CN101860049A - 矩阵电池组树形结构的连接方法 - Google Patents

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张芳勇
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Abstract

本发明属于蓄电池类，具体是一种矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：将电池进行单元化，把低电压小容量的单个小电池串联成电池包，电池包中的每个单节小电池都与单节保护电路相连，同时连接并联均衡电路和串联均衡电路，组成一个完整的电池保护系统；将上述的电池包作为新的单元电池，再进行串并联组合，组成较大的矩阵电池包，在同一层面上的电池包之间接入并联均衡电路，并在串联层间加入串联均衡电路；再将上述矩阵电池包作为新的单元电池，组合成更大的矩阵电池包，以此类推，最后组合成树状结构的大型的高电压大容量矩阵电池组。本发明能有效消除由于动力电池技术与制造工艺水平而造成的容量差异，从而延长电池组的使用寿命。

Description

矩阵电池组树形结构的连接方法
技术领域
本发明属于蓄电池组类，具体是一种矩阵电池组树形结构的连接方法。
背景技术
基于目前的动力电池技术与制造工艺水平，蓄电池单体之间的性能差异在其整个寿命周期里客观存在，这就导致了二次电池组中由于某一节或几节电池容量的不均衡而影响整个电池组的性能，严重情况下可能导致整个电池组崩溃。例如在组合成大矩阵电池组中，需要很多小的单元电池，由于动力电池技术与制造工艺水平而造成的容量以及各种性能的差异，使得大矩阵电池组在使用过程很容易造成某些电池过充或者过放，而另外一些电池会出现欠充或者欠放，这样就造成单元电池之间的差异越来越大，直至整个大矩阵电阻组不能使用，这样一来就使大矩阵电池组的寿命大大缩短。为此需要通过对电池组中各个电池进行均衡处理，来消除由于动力电池技术与制造工艺水平而造成的容量差异，从而延长电池组的使用寿命。而现有的电池串联均衡技术只限于电池组的整体均衡，可扩展性差；电池并联均衡技术只是用导线直接并联。
发明内容
本发明的目的是针对现技术的不足，提供一种矩阵电池组树形结构的连接方法，它采用电池单元树形组合连接方式，改善每个小单元电池之间的容差，并对每个小单元电池进行充放电保护，避免电池由于过充或者过放而造成电池的损坏。
本发明的技术方案如下：
本发明一种矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：将电池进行单元化，把低电压小容量的单个小电池串联成电池包，电池包中的每个单节小电池都与单节保护电路相连，同时连接并联均衡电路和串联均衡电路，组成一个完整的电池保护系统；将上述的电池包作为新的单元电池，再进行串并联组合，组成较大的矩阵电池包，在同一层面上的电池包之间接入并联均衡电路，并在串联层间加入串联均衡电路；再将上述矩阵电池包作为新的单元电池，组合成更大的矩阵电池包，以此类推，最后组合成树状结构的大型的高电压大容量矩阵电池组。
本发明的并联均衡电路采用电阻网络进行均衡，电阻网络的连接方式采用三角形接法，即在同一层的并联电池中，每两个电池之间都用一个电阻相连；串联均衡电路是在串联层间进行能量转移，通过单片机对串联中的电池进行电压采样，根据电压来判断电池能量的高低，单片机驱动功率管开关将高电压的电池能量存储到对应储能电容中，再通过其它功率管将此电容上的能量转移给电压较低的电池。按照这种均衡进行循环，最终实现串联层面间的电池的容量基本达到平衡；对于单节保护电路是对单个电池进行过充过放保护，具体有过压、欠压、过流和过温保护。
本发明的单节保护电路、串联均衡电路连接了总回路控制电路与电源控制电路，组成了矩阵电池的控制系统。
本发明单元电池采用树形组合方式，在树形结构中单个电池进行充放电保护，层与层之间均有串联均衡电路，同一层内均有并联均衡电路。由于在整个树形连接矩阵系统中，同时采用了单节保护电路、并联均衡电路和串联均衡电路来保护单元电池，延长电池使用寿命，降低蓄电池的更换成本；本发明树状矩阵电池组结构，容易实现更大规模的矩阵，扩展方便；在并联均衡电路中，不用导线直接相连，而是连接均衡电阻，电阻除了起限流作用，还可以通过它采样信号，待以后进行数据分析处理。本发明能有效消除由于动力电池技术与制造工艺水平而造成的容量差异，从而延长电池组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例12V电池包示意图。
图2为本发明实施例48V电池包示意图。
图3为本发明实施例mV电池包示意图。
图4为本发明实施例树形电池包示意图。
具体实施方式
下面以3V锂电池为例对本发明方法作一具体阐述。
如图1所示，先将四十节单个3V小电池1通过4串10并组成12V电池包，单个3V小电池1连接单节保护电路3，并连接并联均衡电路4和串联均衡电路5；
如图2所示，将图1的12V电池包2作为新的单元电池，串联成48V电池包，电池包之间连接并联均衡电路4，并在并联均衡电路之间连接串联均衡电路5，此时由于12V电池包2中已经对单节电池进行了充放电保护，所以不需要再进行12V单元格的保护；
如图3所示，将图2连接成的48V电池包6作为新的单元电池，组合成更大的mV电池包7，并连接并联均衡电路4和串联均衡电路5，此时由于48V电池包6是由12V电池包2组合而成，而12V电池包中已经对单节电池进行了充放电保护，所以不需要再进行48V电池包单元格的保护；
如图4所示，将图3的mV电池包7作为新的单元电池，组合成更大的nV矩阵电池包8，并连接并联均衡电路4和串联均衡电路5，以此类推，组合成树状矩阵电池组结构。
本发明的并联均衡电路4采用电阻网络进行均衡，电阻网络的连接方式采用三角形接法，即在同一层的并联电池中，每两个电池之间都用一个电阻相连；串联均衡电路5是在串联层间进行能量转移，通过单片机对串联中的电池进行电压采样，根据电压来判断电池能量的高低，单片机驱动功率管开关将高电压的电池能量存储到对应储能电容中，再通过别的功率管将此电容上的能量转移给电压较低的电池。按照这种均衡进行循环，最终实现串联层面间的电池的容量基本达到平衡；对于单节保护电路3是对单个电池进行过充过放保护，具体有过压、欠压、过流和过温保护。
本发明的单节保护电路3、串联均衡电路5连接总回路控制电路和电源控制电路9，单节保护电路3检测到单元电池过充或者过放后，就会发出控制信号给矩阵电池组总回路控制电路，使整个电池组充放电回路被切断，停止充放电，从而保护了电池，延长了电池的使用寿命；由于单节保护电路3和串联均衡电路5在工作过程中，均需要消耗电池的电能，为了在不使用电池的时候，让单节保护电路和串联均衡电路不工作，不消耗电池的电能，增加了单节保护电路和串联均衡电路的电源控制电路，通过电源控制电路发出控制信号，使保护电路断电，停止工作。对于串联均衡电路的电源控制，只需要控制最顶层的串联均衡电路，然后通过从高层到低层，一层一层向底层控制，最终使所有的串联均衡电路均停止工作。若需要让单节保护电路和串联均衡电路重新开始工作，也是通过电源控制电路来控制。对于电动车来说，可以通过电门锁来发出控制信号来控制电源控制电路。

Claims (4)

1.一种矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：将电池进行单元化，把低电压小容量的单个小电池串联成电池包，电池包中的每个单节小电池都与单节保护电路相连，同时连接并联均衡电路和串联均衡电路，组成一个完整的电池保护系统；将上述的电池包作为新的单元电池，再进行串并联组合，组成较大的矩阵电池包，在同一层面上的电池包之间接入并联均衡电路，并在串联层间加入串联均衡电路；再将上述矩阵电池包作为新的单元电池，组合成更大的矩阵电池包，以此类推，最后组合成树状结构的大型的高电压大容量矩阵电池组。
2.根据权利要求1所述的矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：并联均衡电路采用电阻网络进行均衡，电阻网络的连接方式采用三角形接法，即在同一层的并联电池中，每两个电池之间都用一个电阻相连。
3.根据权利要求1或2所述的矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：串联均衡电路是在串联层间进行能量转移，通过单片机对串联中的电池进行电压采样，根据电压来判断电池能量的高低，单片机驱动功率管开关将高电压的电池能量存储到对应储能电容中，再通过其它功率管将此电容上的能量转移给电压较低的电池。
4.根据权利要求1所述的矩阵电池组树形结构的连接方法，其特征在于：单节保护电路、串联均衡电路连接总回路控制电路和电源控制电路。
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