專利名稱：電池/電容組均流控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單體電池電容裝配成電池電容組的串聯(lián)和并聯(lián)的方法，尤其適用于多只單體電池及電容串聯(lián)和并聯(lián)的大型電池組及電容組的串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前電池組中電池的并聯(lián)方法都是通過電池單體的直接并聯(lián)，這種連接形式存在著以下幾個(gè)問題
(1)由于電池單體的內(nèi)阻及容量的差異，導(dǎo)致電池在充放電的過程中存在嚴(yán)重的不均壓不均流現(xiàn)象；
(2)由于電池個(gè)體的差異而造成的并聯(lián)不均流問題導(dǎo)致某一個(gè)電池一直工作在過載狀態(tài)，從而加速了電池單體壽命的衰減；
(3)如果一個(gè)電池短路，整個(gè)并聯(lián)的模組將全部失效。電容組通常也是將若干電容單體進(jìn)行并聯(lián)，因此同樣存在著上述問題。基于此，本發(fā)明人對現(xiàn)有電池組及電容組中電池/電容單體的并聯(lián)形式進(jìn)行改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種電池/電容組均流控制電路，其可規(guī)避單體由于容量或內(nèi)部等效阻抗上的差異而造成的在充電或放電過程中的電流不均衡問題，規(guī)避當(dāng)多個(gè)單體并聯(lián)時(shí)由于某個(gè)單體失效而造成的整個(gè)電池/電容組失效，同時(shí)可以通過對串聯(lián)開關(guān)的控制抑制在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題，從而提高電池/電容組的壽命。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互并聯(lián)而成，還包括控制器、開關(guān)和電流采樣器，其中，開關(guān)的數(shù)量不少于單體的數(shù)量，所述開關(guān)的功率端子與單體串聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器，通過控制極進(jìn)行開關(guān)及開通占空比的控制；電流采樣器的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據(jù)電流控制開關(guān)的動(dòng)作。上述單體是電池單體、電容單體或電池單體與電容單體混合連接的混合模組。上述電池單體是單個(gè)電池、相互串聯(lián)或并聯(lián)的至少兩個(gè)電池或混合連接的電池包。上述電容單體是單個(gè)電容、相互串聯(lián)或并聯(lián)的至少兩個(gè)電容或混合連接的電容包。上述開關(guān)是機(jī)械開關(guān)或電子開關(guān)。通過對串聯(lián)開關(guān)的控制抑制電池/電容在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題。上述開關(guān)可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由電池包或電池單體的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)。由多個(gè)電池單體并聯(lián)后的電池包可以通過串聯(lián)功率開關(guān)后進(jìn)行更大規(guī)模的電池包的并聯(lián)及串聯(lián)進(jìn)行組包。外部控制系統(tǒng)可以根據(jù)電池單體的差異及采樣信號的分析進(jìn)行優(yōu)化處理，對不同的單體采用不同驅(qū)動(dòng)及控制策略以達(dá)到最佳的充放電狀態(tài)延長電池或電容壽命。串聯(lián)在單體中的開關(guān)可以工作在如下三種工作狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)和線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。采用上述方案后，本發(fā)明徹底改變了傳統(tǒng)對電池或者電容并聯(lián)時(shí)對單體一致性的依賴，從根本上解決了因電池一致性差造成不均流直接并聯(lián)電池?fù)p壞的頑疾，從而讓每一節(jié)電池都能把其最大能力存儲(chǔ)和釋放出來，從而提高了電池或電容系統(tǒng)的利用效率。此外， 如果某一個(gè)電池?fù)p害，開關(guān)自動(dòng)將其從系統(tǒng)中剝離，從而極大提高電池組的可靠性，同時(shí)通過對串聯(lián)開關(guān)的控制可以較大地降低電池再充電和放電過程中浪涌電流對電池和電容的沖擊，提高系統(tǒng)的可靠性。通過對電池內(nèi)部的開關(guān)可以有效地控制不同電池或者電容的等效阻抗，電池可以很方便地將若干個(gè)電池并聯(lián)在一起并實(shí)行單體電池或者電容的均流，從而極大地降低對電池的一致性的依賴，提升系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的示意圖； 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的示意圖； 圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互并聯(lián)而成，其中，所述單體可以是電池單體，該電池單體可以是單個(gè)電池，也可以是由至少兩個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)而成，甚至是由多個(gè)電池通過串聯(lián)和并聯(lián)混合連接而成的電池包；單體可以是電容單體，所述單體電容可以是單個(gè)電容，也可以是由至少兩個(gè)電容串聯(lián)或并聯(lián)而成，或是由多個(gè)電容通過串聯(lián)和并聯(lián)混合連接而成的電容包；所述單體還可以是由前述電池單體和電容單體通過串聯(lián)和并聯(lián)混合連接而成的混合模組。本發(fā)明的改進(jìn)點(diǎn)在于所述均流控制電路還包括控制器、開關(guān)和電流采樣器，所述開關(guān)的數(shù)量不少于電池/電容組中單體的數(shù)量，所述開關(guān)可以是機(jī)械開關(guān)，也可以是電子開關(guān)，如MOSFET、JEFET、三極管、IGBT或可控硅等半導(dǎo)體功率元件，前述開關(guān)與單體串聯(lián)， 每一個(gè)單體可串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)開關(guān)；每個(gè)開關(guān)的控制極分別連接控制器，通過其控制極進(jìn)行開關(guān)及開通占空比的控制；而電流采樣器的數(shù)量與電池/電容組中單體的數(shù)量相同，與單體一一對應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)，其中，電流采樣器的信號通過信號端子與控制器連接。配合圖1所示，是本發(fā)明的第一實(shí)施例，其是以單個(gè)電池構(gòu)成的單體的結(jié)構(gòu)圖，其中El為電池，電池El的正極與電池組的引線端子BAR+相連，負(fù)極與開關(guān)Sl的一個(gè)功率端子相連，開關(guān)Sl的控制端子與PWMl相連；電流采樣器CSl的輸入端與開關(guān)Sl的另一個(gè)功率端子相連，輸出端子與電池組的引線端子BAR-相連，所述電流采樣器CSl的信號端子與 CSl控制端子相連。外部的控制器通過控制PWMl的驅(qū)動(dòng)脈沖來控制電池單體兩端的電壓，從而達(dá)到精確控制電池組兩端電壓一致性的目的。同時(shí)，外部的控制器通過采樣CSl的電壓來監(jiān)控流過電池El的電流，一旦流過電池El的電流過高，控制器將通過調(diào)整PWMl的驅(qū)動(dòng)占空比來達(dá)到調(diào)節(jié)電池El電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)對電池El充電和放電電流的控制。參照圖2，為本發(fā)明的第二實(shí)施例，其是以多個(gè)電池單體相互并聯(lián)構(gòu)成電池組的結(jié)構(gòu)圖，其中E2、E3、E4為電池，電池E2、E3、E4的正極分別與電池組的引線端子BAR+相連， 負(fù)極分別與開關(guān)S2、S3、S4的一個(gè)功率端子相連，開關(guān)S2、S3、S4的控制端子分別與PWM2、 PWM3、PWM4相連；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與開關(guān)S2、S3、S4的另一個(gè)功率端子相連，輸出端子則與電池組的引線端子BAR-相連，電流采樣器CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應(yīng)控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU等控制芯片組成的電池組中心控制器。外部的控制器Ul通過控制PWM輸出通道的驅(qū)動(dòng)脈沖來分別控制每個(gè)單體兩端的電壓，從而達(dá)到精確控制電池組兩端電壓一致性的目的。同時(shí)，外部的控制器Ul通過采樣電流采樣器的電流信號來監(jiān)控流過每個(gè)電池的電流，一旦流過每個(gè)電池的電流過高，控制器將通過調(diào)整PWM的驅(qū)動(dòng)占空比來達(dá)到調(diào)節(jié)每個(gè)電池電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)對每個(gè)電池的充電和放電電流的控制。參照圖3，為本發(fā)明的第三實(shí)施例，其是以多個(gè)電容單體相互并聯(lián)構(gòu)成電容組的結(jié)構(gòu)圖，其中C2、C3、C4為電容，電容C2、C3、C4的正極與電容組的引線端子BAR+相連，負(fù)極分別與開關(guān)S2、S3、S4的一個(gè)功率端子相連，開關(guān)S2、S3、S4的控制端子分別與PWM2、PWM3、 PWM4相連；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與開關(guān)S2、S3、S4的另一個(gè)功率端子相連，輸出端子與電容組的引線端子BAR-相連，電流采樣器CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應(yīng)控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU等控制芯片組成的電容組中心控制
ο外部的控制器Ul通過控制PWM輸出通道的驅(qū)動(dòng)脈沖來分別控制每個(gè)單體兩端的電壓，從而達(dá)到精確控制電容組兩端電壓一致性的目的。同時(shí)，外部的控制器Ul通過采樣電流采樣器的電流信號來監(jiān)控流過每個(gè)電容的電流，一旦流過每個(gè)電容的電流過高，控制器Ul將通過調(diào)整PWM的驅(qū)動(dòng)占空比來達(dá)到調(diào)節(jié)每個(gè)電容器電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)對每個(gè)電容的充電和放電電流的控制。參照圖4，為本發(fā)明的第四實(shí)施例，其是以多個(gè)電池單體相互并聯(lián)構(gòu)成電池組的結(jié)構(gòu)圖，其中E2、E3、E4為電池，電池E2、E3、E4的正極分別與電池組的引線端子BAR+相連，負(fù)極分別與MOSFET S2、S3、S4的漏極相連，而M0SFETS2、S3、S4的柵極分別與PWM2、 PWM3、PWM4相連，進(jìn)而與控制器的控制端子連接；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與MOSFET S2、S3、S4的源極相連，輸出端子則與電池組的引線端子BAR-相連，電流采樣器 CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應(yīng)控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU 等控制芯片組成的電池組中心控制器。需要說明的是，本發(fā)明一種電池/電容組均流控制電路，其中的開關(guān)既可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由控制器進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)；控制器可以根據(jù)電流采樣器的反饋信號，通過與單體串聯(lián)的開關(guān)進(jìn)行占空比的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)特定的輸出電壓或等效內(nèi)阻；控制器可以根據(jù)單體的差異及采樣信號的分析進(jìn)行優(yōu)化處理，對不同的單體采用不同驅(qū)動(dòng)及控制策略，以達(dá)到最佳的充放電狀態(tài)，從而延長電池或電容壽命；另外，基于本發(fā)明的技術(shù)思想，由多個(gè)電池單體并聯(lián)后的電池組，可以通過串聯(lián)開關(guān)后進(jìn)行更大規(guī)模的并聯(lián)及串聯(lián)，從而構(gòu)成更大的電池包。 以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互并聯(lián)而成； 其特征在于還包括控制器、開關(guān)和電流采樣器，其中，開關(guān)的數(shù)量不少于單體的數(shù)量，所述開關(guān)的功率端子與單體串聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器，通過控制極進(jìn)行開關(guān)及開通占空比的控制；電流采樣器的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據(jù)電流控制開關(guān)的動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述單體是電池單體、電容單體或電池單體與電容單體混合連接的混合模組。
3.如權(quán)利要求2所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述電池單體是單個(gè)電池、相互串聯(lián)或并聯(lián)的至少兩個(gè)電池或混合連接的電池包。
4.如權(quán)利要求2所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述電容單體是單個(gè)電容、相互串聯(lián)或并聯(lián)的至少兩個(gè)電容或混合連接的電容包。
5.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述開關(guān)是機(jī)械開關(guān)或電子開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于通過對串聯(lián)開關(guān)的控制抑制電池/電容在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題。
7.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述開關(guān)可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由電池包或電池單體的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于由多個(gè)電池單體并聯(lián)后的電池包可以通過串聯(lián)功率開關(guān)后進(jìn)行更大規(guī)模的電池包的并聯(lián)及串聯(lián)進(jìn)行組包。
9.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于外部控制系統(tǒng)可以根據(jù)電池單體的差異及采樣信號的分析進(jìn)行優(yōu)化處理，對不同的單體采用不同驅(qū)動(dòng)及控制策略以達(dá)到最佳的充放電狀態(tài)延長電池或電容壽命。
10.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于串聯(lián)在單體中的開關(guān)可以工作在如下三種工作狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)和線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互并聯(lián)而成，還包括控制器、開關(guān)和電流采樣器，開關(guān)的數(shù)量不少于單體的數(shù)量，所述開關(guān)的功率端子與單體串聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器，通過控制極進(jìn)行開關(guān)及開通占空比的控制；電流采樣器的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據(jù)電流控制開關(guān)的動(dòng)作。此種電路結(jié)構(gòu)可規(guī)避單體由于容量或內(nèi)部等效阻抗上的差異而造成的在充電或放電過程中的電流不均衡問題，規(guī)避當(dāng)多個(gè)單體并聯(lián)時(shí)由于某個(gè)單體失效而造成的整個(gè)電池/電容組失效，同時(shí)可以抑制在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題，從而提高電池/電容組的壽命。
文檔編號H02J7/34GK102447292SQ201210004740
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者張從峰 申請人:張從峰