态，场效应管QD1低阻导通、场效应管QA1关闭，QC1、DB1、L1、C1、C2组成P->B侧整流降压充电，当降压控制Ton为高电平脉宽输出时，场效应管QC1低阻导通，电流通过P、C2、QC1、L1、QD1、C1、BS1，电感电流持续增加并储能，电池组串端口B+、B-受能充电，此时电流方向如图示iBuck、iL；当降压控制Ton为低电平输出时，场效应管QC1高阻截止，续流由DB1导通，电流通过BS1、C1、QD1、L1、DB1，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池组串端口B+、B-供能并维持预设的降压充电，此时电流方向如图示iSynR、iL。

附图17、附图18、附图19、附图20是FB全桥双向变换主电路，左侧是共正端、右侧是共负端接线结构；附图17是SR-Buck-Ch同步降压充电状态，图中场效应管QA1关闭，电路原理及电流过程与附图7的P侧半桥PHB同步降压充电电路相同；附图18是SR-Boost-Ch同步升压充电状态，图中场效应管QB1关闭，电路原理及电流过程与附图9的B侧半桥BHB同步升压充电电路相同；附图19是SR-Boost-Dh同步升压放电状态，图中场效应管QA1关闭，电路原理及电流过程与附图8的P侧半桥PHB同步升压放电电路相同；附图20是SR-Buck-Dh同步降压放电状态，图中场效应管QB1关闭，电路原理及电流过程与附图10的B侧半桥BHB同步降压放电电路相同。

附图21为内置变换放电电池组升降压、降压、升压变换时有效放电输出电压与电池组串电压的工作关系及电压电流伏安下垂特性示意图，三种不同变换类型，有效放电输出工作范围不同；内置半桥升压放电/降压放电电型的电池组BRP-HB性能良好成本低、内置全桥升降压变换充放电电型的电池组BRP-FB性能优异性价比高。

附图22为内置变换电池组升降压、降压、升压充电变换时有效输入电压与电池组串电压的工作关系示意图，图中可见：左侧升降压变换工作范围宽、充电输入电压电流及等效内阻完全受控、优选应用，右侧降压变换工作范围稍微欠宽、可用，中侧升压变换工作范围低于预设或额定电压不易配套设计、低压过流时电流不受控、不适宜应用。

附图23为典型的内置变换充电电池组的输入电压与输入限流三段受控特性示意图、左侧为输入电压与限流伏安受控特性，右侧为输入电压与功率受控特性，图中可以看到，针对电池充电输入电压即充电母线电压Vpc，在电池组恒压充电电压Vcv上方、配置了充电输入限流线性关联自动跟随充电输入电压调整的模式、此段A0配置限流系数K0＝1～2、Vcv<Vpb<Vnup、线性斜率为1C/1V，在电池组额定电压Vnom下方、配置了充电输入降低限流也即降低功率的K1＝0.5分段模式、Vnlp<Vpb<Vnla；BRP电池组按此电型受控模式设置，电池组将根据充电输入电压按分段值自动调控充电分段模式、调控输入功率，充电过程无需外界通信，按分布式设计理念自主智能管理。

附图24为内置变换放电电池组的输出电压与容量的伏特安时调配特性示意图，Vnlp、Vnup为电池电压有效工作区上下限值，Vnlp、Vnup为友好应用上下限值；在电池电压平台高值区、***可按地址统一或分群配置预设额定电压输出Vset1[Vset0、Vset2]，在电压中后区、按下垂特征值[Vk、Krate]配置下垂调节特性，在电压后端、电池按约定值限流降压，当超出有效范围上下限值，内阻退至电池组自有低阻特性；当电池电压及容量低于预设值时，电池按附图7约定曲线调配输出电压成为受控的伏特安时输出特性。

附图25为内置变换放电电池组的输出限流三段受控特性示意图，图中可以看到，额定区一般参考电池额定容量按Inom放电电流预设Iset、K1＝1，针对电池电压低于标称值Vnom的低压工作区，同比下调至K2＝0.5-0.95，而在电池电压平台高值区，即约定于[Vnom,Vnup]或更小区域，***按设计配置同比上调至K0＝1-3、放电按高倍率工作。

为了实现某种设定的目标，例如，***按电压平台、动态电流、剩余容量、动态内阻、内部温升调配充放电能量；采用本发明相关各工作模式，取得电池组当前单元地址位号、充放设备能量相关信息、并传输指令到该部件，按约定的通信协议，电池组对内置传感器进行相应检测、由内置控制器实现模式调整及参数调节，完成内置半桥充放智能自主功率变换实现储能充电或释能放电，使内置充放电池组高度设备化、模块化、智能化、***化。

本发明公开一种动力电池组内置半桥充放的***实施例1，如图26所示。

本实施例1中，选择电池组共正端单口设计，即充电正端C+及放电正端D+合并为电池外接端口正端P+、于电池组串B+相接作为公共点；

选取放电开闭场效应管QD1.S源极、串联电池串电流采样电阻RS1后、连接电池组串侧B-、选取充电开闭场效应管QC1.S源极、串联电池包电流采样电阻RS2后、连接电池出口侧负端P-；选取高频功率电感L1，两端点LP、LB对应串接于场效应管漏极QC1.D、QD1.D之间，选取高频电容C1、C2接至电池组串B+、B-及电池出口P+、P-，选取开关管QB1.S源极接于电感端点LP、QB1.D漏极接于P+，与QC1组成P侧半桥桥臂，构成双向半桥PHB变换电路。

所述电池组配置通信接口EPC，配置位置地址接口SAD复合通信地址检测及充放***状态识别。

所述电池组智能控制器BIC包括：电池保护单元BPU、调节控制单元BRU、智能通联单元BSU。

选择输出负端P-作为共地点，通过Buck降压单元由电池组输出端口P+、P-供电，产生控制器BRC的辅助供电电源Vpc。

所述电池保护单元BPU采用专用芯片，检测包括：电池串各单体电池电压、充放电电流、电池组内局部敏感点温度，开闭控制包括：充电开闭场效应管QC1，放电开闭场效应管QD1；其中开闭控制预设及保护参数门限由通信协议接收存储于片内存储器。

所述调节控制单元BRU，由双向半桥脉宽调节控制器PWM-PHB、驱动器、输出电压预设运放、输出电流检测运放、均流总线及均流差放构成，调压控制单元主要按预设电压、电流参数及均流误差形成脉宽调制，按调压脉宽及同步脉宽控制半桥管QB1及QC1。

所述智能通联单元BSU，由SAD外接位置地址电阻检测计算对应编码，识别电池组充放***状态及通信地址；由通信总线BPC完成串行通信***的连接，并接受***命令如：充放并联***的统设电压、限流、模式；应答上传电池组参数如：开闭保护状态、当前工作模式、输出电压电流、内部敏感点温度；由BSU智能芯片提供电压电流调节设定、控制调压控制单元的电压电流设定。

如图26所示本发明实施例1中，共正端型提高动力多电池组充放电性能的***包括如下电路功能区：

内置功率电路F10，采用共正端B+/P+电路结构设计，放电开闭控制场效应管源极QD1.S串接电流测量电阻RS1后与电池串负端B-连接、漏极QD1.D与高频功率电感L1.2_[LB]相连，充电场效应管QC1也设计为升压变换的同步整流场效应管，其源极QC1.S串接采样电阻RS2后与电池组输出负端P-相连、漏极QC1.D与场效应管源极QB1.S及高频电感L1.1_[LP]相连，高频电容C1并接于电池组串B+、B-两端、高频电容C2并接于电池输出P+、P-两端；内置降压辅助电源功能区F11/BAP，由Buck降压芯片U4、小电感L2、输出稳压电源Vpc、与电池输出负端P-共地；调节控制单元F12/BRU，由双向半桥脉宽调节控制器BD-HB_PWM/U1、驱动器DRV/U2组成；预设差放功能F13/CEA，由电池组串电流检测放大iBm/U5、充电限流预设bCC/U4B、电压预设bCV/U4A组成；充电调节CJT/F14，由差放CVJ/U6对BJ信号进行电平转移放大；放电调节F15/DJT，由差放DVJ/U7对PJ信号进行电平转移放大；放电均流差放功能F16/DEA，由电流检测运放iPm/U8、均流差放CSA/U9构成；内置充电放电调节由F12-F16组成、接受设定的变换模式及调节参数、控制场效应管QC1、QB1，实现双向半桥变换；电池保护功能F17/BPU，主要由智能电池保护专用芯片检测各电池单体电压、电池电流，按预置参数提供信号qCsw及qDsw开闭充电场效应管QC1、放电场效应管QD1，智能接口是SPI串行模式，与智能通联单元BSU连接；智能通联功能F18/BSU，由位置地址信号SAD检测编码获得充放***状态及通信地址，利用通信总线BPC与***交换信息，测量内置热感电阻温度、电池串电压电流、电池组充电或放电电压电流，控制电压预制设定，管理内置双向变换，并通过串行SPI接口管理BPU单元；电池组内置智能控制器BIC主要包括电池保护单元BPU、升压控制单元BCU、智能通联单元BSU，协同完成智能通信、参数设置、模式管理、控制内置双向变换。

充电工作状态下，场效应管QD1低阻导通，QC1、QB1、L1、C1、C2组成P->B侧同步降压充电；放电工作状态下，场效应管QD1低阻导通，QC1、QB1、L1、C1、C2组成B->P侧同步升压放电。

当升压放电电路QB1、QC1、L1、C1、C2工作为CCM电流连续模式时，iL不会出现零值且大于零为正值，即正向放电电流，此时电感电流最大值小于平均输入电流一半，即iLmax<iBD/2，升压放电电路工作在高频、较低的输入输出升压比，对应的低占空比所形成的储能伏秒积平衡足以维持连续续流时，可使电感电流维持在单一方向，使得电池持续向外放电，不产生电池逆向倒灌；当升压工作在断续电流DCM状态时，续流同步驱动信号由升压控制器BRC按DCM模式对应的伏秒控制关闭，过零断开同步场效应管QC1，尾端瞬态由同步整流管QC1体内二极管接续维持，此时导通电流被限向；因此同类电型多电池组***中，电池组的输出电压按预设电压在输出端口并联，各电池组按动态热备自主冗余放电模式并联单向均流放电，***整体放电电流额定值是按多个电池组额定电流值模块化热备份累加。

进一步的，升压器的配置输出伏安下垂特性自适应电流自主均衡并联机制是通过采用统一设定斜率的升压器输出伏安特性控制模式，即控制器输出伏安特性控制算法为Vout＝Vset-Krate*Iout，例如Krate＝1V/20A，则控制器使得电池输出端口电压特性伴随电流增大而线性下降，即输出10A时的电压降比空载时约下降0.5V，这样各电池组之间尽管电压平台以及电池剩余容量、电池内阻略有不同，但会按个电池组内控制器的预设输出电压及斜率伏安算法统一并且一致的工作，自主按此预设的动态特征阻抗匹配并联，工作在放电电流自主动态平衡冗余并联模式

进一步的，升压器的配置均流总线自主均衡并联机制是通过采用设定均流母线SBUS，连接后产生平均电流信号Isbus，实现电流均衡输出，控制算法为Vout＝Vset-Ks*(Iout-Isbus)，K＝Kvs*Kis，Kis＝20-100，其中Kis调节采用带一定积分常数的低通频率特性，降低均流误差调节的高频冲击和扰动，保证和提高输出电压的调节稳定性。

本发明公开一种动力电池组内置半桥充放的***实施例2，如图27所示；

本实施例2中，选择电池组共负端单口设计；即充电正端C-及放电正端D-合并为电池外接端口正端P-，串接电流传感器RS2、接于负端公共点BR-，串接电流传感器RS1后与电池组串B-相接。

选取场效应管QD1.D漏极串接电感L3后连接电池组串侧正端B+、选取场效应管QC1.D漏极串接电感L4后连接电池出口侧正端P+，选取高频功率电感L1，两端点LP、LB对应串接于场效应管源极QC1.S、QD1.S之间，选取开关管QB1.D漏极接于电感端点bLP、QB1.S源极接于BR-，与QC1组成P侧半桥桥臂，选取开关管QA1.D漏极接于电感端点bLB、QA1.S源极接于BR-，与QD1组成B侧半桥桥臂；选取高频电容C1、C2接至电池组串B+、B-及电池出口P+、P-，构成双向全桥FB变换电路。

所述辅助电源供电BAP/F21，包括：由降压单元芯片U4、电感L4、由电池输出端口产生控制器电源Vpc、与电池输出负端P-共地，由Buck降压芯片U5、电感L5、输出稳压电源V33，由定频半桥芯片U6、变压器T1、输出两路驱动电源bxP、bxB。

所述基本信号放大BSA/F22，采用信号电阻分压放大电路，检测包括：电池组串B侧，电压vBm、电流检测iBm；电池输出P侧，电压vPm、电流检测iPm、均流总线信号及均流差放信号vSm；位置地址SAD信号vAm；电池组内温度信号T1m、T2m。

所述调节控制单元BRU/F23，由MSP/U1混合信号处理器，接受充放设定、预设电压电流参数、依据检测信号当前值、按内置算法动态调节占空比、配合驱动器U2、U3，形成双向全桥脉宽调制PWM-FB，控制双半桥QB1、QC1及QA1、QD1完成升降压变换。

所述电池保护单元BPU/F24采用专用芯片，开闭控制包括：充电开闭场效应管QC1，放电开闭场效应管QD1；其中开闭控制预设及保护参数门限由通信协议接收存储于片内存储器。

所述智能通联单元BSU/F25，由SAD外接位置地址电阻检测计算对应编码，识别电池组充放***状态及通信地址；由通信总线BPC及bpUart转换为串口Uart1的RX1/TX1信号、完成串行通信***的连接，并接受***命令如：充放并联***的统设电压、限流、模式，应答上传电池组参数如：开闭保护状态、当前工作模式、输出电压电流、内部敏感点温度；由BSU智能芯片提供电压电流调节设定、控制调压控制单元的电压电流设定。

如图27所示本发明实施例2中，共负端型提高动力电池组充放电性能的***包括如下电路功能区：

内置功率电路F20，采用共负端单口结构设计，即充电正端C-及放电正端D-合并为电池外接端口正端P-，串接电流传感器RS2、接于负端公共点RS-，串接电流传感器RS1后与电池组串B-相接；场效应上管QC1、下管QB1及驱动器U2组成电池输出P侧半桥、场效应上管QD1、下管QA1及驱动器U3组成电池组串B侧半桥。高频电感L1接于两半桥中点bLB及bLP之间、电感L2、L3串接于P+、B+与场效应管QC1、QD1漏极之间；高频电容C1并接于电池组串B+、B-两端，高频电容C2并接于电池输出P+、P-两端，高频电容C3、C4配接在电感L2、L3于负端BR-之间。

内置降压辅助电源功能区F21/BAP，由Buck降压芯片U4、电感L4、输出稳压电源Vpc、与电池输出负端P-共地，由Buck降压芯片U5、电感L5、输出稳压电源V33，由半桥芯片U6、变压器T1、输出两路驱动电源bxP、bxB。

基础信号差放调理功能F22/BSA，由电压差放U77检测电池组端电压、由运放U6放大电池组串电流采样iBS产生信号iBm，由运放U9放大电池输出电流采样iPS产生信号iPm，由电阻网络检测电池输出电压vPS得到测量信号vPm、U10形成均流差放随动信号vSm。

双向升降压调节控制功能F23/BRU，由混合信号处理器U1/MPS实施，检测电池输出及电池组串的电压电流、位置地址模拟量、均流信号、温度信号，检测电感电流波峰值，产生脉宽调节信号、配接半桥驱动器U2、U3，组成变换模式控制及电压电流调节。

电池保护功能F24/BPU，主要由智能电池保护专用芯片检测各电池单体电压、电池组电流，按预置参数提供信号qCS及qDS控制充放开闭，采用SPI串行通信传递设置及运行参数。

智能通联功能F25/BSU，按位置地址SAD检测电池组编码序号、检判充/放***状态、计算通信地址，应用通信总线BPC与***其它单元交换信息，管理BPU单元串行SPI通信，检测保护单元开闭信号qCS、qDS并完成保护；电池组智能控制器BIC主要包括充放调节单元BRU、智能通联单元BSU、电池保护单元BPU，协同完成智能通信、参数模式设置、智能调节内置充放。

附图19右侧所述共负端全桥电路可以看出，同步升压放电工作状态下，场效应管QD1全通、QA1全关，QC1、QB1、L1、C1、C2组成B->P侧同步升压放电，当升压控制Ton为高电平脉宽输出时，电感电流持续增加并储能，电池输出端口P+、P-由电容C2供能并保持电压；当升压控制Ton为低电平输出时，场效应管QB1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QC1低阻导通，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池输出端口P+、P-供能。

附图20右侧所述共负端全桥电路可以看出，同步降压放电工作状态下，场效应管QC1全通、QB1全关，QD1、QA1、L1、C1、C2组成B->P侧同步降压放电，当降压控制Ton为高电平脉宽输出时，电感电流持续增加并储能，向电池输出端口P+、P-供能；当降压控制Ton为低电平输出时，场效应管QA1高阻截止，同步整流驱动打开场效应管QD1低阻导通，电感续流使其能量及电流持续减少，向电池输出端口P+、P-供能。

当放电电路电感电流不会出现负值即iL≧0，即正向放电电流，此时电池持续向外放电，不产生电池逆向倒灌；控制器在工作中对断续电流DCM状态检测电感电流或伏秒平衡，过零断开同步场效应管QC1，尾端瞬态由同步整流管QC1体内二极管接续维持，此时导通电流被限向；因此同类电型多电池组***中，电池组的输出电压按预设电压在输出端口并联，各电池组按动态热备自主冗余放电模式并联单向均流放电，***整体放电电流额定值是按多个电池组额定电流值模块化热备份累加。

进一步的，升压器的配置输出伏安下垂特性自适应电流自主均衡并联机制是通过采用统一设定斜率的升压器输出伏安特性控制模式，即控制器输出伏安特性控制算法为Vout＝Vkset-Krate*Iout，则控制器使得电池输出端口电压特性伴随电流增大而线性下降，这样各电池组之间尽管电压平台以及电池剩余容量、电池内阻略有不同，但会按个电池组内控制器的预设输出电压及斜率伏安算法统一并且一致的工作，自主按此预设的动态特征阻抗匹配并联，工作在放电电流自主动态平衡冗余并联模式。

进一步的，升压器的配置均流总线自主均衡并联机制是通过采用设定均流母线SBUS，连接后产生平均电流信号Isbus，实现电流均衡输出，控制算法为Vout＝Vset-Ks*(Iout-Isbus)，K＝Kvs*Kis，其中Kis调节采用带一定积分常数的低通频率特性，降低均流误差调节的高频冲击和扰动，保证和提高输出电压的调节稳定性。

本发明内置双向变换充放电池组，在有效放电参数范围内，放电电型特征参数电压、电流、内阻受控，具备多电池组放电并联能力，因此大幅提高多电池组并联动力***放电能力、冗余度、可用性、可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种受控型电池组装置，其特征在于，

在所述电池组中，串接充电输入/放电输出电型受控单元，组成电型受控充放电电池组；

所述电型受控充放电电池组，是电池组充放电电型参数部分受控；

包括基本电型参数受控：充电输入/放电输出电压有效预设范围内工作；充电输入/放电输出电流有效预设范围内限流；

2.根据权利要求1所述的电池组装置，其特征在于：

所述电池组中串接的电型受控单元包括双向开关变换复合开闭保护的充放电电路，嵌置于电池组内，内置双向变换充放电开关电路，形成复合开闭保护内置变换电池组BRP，组成电型受控充放电电池组。

3.根据权利要求2所述的电池组装置，其特征在于：

选取电池组出口P₊及组串B₊的正端为公共点；

选取充电开闭场效应管QC1，S极接电池出口P侧相对端P-；

选取放电开闭场效应管QD1，S极接电池组串B侧相对端B-；

选取电感L1，端点LP、LB对应串接于场效应管QC1、QD1之间；

选取高频电容C1、C2接至电池组串B端及电池出口P端；

选取开关管于电感端点LP、LB配置开关桥臂，构成双向变换。

4.根据权利要求2所述的电池组装置，其特征在于：

选取电池组出口P-及组串B-的负端为公共点；

选取充电开闭场效应管QC1，D极接电池出口P侧相对端P₊；

选取放电开闭场效应管QD1，D极接电池组串B侧相对端B₊；

选取电感L1，端点LP、LB对应串接于场效应管QC1、QD1之间；

选取高频电容C1、C2接至电池组串B端及电池出口P端；

选取开关管于电感端点LP、LB配置开关桥臂，构成双向变换。

5.根据权利要求3或4所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

设置通信接口BPC、地址接口ADR、充放***识别口SCD；

设置内置控制器BIC，包括调整单元、通联单元、保护单元；

设置双向开关脉宽调制PWM-BDS实现充放电压电流调整；

调整单元内，设置充放电流逆向休止动态控制，

设置放电下垂伏安输出阻抗特性，

设置均流总线控制。

6.根据权利要求5所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

7.根据权利要求5所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

设置场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧半桥BHB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、L1、C1、C2}组成，是双向半桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压充电流入/同步降压放电流出。

8.根据权利要求5所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用二极管DA1于电池组串B侧与LB点QD1，配置B桥臂，构成P侧准桥PQB，变换拓扑由{QD1全通，QC1、QB1、DA1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、DA1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步降压充电流入/同步升压及降压放电流出。

9.根据权利要求5所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

设置二极管DB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂；构成B侧准桥BQB，变换拓扑由{QC1全通，QD1、QA1、DB1、L1、C1、C2}及{QD1全通、QA1全关，QC1、DB1、L1、C1、C2}组成，是双向准桥变换电路；电池组能量的进出为同步升压及降压充电流入/同步降压放电流出。

10.根据权利要求5所述的电池组装置，其特征在于：

在所述电池组中：

设置场效应管QB1于电池出口P侧LP点与QC1，配置P桥臂，采用场效应管QA1于电池组串B侧LB点与QD1，配置B桥臂，构成全桥FB，变换拓扑由{QD1全通、QA1全关，QC1、QB1、L1、C1、C2}及{QC1全通、QB1全关，QD1、QA1、L1、C1、C2}双半桥组成，是双向全桥变换电路；电池组能量的进出为同步升降压充电流入/同步升降压放电流出。

11.所述电池组装置实施充电的控制方法，其特征在于：

所述内置双向变换充放电，当充放***识别口线状态高、通信协议为充电命令时，按内置开关变换模式实现充电，指定P侧输入、B侧输出；由内置控制器BIC按内存预设各充电分段模式、电压及电流参数，进入充电状态，依据模式配联变换电路、采用充电PWM脉宽调节，控制场效应管QC1/QD1、QB1/QA1[或二极管DB1/DA1]、高频电感L1、电容C1、C2拓扑电路，形成P＝>B方向功率变换，由电池外接端口P₊/P-输入能量，在电池组串端口B₊/B-输出，完成充电；所述复合开闭功能的场效应管QC1，由内置保护单元BPU、通联单元BSU按监测量值及保护门限检判结果执行充电保护开闭控制。

12.所述电池组装置实施放电的控制方法，其特征在于：

所述内置双向变换充放电，当充放***识别口线状态低、通信协议为放电命令时，按内置开关变换模式实现放电，指定B侧输入、P侧输出；由内置控制器BIC按通信指令或内存预设的放电电压及限流参数，进入放电状态，依据模式配联变换电路、采用放电PWM调节脉宽、控制场效应管QC1/QD1、QB1/QA1[或二极管DB1/DA1]、高频电感L1、电容C1、C2拓扑电路，形成B＝>P方向功率变换，由电池组串端口B₊/B-输入能量，在电池外接端口P₊/P-输出，完成放电；所述复合开闭功能的场效应管QD1，由内置保护单元BPU、通联单元BSU按监测量值及保护门限检判结果执行放电保护开闭控制。

13.所述电池组装置实施充放电压电流的控制方法，其特征在于：

所述内置双向变换，由双向开关脉宽调制PWM-BDS实现充放电压电流调整；升降压变换有效工作范围输出电压为高至受能预设点电压但低于额定电压上限、低至额定电压下限或限流接近于零值；升压变换有效工作范围输出电压为自供能电压起、高至受能预设电压但小于受能额定最大电压值；降压变换有效工作范围输出电压为两段，第一段为额定段，是自供能电压起、低至受能预设电压但高于额定电压下限，第二段为限流段、是在受能端限流或过载时持续限流降压低于预设电压并渐低至零值输出；变换调节器在有效工作范围，端口阻抗相应为受控状态，为预设或额定电压电流对应的等效阻抗值。

14.所述电池组装置实施单向能量传送的控制方法，其特征在于：

所述内置双向变换，在充电流入或放电流出模式，变换电路工作在单向的变换模态，按预设电压及受限额定电流实现单向受控能量传送，接受脉宽调制，实施电流逆止单周期动态控制；在DCM不连续电流变换模式时，内置控制器BRC修正同步脉宽，阻止逆向电流；即利用电感伏秒或瞬态电流检测，当电流反向且幅值大于预设值限及时间参数时，启动电流逆止控制、单周期内休止关闭同步整流管、由体内二极管续流、处于二极管限向导通而非场效应管低阻导通；在变换充电放电模式或QC1、QD1低阻直通模式，发生时间或幅值较大的逆向电流时，关闭QC1充电管或QD1放电管、终止逆向电流、进入二极管限向，防止电池组处于不受控逆向电流暂态，当二极管导通电流时间过长，同时关闭QC1、QD1场效应管，防止电池组过热工作。

15.所述电池组装置实施并联充电的控制方法，其特征在于：

16.所述电池组装置实施并联放电的控制方法，其特征在于：

17.一种共正端型提高动力多电池组充放电性能的***，其特征在于：

包括如下电路功能区：内置双向半桥PHB充放功率变换电路F10，采用共接B₊/P₊的共正端电路结构设计，电池输出P侧半桥由上臂场效应管QB1、下臂场效应管QC1组成；放电开闭控制场效应管源极QD1.S串联采样电阻RS1后与电池串负端B-连接、漏极QD1.D与高频功率电感L1.2相连，场效应管QC1的源极QC1.S串联采样电阻RS2后与电池组输出负端P-相连、漏极QC1.D与场效应管QB1的源极QB1.S及高频电感L1.1相连，高频电容C1并接于输出B₊、B-两端，高频电容C2并接于输出P₊、P-两端；内置降压辅助电源功能区F11/BAP，由Buck降压芯片U3、电感L2，输出稳压电源Vpc，与电池输出负端P-共地；升降压调节控制功能F12/BRU，由双向半桥升降压脉宽调节控制器BD-HB_PWM/U1、驱动器DRV/U2组成；充电差放调节功能F13/CEA，由运放U5放大电流采样iBS产生信号iBM，由电压预设比较差放U4A、电流预设比较差放U4B形成误差信号bJ；充电调节电平功能区F14/CJT，由差分运放U6对来自检测信号bJ进行电平转移后作为调节量送入U1脉宽控制器B侧反馈输入bFB；放电预设电平功能区F15/DJT，由差放U7对来自放电预设电压信号pVadj进行电平转移后，作为电压预设量送入U1脉宽控制器P侧反馈输入pFB参与叠加，实现放电电压预置设定；放电均流调节功能F16/DEA，由P侧电流iPS采样电阻RS2、差放iPm/U8、均流差放CSA/U9构成；电池保护功能F17/BPU，由专用芯片检测各电池单体电压、电池组电流，按预置参数提供信号qCsw及qDsw控制充电场效应管QC、放电场效应管QD，SPI串行通信；智能通联功能F18/BSU，按SAD检测编码序号、检判充/放***状态、计算通信地址，应用通信总线BPC与***其它单元交换信息，测量内置热感电阻温度、电池串电压电流、电池组充放电电压电流，控制充放模式、电压预置设定、电流限流设定，保护控制各选定模式下充电场效应管QC开闭信号qCsw、放电场效应管QD开闭信号qDsw，并通过串行SPI接口管理BPU单元；电池组智能控制器BIC包括调节BRU、通联BSU、保护BPU，协同完成设置、调节充放。

18.一种共负端型提高动力电池组充放电性能的***，其特征在于：

包括如下电路功能区：内置双向全桥FB充放功率变换电路F20，选择电池组共负端单口设计；即充电负端C-及放电负端D-合并为电池外接端口负端P-，串接电流传感器RS2、接于负端公共点BR-，串接电流传感器RS1后与电池组串B-相接，电池输出P侧半桥由上臂场效应管QC1、下臂场效应管QB1及驱动器U2组成，电池组串B侧半桥由上臂场效应管QD1、下臂场效应管QA1及驱动器U3组成；场效应管QD1.D串电感L3后与电池组串正端B₊连接、场效应管QC1.D串电感L2后与电池输出正端P₊连接，P侧半桥中点bLP与高频功率电感L1.1相连、B侧半桥中点bLB与高频功率电感L1.2相连，场效应管QA1.S及QB1.S接于负端BR-，高频电容C1并接于电池组串B₊、B-两端，高频电容C2并接于电池输出P₊、P-两端，高频电容C3、C4配接在电感L2、L3于负端BR-之间；内置降压辅助电源功能区F21/BAP，由Buck降压芯片U4、电感L4、输出稳压电源Vpc、与电池输出负端P-共地，由Buck降压芯片U5、电感L5、输出稳压电源V33，由半桥芯片U6、变压器T1、输出两路驱动电源bxP、bxB；基础信号差放调理功能F22/BSA，由电压差放U7检测电池组串电压、由运放U6放大电池组串电流采样iBS产生信号iBm，由运放U9放大电池输出电流采样iPS产生信号iPm，由电阻网络检测电池输出电压vPS得到测量信号vPm、均流差放U10形成误差放大随动信号vSm，均流总线SBUS可接受电流测量放大输出iPm、或接受MPS的软件输出DA值vSm,分别对应于硬件模拟均流或软件模拟均流跟踪信号；双向升降压调节控制功能F23/BRU，由混合信号处理器U1/MSP实施，检测电池输出及电池组串的电压电流、位置地址模拟量、均流信号、温度信号，检测电感电流波峰值，产生脉宽调节信号、配接半桥驱动器U2、U3，组成变换模式控制及电压电流调节；电池保护功能F24/BPU，由专用芯片检测各电池单体电压、电池组电流，按预置参数提供信号qCS及qDS控制充放开闭，SPI串行通信；智能通联功能F25/BSU，按SAD检测编码序号、检判充/放***状态、计算通信地址，应用通信总线BPC与***其它单元交换信息，管理BPU单元串行SPI通信，检测并控制开闭信号qCS、qDS；智能控制器BIC主要包括调节BRU、通联单元BSU、保护BPU，协同完成设置、调节充放。