CN114976318B - 串联化成模块及应用其的串联化成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联化成模块及应用其的串联化成装置，涉及电池化成用电源技术领域，其包括依照坐标系的象限位置设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂，第一桥臂与第四桥臂相互连接，第二桥臂与第三桥臂相互连接，第一桥臂和第二桥臂的自由端连接并引出正极接口，第三桥臂和第四桥臂的自由端连接并引出负极接口；电池的其中一极能够接入第二桥臂与第三桥臂之间，电池的另外一极能够接入第一桥臂与第四桥臂之间。本发明主要解决提供一种能够实现电池正反接的化成电源的问题；本发明能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，使串联化成装置的适用范围更广。

Description

串联化成模块及应用其的串联化成装置

技术领域

本发明涉及电池化成用电源技术领域，具体为一种串联化成模块及应用其的串联化成装置。

背景技术

随着电动汽车和储能行业的发展，具有电压高、重量轻、体积小、寿命长、安全性好、无污染、自放电率低及宽范围工作温度等诸多优点的锂电池受到广泛的运用；在锂电池的制造过程中，需要完成化成工序，即，在锂电池组装完成后，需要使用一定的电压和电流对锂电池进行一定时间的充电，并经过放电和放置的步骤，使锂电池内部发生一系列化学反应，从而激活锂电池的电芯，使锂电池的性能达到标准。

并联化成技术是将各个锂电池分为独立的通道进行化成，通过各个锂电池的电流不可能保证完全一致，再加上受到化成设备的输出精度影响，难以保证在化成工序时，各个锂电池的一致性；另外，大功率锂电池在化成时，所需的电流较大，在并联化成时，化成设备的内阻会消耗较大的电能。

如果将各个锂电池串联起来统一化成，能够使串联后的各个锂电池获得相同的电流，更好地保证了各个锂电池在化成工序时的一致性；此外，串联化成的方式，可以提高化成回路的端口电压，降低电能在化成设备的内阻上的损耗。

然而，无论是并联化成技术还是串联化成技术，都需要将锂电池按照既定的方式进行连接，尤其是不能正负极反接，如若误反接，则会对锂电池和化成设备造成不可逆的损害；故，有必要提供一种能够实现电池正反接的化成电源。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种串联化成模块，能够在电池正接和反接的情况下，分别为电池在化成过程中的充电、搁置及放电工序提供控制功能。

本发明的另一目的在于提供一种化成分容***，能够在电池的串联化成过程中兼容电池的正接和反接。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种串联化成模块，用于完成电池的串联化成过程，其包括依照坐标系的象限位置设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂，所述第一桥臂与所述第四桥臂相互连接，所述第二桥臂与所述第三桥臂相互连接，所述第一桥臂和所述第二桥臂的自由端连接并引出正极接口，所述第三桥臂和所述第四桥臂的自由端连接并引出负极接口；所述电池的其中一极能够接入所述第二桥臂与所述第三桥臂之间，所述电池的另外一极能够接入所述第一桥臂与所述第四桥臂之间。

上述技术方案中，所述第一桥臂包括开关管Q4，所述第二桥臂包括开关管Q1，所述第三桥臂包括第一极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，所述第四桥臂包括第一极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；所述第一桥臂的开关管Q4之第一极与所述第四桥臂的开关管Q5之第二极连接，所述第二桥臂的开关管Q1之第一极与所述第三桥臂的开关管Q2之第二极连接；所述第一桥臂的开关管Q4之第二极与所述第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，所述第三桥臂的开关管Q3之第二极与所述第四桥臂的开关管Q6之第二极连接并引出负极接口；所述电池的其中一极能够接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第二极之间，所述电池的另外一极能够接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第二极之间。

上述技术方案中，所述第一桥臂包括开关管Q4，所述第二桥臂包括开关管Q1，所述第三桥臂包括第二极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，所述第四桥臂包括第二极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；所述第一桥臂的开关管Q4之第一极与所述第四桥臂的开关管Q5之第一极连接，所述第二桥臂的开关管Q1之第一极与所述第三桥臂的开关管Q2之第一极连接；所述第一桥臂的开关管Q4之第二极与所述第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，所述第三桥臂的开关管Q3之第一极与所述第四桥臂的开关管Q6之第一极连接并引出负极接口；所述电池的其中一极能够接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第一极之间，所述电池的另外一极能够接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第一极之间。

上述技术方案中，所述开关管为场效应管，所述开关管的第一极为源极，所述开关管的第二极为漏极。

一种串联化成装置，包括串联化成用直流电源，其还包括上述的串联化成模块，且所述串联化成模块设置有若干个；首位的所述串联化成模块之正极接口与所述串联化成用直流电源的正极连接，前一个所述串联化成模块的负极接口与后一个所述串联化成模块的正极接口连接，末位的所述串联化成模块之负极接口与所述串联化成用直流电源的负极连接。

上述技术方案中，该种串联化成装置还包括主控U1、电池状态监控模块以及开关管驱动模块U3；所述电池状态监控模块包括多路模拟-数字转换器U2，以及，与所述串联化成模块之数量匹配的若干个采样器；所述多路模拟-数字转换器U2与所述主控U1信号连接，每个所述采样器均从对应的所述串联化成模块上的电池处采样，并变送至所述多路模拟-数字转换器U2；所述开关管驱动模块U3与所述主控U1信号连接，且所述开关管驱动模块U3能够根据所述主控U1的信号，分别控制各个所述串联化成模块的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂开通或关断。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该种串联化成模块，能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，使串联化成装置的适用范围更广，在电池退出电路后，还能够充当导体，不影响串联化成***中的其他串联化成模块的运行。

2、该种串联化成装置，每个串联化成模块均能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，使该种串联化成装置的适用范围更广，在电池退出电路后，还能够充当导体，不影响该种串联化成装置中的其他串联化成模块的运行，从而，使该种串联化成装置能够兼容电池正接法和电池反接法。

附图说明

图1为本发明实施例一的电路原理图。

图2为本发明实施例一采用电池正接法时的电池充电及退出过程示意图。

图3为本发明实施例一采用电池正接法时的电池放电及退出过程示意图。

图4为本发明实施例一采用电池反接法时的电池充电及退出过程示意图。

图5为本发明实施例一采用电池反接法时的电池放电及退出过程示意图。

图6为本发明实施例二的电路原理图。

图7为本发明实施例二采用电池正接法时的电池充电及退出过程示意图。

图8为本发明实施例二采用电池正接法时的电池放电及退出过程示意图。

图9为本发明实施例二采用电池反接法时的电池充电及退出过程示意图。

图10为本发明实施例二采用电池反接法时的电池放电及退出过程示意图。

图11为本发明实施例三的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例提供一种串联化成模块，用于完成电池的串联化成过程。

其中，电池可以为组装完成后的单体电池，其具有正负极，尤其是锂电池；电池也可以为若干节组装完成后的单体电池，通过串联方式依极性连接而形成的电池组，该电池组也具有正负极；电池的串联化成过程至少需要经历充电、放电以及搁置的过程。

请参阅图1，该种串联化成模块包括依照坐标系的象限位置设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂，即，第一桥臂位于第一象限的位置，第二桥臂位于第二象限的位置，第三桥臂位于第三象限的位置，第四桥臂位于第四象限的位置；第一桥臂与第四桥臂相互连接，第二桥臂与第三桥臂相互连接，第一桥臂和第二桥臂的自由端连接并引出正极接口，第三桥臂和第四桥臂的自由端连接并引出负极接口；电池的其中一极能够接入第二桥臂与第三桥臂之间，电池的另外一极能够接入第一桥臂与第四桥臂之间。

具体地，第一桥臂包括开关管Q4，第二桥臂包括开关管Q1，第三桥臂包括第一极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，第四桥臂包括第一极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；第一桥臂的开关管Q4之第一极与第四桥臂的开关管Q5之第二极连接，第二桥臂的开关管Q1之第一极与第三桥臂的开关管Q2之第二极连接；第一桥臂的开关管Q4之第二极与第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，第三桥臂的开关管Q3之第二极与第四桥臂的开关管Q6之第二极连接并引出负极接口；电池的其中一极能够接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第二极之间，电池的另外一极能够接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第二极之间。

进一步具体地，开关管为场效应管，开关管的第一极为源极，开关管的第二极为漏极，此外，开关管的栅极称为控制极；此时，本实施例中的第三桥臂和第四桥臂为共源极接法。

需要说明的是，在串联化成过程的充电工序中，正极接口用于引入电流，负极接口则用于引出电流；相反地，在串联化成过程的放电工序中，负极接口用于引入电流，正极接口则用于引出电流。

该种串联化成模块在运行时，有电池正接法和电池反接法，以下结合图2-图5，分别具体说明该种串联化成模块在电池正接法和电池反接法时的运行过程，其中，图2-图5的粗体线条和箭头示意的是电流方向。

采用电池正接法时，电池的正极接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第二极之间，且负极接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第二极之间，此时，有：

如图2a所示，在电池充电时，第二桥臂的开关管Q1开通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，第一桥臂的开关管Q4关断，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过正极接口、开关管Q1、电池、开关管Q5、开关管Q6以及负极接口。

经由上述的过程，电池被接入充电电路，能够实现电池化成过程中的充电工序。

如图2b和图2c所示，在电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1a、第四桥臂的开关管Q6关断，并由其寄生二极管续流；

S2a、第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时开通，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图2b所示)；

S3a、第四桥臂的开关管Q5关断，以关断第四桥臂，使电流依次经过正极接口、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及负极接口(该阶段的电流及其方向如图2c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

如图3a所示，在电池放电时，第二桥臂的开关管Q1开通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，第一桥臂的开关管Q4受电池钳位，不会导通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过负极接口、开关管Q6、开关管Q5、电池、开关管Q1以及正极接口。

经由上述的过程，电池被接入放电电路，能够实现电池化成过程中的放电工序。

如图3b和图3c所示，在电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1b、第三桥臂的开关管Q3开通，且开关管Q2的寄生二极管续流，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图3b所示)；

S2b、第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时关断，以关断第四桥臂；

S3b、第三桥臂的开关管Q2开通，使电流依次经过负极接口、开关管Q3、开关管Q2、开关管Q1以及正极接口(该阶段的电流及其方向如图3c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，能够实现电池化成过程中的搁置工序，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

采用电池反接法时，电池的正极接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第二极之间，且负极接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第二极之间，此时，有：

如图4a所示，在电池充电时，第一桥臂的开关管Q4开通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，第二桥臂的开关管Q1关断，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过正极接口、开关管Q4、电池、开关管Q2、开关管Q3以及负极接口。

经由上述的过程，电池被接入充电电路，能够实现电池化成过程中的充电工序。

如图4b和图4c所示，在电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1c、第三桥臂的开关管Q3关断，并由其寄生二极管续流；

S2c、第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时开通，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图4b所示)；

S3c、第三桥臂的开关管Q2关断，以关断第三桥臂，使电流依次经过正极接口、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6以及负极接口(该阶段的电流及其方向如图4c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

如图5a所示，在电池放电时，第一桥臂的开关管Q4开通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，第二桥臂的开关管Q1受电池钳位，不会导通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过负极接口、开关管Q3、开关管Q2、电池、开关管Q4以及正极接口。

经由上述的过程，电池被接入放电电路，能够实现电池化成过程中的放电工序。

如图5b和图5c所示，在电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1d、第四桥臂的开关管Q6开通，且开关管Q5的寄生二极管续流，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图5b所示)；

S2d、第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时关断，以关断第三桥臂；

S3d、第四桥臂的开关管Q5开通，使电流依次经过负极接口、开关管Q6、开关管Q5、开关管Q4以及正极接口(该阶段的电流及其方向如图5c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，能够实现电池化成过程中的搁置工序，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

该种串联化成模块，能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，在电池退出电路后，还能够充当导体，不影响串联化成***中的其他串联化成模块的运行。

实施例二：

本实施例提供一种串联化成模块，用于完成电池的串联化成过程。

其中，电池可以为组装完成后的单体电池，其具有正负极，尤其是锂电池；电池也可以为若干节组装完成后的单体电池，通过串联方式依极性连接而形成的电池组，该电池组也具有正负极；电池的串联化成过程至少需要经历充电、放电以及搁置的过程。

请参阅图6，该种串联化成模块包括依照坐标系的象限位置设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂，即，第一桥臂位于第一象限的位置，第二桥臂位于第二象限的位置，第三桥臂位于第三象限的位置，第四桥臂位于第四象限的位置；第一桥臂与第四桥臂相互连接，第二桥臂与第三桥臂相互连接，第一桥臂和第二桥臂的自由端连接并引出正极接口，第三桥臂和第四桥臂的自由端连接并引出负极接口；电池的其中一极能够接入第二桥臂与第三桥臂之间，电池的另外一极能够接入第一桥臂与第四桥臂之间。

具体地，第一桥臂包括开关管Q4，第二桥臂包括开关管Q1，第三桥臂包括第二极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，第四桥臂包括第二极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；第一桥臂的开关管Q4之第一极与第四桥臂的开关管Q5之第一极连接，第二桥臂的开关管Q1之第一极与第三桥臂的开关管Q2之第一极连接；第一桥臂的开关管Q4之第二极与第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，第三桥臂的开关管Q3之第一极与第四桥臂的开关管Q6之第一极连接并引出负极接口；电池的其中一极能够接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第一极之间，电池的另外一极能够接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第一极之间。

进一步具体地，开关管为场效应管，开关管的第一极为源极，开关管的第二极为漏极，此外，开关管的栅极称为控制极；此时，本实施例中的第三桥臂和第四桥臂为共漏极接法。

需要说明的是，在串联化成过程的充电工序中，正极接口用于引入电流，负极接口则用于引出电流；相反地，在串联化成过程的放电工序中，负极接口用于引入电流，正极接口则用于引出电流。

该种串联化成模块在运行时，有电池正接法和电池反接法，以下结合图7-图10，分别具体说明该种串联化成模块在电池正接法和电池反接法时的运行过程，其中，图7-图10的粗体线条和箭头示意的是电流方向。

采用电池正接法时，电池的正极接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第一极之间，且负极接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第一极之间，此时，有：

如图7a所示，在电池充电时，第二桥臂的开关管Q1开通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，第一桥臂的开关管Q4关断，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过正极接口、开关管Q1、电池、开关管Q5、开关管Q6以及负极接口。

经由上述的过程，电池被接入充电电路，能够实现电池化成过程中的充电工序。

如图7b和图7c所示，在电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1e、第四桥臂的开关管Q5关断，并由其寄生二极管续流；

S2e、第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时开通，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图7b所示)；

S3e、第四桥臂的开关管Q6关断，以关断第四桥臂，使电流依次经过正极接口、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3以及负极接口(该阶段的电流及其方向如图7c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

如图8a所示，在电池放电时，第二桥臂的开关管Q1开通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，第一桥臂的开关管Q4受电池钳位，不会导通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过负极接口、开关管Q6、开关管Q5、电池、开关管Q1以及正极接口。

经由上述的过程，电池被接入放电电路，能够实现电池化成过程中的放电工序。

如图8b和图8c所示，在电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1f、第三桥臂的开关管Q2开通，且开关管Q3的寄生二极管续流，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图8b所示)；

S2f、第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时关断，以关断第四桥臂；

S3f、第三桥臂的开关管Q3开通，使电流依次经过负极接口、开关管Q3、开关管Q2、开关管Q1以及正极接口(该阶段的电流及其方向如图8c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，能够实现电池化成过程中的搁置工序，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

采用电池反接法时，电池的正极接入开关管Q4的第一极与开关管Q5的第一极之间，且负极接入开关管Q1的第一极与开关管Q2的第一极之间，此时，有：

如图9a所示，在电池充电时，第一桥臂的开关管Q4开通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，第二桥臂的开关管Q1关断，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过正极接口、开关管Q4、电池、开关管Q2、开关管Q3以及负极接口。

经由上述的过程，电池被接入充电电路，能够实现电池化成过程中的充电工序。

如图9b和图9c所示，在电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1g、第三桥臂的开关管Q2关断，并由其寄生二极管续流；

S2g、第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时开通，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图9b所示)；

S3g、第三桥臂的开关管Q3关断，以关断第三桥臂，使电流依次经过正极接口、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6以及负极接口(该阶段的电流及其方向如图9c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

如图10a所示，在电池放电时，第一桥臂的开关管Q4开通，第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，第二桥臂的开关管Q1受电池钳位，不会导通，第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过负极接口、开关管Q3、开关管Q2、电池、开关管Q4以及正极接口。

经由上述的过程，电池被接入放电电路，能够实现电池化成过程中的放电工序。

如图10b和图10c所示，在电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1h、第四桥臂的开关管Q5开通，且开关管Q6的寄生二极管续流，构成电流支路(该阶段的电流及其方向如图10b所示)；

S2h、第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时关断，以关断第三桥臂；

S3h、第四桥臂的开关管Q6开通，使电流依次经过负极接口、开关管Q6、开关管Q5、开关管Q4以及正极接口(该阶段的电流及其方向如图10c所示)。

经由上述的过程，使该个串联化成模块所控制的电池退出电路，没有电流流过电池，能够实现电池化成过程中的搁置工序，同时，该个串联化成模块能够充当导体进行导电，不影响串联化成***中的其他串联化成模块运行。

该种串联化成模块，能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，在电池退出电路后，还能够充当导体，不影响串联化成***中的其他串联化成模块的运行。

实施例三：

请参阅图11，本实施例提供一种串联化成装置，包括串联化成用直流电源。

该串联化成用直流电源为开关电源，能够将380V或220V或者更高等级的交流市电变换为适于串联化成过程中使用的直流电，该串联化成用直流电源具有正负极，正负极可以设置为接线柱、直流母线以及接线端口等形式。

该种串联化成装置还包括实施例一或实施例二任一的串联化成模块，且串联化成模块设置有若干个。

首位的串联化成模块之正极接口与串联化成用直流电源的正极连接，前一个串联化成模块的负极接口与后一个串联化成模块的正极接口连接，末位的串联化成模块之负极接口与串联化成用直流电源的负极连接。

以此方式连接后，各个串联化成模块均被串联为一体，于是，各个串联化成模块所控制的电池也被串联为一体，共用串联化成用直流电源，作为化成电源，保证了各个电池在串联化成中的一致性。

根据实施例一或实施例二中记载的串联化成模块的工作过程，在该种串联化成装置中，每个串联化成模块均能够独立控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法，在电池退出电路后，还能够充当导体，不影响该种串联化成装置中的其他串联化成模块的运行，从而，使该种串联化成装置能够兼容电池正接法和电池反接法。

进一步地，该种串联化成装置还包括主控U1、电池状态监控模块以及开关管驱动模块U3。

其中，主控U1可以为MCU，例如电源控制专用芯片、数字处理芯片、单片机以及嵌入式芯片等，主控U1也可以为可编程控制器(PLC)，主控U1还可以为工控计算机，只需确保主控U1具有通用输入/输出接口、串行通信接口以及PWM控制接口即可。

电池状态监控模块包括多路模拟-数字转换器U2，以及，与串联化成模块之数量匹配的若干个采样器；本实施例中，多路模拟-数字转换器U2的信号为AD7616，采样器为基于放大器的电压电流采样器，接入在电池两端后，能够采集电池的电压和电流；多路模拟-数字转换器U2与主控U1信号连接，本实施例中，多路模拟-数字转换器U2通过串行通信引脚，与主控U1的串行通信接口实现信号连接；每个采样器均从对应的串联化成模块上的电池处采样，并变送至多路模拟-数字转换器U2，即，各个采样器的模拟量输出端与多路模拟-数字转换器U2的模拟量输入端连接。

开关管驱动模块U3与主控U1信号连接，且开关管驱动模块U3能够根据主控U1的信号，分别控制各个串联化成模块的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂开通或关断；具体来说，开关管驱动模块U3适配场效应管的PWM驱动器，开关管驱动模块U3的PWM输入端口与主控U1的PWM控制接口连接，开关管驱动模块U3的PWM输出端口分别与各个串联化成模块的开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5以及开关管Q6的控制极(栅极)连接，以根据主控U1发出的PWM信号，分别控制开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5以及开关管Q6的开通或关断，进而控制第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂开通或关断。

该种串联化成装置在使用时，由串联化成用直流电源提供串联化成过程中使用的直流电，对于整个串联化成装置来说，充电、放电以及搁置工序是统一进行的；对于每个串联化成模块来说，均能够在串联化成装置的供电框架下，独立控制电池是否退出电路，从而控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行，且能够兼容电池正接法和电池反接法；电池状态监控模块能够实时监控电池的电压与电流，并反馈至主控U1，主控U1根据每个电池的状态，通过开关管驱动模块U3对各个串联化成模块进行控制，从而控制该电池是否退出电路，进而控制电池在串联化成过程中的充电、放电以及搁置工序的进行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种串联化成模块，用于完成电池的串联化成过程，其特征在于，

包括依照坐标系的象限位置设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂，所述第一桥臂与所述第四桥臂相互连接，所述第二桥臂与所述第三桥臂相互连接，所述第一桥臂和所述第二桥臂的自由端连接并引出正极接口，所述第三桥臂和所述第四桥臂的自由端连接并引出负极接口；

所述电池的其中一极能够接入所述第二桥臂与所述第三桥臂之间，所述电池的另外一极能够接入所述第一桥臂与所述第四桥臂之间；

所述第一桥臂包括开关管Q4，所述第二桥臂包括开关管Q1，所述第三桥臂包括第一极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，所述第四桥臂包括第一极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；

所述第一桥臂的开关管Q4之第一极与所述第四桥臂的开关管Q5之第二极连接，所述第二桥臂的开关管Q1之第一极与所述第三桥臂的开关管Q2之第二极连接；

所述第一桥臂的开关管Q4之第二极与所述第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，所述第三桥臂的开关管Q3之第二极与所述第四桥臂的开关管Q6之第二极连接并引出负极接口；

所述电池的其中一极能够接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第二极之间，所述电池的另外一极能够接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第二极之间；

所述开关管为场效应管，所述开关管的第一极为源极，所述开关管的第二极为漏极。

2.根据权利要求1所述的串联化成模块，其特征在于，所述电池的正极接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第二极之间，且负极接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第二极之间时，有：

在所述电池充电时，所述第二桥臂的开关管Q1开通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，所述第一桥臂的开关管Q4关断，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过所述正极接口、所述开关管Q1、所述电池、所述开关管Q5、所述开关管Q6以及所述负极接口；

在所述电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1a、所述第四桥臂的开关管Q6关断，并由其寄生二极管续流；

S2a、所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时开通，构成电流支路；

S3a、所述第四桥臂的开关管Q5关断，以关断所述第四桥臂，使电流依次经过所述正极接口、所述开关管Q1、所述开关管Q2、所述开关管Q3以及所述负极接口；

在所述电池放电时，所述第二桥臂的开关管Q1开通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，所述第一桥臂的开关管Q4受所述电池钳位，不会导通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过所述负极接口、所述开关管Q6、所述开关管Q5、所述电池、所述开关管Q1以及所述正极接口；

在所述电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1b、所述第三桥臂的开关管Q3开通，且所述开关管Q2的寄生二极管续流，构成电流支路；

S2b、所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时关断，以关断所述第四桥臂；

S3b、所述第三桥臂的开关管Q2开通，使电流依次经过所述负极接口、所述开关管Q3、所述开关管Q2、所述开关管Q1以及所述正极接口。

3.根据权利要求1所述的串联化成模块，其特征在于，所述电池的正极接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第二极之间，且负极接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第二极之间时，有：

在所述电池充电时，所述第一桥臂的开关管Q4开通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，所述第二桥臂的开关管Q1关断，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过所述正极接口、所述开关管Q4、所述电池、所述开关管Q2、所述开关管Q3以及所述负极接口；

在所述电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1c、所述第三桥臂的开关管Q3关断，并由其寄生二极管续流；

S2c、所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时开通，构成电流支路；

S3c、所述第三桥臂的开关管Q2关断，以关断所述第三桥臂，使电流依次经过所述正极接口、所述开关管Q4、所述开关管Q5、所述开关管Q6以及所述负极接口；

在所述电池放电时，所述第一桥臂的开关管Q4开通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，所述第二桥臂的开关管Q1受所述电池钳位，不会导通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过所述负极接口、所述开关管Q3、所述开关管Q2、所述电池、所述开关管Q4以及所述正极接口；

在所述电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1d、所述第四桥臂的开关管Q6开通，且所述开关管Q5的寄生二极管续流，构成电流支路；

S2d、所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时关断，以关断所述第三桥臂；

S3d、所述第四桥臂的开关管Q5开通，使电流依次经过所述负极接口、所述开关管Q6、所述开关管Q5、所述开关管Q4以及所述正极接口。

4.根据权利要求1所述的串联化成模块，其特征在于，所述第一桥臂包括开关管Q4，所述第二桥臂包括开关管Q1，所述第三桥臂包括第二极相互连接的开关管Q2和开关管Q3，所述第四桥臂包括第二极相互连接的开关管Q5和开关管Q6；

所述第一桥臂的开关管Q4之第一极与所述第四桥臂的开关管Q5之第一极连接，所述第二桥臂的开关管Q1之第一极与所述第三桥臂的开关管Q2之第一极连接；

所述第一桥臂的开关管Q4之第二极与所述第二桥臂的开关管Q1之第二极连接并引出正极接口，所述第三桥臂的开关管Q3之第一极与所述第四桥臂的开关管Q6之第一极连接并引出负极接口；

所述电池的其中一极能够接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第一极之间，所述电池的另外一极能够接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第一极之间。

5.根据权利要求4所述的串联化成模块，其特征在于，所述电池的正极接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第一极之间，且负极接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第一极之间时，有：

在所述电池充电时，所述第二桥臂的开关管Q1开通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，所述第一桥臂的开关管Q4关断，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过所述正极接口、所述开关管Q1、所述电池、所述开关管Q5、所述开关管Q6以及所述负极接口；

在所述电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1e、所述第四桥臂的开关管Q5关断，并由其寄生二极管续流；

S2e、所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时开通，构成电流支路；

S3e、所述第四桥臂的开关管Q6关断，以关断所述第四桥臂，使电流依次经过所述正极接口、所述开关管Q1、所述开关管Q2、所述开关管Q3以及所述负极接口；

在所述电池放电时，所述第二桥臂的开关管Q1开通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6开通，所述第一桥臂的开关管Q4受所述电池钳位，不会导通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3关断，使电流能够依次经过所述负极接口、所述开关管Q6、所述开关管Q5、所述电池、所述开关管Q1以及所述正极接口；

在所述电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1f、所述第三桥臂的开关管Q2开通，且所述开关管Q3的寄生二极管续流，构成电流支路；

S2f、所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时关断，以关断所述第四桥臂；

S3f、所述第三桥臂的开关管Q3开通，使电流依次经过所述负极接口、所述开关管Q3、所述开关管Q2、所述开关管Q1以及所述正极接口。

6.根据权利要求4所述的串联化成模块，其特征在于，所述电池的正极接入所述开关管Q4的第一极与所述开关管Q5的第一极之间，且负极接入所述开关管Q1的第一极与所述开关管Q2的第一极之间时，有：

在所述电池充电时，所述第一桥臂的开关管Q4开通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，所述第二桥臂的开关管Q1关断，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过所述正极接口、所述开关管Q4、所述电池、所述开关管Q2、所述开关管Q3以及所述负极接口；

在所述电池结束充电并退出电路时，有下述步骤：

S1g、所述第三桥臂的开关管Q2关断，并由其寄生二极管续流；

S2g、所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6同时开通，构成电流支路；

S3g、所述第三桥臂的开关管Q3关断，以关断所述第三桥臂，使电流依次经过所述正极接口、所述开关管Q4、所述开关管Q5、所述开关管Q6以及所述负极接口；

在所述电池放电时，所述第一桥臂的开关管Q4开通，所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3开通，所述第二桥臂的开关管Q1受所述电池钳位，不会导通，所述第四桥臂的开关管Q5和开关管Q6关断，使电流能够依次经过所述负极接口、所述开关管Q3、所述开关管Q2、所述电池、所述开关管Q4以及所述正极接口；

在所述电池结束放电并退出电路时，有下述步骤：

S1h、所述第四桥臂的开关管Q5开通，且所述开关管Q6的寄生二极管续流，构成电流支路；

S2h、所述第三桥臂的开关管Q2和开关管Q3同时关断，以关断所述第三桥臂；

S3h、所述第四桥臂的开关管Q6开通，使电流依次经过所述负极接口、所述开关管Q6、所述开关管Q5、所述开关管Q4以及所述正极接口。

7.一种串联化成装置，包括串联化成用直流电源，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的串联化成模块，且所述串联化成模块设置有若干个；

首位的所述串联化成模块之正极接口与所述串联化成用直流电源的正极连接，前一个所述串联化成模块的负极接口与后一个所述串联化成模块的正极接口连接，末位的所述串联化成模块之负极接口与所述串联化成用直流电源的负极连接。

8.根据权利要求7所述的串联化成装置，其特征在于，还包括主控U1、电池状态监控模块以及开关管驱动模块U3；

所述电池状态监控模块包括多路模拟-数字转换器U2，以及，与所述串联化成模块之数量匹配的若干个采样器；所述多路模拟-数字转换器U2与所述主控U1信号连接，每个所述采样器均从对应的所述串联化成模块上的电池处采样，并变送至所述多路模拟-数字转换器U2；

所述开关管驱动模块U3与所述主控U1信号连接，且所述开关管驱动模块U3能够根据所述主控U1的信号，分别控制各个所述串联化成模块的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂开通或关断。

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