CN113852161A - 可实现恒压充电的串联化成、分容电路 - Google Patents

可实现恒压充电的串联化成、分容电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池化成的技术领域，具体涉及一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其包括双向恒流电源；多个充电模块，多个所述充电模块串联后与所述双向恒流电源连接，所述充电模块包括旁路开关和电池，所述旁路开关与电池连接，所述旁路开关用于将所述电池处于充放电回路中，或者充放电回路外。本发明提供可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其实现了对串联回路中电池单体充电电流的独立控制，满足了实际生产中化成、分容工艺对恒压充电的需求，使得串联化成、分容技术得以实用化。

Description

可实现恒压充电的串联化成、分容电路
技术领域
本发明属于电池化成的技术领域，具体涉及一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路。
背景技术
化成是电池生产过程中的及其重要的工序，该工序对电池的性能和循环寿命具有重要的影响。分容是电池出厂和成组过程的必要工序。出厂检验时靠分容为电池定出容量等级；成组时靠分容保证组内个体性能得到充分发挥。
化成和分容都需要对电池反复充放电。现行方式是对电池单体或单体并联后进行操作。对电池充电时，由于电力转换设备输出电压低，导致转换效率也只有80％，相比于现在高端光伏变流器98％的转换效率，显得实在太低。对电池放电时，现行方式是直接将电能消耗或者回馈电网。直接将电能消耗的方式不仅将电池内部的能力浪费掉，而且由于设备发热严重，需要大量的风机和空调对设备和仓房进行散热，造成了对电能的二次消耗，形成了巨大的能源浪费。
回馈电网的方式，由于输入电压太低只有3-4V，且经过多级变换后才能实现回馈电网，设备整体转换效率只有60％，节能效果不够理想。
为了解决上述传统化成、分容技术存在的能耗问题，本发明提供了一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其避免了传统化成、分容技术存在的能耗问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路，包括：
双向恒流电源；
多个充电模块，多个所述充电模块串联后与所述双向恒流电源连接，所述充电模块包括旁路开关和电池，所述旁路开关与电池连接，所述旁路开关用于将所述电池处于充放电回路中，或者充放电回路外。
优选的是，所述充电模块还包括滤波电路，所述滤波电路的一端与所述电池连接，所述滤波电路的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端与所述电池连接。
优选的是，还包括电容，所述电容的一端与电池负极连接，所述电容的另一端连接至所述旁路开关与所述滤波电路连接的线路上。
优选的是，所述旁路开关包括第一MOS开关和第二MOS开关，所述第一MOS开关的漏极通过所述滤波电路与电池正极连接，所述第一MOS开关的源极与所述第二MOS开关的漏极连接，所述第二MOS开关的源极与电池负极连接；
其中，所述旁路开关用于将电池处于充放电回路中，给电池恒流充放电或者恒压充电；所述旁路开关用于将电池旁路处于充放电回路外，电池不充电也不放电。
优选的是，所述旁路开关为设置寄生二极管的MOS开关。
优选的是，所述第一MOS开关导通，所述第二MOS开关关断时，所述充电模块为恒流充电或者放电回路，所述充电模块用于为电池恒流充电，或者为电池放电。
优选的是，所述第一MOS开关导通，所述第二MOS开关导通，所述第一MOS开关与所述第二MOS开关互补导通，所述充电模块为恒压充电回路，用于为电池恒压充电。
优选的是，所述第一MOS开关关断，所述第二MOS开关导通，所述充电模块为旁路回路。
本发明至少包括以下有益效果
1、本发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其采用串联方式连接充电模块来充电和放电，使得电池组电压高，电力转换效率高，节能效果明显。
2、发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其其能实现恒压充电功能，满足了实际生产的工艺需求。
3、本发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其省去了电源柜与电池之间的大量连接线，减少了线路损耗，节约了导线资源。
4、本发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其大大简化了化成分容设备的电路结构，可有效替代传统设备复杂的充放电电路，在大大降低设备成本的同时还间接提高了设备可靠性。
5、本发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其采用的串联化成电路，相较于其他方式，可以实现更高的充电效率和回馈效率。
6、本发明提供的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其可通过电芯充放电电路对电芯实现切入和切出控制，保证提前退出工艺流程的电芯不影响***对其它电芯的正常操作。
附图说明
图1为本发明所述可实现恒压充电的串联化成、分容电路的原理图；
图2为本发明所述充电模块的电路原理图；
图3为本发明所述充电模块为恒流充电回路的原理图；
图4为本发明所述充电模块为恒流放电回路的原理图；
图5为本发明所述充电模块为恒压充电回路的原理图；
图6为本发明所述充电模块为旁路充电回路的原理图；
图7为本发明所述充电模块为旁路放电回路的原理图；
其中，B1-电池，M1-第一MOS开关，M2-第二MOS开关，C1-滤波电容，L1-滤波电感。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。
本发明提供了一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路，如图1所示，包括双向恒流电源；多个充电模块，多个所述充电模块串联后与所述双向恒流电源连接，所述充电模块包括旁路开关和电池，所述旁路开关与电池连接，所述旁路开关用于将所述电池处于充放电回路中，或者充放电回路外，即充电模块可实现电池的恒流充放电、恒压充电及旁路等功能。
其中，双向恒流电源的一端与电网连接，所述双向恒流电源的另一端与串联的电池连接，用于所串联电池的充电和放电；其具有双向能量传输的功能，可以将交流电整流成直流电，也可以将直流电逆变为交流，回送电网。
双向恒流源电源可对输入的直流电压进行调节，使输出电压符合负载电压要求。双向是指其内的电能流动方向，在控制器的控制下，内部电流即可从其左端口流到右端口，也可从其右端口流到左端口。其实现方式有多种形式，有升压，降压，升降压，隔离与非隔离等。
多个充电模块，通过旁路开关的打开和关闭，可以形成恒压恒流充放电回路单元，作用为在电芯恒流充电结束后，对电芯进行恒压充电。所述充电电路也可谓双向电路，可一对一充电，也可一对一放电，在恒流充电时通过旁路放电来实现恒压。具体方法是，在其它电芯处于恒流充电状态时，启动需要恒压的电芯所对应的放电旁路，通过放电旁路消耗部分电流，从而保证电芯两端电压恒定。所述放电旁路可以为隔离的开关电源电路，也可为可控线性放大器件，如让MOS，三极管工作在放大区，消耗能量。其中，L1-n为多个充电模块中的多个滤波电感，Q1-n和Q2-n为多个充电模块中的多个旁路开关。
在上述情况的基础上，又一个实施例，如图2所示，所述充电模块还包括滤波电路L1，所述滤波电路L1的一端与所述电池B1连接，所述滤波电路L1的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端与所述电池B1连接。
具体的，还包括电容C1，所述电容C1的一端与电池B1负极连接，所述电容C1的另一端连接至所述旁路开关与所述滤波电路连接的线路上。
具体的，所述旁路开关包括第一MOS开关M1和第二MOS开关M2，所述第一MOS开关M1的漏极通过所述滤波电路与电池正极连接，所述第一MOS开关M1的源极与所述第二MOS开关M2的漏极连接，所述第二MOS开关M2的源极与电池负极连接；
其中，所述旁路开关用于将电池处于充放电回路中，给电池恒流充放电或者恒压充电；所述旁路开关用于将电池旁路处于充放电回路外，电池不充电也不放电。
其中，所述旁路开关为设置寄生二极管的MOS开关。
在上述实施例的基础上，又一个实施例，如图3和图4所示，所述第一MOSM1开关导通，所述第二MOS开关M2关断时，所述充电模块为恒流充电或者放电回路，如图3所示，用于为电池恒流充电，或者如图4所示，用于为电池恒流放电。
电流经过L1流入电池B1，M1关断时，电感L1中的能量通过电容C1续流后，继续流入电池B1，M1出于PWM工作状态，依此来改变电池化成时，所需的电流大小。
在上述实施例的基础上，又一个实施例，如图5所示，所述第一MOS开关M1导通，所述第二MOS开关M2导通，所述第一MOS开关与所述第二MOS开关互补导通，所述充电模块为恒压充电回路，用于为电池恒压充电。
此时，电池B1被短路，M1和M2会被烧毁，为了避免此情况发生，M1、M2的驱动电路可做相应的逻辑保护处理，避免M1、M2同时被驱动导通。
在上述实施例的基础上，又一个实施例，如图6和图7所示，所述第一MOS开关M1关断，所述第二MOS开关M2导通，所述充电模块为旁路回路。
M1中寄生二极管处于反偏状态。电流不会流过M1，所有电流都将通过M2。电芯B1处于串联回路外，此时电芯处于旁路状态，无法对芯进行充电和放电.
当控制出现问题或控制电源损坏，M1，M2都不通时，如串联电池组在充电状态。电流会通过M1的寄生二极管为B1充电，串联回路不存在断路的问题。M1，M2不会因电压过高烧毁；如串联电池组在放电状态，电流会通过M2的寄生二极管，串联回路也不存在断路问题，不会烧毁电路。
所述M1，M2可以为并联二极管的继电器，但继电器功耗大，体积大，切换速度慢，寿命短，故本申请不做选择。
本发明使得单体电芯(电池)从恒流到恒压充电的阶段的连续过渡，同时可通过旁路开关对电芯实现切入和切出控制，保证提前退出工艺流程的电芯不影响***对其它电芯的正常操作。实现与传统化成设备无异的使用效果。
本发明提供的电池串联化成分容***，其工作原理如下：
恒流充电：电能通过双向恒流源控制后流入串联的电池组，对电芯进行充电。在限定时间后有电芯达到设定电压，恒流充电结束，***启动本组电池恒压充电流程。在限定时间内达到设定电压的电芯作为次品电芯直接通过旁路电路剔除出本次化成、分容流程。
恒流放电：串联电池组通过双向恒流源向直流母线恒流放电。放出电能为其它电池充电或者回馈电网。当电池组内有电池电压达到限定值时，该电池放电结束，直接通过旁路开关将此电池旁路到放电回路外，结束对此电池的放电。由于旁路开关的作用，此操作不会影响其它电池的正常放电。
恒压充电：当单电芯进入恒压充电流程后，使的电池的中电压作为反馈，调节PWM工作，使其充电电流发生变化，从而使得其出于恒压充电的工作流程。恒压充电时，此充电电池支路电流变小，为了不影响其他支路，则使其旁路开关间隙工作，使得总电流与恒流电流源输出相同。恒压充电时，对电芯是一对一充电，电路工作在恒流恒压工作方式，电路的输出电流、电压都可以被***控制，调节器会调节电路输出使得输出电流或电压至少一个满足参数设定要求。
本发明提供的电池串联化成分容***，串联化成、分容时，设备电能转换效率高，可提高能力利用率，实现较好的节能效果。放电时，将电池放出电能回收利用，用于为其它电池充电，或者逆变回馈电网。
另外，本发明提供的电池串联化成分容***的体积小，散热少，场地利用率高：由于转换效率高同时未将放出电能转换为热能释放到环境，所以设备产生的热量相对于传统设备非常少。可以大大降低设备体积，减少设备风机使用量，降低设备噪音。
再者本发明采用低能效设备，厂房内需要配置大量空调，并消耗大量电能以吸收化成、分容设备产生的大量热量，保证厂房内环境温度的恒定。
显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，包括：
双向恒流电源；
多个充电模块，多个所述充电模块串联后与所述双向恒流电源连接，所述充电模块包括旁路开关和电池，所述旁路开关与电池连接，所述旁路开关用于将所述电池处于充放电回路中，或者充放电回路外。
2.如权利要求1所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述充电模块还包括滤波电路，所述滤波电路的一端与所述电池连接，所述滤波电路的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端与所述电池连接。
3.如权利要求2所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，还包括电容，所述电容的一端与电池负极连接，所述电容的另一端连接至所述旁路开关与所述滤波电路连接的线路上。
4.如权利要求1所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述旁路开关包括第一MOS开关和第二MOS开关，所述第一MOS开关的漏极通过所述滤波电路与电池正极连接，所述第一MOS开关的源极与所述第二MOS开关的漏极连接，所述第二MOS开关的源极与电池负极连接；
其中，所述旁路开关用于将电池处于充放电回路中，给电池恒流充放电或者恒压充电；所述旁路开关还用于将电池旁路处于充放电回路外，电池不充电也不放电。
5.如权利要求2所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述旁路开关为设置寄生二极管的MOS开关。
6.如权利要求4所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述第一MOS开关导通，所述第二MOS开关关断时，所述充电模块为恒流充电或者放电回路，用于为电池恒流充电，或者为电池放电。
7.如权利要求4所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述第一MOS开关导通，所述第二MOS开关导通，所述第一MOS开关与所述第二MOS开关互补导通，所述充电模块为恒压充电回路，用于为电池恒压充电。
8.如权利要求4所述的可实现恒压充电的串联化成、分容电路，其特征在于，所述第一MOS开关关断，所述第二MOS开关导通，所述充电模块为旁路回路。
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