CN207097994U - 蓄电池组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池组合装置，包括正极、负极、电池管理控制器、多个蓄电池单元、多个中间开关模块、多个正向开关模块和多个负向开关模块，多个蓄电池单元之间通过对应的中间开关模块顺序连接，各蓄电池单元一端通过对应正向开关模块连接正极，各蓄电池单元另一端通过对应负向开关模块连接负极，电池管理控制器连接各中间开关模块、正向开关模块和负向开关模块。使用上述蓄电池组合装置时，采用电池管理控制器控制各中间开关模块、正向开关模块和负向开关模块的通断状态不同，可使接入电池回路的蓄电池单元所组合的结构不同，能实现串联、并联、部分串联、部分并联或串并联结合的多种不同的组合结构，使用灵活性高，使用范围广。

Description

蓄电池组合装置

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别是涉及一种蓄电池组合装置。

背景技术

蓄电池作为一种可充电电池，应用广泛。通常，可采用多个蓄电池进行组合得到蓄电池组以应用于不同需求的场合，蓄电池的组合方式不同，蓄电池组的容量和电压不同。比如，将三个蓄电池串联组合，则组合得到的蓄电池组的电压为三个蓄电池的电压之和；将三个蓄电池并联组合，则组合得到的蓄电池组的容量为三个蓄电池的容量之和。

传统的蓄电池组，一般是将多个蓄电池串联或将多个蓄电池并联。对同一个蓄电池组而言，组合方式固定，从而组合后蓄电池组的容量和电压固定，使用范围小。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的蓄电池组使用范围小的问题，提供一种扩展蓄电池组使用范围的蓄电池组合装置。

一种蓄电池组合装置，包括正极、负极、电池管理控制器、多个蓄电池单元、多个中间开关模块、多个正向开关模块和多个负向开关模块，多个蓄电池单元之间通过对应的中间开关模块顺序连接，各蓄电池单元一端通过对应正向开关模块连接所述正极，各蓄电池单元另一端通过对应负向开关模块连接所述负极，所述电池管理控制器连接各中间开关模块、正向开关模块和负向开关模块。

上述蓄电池组合装置，通过在多个顺序连接的蓄电池单元之间连接中间开关模块，电池管理控制器控制中间开关模块的通断则可以控制对应相连的两个蓄电池单元的通断；通过采用每一个蓄电池单元均通过对应的正向开关模块连接正极、通过对应的负向开关模块连接负极的结构，电池管理控制器控制正向开关模块和负向开关模块的通断则可以控制对应的蓄电池单元是否直接连接正极和负极。使用上述蓄电池组合装置时，采用电池管理控制器控制各中间开关模块、正向开关模块和负向开关模块的通断状态不同，可使接入电池回路的蓄电池单元所组合的结构不同，能实现串联、并联、部分串联、部分并联或串并联结合的多种不同的组合结构；不同的组合结构对应的整体电压和整体容量不同，从而使蓄电池组合装置整体的电压和容量可调整和变换，使用灵活性高，使用范围广。

附图说明

图1为一实施例中蓄电池组合装置的结构图；

图2为另一实施例中蓄电池组合装置的结构图；

图3为一实施例中充电均衡电路的结构图；

图4为一具体实施例中各个中间开关模块、正向开关模块、负向开关模块和控制开关的不同状态与不同组合方式的对应关系表的示意图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中的蓄电池组合装置，包括正极、负极、电池管理控制器110(见图2)、多个蓄电池单元120、多个中间开关模块130、多个正向开关模块140和多个负向开关模块150。多个蓄电池单元120之间通过对应的中间开关模块130顺序连接，各蓄电池单元120一端通过对应正向开关模块140连接正极，各蓄电池单元120另一端通过对应负向开关模块150连接负极；电池管理控制器110连接各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150。

顺序连接的蓄电池单元120之间连接中间开关模块130，如此，两个蓄电池单元120之间的连通和断开取决于共同连接的中间开关模块130的通断。其中，对于非首尾两端的蓄电池单元120，蓄电池单元120一端与对应中间开关模块130的公共端通过正向开关模块140连接正极，蓄电池单元120另一端与对应中间开关模块130的公共端通过负向开关模块150连接负极；因此，蓄电池单元120是否直接连接正极，取决于对应连接的正向开关模块140是否闭合，蓄电池单元120是否直接连接负极，取决于对应连接的负向开关模块150是否闭合。具体地，参考图1，两个蓄电池单元120之间连接一个中间开关模块130，即，中间开关模块130的数量等于蓄电池单元120的数量减一；蓄电池单元120通过一个正向开关模块140连接正极，通过一个负向开关模块150连接负极。可以理解，在其他实施例中，两个蓄电池单元120之间也可以连接多个中间开关模块130，蓄电池单元120也可以通过多个正向开关模块140连接正极、通过多个负向开关模块150连接负极。

中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150均包括输入端、输出端和控制端，中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150的控制端均连接电池管理控制器110。工作状态下，电池管理控制器110可以输出控制指令至各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150，控制各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150的通断，以控制对应的蓄电池单元120接入或不接入电池回路；电池管理控制器110控制的各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150的通断状态不同，接入电池回路的蓄电池单元120所组合的结构不同，比如可以是串联、并联、部分串联、部分并联或串并联结合。具体地，电池管理控制器110还可以是在接收到相关的信号后输出控制指令，比如温度信号，也可以通过接收用户输入的指令以控制各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150的通断，比如用户通过按键输入指令。

上述蓄电池组合装置，通过在多个顺序连接的蓄电池单元120之间连接中间开关模块130，电池管理控制器110控制中间开关模块130的通断则可以控制对应相连的两个蓄电池单元120的通断；通过采用每一个蓄电池单元120均通过对应的正向开关模块140连接正极、通过对应的负向开关模块150连接负极的结构，电池管理控制器110控制正向开关模块140和负向开关模块150的通断则可以控制对应的蓄电池单元120是否直接连接正极和负极。使用上述蓄电池组合装置时，采用电池管理控制器110控制各中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150的通断状态不同，可使接入电池回路的蓄电池单元120所组合的结构不同，能实现串联、并联、部分串联、部分并联或串并联结合的多种不同的组合结构；不同的组合结构对应的整体电压和整体容量不同，从而使蓄电池组合装置整体的电压和容量可调整和变换，使用灵活性高，使用范围广。

具体地，蓄电池单元120为蓄电池或者由多个蓄电池组成的蓄电池组，可根据实际需要灵活设置。如此，蓄电池单元120的可选择结构多，灵活性高。比如，蓄电池单元120可以为单节锂电池，也可以为多节锂电池并联的锂电池组。

在一实施例中，中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150均包括继电器和开关管中的任一种。采用继电器或开关管，结构简单。具体地，开关管可以包括三极管、MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)管中的任一种。可以理解，在其他实施例中，中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150还可以为其他可电控的开关结构。

在一实施例中，参考图2，上述蓄电池组合装置还包括充电均衡电路160，充电均衡电路160连接电池管理控制器110和各蓄电池单元120。

充电均衡电路160用于在对蓄电池单元120进行充电阶段，在电池管理控制器110的控制作用下保持各蓄电池单元120的电压均衡，提高充电的稳定性。

在一实施例中，充电均衡电路160包括多个均衡单元电路，且均衡单元电路的数量与蓄电池单元120的数量相等，各均衡单元电路与各蓄电池单元120一一对应连接，且各均衡单元电路连接电池管理控制器110。

通过采用多个均衡单元电路分别各自对应连接一个蓄电池单元120，对蓄电池单元120进行电压均衡检测和保持控制，可靠性高。

具体地，参考图3，均衡单元电路包括电压采样电路1611、控制开关1612和负载R，控制开关1612和电压采样电路1611均连接电池管理控制器110。负载R一端通过控制开关1612连接对应蓄电池单元120的一端、负载R另一端连接对应蓄电池单元120的另一端，电压采样电路1611并联在负载R两端。

电压采样电路1611可采集对应蓄电池单元120的电压并反馈至电池管理控制器110，电池管理控制器110检测各电压中异常的电压，比如超出其他电压的电压作为异常电压。电池管理控制器110发送闭合指令至异常电压对应的均衡单元电路中的控制开关1612，控制对应的控制开关1612闭合，蓄电池单元120与负载R回路导通，形成放电回路，蓄电池单元120多余的能量通过放电回路中的负载R消耗掉；当蓄电池单元120的电压降到与其他蓄电池单元的电压一致时，电池管理控制器110发送断开指令至对应的控制开关1612，开关模块断开，蓄电池单元120与负载R回路断开。如此，可完成充电阶段保持各蓄电池单元120的电压均衡。通过采用电压采样电路1611、控制开关1612和负载R构成的均衡单元电路，结构简单。

其中，负载R可以为电阻。控制开关1612可以包括继电器和开关管中的任一种。具体地，控制开关1612包括输入端、输出端和控制端，控制开关1612的控制端连接电池管理控制器110，从而电池管理控制器110可操作控制开关1612的通断。

在一实施例中，继续参考图3，均衡单元电路还包括单元电流采样电路1613，负载R通过单元电流采样电路1613连接蓄电池单元120，且单元电流采样电路1613连接电池管理控制器110。

单元电流采样电路1613用于测量蓄电池单元120与负载R之间的回路电流。通过在均衡单元电路中串接单元电流采样电路1613，结合中间模块130、正向开关模块140、负向开关模块150、电压采样电路1611、控制开关1612、负载R和电池管理控制器110的使用，可将蓄电池单元120切割出来并与控制开关1612和负载R形成回路，根据电压采样电路1611和单元电流采样电路1613采集的回路的电压和电流，可对蓄电池单元120进行容量检测，提高蓄电池组合装置的功能多样性和使用便利性。中间模块130、正向开关模块140、负向开关模块150除了用于通过通断改变蓄电池单元120之间的串并联方式之外，还可用于切割蓄电池单元120以进行容量检测。

对蓄电池单元120进行容量检测的工作过程为：电池管理控制器110发送断开指令至蓄电池单元120对应连接的中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150、发送闭合指令至对应连接的控制开关1612，从而使对应的中间开关模块130、正向开关模块140和负向开关模块150断开、控制开关1612闭合；此时已将蓄电池单元120从整个供电回路中切割出来，可以认为蓄电池单元120为供电源，给负载R供电，通过电压采样电路1611和单元电流采样电路1613分别记录电压数据和电流数据并发送至电池管理控制器110，电池管理控制器110可根据电压数据和电流数据采用现有的容量检测方式得到测试的容量。

在一实施例中，继续参考图2，上述蓄电池组合装置还包括用于检测蓄电池单元120的温度的温度传感器170，温度传感器170连接电池管理控制器110。

温度传感器170用于检测蓄电池单元120的温度并发送温度信号至电池管理控制器110；电池管理控制器110可根据温度信号得到蓄电池单元120的温度，若温度超过预设温度，则电池管理控制器110可控制对应的正向开关模块140和负向开关模块150断开，从而切断蓄电池单元120。如此，可以实现对蓄电池单元120的温度检测，对蓄电池120进行超温保护，提高蓄电池组合装置的使用可靠性。具体地，温度传感器170可放置于所有蓄电池单元120所在区域的附近，用于检测蓄电池单元120附近的环境温度。

在一实施例中，继续参考图2，上述蓄电池组合装置还包括连接电池管理控制器110的主回路电流采样电路180，主回路电流采样电路180一端连接正极、另一端连接各正向开关模块140，或主回路电流采样电路180一端连接负极、另一端连接各负向开关模块150。

主回路电流采样电路180用于采集连接正极或连接负极的主回路上的电流，并发送电流信号至电池管理控制器110，从而电池管理控制器110可根据电流信号获取主回路的电流值，实现电流监测。如此，可提高蓄电池组合装置的功能多样性。

在一实施例中，继续参考图2，上述蓄电池组合装置还包括连接电池管理控制器110的充放电保护电路190，充放电保护电路190一端连接负极、另一端连接各负向开关模块150，或充放电保护电路190一端连接正极、另一端连接正向开关模块140。

充放电保护电路190用于对蓄电池组合装置进行充放电保护，提高蓄电池组合装置的充放电安全性和可靠性。具体地，充放电保护电路190可以包括电流采样器和开关，电池管理控制器110根据电流采样器发送的电流信号得到电流值，在电流值超出预设值时，控制对应的开关断开，从而保护蓄电池单元120不因大电流而损坏。可以理解，充放电保护电路190也可以仅包括开关，电池管理控制器110根据主回路电流采样电路180获取电流值。

一具体实施例中，采用3V/3Ah的蓄电池作为蓄电池单元120，蓄电池单元的数量为4个。参考图4，为本具体实施例中蓄电池组合装置中各个中间开关模块130、正向开关模块140、负向开关模块150和控制开关1612的不同状态与不同组合方式的对应关系表的示意图；其中，33电芯、34电芯、35电芯、36电芯依次为顺序连接的4个蓄电池单元120的内部电芯的标号，1号开关为33电芯对应连接正极的正向开关模块的标号，2号开关、3号开关、4号开关分别为33电芯与34电芯之间、34电芯与35电芯之间、35电芯与36电芯之间对应连接的中间开关模块的标号；5号开关为36电芯对应连接负极的负向开关模块的标号；6号开关为36电芯连接正极的正向开关模块的标号；7号开关为35电芯连接负极的负向开关模块的标号；8号开关为35电芯连接正极的正向开关模块的标号；9号开关为34电芯连接负极的负向开关模块的标号；10号开关为34电芯连接正极的正向开关模块的标号；11号开关为33电线连接负极的负向开关模块的标号；17号开关、18号开关、19号开关、20号开关分别为33电芯、34电芯、35电芯、36电芯连接的控制开关的标号。通过电池管理控制器110调整各个中间开关模块130、正向开关模块140、负向开关模块150和控制开关1612的闭合、断开状态，可实现蓄电池单元的串联、并联、部分串联、部分并联等结构及实现在线容量检测的功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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

Claims (10)

1.一种蓄电池组合装置，其特征在于，包括正极、负极、电池管理控制器、多个蓄电池单元、多个中间开关模块、多个正向开关模块和多个负向开关模块，多个蓄电池单元之间通过对应的中间开关模块顺序连接，各蓄电池单元一端通过对应正向开关模块连接所述正极，各蓄电池单元另一端通过对应负向开关模块连接所述负极，所述电池管理控制器连接各中间开关模块、正向开关模块和负向开关模块。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组合装置，其特征在于，所述中间开关模块、所述正向开关模块和所述负向开关模块均包括继电器和开关管中的任一种。

3.根据权利要求1所述的蓄电池组合装置，其特征在于，还包括充电均衡电路，所述充电均衡电路连接所述电池管理控制器和各蓄电池单元。

4.根据权利要求3所述的蓄电池组合装置，其特征在于，所述充电均衡电路包括多个均衡单元电路，且所述均衡单元电路的数量与所述蓄电池单元的数量相等，各均衡单元电路与各蓄电池单元一一对应连接，且各均衡单元电路连接所述电池管理控制器。

5.根据权利要求4所述的蓄电池组合装置，其特征在于，所述均衡单元电路包括控制开关、负载和电压采样电路，所述控制开关和所述电压采样电路均连接所述电池管理控制器；

所述负载一端通过所述控制开关连接对应蓄电池单元的一端、所述负载另一端连接对应蓄电池单元的另一端，所述电压采样电路并联在所述负载两端。

6.根据权利要求5所述的蓄电池组合装置，其特征在于，所述均衡单元电路还包括单元电流采样电路，所述负载通过所述单元电流采样电路连接所述蓄电池单元，且所述单元电流采样电路连接所述电池管理控制器。

7.根据权利要求1或6所述的蓄电池组合装置，其特征在于，还包括用于检测所述蓄电池单元的温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述电池管理控制器。

8.根据权利要求1或6所述的蓄电池组合装置，其特征在于，还包括连接所述电池管理控制器的主回路电流采样电路，所述主回路电流采样电路一端连接所述正极、另一端连接各正向开关模块，或所述主回路电流采样电路一端连接所述负极、另一端连接各负向开关模块。

9.根据权利要求1或6所述的蓄电池组合装置，其特征在于，还包括连接所述电池管理控制器的充放电保护电路，所述充放电保护电路一端连接所述负极、另一端连接各负向开关模块，或所述充放电保护电路一端连接所述正极、另一端连接充放电保护电路。

10.根据权利要求1或6所述的蓄电池组合装置，其特征在于，所述蓄电池单元为蓄电池或者由多个蓄电池组成的蓄电池组。