CN2888720Y - 锂离子电池充放电连接转换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池充放电连接转换装置，包括含有若干电池的电池组、含有若干并联开关的并联开关组和含有若干串联开关的串联开关组，并联开关组中的并联开关分别与电池串联，并联开关与电池串联后的支路并联在电源两端，两相邻支路中电池的首尾之间分别串联有串联开关。本实用新型通过开关的调节来控制电池组放电时串联充电时并联，自放电量存在差异的一组电池，在下次充电的过程中都可以使储能值达到最佳，完全解决了电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降的问题，提高了电池组的整体性能和使用寿命，成本很低，不会发热，安全性能高，稳定性好。采用本实用新型不会出现过充电问题，可直接取消原有的过充电保护板。

Description

锂离子电池充放电连接转换装置
【技术领域】
本实用新型涉及锂离子电池的充放电装置，尤其涉及锂离子电池的充放电装置连接转换装置。
【背景技术】
动力锂离子电池因其良好的结构和较高的环保性而得到广泛应用。一般单只电池的电压较低，不能满足各类电子产品的电压需要，所以一般都是采用多只电池串联连接进行供电，以提高供电电压。
对电池组进行充电也都是采用串联充电。在锂离子电池组的使用过程中，因锂离子电池具有自放电的特性，且电池组中各只单独电池的自放电量都不一样。而在电池的串联充电中，电流值一致，即给每支电池的充电量一致，在电池组的反复使用中，致使自放电较大的单节电池电压不断降低。从而致使整组电池的储电能力下降，大大影响电池组的使用能力和寿命，这成为电池组使用中的致命弱点。
如圆柱型32600动力锂电池，它的安全充放电电压值范围在2.7V～4.2V，也就是说它的充电饱和电压最大值4.2V，在放电过程中，当电压降至2.7V时，表示电池电量已放净。如果将3支32600电池串联成一个电池组给某产品充当电源，假定电池一、电池二、电池三的初始电压同为4.2V，因电池自放电不同，在静置一星期后，电池一电压降为4.1V，电池二和电池三电压降为4.15V；对这组电池进行充电，因这组电池是串联连接，充电电流相同，在电池二和电池三电压达到4.2V时，电池一电压只能达到4.15V；再一次将这组电池静置一星期，因电池一自放电大，电池一电压降为4.00V，电池二和电池三电压降为4.1V，在又一次对这组电池充电时，电池二和电池三充至4.2V，但电池一却在相同的电流下只能充至4.1V；经过若干个周期后，电池一的电压明显低于其它两个电池，也就是说，电池一的储电能力在不断的下降，致使整组电池表现出储能值下降。
为解决电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降问题，也有人设计了一种电压均衡板，在不改变原电池组串联结构的基础上，在每节电池的两端并联一块匹配的均衡板。用以在充电过程中，当自放电小的电池充满电时起到分流作用，以保证电池自放电大的电池继续充电。这种方式有效的解决了电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降问题。但是这种均衡板的制作及匹配很麻烦，要求与电池容量相匹配，不同容量的电池要求配不同型号的均衡板。在充电过程中，自放电小的电池两端并联的均衡板会因该电池先于自放电大的电池充饱和而不断发热，且发热严重，不利于电池组的安全。同时，该均衡板的制作成本高，稳定性较差。
所以，如何提供一种既能够有效解决电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降问题，又实现方便，成本低，不会发热，安全性能高，稳定性好的锂离子电池充放电连接转换装置，成为本领域技术人员研究的重要课题。
【发明内容】
本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种锂离子电池充放电连接转换装置，能够有效解决电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降问题，同时，实现方便、成本低、不会发热、安全性能高、稳定性好。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种锂离子电池充放电连接转换装置，包括含有若干电池的电池组，还包括含有若干并联开关的并联开关组和含有若干串联开关的串联开关组，所述并联开关组中的并联开关分别与电池串联，并联开关与电池串联后的支路并联在电源两端，两相邻支路中电池的首尾之间分别串联有串联开关。
作为优选，所述电池组包括第一电池和第二电池，并联开关组包括第一并联开关和第二并联开关，串联开关组包括第一串联开关，所述第一并联开关的一端与第一电池的负极连接，另一端接电源负极，第一电池的正极接电源正极；所述第二并联开关的一端与第二电池的正极连接，另一端接电源正极，第二电池的负极接电源负极；第一串联开关串联在第一电池的负极与第二电池的正极之间。
作为优选，所述电池组包括第一电池、第二电池和第三电池，并联开关组包括第一并联开关、第二并联开关、第三上并联开关和第三下并联开关，串联开关组包括第一串联开关和第二串联开关，所述第一并联开关的一端与第一电池的负极连接，另一端接电源负极，第一电池的正极接电源正极；所述第二并联开关的一端与第二电池的正极连接，另一端接电源正极，第二电池的负极接电源负极；第三上并联开关、第三电池、第三下并联开关依次串联在电源正负极之间；第一串联开关串联在第一电池的负极与第三电池的正极之间；第二串联开关串联在第三电池的负极与第二电池的正极之间。
作为优选，所述电池组包括第一电池、第二电池、第三电池和第四电池，并联开关组包括第一并联开关、第二并联开关、第三上并联开关、第三下并联开关、第四上并联开关和第四下并联开关，串联开关组包括第一串联开关、第二串联开关和第三串联开关，所述第一并联开关的一端与第一电池的负极连接，另一端接电源负极，第一电池的正极接电源正极；所述第二并联开关的一端与第二电池的正极连接，另一端接电源正极，第二电池的负极接电源负极；第三上并联开关、第三电池、第三下并联开关依次串联在电源正负极之间；第四上并联开关、第三电池、第四下并联开关依次串联在电源正负极之间；第一串联开关串联在第一电池的负极与第三电池的正极之间；第二串联开关串联在第三电池的负极与第四电池的正极之间；第三串联开关串联在第四电池的负极与第二电池的正极之间。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过开关的调节来控制电池组放电时串联充电时并联，操作非常方便，自放电量存在差异的一组电池，在下次充电的过程中都可以使储能值达到最佳，完全解决了电池组中因单个电池自放电不同而引起的整体储能值下降的问题，提高了电池组的整体性能和使用寿命，成本很低，不需要任何耗电发热部件，不会发热，安全性能高，稳定性好。采用本实用新型不会出现过充电问题，可直接取消原有的过充电保护板。结构简单，安全性能高。
本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例一的结构示意图；
图2是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例二的结构示意图；
图3是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
实施例一：
锂离子电池充放电连接转换装置，包括含有若干电池的电池组1，还包括含有若干并联开关的并联开关组2和含有若干串联开关的串联开关组3，所述并联开关组2中的并联开关分别与电池串联，并联开关与电池串联后的支路并联在电源两端，两相邻支路中电池的首尾之间分别串联有串联开关。
图1是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例一的结构示意图；所述电池组1包括第一电池11和第二电池12，并联开关组2包括第一并联开关21和第二并联开关22，串联开关组3包括第一串联开关31，所述第一并联开关21的一端与第一电池11的负极连接，另一端接电源负极，第一电池11的正极接电源正极；所述第二并联开关22的一端与第二电池12的正极连接，另一端接电源正极，第二电池12的负极接电源负极；第一串联开关31串联在第一电池11的负极与第二电池12的正极之间。
本实施例中采用两只电池组成串联电池组。需要电池组放电时，就将第一串联开关31闭合，第一并联开关21和第二并联开关22断开，实现第一电池11与第二电池12之间的串联；需要给电池组充电时，就将第一串联开关31断开，第一并联开关21和第二并联开关22闭合，实现第一电池11与第二电池12之间的并联。
实施例二：
图2是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例二的结构示意图；所述电池组1包括第一电池11、第二电池12和第三电池13，并联开关组2包括第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231和第三下并联开关232，串联开关组3包括第一串联开关31和第二串联开关32，所述第一并联开关21的一端与第一电池11的负极连接，另一端接电源负极，第一电池11的正极接电源正极；所述第二并联开关22的一端与第二电池12的正极连接，另一端接电源正极，第二电池12的负极接电源负极；第三上并联开关231、第三电池1 3、第三下并联开关232依次串联在电源正负极之间；第一串联开关31串联在第一电池11的负极与第三电池13的正极之间；第二串联开关32串联在第三电池13的负极与第二电池12的正极之间。
本实施例中采用三只电池组成串联电池组。需要电池组放电时，就将第一串联开关31和第二串联开关32闭合，第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231和第三下并联开关232断开，实现第一电池11、第二电池12、第三电池13之间的串联；需要给电池组充电时，就将第一串联开关31和第二串联开关32断开，第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231和第三下并联开关232闭合，实现第一电池11、第二电池12、第三电池13之间的并联。
实施例三：
图3是本实用新型锂离子电池充放电连接转换装置实施例三的结构示意图；所述电池组1包括第一电池11、第二电池12、第三电池13和第四电池14，并联开关组2包括第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231、第三下并联开关232、第四上并联开关241和第四下并联开关242，串联开关组3包括第一串联开关31、第二串联开关32和第三串联开关33，所述第一并联开关21的一端与第一电池11的负极连接，另一端接电源负极，第一电池11的正极接电源正极；所述第二并联开关22的一端与第二电池12的正极连接，另一端接电源正极，第二电池12的负极接电源负极；第三上并联开关231、第三电池13、第三下并联开关232依次串联在电源正负极之间；第四上并联开关241、第三电池14、第四下并联开关242依次串联在电源正负极之间；第一串联开关31串联在第一电池11的负极与第三电池13的正极之间；第二串联开关32串联在第三电池13的负极与第四电池14的正极之间；第三串联开关33串联在第四电池14的负极与第二电池12的正极之间。
本实施例中采用四只电池组成串联电池组。
需要电池组放电时，就将第一串联开关31、第二串联开关32和第三串联开关33闭合，第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231、第三下并联开关232、第四上并联开关241和第四下并联开关242断开，实现第一电池11、第二电池12、第三电池13、第四电池14之间的串联；需要给电池组充电时，就将第一串联开关31、第二串联开关32和第三串联开关33断开，第一并联开关21、第二并联开关22、第三上并联开关231、第三下并联开关232、第四上并联开关241和第四下并联开关242闭合，实现第一电池11、第二电池12、第三电池13、第四电池14之间的并联。
如果需要更多只电池组成电池组，其连接方式可类推。在增加的电池支路的两端分别串联一并联开关，并联开关与电池串联后的支路并联在电源两端，两相邻支路中电池的首尾之间分别串联有串联开关。需要电池组放电时，就将并联开关组2中所有的开关断开，串联开关组3所有的开关闭合，实现电池组各电池之间的串联；需要给电池组充电时，就将并联开关组2中所有的开关闭合，串联开关组3所有的开关断开，实现电池组各电池之间的并联。
为实现多组开关在并联、串联转换中的断开与闭合，本实用新型采用叠层旋扭波段开关装置，通过一个旋转轴芯，同时控制多对触点的通、断，从而实现并联与串联的转换。整个装置由上、下两固定片及紧固螺栓螺母组成一个支撑，紧固螺栓上紧嵌入两层弹片固定块，形成转换装置的不动部分；扭动轴上固定两连接片固定块，固定块上连接片嵌入对应的弹片中，形成转换装置的转动部分；另外在转动轴上设有一个转动定位扣，用以限制扭动轴定位。这样，弹片通过连接片便成了一组具备一常开一常闭的开关。再按上述实施例的连接原理接入电池充放电电路中，就起到了并、串转换的作用。在对多节电池的并串联转换中，只需根据电池节数的多少来确定开关组的多少，扩展很方便。
另外，在对电池并联充电时，电池两端的电压最大充至电源电压，设置充电电源为衡压，采用本装置对电池充电，不会出现过充电问题，它已起到了锂电池中保护板的保护作用，故采用本实用新型方案后不再需要另装均衡板和保护板。结构简单，安全性能高。
上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何在本实用新型基础上简单变换后的结构均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.锂离子电池充放电连接转换装置，包括含有若干电池的电池组(1)，其特征在于：还包括含有若干并联开关的并联开关组(2)和含有若干串联开关的串联开关组(3)，所述并联开关组(2)中的并联开关分别与电池串联，并联开关与电池串联后的支路并联在电源两端，两相邻支路中电池的首尾之间分别串联有串联开关。
2.如权利要求1所述的锂离子电池充放电连接转换装置，其特征在于：所述电池组(1)包括第一电池(11)和第二电池(12)，并联开关组(2)包括第一并联开关(21)和第二并联开关(22)，串联开关组(3)包括第一串联开关(31)，所述第一并联开关(21)的一端与第一电池(11)的负极连接，另一端接电源负极，第一电池(11)的正极接电源正极；所述第二并联开关(22)的一端与第二电池(12)的正极连接，另一端接电源正极，第二电池(12)的负极接电源负极；第一串联开关(31)串联在第一电池(11)的负极与第二电池(12)的正极之间。
3.如权利要求1所述的锂离子电池充放电连接转换装置，其特征在于：所述电池组(1)包括第一电池(11)、第二电池(12)和第三电池(13)，并联开关组(2)包括第一并联开关(21)、第二并联开关(22)、第三上并联开关(231)和第三下并联开关(232)，串联开关组(3)包括第一串联开关(31)和第二串联开关(32)，所述第一并联开关(21)的一端与第一电池(11)的负极连接，另一端接电源负极，第一电池(11)的正极接电源正极；所述第二并联开关(22)的一端与第二电池(12)的正极连接，另一端接电源正极，第二电池(12)的负极接电源负极；第三上并联开关(231)、第三电池(13)、第三下并联开关(232)依次串联在电源正负极之间；第一串联开关(31)串联在第一电池(11)的负极与第三电池(13)的正极之间；第二串联开关(32)串联在第三电池(13)的负极与第二电池(12)的正极之间。
4.如权利要求1所述的锂离子电池充放电连接转换装置，其特征在于：所述电池组(1)包括第一电池(11)、第二电池(12)、第三电池(13)和第四电池(14)，并联开关组(2)包括第一并联开关(21)、第二并联开关(22)、第三上并联开关(231)、第三下并联开关(232)、第四上并联开关(241)和第四下并联开关(242)，串联开关组(3)包括第一串联开关(31)、第二串联开关(32)和第三串联开关(33)，所述第一并联开关(21)的一端与第一电池(11)的负极连接，另一端接电源负极，第一电池(11)的正极接电源正极；所述第二并联开关(22)的一端与第二电池(12)的正极连接，另一端接电源正极，第二电池(12)的负极接电源负极；第三上并联开关(231)、第三电池(13)、第三下并联开关(232)依次串联在电源正负极之间；第四上并联开关(241)、第三电池(14)、第四下并联开关(242)依次串联在电源正负极之间；第一串联开关(31)串联在第一电池(11)的负极与第三电池(13)的正极之间；第二串联开关(32)串联在第三电池(13)的负极与第四电池(14)的正极之间；第三串联开关(33)串联在第四电池(14)的负极与第二电池(12)的正极之间。
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