CN118140377A - 串行式充电和放电装置以及使用该装置的充电和放电方法 - Google Patents

Abstract

根据本技术的用于对串联的多个电池单体进行充电和放电的串联型充电和放电装置包括托盘、冷却风扇、电源、充电和放电控制板和控制单元，并且充电和放电控制算法包括第一至N(N是从2到10的整数)个充电和放电步骤，并且每个充电和放电步骤被配置成以恒流模式进行充电和放电，但是其特征在于具有充电和放电电流的值的逐步减小。根据本技术的串联型充电和放电装置具有与恒压充电和放电模式的的效果类似的效果，但是在每个充电和放电步骤中，执行恒流充电和放电模式，并且不需要重复恒压充电和放电模式，并且因此可以减少充电和放电所需的时间。

Description

串行式充电和放电装置以及使用该装置的充电和放电方法

技术领域

本申请要求于2022年9月1日提交的韩国专利申请No.10-2022-0110611和于2023年8月29日提交的韩国专利申请No.10-2023-0113881的优先权的权益。

本发明涉及用于对串联连接的多个电池单体进行充电和放电的装置以及使用该装置进行充电和放电的方法。

背景技术

二次电池是可以被重复充电和放电的电池，并且二次电池可以被描述为通过具有较大电离倾向差异的两个电极的电解液的可逆氧化还原反应，其是产生电能的过程。

通常，用于锂二次电池的充电和放电装置以恒流/恒压充电方法对电池进行充电。恒流/恒压充电是指以恒定电流进行充电直到目标电压并且然后在电池达到目标电压时以恒定电压进行充电。因此，在这种恒流/恒压充电方法中，充电电流曲线随时间的形状是在电池低于目标电压时的恒定电流，并且然后在电池达到目标电压之后呈指数减小。此外，充电电压曲线随时间的形状是以在目标电压的拐点附近对数增加的形式，并且然后在电池达到目标电压之后在目标电压处保持恒定。然后，流向电池的充电电流逐渐减小并且达到特定电流值(例如，0.1C～0.3C)，并且判断电池被充满电并停止充电。

这种恒压/恒流充电和放电方法具有的缺点在于，在恒压充电和放电区间期间，由于电池的特性，充电时间延长，从而导致更长的总体充电时间。

同时，存在两种类型的充电和放电装置：并联和串联。在并联型充电和放电装置中，每个电池通道有单独的电力供应，并且其被配置成通过控制每个电池通道的电流和电压来执行充电和放电。另一方面，串联型充电和放电装置具有一次控制所有电池通道的电流的优点，由于电池通道被串联连接，因此其在能量效率方面是有利的。

然而，在串联型充电和放电装置中，由于电池的特性的差异，具有略微不同的容量和内部电阻的多个电池被串联连接以进行充电和放电，并且因此难以以恒定电压对各个电池进行充电和放电。因此，在利用串联型充电和放电装置执行恒压/恒流充电和放电时，通过等同地控制所有通道的电流来执行恒流充电和放电，但是在以恒压模式进行充电和放电时，由于难以对所有通道的电压进行统一控制，因此切换继电器来控制每个单体通道的充电/放电。因此，传统的串联型充电和放电装置需要大量的时间来以恒压模式进行充电和放电。

因此，有必要开发一种用于充电和放电装置以及方法的技术，其能够缩短使用串联型充电和放电装置对多个二次电池进行充电和放电的时间。

发明内容

[技术问题]

本发明的技术构思是提供一种用于对串联的多个电池单体进行充电和放电的充电和放电装置，以减少在以恒压模式进行充电和放电时以恒流-恒压(CC-CV)模式进行充电和放电所需的时间。

[技术方案]

根据本发明的一个实施例，提供了一种串联型充电和放电装置。该串联型充电和放电装置，用于对串联的多个电池单体进行充电和放电，包括：一个或两个或更多个托盘，其用于接收多个电池单体；冷却风扇，其用于调节其中发生充电和放电的多个电池单体的温度；电源，其用于向多个电池单体提供充电和放电电流并且用于向冷却风扇提供电流；充电和放电控制板，其用于控制多个电池单体的相应充电和放电电流；以及具有充电和放电控制算法的控制单元，其中充电和放电控制算法包括第一至N个充电和放电步骤，其中N是从2到10的整数，每个充电和放电步骤被配置成以恒流模式进行充电和放电，但是充电和放电电流的值的逐步减小。

在一个实施例中，充电和放电控制算法被配置成在充电和放电阶段中的每个期间以恒流模式对串联连接的电池单体进行充电和放电，每当电池单体达到目标电压时切断流向电池单体的电流，并且当最后一个尚未达到目标电压的电池单体达到目标电压时切断。

在一个示例性实施例中，充电和放电控制板包括串联连接到电池单体中的每个的充电和放电开关；连接到充电和放电开关的两端的旁路开关；以及控制充电和放电开关和旁路开关的相应接通-关断操作的开关控制器。

根据一个示例性实施例的串联型充电和放电装置进一步包括电压感测部，该电压感测部被配置成感测多个电池单体中的每个电池单体的电压并将感测到的电压信息传输到控制单元，其中控制单元基于从电压感测部接收到的电压信息来控制开关控制器，使得每当电池单体达到切断电压时，与该电池单体串联连接的充电和放电开关被关断，并且旁路开关被接通以旁路该电池单体的充电和放电电流。

在一个示例性实施例中，充电和放电控制板位于冷却风扇的侧部中的空间中。

在一个示例性实施例中，冷却风扇包括：相对于垂直于地面的方向定位于托盘的上部上的上部冷却风扇；以及相对于垂直于地面的方向定位于托盘的下部上的下部冷却风扇。

根据一个实施例的串联型充电和放电装置进一步包括：第一充电和放电模块，其具有用于与多个电池单体的每个第一电极引线连接的多个第一连接构件；以及第二充电和放电模块，其具有用于与多个电池单体的每个第二电极引线连接的多个第二连接构件。

在一个示例性实施例中，充电和放电控制板包括：与第一充电和放电模块连接的第一充电和放电控制板；以及与第二充电和放电模块连接的第二充电和放电控制板。

在一个示例性实施例中，托盘相对于与地面水平的方向被放置在第一充电和放电模块与第二充电和放电模块之间。

在一个示例性实施例中，第一充电和放电模块被配置成能够在多个第一电极引线的方向和相反方向上移动，并且第二充电和放电模块被配置成能够在多个第二电极引线的方向和相反方向上移动。

在一个示例性实施例中，多个第一连接构件各自被配置成压靠在第一电极引线的两侧上，并且多个第二连接构件各自被配置成压靠在第二电极引线的两侧上。

在一个示例性实施例中，充电和放电控制算法使得设置完全终止充电和放电的参考电流值，并且将最后一个充电和放电步骤的电流值设置为等于参考电流值。

在一个示例性实施例中，托盘为两个或更多个，并且托盘被配置成能够相对于垂直于地面的方向堆叠。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种使用串联型充电和放电装置对电池单体进行充电和放电的方法。

[有益效果]

在本发明的示例性实施例中，能够控制串联型充电和放电装置以恒定电流同时对串联连接的多个电池单体进行充电和放电，但是顺序地切断对已经达到切断电压的电池单体的电流供应，从而防止过充电/过放电。

此外，与以恒流-恒压模式执行充电和放电的传统串联型充电和放电装置相比，不需要重复以恒压模式进行充电和放电与串联连接的单体的数量一样多的次数，从而减少充电和放电所需的时间。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的串联型充电和放电装置的框图。

图2是根据本发明的示例性实施例的串联型充电和放电装置的前视图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的充电和放电控制算法的概念图。

图4是根据本发明的一个实施例的串联型充电和放电装置的框图。

图5是示出根据本发明的一个实施例的充电和放电控制算法的流程图。

图6是示出当根据本发明的充电和放电控制算法执行充电和放电时施加到单个电池单体的时间相关的充电和放电电流值的图。

图7是根据本发明的另一实施例的串联型充电和放电装置的框图。

图8是根据本发明的另一实施例的充电和放电模块的透视图。

图9是根据本发明的另一实施例的串联型充电和放电装置的俯视图。

图10是图9中示出的充电和放电模块的侧视图。

具体实施方式

在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应当被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而是应当在发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则上被解释为与本发明的技术构思一致的含义和概念。

因此，本文描述的示例性实施例和本公开中的附图中图示的配置仅仅是本发明的优选实施例，并且不代表本发明的所有技术构思，因此应当理解，在本发明中可以存在可以替代它们的各种等同和修改。

此外，在本发明的描述中，如果确定相关已知配置或特征的详细描述将模糊本发明的本质，则排除该详细描述。

在整个本说明书中，除非明确相反地描述，否则词语“包括(comprise)”和诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型将被理解为暗示包括所陈述的元件，但不排除任何其他元件。

在本说明书中，术语“锂二次电池”、“二次电池”和“电池”可以可相对于彼此互换使用。

此外，如本说明书中使用的诸如控制单元的术语是指处理至少一个功能或操作的单元，其可以以硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。

此外，在整个说明书中，当一个部分被称为“连接”到另一个部分时，这不仅包括“直接连接”，而且还包括“间接连接”，在中间具有另一个元件。

本发明在第一实施例中提供一种串联型充电和放电装置。

图1是根据本发明的示例性实施例的串联型充电和放电装置的框图，并且图2是根据本发明的示例性实施例的串联型充电和放电装置的前视图。

参考图1和图2，根据本发明的示例性实施例的串联型充电和放电装置100可以包括托盘110、冷却风扇120、电源130、充电和放电控制板140以及控制单元150。

根据本发明的示例性实施例，控制单元150配备有充电和放电控制算法，其中充电和放电控制算法包括第一至N个充电和放电步骤，其中N是从2到10的整数，并且每个充电和放电步骤被配置成以恒流模式进行充电和放电，但是具有充电和放电电流值的逐步减小。

为了使用传统串联型充电和放电装置执行恒流/恒压充电和放电方法，以恒流模式对串联连接的多个电池单体进行充电和放电，并且当第一电池单体达到目标电压时，不仅以恒压模式对达到目标电压的第一电池单体进行充电和放电，而且还有剩余的尚未达到目标电压的电池单体。此时，剩余的电池单体以减小的电流被充电和放电。当完成第一电池单体的恒压模式充电和放电以达到目标电压时，终止该电池单体的充电和放电，并且对剩余的电池单体重复上述过程。在这种情况下，必须重复恒压模式充电和放电达串联连接的电池单体的数量，这增加了总体充电和放电时间。

在以恒流-恒压(CC-CV)模式对串联连接的多个电池单体进行充电和放电时，本发明介绍了一种多步骤恒流充电和放电方法，其可以替代以恒压模式进行充电和放电，从而减少充电和放电所需的时间。

根据本发明的一个实施例的充电和放电控制算法提供多个电池单体的多步骤充电和放电，其中每个充电和放电步骤以恒流模式执行并且被设置为逐渐减小充电和放电电流值。

在一个特定示例中，充电和放电步骤可以包括2至10个步骤，更具体地3至8个步骤，并且更具体地4至7个步骤。

图3是示出根据本发明的一个实施例的充电和放电控制算法的概念图。参考图3，根据一个实施例的充电和放电步骤可以包括五个充电和放电步骤，其中第一充电和放电步骤，步骤1，以Ia的电流值提供恒流充电，第二充电和放电步骤，步骤2，以Ib的电流值提供恒流充电，并且第三充电和放电步骤，步骤3，以Ic的电流值提供恒流充电，在第四充电和放电步骤，步骤4，以Id的电流值提供恒流充电，并且在第五充电和放电步骤，步骤5，以Ie的电流值提供恒流充电，并且每个充电和放电stsp的电流值满足以下关系。

Ia＞Ib＞Ic＞Id＞Ie

具体地，电流值Ia至Ie可以被设置为诸如1C、0.8C、0.6C、0.4C、0.2C等。

在这样的充电和放电控制算法中，每个充电和放电区间被设置为具有恒流充电和放电模式，但是通过执行多个充电和放电步骤来逐渐减小充电和放电电流值，使得第二充电和放电步骤或第N充电和放电步骤整体上具有与恒压充电和放电模式的效果类似的效果，但是在每个充电和放电步骤中，执行恒流充电和放电模式，并且不需要重复恒压充电和放电模式，并且因此可以减少充电和放电所需的时间。

另一方面，即使电池单体具有相同的型号，每个电池单体的容量和电阻也存在略微的差异，因此当以恒定电流对串联的多个电池单体进行充电和放电时，每个电池单体达到目标电压所花费的时间将是不同的。换句话说，代替同时达到目标电压，单体将在具有时间滞后的情况下顺序地达到目标电压。

由于继续向已经达到目标电压的电池单体供应充电和放电电流可能导致过充电或过放电，因此根据本发明的串联型充电和放电装置100控制充电和放电，以在每个充电和放电步骤处，每当电池单体已经达到目标电压时切断流向那些电池单体的电流，并且当最后一个尚未达到目标电压的电池单体达到目标电压时切断。

根据一个示例性实施例，串联型充电和放电装置100可以包括用于阻断流向电池单体中的每个的充电和放电电流或者用于向电池单体供应充电和放电电流的开关。

图4是根据本发明的一个实施例的串联型充电和放电装置的框图。参考图4，它可以包括串联连接到电池单体B1、B2…Bn中的每个的充电和放电开关141；以及连接到充电和放电开关141的两端的旁路开关142。

在以恒流模式进行充电和放电期间，如果出现已经达到目标电压的电池单体，则控制单元150可以控制已经达到目标电压的电池单体的旁路开关142被接通并且已经达到目标电压的电池单体的充电和放电开关141被关断。结果，可以切断流向已经达到目标电压的电池单体的充电和放电电流，同时充电和放电电流可以继续被供应给剩余的电池单体。

在该恒流充电和放电期间，每当电池单体达到目标电压时，流向该电池单体的电流被切断，直到最终最后一个尚未通过充电和放电开关141被关断的电池单体也达到目标电压。本发明的充电和放电控制算法被设计成通过在最后一个电池单体达到目标电压时切断对应电流值的恒流充电来终止一个充电和放电阶段。

在一个充电和放电阶段结束时，为了以减小的电流值执行下一个充电和放电阶段，控制单元在一个充电和放电阶段截止之后控制多个电池单体的相应充电和放电开关全部处于接通状态，从而允许在下一个充电和放电阶段开始时充电和放电电流对于所有电池单体流动。

图6是示出当根据本发明的充电和放电控制算法执行充电和放电时施加到单个电池单体的时间相关的充电和放电电流值的图。参考图6，根据本发明的充电和放电控制算法进行充电或放电的任何电池单体在充电和放电开关接通的继电器接通状态下经受恒流充电或放电，并且在达到目标电压时，将充电和放电开关切换到充电和放电开关关断的继电器关断状态，并且切断充电和放电电流。然后将处于继电器关断状态的电池单体切换回到继电器接通状态以执行下一个充电和放电步骤，其中所施加的充电和放电电流值被设置为小于前一个充电和放电步骤的充电和放电电流值。

在本发明的充电和放电控制算法中，设置完全终止充电和放电的参考电流值，并且设置充电和放电至参考电流值的步骤的切断以完全终止充电和放电。

换句话说，在一个充电和放电步骤中，在以恒流模式进行充电和放电的同时，每当单体达到目标电压时，切断流向该单体的电流，并且当最后一个尚未达到目标电压的单体达到目标电压时，切断流向该单体的电流，并且针对每个充电和放电步骤重复该过程，并且当充电电流值达到阈值电流值时，充电和放电步骤被设置为完全结束。

例如，假设充电和放电控制算法由从第一充电步骤至第五充电步骤的五个充电和放电步骤组成，并且每个充电和放电步骤的充电和放电电流值分别为Ia、Ib、Ic、Id和Ie，并且参考电流值被设置为Ie，当第五充电和放电步骤完成时，充电和放电被完全终止。

在充电和放电阶段中的每个中，连接到多个电池单体中的每个的充电和放电开关和旁路开关的相应接通-关断状态的控制可以由控制单元进行，或者可以由用于控制充电和放电开关和旁路开关的相应接通-关断操作的开关控制器进行。

下面将详细描述本发明的串联型充电和放电装置100的每个配置。

参考图2，在充电和放电装置100上安装框架180。框架180可以彼此连接以形成盒形骨架主体。下面，相对于垂直于地面的方向(Z方向)，可以布置稍后描述的电源130，并且可以在电源130的顶部上布置托盘110、冷却风扇120以及充电和放电控制板140。这样，充电和放电装置100可以基于单个框架180与电源130、托盘110、冷却风扇120、充电和放电控制板140和控制单元150形成一体结构。

托盘110旨在包含多个电池单体，其中一个托盘可以包括电池单体安置于其中的多个电池单体隔室(未示出)。电池可以相对于地面以直立位置安装在电池单体隔室内。托盘可以具有开放的顶部以便于移除电池单体。

托盘110可以为一个或多个，并且当存在多于一个托盘110时，托盘110可以被配置成能够相对于垂直于地面的方向(Z方向)堆叠，以便在充电和放电装置100的有限空间内包含尽可能多的托盘。例如，基于垂直于地面的方向，第一托盘111可以被堆叠在底部处并且第二托盘112可以被堆叠在第一托盘的顶部处，并且安装部(未示出)可以被形成在第一托盘111上以用于牢固地安装堆叠在顶部处的第二托盘112。

冷却风扇120可以用于调节正在充电和放电的多个电池单体B的温度。冷却风扇可以被配置成朝向托盘安装的电池单体B所位于的向下方向吹送空气，从而通过开放的顶部托盘110冷却电池单体。

在一个示例性实施例中，冷却风扇120可以包括相对于垂直于地面的方向(Z方向)定位于托盘的上部上的上部冷却风扇；以及相对于垂直于地面的方向定位于托盘的下部上的下部冷却风扇。然而，非限制性地，附加的冷却风扇可以被布置在托盘的侧面上。

为了将正在充电和放电的电池单体的温度维持在设置值处，充电和放电装置100可以进一步包括用于测量电池单体B的温度的温度传感器(未示出)。温度传感器可以被配置成实时测量正在充电或放电的电池单体的温度，并且将测量到的温度值传输到控制单元150。如果从温度传感器接收到的温度过高或过低，则控制部150可以通过控制例如冷却风扇120的旋转速度来将正在充电或放电的电池单体的环境温度维持在预设温度范围内。

电源130旨在向多个电池单体B提供充电和放电电流，并且向冷却风扇120提供电流。在一个实施例中，电源130可以包括电力转换区段(未示出)，该电力转换区段将由电流源供应的输出电力转换为适合于对电池单体B进行充电和放电的电源。

电力转换区段可以包括AC/DC转换器和DC/DC转换器，以将由电源130供应的输出电力转换为适合于对电池单体进行充电和放电的电源。AC/DC转换器可以主要将AC电力转换为DC电力，并且DC/DC转换器可以从DC电源向每个电池单体供应精确的充电和放电电流。

电源130可以通过多个电力线缆(未示出)电连接到多个电池单体B。参考图2，电池单体B位于其中的空间和电源130位于其中的空间可以由分隔壁181分隔开。AC/DC转换器和DC/DC转换器两者可以被布置在由分隔壁181分隔开的下部空间中。在这种情况下，DC/DC转换器可以位于离电池单体B更远的位置，从而增加用于将电源130连接到电池单体B的电力线缆的总长度。

在一个实施例中，DC/DC转换器可以被布置在靠近托盘110或冷却风扇120的位置中。在这种情况下，可以通过将AC/DC转换器与DC/DC转换器分离来减小由电源130占据的空间，并且可以最小化用于电连接电源130和电池单体的电力线缆的长度，因为DC/DC转换器位于靠近电池单体的位置中。

充电和放电控制板140用于控制多个电池单体的相应充电和放电电流，并且包括用于多个电池单体中的每个的充电和放电电路。另外，充电和放电控制板140可以包括DC/DC转换器。

充电和放电控制板140可以经由电力线缆被连接到电源130。充电和放电控制板140可以包括与电池单体B1、B2…Bn中的每个串联连接的充电和放电开关141；连接到充电和放电开关的两端的旁路开关142；以及控制充电和放电开关和旁路开关的相应接通-关断操作的开关控制器143，以便根据充电和放电控制算法对电池单体进行充电和放电。

充电和放电控制板140可以包括多个通道板(未示出)；以及用于容纳和连接通道板的背板(未示出)。背板可以被配置成根据安装在控制单元上的充电/放电控制算法来输出控制信号，并且通道板可以被配置成根据控制信号对多个电池单体中的每个电池单体执行充电和放电。通道板可以被布置在单个背板上并且电连接到背板。

充电和放电控制板140可以包括对应于电池单体B的第一电极引线B1的第一充电和放电控制板140a；以及对应于电池单体的第二电极引线B2的第二充电和放电控制板140b。

参考图2，充电和放电控制板140可以被设置在冷却风扇120的侧部的空间中。当充电和放电控制板140被设置在冷却风扇120的侧部的空间中时，充电和放电控制板140不干扰由冷却风扇吹送空气的流动，这在电池单体的冷却效率方面是期望的。

控制单元150可以被配置成承载充电和放电控制算法并且监督充电和放电所需的控制。控制单元150可以包括CPU和存储器，并且充电和放电控制算法可以包括用于控制充电和放电所需的PWM信号以及用于对串联的电池单体进行充电和放电的方法。PWM信号控制意味着将数字信号转换成模拟信号。

根据一个实施例，串联型充电和放电装置100可以进一步包括电压感测部(未示出)，该电压感测部被配置成感测多个电池单体中的每个电池单体的电压并将感测到的电压信息传输到控制单元。

根据本发明的充电和放电控制算法要求在每个充电和放电步骤处充电和放电电流的流动对于已经达到目标电压的单体被阻断，并且因此要求电压感测部在充电和放电正在进行的同时测量多个电池单体中的每个电池单体的电压。

基于从电压感测部接收到的电压信息，每当电池单体达到切断电压时，控制单元150可以控制开关控制器143以关断与对应的电池单体串联的充电和放电开关141，并且接通旁路开关142以旁路对应的电池单体的充电和放电电流。多个充电和放电步骤的每个切断电压被设置为相同。

图7是根据本发明的另一实施例的串联型充电和放电装置的框图，图8是根据本发明的另一实施例的充电和放电模块的透视图，图9是根据本发明的另一实施例的串联型充电和放电装置的俯视图，图10是图9中示出的充电和放电模块的侧视图。

参考这些图示，根据另一实施例的串联型充电和放电装置100可以包括托盘110；冷却风扇120；电源130；充电和放电控制板140；控制单元150；以及充电和放电模块160。

上文已经详细描述了托盘、冷却风扇、电源、充电和放电控制板以及控制单元，因此将省略冗余的描述。

充电和放电模块160用于连接电源130和多个电池单体B中的每个，并且可以包括第一充电和放电模块161和第二充电和放电模块162。电源130与充电和放电模块160可以经由电力线缆连接。第一充电和放电模块161可以具有用于与多个电池单体的第一电极引线B1中的每个连接的多个第一连接构件163，并且第二充电和放电模块162可以具有用于与多个电池单体的第二电极引线B2中的每个连接的多个第二连接构件164。在这种情况下，第一电极引线B1和第二电极引线B2具有不同的极性，即，如果第一电极引线为正极引线，则第二电极引线为负极引线。

参考图7至图9，包含多个电池单体B的两个托盘111、112可以沿着垂直于地面的方向(Z方向)堆叠。托盘111、112可以相对于与地面水平的方向(Y方向)被设置在第一充电和放电模块161与第二充电和放电模块162之间。这种布置是根据双向电池的形式，其中电池单体的电极引线B1、B2在彼此相反的方向上被抽出。

第一充电和放电模块161与多个电池单体B的每个第一电极引线B1间隔开，并且第二充电和放电模块162与多个电池单体B的每个第二电极引线B2间隔开，其中第一托盘111和第二托盘112安装在充电和放电装置100内部。间隔距离旨在便于将第一托盘111和第二托盘112安装在充电和放电装置100内部，并且在安装第一托盘111和第二托盘112之后，第一充电和放电模块161和第二充电和放电模块162邻近第一托盘111和第二托盘112移动，以允许第一连接构件163和第二连接构件164与电池单体B电连接。

换句话说，第一充电和放电模块可以被配置成能够在多个第一电极引线的方向上移动，反之亦然，并且第二充电和放电模块可以被配置成能够在多个第二电极引线的方向上移动，反之亦然。

第一连接构件和第二连接构件可以分别以对应于第一电极引线和第二电极引线的数量来提供。多个第一连接构件可以各自被配置成压靠在第一电极引线的两侧上，并且多个第二连接构件可以各自被配置成压靠在第二电极引线的两侧上。

第一连接构件可以压靠在第一电极引线上，并且第二连接构件可以压靠在第二电极引线上，从而将电源和电池单体电连接。在紧邻第一连接构件和第二连接构件的位置处，可以提供电压感测连接器(未示出)，该电压感测连接器单独地连接到第一电极引线和第二电极引线以用于感测电池单体的电压。当电压感测连接器将由电压感测连接器感测到的电压信息传输到控制单元150时，控制单元150基于电压信息来执行对电池单体的充电和放电控制。

参考图2，充电和放电控制板140可以包括与第一充电模块161连接的第一充电和放电控制板141；以及与第二充电和放电模块162连接的第二充电和放电控制板140。

在第二实施例中，本发明提供一种充电和放电方法。

根据本发明的实施例的充电和放电的方法可以是使用如上所述的串联型充电和放电装置对串联的多个电池单体进行充电和放电。

根据本发明的充电和放电方法，其包括从1到N的多个充电和放电步骤，其中N是从2到10的整数，其中每个充电和放电步骤被设置为以恒定电流进行充电和放电，但是具有充电和放电电流的值的逐步减小，其中每个充电/放电步骤包括以具有预定值的恒定电流同时对串联的多个电池单体进行充电和放电，每当电池单体达到目标电压时切断流向电池单体的电流，并且当最后一个尚未达到目标电压的电池单体达到目标电压时切断对应的充电和放电步骤。

参考图5，每个充电和放电步骤包括：(a)以恒流模式对串联的多个电池单体进行充电和放电；(b)测量电池单体的相应电压并切断到已经达到目标电压的电池单体的电流；以及(c)当达到目标电压时切断到最后一个尚未达到目标电压的电池单体的电流。

根据本发明的充电和放电方法包括多个充电和放电步骤，其中的每个包括上述步骤(a)至(c)，并且在完成步骤(a)至(c)之后，执行下一个充电和放电步骤。此时，下一个充电和放电步骤中的充电和放电电流值被设置为从前一个步骤中的充电和放电电流值减小的值。

本发明的充电和放电方法被配置成对于尚未达到目标电压的电池单体继续以恒流模式进行充电和放电，并且切断到已经达到目标电压的电池单体的电流，同时切断电流以防止电流流向已经达到目标电压的电池单体。因此，达到目标电压的电池单体进入休止状态，在该休止状态下，中止充电和放电，同时对剩余的电池单体的充电和放电继续。

本发明的充电和放电方法被配置成以恒流模式对串联的电池单体进行充电和放电，每当电池单体达到目标电压时切断到电池单体的电流，并且当最后一个剩余的尚未达到目标电压的电池单体达到目标电压时切断到该电池单体的电流，并且启动下一个充电和放电步骤。

下一个充电和放电步骤的不同之处在于，与前一个充电和放电步骤相比，充电和放电电流值减小，但上述步骤(a)至(c)的过程是相同的。

在本发明的充电和放电方法中，设置完全终止充电和放电步骤的参考电流值。参考电流值是最终终止充电和放电阶段所基于的充电和放电电流值，并且可以根据电池单体的规格而不同地设置。

因此，最后一个充电和放电步骤的电流值可以被设置为等于上述参考电流值，即，在以等于上述参考电流值的值执行恒流充电的充电和放电步骤中，通过根据上述步骤(c)执行切断来完全终止根据本发明的充电和放电步骤。

这种充电和放电方法具有通过用多步骤恒流模式充电和放电替代恒压模式充电和放电来显著减少充电和放电所需的时间的效果。

[附图标记的说明]

100：串联型充电和放电装置

110：托盘

120：冷却风扇

130：电源

140：充电和放电控制板

150：控制单元

160：充电和放电模块

180：框架

Claims (14)

1.一种用于对串联的多个电池单体进行充电和放电的串联型充电和放电装置，包括：

一个或两个或更多个托盘，所述一个或两个或更多个托盘用于接收多个电池单体；

冷却风扇，所述冷却风扇用于调节其中发生充电和放电的所述多个电池单体的温度；

电源，所述电源用于向所述多个电池单体提供充电和放电电流并且用于向所述冷却风扇提供电流；

充电和放电控制板，所述充电和放电控制板用于控制所述多个电池单体的相应充电和放电电流；以及

具有充电和放电控制算法的控制单元，

其中所述充电和放电控制算法包括第一至N个充电和放电步骤，其中N是从2到10的整数，每个充电和放电步骤被配置成以恒流模式进行充电和放电，但是充电和放电电流的值的逐步减小。

2.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述充电和放电控制算法被配置成在所述充电和放电步骤中的每个期间以恒流模式对串联连接的电池单体进行充电和放电，每当电池单体达到目标电压时切断流向电池单体的电流，并且当最后一个尚未达到所述目标电压的电池单体达到所述目标电压时切断。

3.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述充电和放电控制板包括串联连接到所述电池单体中的每个的充电和放电开关；

连接到所述充电和放电开关的两端的旁路开关；以及

控制所述充电和放电开关和所述旁路开关的相应接通-关断操作的开关控制器。

4.根据权利要求3所述的串联型充电和放电装置，进一步包括：电压感测部，所述电压感测部被配置成感测所述多个电池单体中的每个电池单体的电压并将感测到的电压信息传输到所述控制单元，其中所述控制单元基于从所述电压感测部接收到的所述电压信息来控制所述开关控制器，使得每当电池单体达到切断电压时，与该电池单体串联连接的所述充电和放电开关被关断，并且所述旁路开关被接通以旁路该电池单体的所述充电和放电电流。

5.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述充电和放电控制板位于所述冷却风扇的侧部中的空间中。

6.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述冷却风扇包括：相对于垂直于地面的方向定位于所述托盘上部上的上部冷却风扇；以及

相对于垂直于地面的方向定位于所述托盘的下部上的下部冷却风扇。

7.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，进一步包括：

第一充电和放电模块，所述第一充电和放电模块具有用于与所述多个电池单体的每个第一电极引线连接的多个第一连接构件；以及

第二充电和放电模块，所述第二充电和放电模块具有用于与所述多个电池单体的每个第二电极引线连接的多个第二连接构件。

8.根据权利要求7所述的串联型充电和放电装置，其中所述充电和放电控制板包括：与所述第一充电和放电模块连接的第一充电和放电控制板；以及

与所述第二充电和放电模块连接的第二充电和放电控制板。

9.根据权利要求7所述的串联型充电和放电装置，其中所述托盘相对于与地面水平的方向被放置在所述第一充电和放电模块与所述第二充电和放电模块之间。

10.根据权利要求7所述的串联型充电和放电装置，其中所述第一充电和放电模块被配置成能够在所述多个第一电极引线的方向和相反方向上移动，并且

所述第二充电和放电模块被配置成能够在所述多个第二电极引线的方向和相反方向上移动。

11.根据权利要求7所述的串联型充电和放电装置，其中所述多个第一连接构件各自被配置成压靠在所述第一电极引线的两侧上，并且所述多个第二连接构件各自被配置成压靠在所述第二电极引线的两侧上。

12.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述充电和放电控制算法使得设置完全终止所述充电和放电的参考电流值，并且将最后一个充电和放电步骤的电流值设置为等于所述参考电流值。

13.根据权利要求1所述的串联型充电和放电装置，其中所述托盘为两个或更多个，并且所述托盘被配置成能够相对于垂直于地面的方向堆叠。

14.根据权利要求1至权利要求13当中的任一项权利要求所述的串联型充电和放电装置，其中使用所述串联型充电和放电装置对电池单体进行充电和放电的方法。