CN116961152A - 串联电池组的供电*** - Google Patents

Abstract

本申请公开一种串联电池组的供电***。放电晶体管的第一端连接放电晶体管的第一内部二极管的阳极。放电晶体管的第二端连接第一内部二极管的阴极。充电晶体管的第一端连接放电晶体管的第二端以及充电晶体管的第二内部二极管的阴极。充电晶体管的第二端连接第二内部二极管的阳极以及电池电路的正端。旁路电路的正输入端连接第一内部二极管的阴极。旁路电路的负输入端连接电池组的负端。

Description

串联电池组的供电***

技术领域

本申请涉及电池组，特别是涉及一种串联电池组的供电***。

背景技术

不断电***(Uninterruptible Power System，UPS)通常会采用多个电池组的串行电路。相互串联的电池组数量增加，可增加***整体电压。由于不同电池组的来源不同，电池组彼此电压可能不同，例如可能有部分的电池组饱电，但其他电池组可能为未饱电。再者，即使全部电池组都饱电，这些电池组可能因不同材料特性(例如锂三元/锂铁)或电池新旧不同，而具有不同电压。

当相互串接的多个电池组的电压不同时，在多个电池组被充电的过程中，可能会有部分电池组先达充饱电压而切断充电回路，使得其它未充饱电的电池组无法继续充电，造成因部分电池组的电压未饱电，导致整个供电***的容量不足。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种串联电池组的供电***，包含供电电路以及多个电池组。供电电路配置以供应充电电流。多个电池组依序排列并相互串联。各电池组包含电池电路、放电晶体管、充电晶体管、旁路电路以及控制电路。电池电路包含相互串联的多个电池。放电晶体管的第一端连接放电晶体管的第一内部二极管的阳极。放电晶体管的第二端连接第一内部二极管的阴极。充电晶体管的第一端连接放电晶体管的第二端以及充电晶体管的第二内部二极管的阴极。充电晶体管的第二端连接第二内部二极管的阳极以及电池电路的正端。旁路电路的正输入端连接第一内部二极管的阴极。旁路电路的负输入端连接电池组的负端控制电路连接放电晶体管的控制端、充电晶体管的控制端以及旁路电路。控制电路配置以在电池电路未充饱电时，开启放电晶体管以及充电晶体管但关闭旁路电路使该充电电流流过该电池电路而非流过该旁路电路。控制电路配置以在电池电路充饱电时，关闭充电晶体管但开启旁路电路使充电电流流过旁路电路但不流过电池电路。多个电池组中的其中一电池组定义为末电池组。末电池组的旁路电路的输出端以及电池电路的负端连接供电电路的输入端，另一电池组的放电晶体管的第一端直接连接供电电路的输出端。除了末电池组以外的其他各电池组，电池电路的负端以及旁路电路的输出端连接下一电池组的放电晶体管的第一端和第一内部二极管的阳极。

在一实施例中，各电池组的旁路电路包含电压供应组件、变压器、第一开关组件、第一二极管、第二二极管以及第二开关组件。变压器具有第一侧以及与第一侧相对的第二侧。变压器的第一侧的第一端连接第一内部二极管的阴极以及电压供应组件的正端。第一开关组件的第一端连接变压器的第一侧的第二端。第一开关组件的第二端连接电压供应组件的负端。第一开关组件的控制端连接控制电路。第一二极管的阳极连接变压器的第二侧的第一端。第二二极管的阳极连接第一二极管的阴极。第二二极管的阴极连接电池电路的正端。第二开关组件的第一端连接第二二极管的阳极。第二开关组件的第二端连接变压器的第二侧的第二端。第二开关组件的控制端连接控制电路。末电池组的第一开关组件的第二端以及第二开关组件的第二端连接供电电路的输入端。在末电池组以外的其他各电池组内部，第一开关组件的第二端以及第二开关组件的第二端连接下一电池组的放电晶体管的第一端。

在一实施例中，各电池组的旁路电路更包含一电阻，电阻的第一端连接第一二极管的阴极，电阻的第二端连接变压器的第二侧的第二端。

在一实施例中，第一开关组件为晶体管。

在一实施例中，第二开关组件为晶体管。

在一实施例中，各电池组更包含侦测电路。侦测电路连接控制电路以及电池电路的负端。侦测电路配置以侦测电池电路输出/入的电流量，控制电路据以控制放电晶体管、充电晶体管以及旁路电路。

在一实施例中，各电池组更包含感测电阻。感测电阻的第一端连接电池电路的负端以及侦测电路。感测电阻的第二端连接侦测电路。末电池组的感测电阻的第二端连接供电电路的输入端，其他各电池组的感测电阻的第二端连接下一电池组的放电晶体管的第一端。

如上所述，本申请提供一种串联电池组的供电***，其在相互串联的多个电池组充电的过程中，部分电池组已充饱电时不再进行充电，但与这些饱电的电池组相互串联的其他尚未充饱电的电池组仍可继续充电，使得最后供电***中的多个电池组皆可以充饱电，使得多个电池组彼此的电压平衡/相近，使供电***具足够的容量。

为使能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本申请加以限制。

附图说明

图1为本申请实施例的串联电池组的供电***的方块图。

图2为本申请实施例的串联电池组的供电***的一个电池组内部的第一电路布局图。

图3为本申请实施例的串联电池组的供电***的一个电池组内部的第二电路布局图。

图4为本申请实施例的串联电池组的供电***的多个电池组的电路布局图。

图5为本申请实施例的串联电池组的供电***的供电电路正在充电多个电池组的使用示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本申请的优点与效果。本申请可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本申请的构思下进行各种修改与变更。另外，本申请的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本申请的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本申请的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

请参阅图1和图2，其中图1为本申请实施例的串联电池组的供电***的方块图；图2为本申请实施例的串联电池组的供电***的一个电池组内部的第一电路布局图。

本申请实施例的供电***可包含如图1所示的多个电池组PA1至PAn以及供电电路10，其中n为大于1的任意适当整数值，代表电池组的数量，可取决于实际需求，本申请不以此为限。

多个电池组PA1至PAn依序排列并相互串联以形成一电池电路。供电电路10可连接此电池电路。供电电路10可供应充电电流IS至此电池电路，以对电池组PA1至PAn进行充电。

在本实施例中，举例每个电池组PA2至PAn内部可具有与电池组PA1相同的电路组件配置，因此以下仅针对电池组PA1进行描述，相同内容不重复赘述。

如图2所示，电池组PA1可包含电池电路BST、放电晶体管F1、充电晶体管F2以及控制电路20。电池组PA1的电池电路BST可包含多个电池BY1至BYn，其中n为任意适当整数值，代表电池组PA1内的电池的数量，可取决于实际需求，本申请不以此为限。在电池组PA1内，多个电池BY1至BYn彼此相互串联。

放电晶体管F1的第一端可连接放电晶体管F1的第一内部二极管DT的阳极。放电晶体管F1的第二端可连接第一内部二极管DT的阴极以及充电晶体管F2的第一端。

充电晶体管F2的第一端可连接充电晶体管F2的第二内部二极管CT的阴极。充电晶体管F2的第二端可连接第二内部二极管CT的阳极以及电池电路BST的正端(即电池BY1的正端)。

值得注意的是，电池组PA1可包含旁路电路FL。旁路电路FL的正输入端可连接第一内部二极管DT的阴极。旁路电路FL的负输入端可连接电池组PA1的负端。控制电路20可连接放电晶体管F1的控制端、充电晶体管F2的控制端以及旁路电路FL。控制电路20可控制放电晶体管F1、充电晶体管F2与旁路电路FL运作。

举例而言，电池组PA1的旁路电路FL可包含返驰式(Flyback)电路，其可包含电压源S1作为电压供应组件(或实际上替换为配置有多个电压供应组件的供电电路)、变压器ST、第一开关组件A1、第一二极管D1、第二二极管D2、第二开关组件B1以及电阻R，在此仅举例说明，本申请不以此为限。

变压器ST具有第一侧以及与第一侧相对的第二侧。变压器ST的第一侧的第一端可连接第一内部二极管DT的阴极以及电压源S1的正端。变压器ST的第一侧的第二端可连接第一开关组件A1的第一端。第一开关组件A1的第二端可连接电压源S1的负端。第一开关组件A1的控制端可连接控制电路20。此第一开关组件A1可为晶体管。

第一二极管D1的阳极可连接变压器ST的第二侧的第一端。第一二极管D1的阴极可连接第二二极管D2的阳极。第二二极管D2的阴极可连接至电池电路BST的正端(即电池BY1的正端)。

第二开关组件B1可为晶体管。第二开关组件B1的第一端可连接第二二极管D2的阳极。第二开关组件B1的第二端可连接变压器ST的第二侧的第二端、电池电路BST的电池BYn的负端以及第一开关组件A1的第二端。第二开关组件B1的控制端可连接控制电路20。电阻R的第一端可连接第一二极管D1的阴极。电阻R的第二端可连接变压器ST的第二侧的第二端。

请参阅图1和图3，其中图1为本申请实施例的串联电池组的供电***的方块图；图3为本申请实施例的串联电池组的供电***的一个电池组内部的第二电路布局图。与前述相同内容，不在此赘述。

各电池组PA1至PAn可更包含侦测电路30。侦测电路30可连接控制电路20以及电池电路BST的负端(即电池BYn的负端)。侦测电路30可侦测电池电路BST的参数，例如电池电路BST输出/入的电流量或电压值。控制电路20可依据侦测电路30所侦测到的参数，以控制放电晶体管F1的控制端、充电晶体管F2的控制端以及旁路电路FL运作。

若有需要，各电池组PA1至PAn可更包含感测电阻Rs。感测电阻Rs的第一端可连接电池电路BST的负端以及侦测电路30。感测电阻Rs的第二端可连接侦测电路30以及第二开关组件B1的第二端。

侦测电路30可侦测流过感测电阻Rs的电流或是侦测感测电阻Rs的第一端的电压与感测电阻Rs的第二端的电压并计算两者的压差(即感测电阻Rs的电压)，据以控制放电晶体管F1的控制端、充电晶体管F2的控制端以及旁路电路FL运作。

请参阅图1和图4，其中图1为本申请实施例的串联电池组的供电***的方块图；图4为本申请实施例的串联电池组的供电***的多个电池组的电路布局图。与前述相同内容，不在此赘述。

为方便说明，多个电池组PA1至PAn中的其中一电池组PAn定义为末电池组PAn。末电池组PAn的旁路电路FL的输出端(即第一开关组件A1的第二端)可连接供电电路10的输入端。电池电路BST的负端可(通过感测电阻Rs)连接供电电路10的输入端。

电池组PA1的放电晶体管F1的第一端以及电池组PA1的第一内部二极管DT的阳极可直接连接供电电路10的输出端。

除了末电池组PAn以外的其他各电池组PA1至PAn-1，电池电路BST的电池BYn的负端(通过感测电阻Rs)可连接供电电路10的输入端，旁路电路FL的输出端(即第一开关组件A1的第二端)连接下一电池组PA2至PAn的放电晶体管F1的第一端以及第一内部二极管DT的阳极。例如，电池组PA1的旁路电路FL的输出端(即第一开关组件A1的第二端)连接下一电池组PA2的放电晶体管F1的第一端以及第一内部二极管DT的阳极。

请参阅图1和图5，其中图1为本申请实施例的串联电池组的供电***的方块图；图5为本申请实施例的串联电池组的供电***的供电电路正在充电多个电池组的使用示意图。

多个电池组PA1至PAn依序排列并相互串联连接，这些电池组PA1至PAn可能彼此具有相同或不同的特性。因此，在供电电路10供应一充电电流IS以充电多个电池组PA1至PAn的过程中，此充电电流IS会依序流过多个电池组PA1至PAn，多个电池组PA1至PAn中的一或多者例如电池组PA2会先充饱。已充饱的电池组PA2的控制电路20会关闭电池组PA2的充电晶体管F2(以及放电晶体管F1)，以禁止充电电流IS流过充电晶体管F2(以及放电晶体管F1)至电池组PA2的电池BY1至BYn进行充电。

为了避免已充饱的电池组PA2的充电晶体管F2(以及放电晶体管F1)关闭，而导致充电电流IS无法从电池组PA2流至尚未充饱的其它电池组PA3至PAn，因此在本申请实施例的供电***设有旁路电路FL。

当每个电池组PA1至PAn的控制电路20开始充电时，控制电路20开启放电晶体管F1以及充电晶体管F2，但关闭旁路电路FL。在此情况下，如图5所示的电池组PA1，供电电路10供应的充电电流IS首先流至电池组PA1的放电晶体管F1，接着流经充电晶体管F2，接着流至电池BY1至BYn以对电池BY1至BYn充电。

充电电流IS流经电池组PA1的电池BY1至BYn后，流至感测电阻Rs。在充电电流IS流经电池组PA1的感测电阻Rs时，电池组PA1的侦测电路30可侦测其内部的电路组件的参数数据，例如感测电阻Rs的电流或电压，据以判断电池电路BST的所有电池BY1至BYn是否已充饱电。

在电池组PA1的控制电路20判断电池组PA1的电池电路BST的所有电池BY1至BYn充饱之前，电池组PA1的控制电路20持续开启放电晶体管F1以及充电晶体管F2，但关闭旁路电路FL(的第一开关组件A1以及第二开关组件B1)。此时，如图5所示，充电电流IS保持依序流至放电晶体管F1、充电晶体管F2至电池BY1至BYn以对电池BY1至BYn充电。

在充电电流IS流过电池组PA1的电池BY1至BYn(以及感测电阻Rs)后，将流至下一电池组PA2。其它电池组PA2至PAn从开始充电到充饱之前，同上述电池组PA1的作业。

在本实施例中，在充电电流IS依序对多个电池组PA1至PAn充电的过程中，电池组PA2的电池电路BST的所有电池BY1至BYn已先充饱电，其它电池组PA1、PA3至PAn(的电池电路BST)则尚未充饱电时。在此情况下，电池组PA2的控制电路20判断电池组PA2的电池电路BST已充饱电时，例如图5所示，电池组PA2的控控制电路20可关闭电池组PA2的充电晶体管F2(以及放电晶体管F1)以阻止充电电流IS继续流至电池电路BST，停止对电池电路BST的充电。

在电池组PA2的放电晶体管F1以及放电晶体管F1关闭时，充电电流IS原本依序流经放电晶体管F1、充电晶体管F2至已饱电的电池电路BST的充电路径被切断。此时，电池组PA2的控制电路20开启旁路电路FL的第一开关组件A1以及第二开关组件B1以提供一旁路路径，使充电电流IS不流至电池组PA2的电池电路BST但仍持续流至其他电池组PA3至PAn以对尚未充饱电的其他电池组PA3至PAn的电池电路BST进行充电。

详言之，充电电流IS从电池组PA1流往电池组PA2后，充电电流IS流经电池组PA2的放电晶体管F1的第一内部二极管DT，接着依序流经变压器ST的第一侧以及第一开关组件A1，接着流至下一电池组PA3。同时，电池组PA2的电池电路BST输出的电流可依序流经电阻Rs、第二开关组件B1以及第二二极管D2，最后回到电池电路BST。

每个电池组PA1至PAn在尚未充饱电时，电池组PA1至PAn的作业和充电电流IS的流向皆同上述电池组PA1。每个电池组PA1至PAn已充饱电时，每个电池组PA1至PAn的作业和充电电流IS的流向皆同上述电池组PA2。相同内容，不在此赘述。

综上所述，本申请提供一种串联电池组的供电***，其在相互串联的多个电池组充电的过程中，部分电池组已充饱电时不再进行充电，但与这些饱电的电池组相互串联的其他尚未充饱电的电池组仍可继续充电，使得最后供电***中的多个电池组皆可以充饱电，使得多个电池组彼此的电压平衡/相近，使供电***具足够的容量。

以上所公开的内容仅为本申请的优选可行实施例，并非因此局限本申请的权利要求书，所以凡是运用本申请说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本申请的权利要求书内。

Claims (7)

1.一种串联电池组的供电***，其特征在于，所述的串联电池组的供电***包含：

供电电路，配置以供应充电电流；

多个电池组，所述多个电池组依序排列并相互串联，各所述电池组包含：

电池电路，包含相互串联的多个电池；

放电晶体管，所述放电晶体管的第一端连接所述放电晶体管的第一内部二极管的阳极，所述放电晶体管的第二端连接所述第一内部二极管的阴极；

充电晶体管，所述充电晶体管的第一端连接所述放电晶体管的第二端以及所述充电晶体管的第二内部二极管的阴极，所述充电晶体管的第二端连接所述第二内部二极管的阳极以及所述电池电路的正端；

旁路电路，所述旁路电路的正输入端连接所述第一内部二极管的阴极，所述旁路电路的负输入端连接所述电池组的负端；以及

控制电路，连接所述放电晶体管的控制端、所述充电晶体管的控制端以及所述旁路电路，配置以在所述电池电路未充饱电时，开启所述放电晶体管以及所述充电晶体管但关闭所述旁路电路使所述充电电流流过所述电池电路而非流过所述旁路电路，并在所述电池电路充饱电时，关闭所述充电晶体管但开启所述旁路电路使所述充电电流流过所述旁路电路但不流过所述电池电路；

其中，所述多个电池组中的其中一所述电池组定义为一末电池组，所述末电池组的所述旁路电路的输出端以及所述电池电路的负端连接所述供电电路的输入端，另一所述电池组的所述放电晶体管的第一端直接连接所述供电电路的输出端；

其中，除了所述末电池组以外的其他各所述电池组，所述电池电路的负端以及所述旁路电路的输出端连接下一所述电池组的所述放电晶体管的第一端和所述第一内部二极管的阳极。

2.根据权利要求1所述的串联电池组的供电***，其特征在于，各所述电池组的所述旁路电路包含：

电压供应组件；

变压器，具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，所述变压器的所述第一侧的第一端连接所述第一内部二极管的阴极以及所述电压供应组件的正端；

第一开关组件，所述第一开关组件的第一端连接所述变压器的所述第一侧的第二端，所述第一开关组件的第二端连接所述电压供应组件的负端，所述第一开关组件的控制端连接所述控制电路；

第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述变压器的所述第二侧的第一端；

第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述第一二极管的阴极，所述第二二极管的阴极连接所述电池电路的正端；以及

第二开关组件，所述第二开关组件的第一端连接所述第二二极管的阳极，所述第二开关组件的第二端连接所述变压器的所述第二侧的第二端，所述第二开关组件的控制端连接所述控制电路；

其中，所述末电池组的所述第一开关组件的第二端以及所述第二开关组件的第二端连接所述供电电路的输入端；

其中，在所述末电池组以外的其他各所述电池组内部，所述第一开关组件的第二端以及所述第二开关组件的第二端连接下一所述电池组的所述放电晶体管的第一端。

3.根据权利要求2所述的串联电池组的供电***，其特征在于，各所述电池组的所述旁路电路更包含电阻，所述电阻的第一端连接所述第一二极管的阴极，所述电阻的第二端连接所述变压器的所述第二侧的第二端。

4.根据权利要求2所述的串联电池组的供电***，其特征在于，所述第一开关组件为晶体管。

5.根据权利要求2所述的串联电池组的供电***，其特征在于，所述第二开关组件为电晶体。

6.根据权利要求1所述的串联电池组的供电***，其特征在于，各所述电池组更包含侦测电路，连接所述控制电路以及所述电池电路的负端，配置以侦测所述电池电路输出/入的电流量或电压值，所述控制电路据以控制所述放电晶体管、所述充电晶体管以及所述旁路电路。

7.根据权利要求6所述的串联电池组的供电***，其特征在于，各所述电池组更包含感测电阻，所述感测电阻的第一端连接所述电池电路的负端以及所述侦测电路，所述感测电阻的第二端连接所述侦测电路；

其中，所述末电池组的所述感测电阻的第二端连接所述供电电路的输入端，其他各所述电池组的所述感测电阻的第二端连接下一所述电池组的所述放电晶体管的第一端。