CN101938017A - 电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池装置，包括：多个电池包，通过串联和并联连接起来，其中，每个电池包由多个电池组成，多个并联的电池形成电池组，多个电池组串联形成一个电池包。根据本发明，可以实现可以灵活配置电压、容量的电池装置，并可以防止单节电池容量衰退，对电池装置造成的危害。

Description

电池装置
技术领域
本发明涉及电池技术，具体而言，涉及一种电池装置。
背景技术
基于目前的动力电池技术与制造工艺水平，单体电池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，在组合成大的电池组中，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，使得电池组在使用过程中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，直至整个电池组不能使用，这样一来就使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容量均衡处理，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实现电池的并联。
因此，需要一种新的方式，能够改善单元电池之间的容差，并对每个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，影响电池组的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的方式，能够改善单元电池之间的容差，并对每个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，影响电池组的使用。
有鉴于此，本发明公开了一种电池装置，包括：多个电池包，通过串联和并联连接起来，其中，每个电池包由多个电池组成，多个并联的电池形成电池组，多个所述电池组串联形成一个电池包。通过该技术方案，可以灵活调整电池包的电压、电流。
在上述技术方案中，优选地，所述多个电池通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池的容量。
在上述技术方案中，优选地，所述并联均衡电路包括多个电阻，使所述多个并联的电池中，任意两个电池之间具有相同阻值的电阻。
在上述技术方案中，优选地，所述每个电池包对应一个单节电池保护电路，所述每个电池包中的同一列电池均连接至所述单节电池保护电路，所述单节电池保护电路包括电压检测电路和控制电路，所述电压检测电路连接至控制电路，所述控制电路根据所述电压检测电路检测的所述每个电池的电压，确定是否停止所述电池装置的充电或放电。
在上述技术方案中，优选地，所述单节电池保护电路还包括温度检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述温度检测电路检测的所述每个电池的温度，确定是否使所述电池装置停止放电。
在上述技术方案中，优选地，所述单节电池保护电路还包括电流检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述电流检测电路检测的所述每个电池包输出的电流，确定是否对所述每个电池包输出的电流进行限制。
在上述技术方案中，优选地，所述电池保护电路连接至电源控制电路，所述电源控制电路用于为所述电池保护电路供电或断电。通过该技术方案，可以有效地节省电池装置的电能。
在上述技术方案中，优选地，多个所述电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述电池组的容量。
在上述技术方案中，优选地，所述串联均衡电路包括单片机，所述单片机连接多个所述电池组，检测每个所述电池组的电压，通过功率管将高电压电池组的电量向低电压电池组转移。
在上述技术方案中，优选地，所述串联均衡电路还包括储能电容，所述高电压电池组向所述低电压电池组转移的电量，首先由所述高电压电池组转移至所述储能电容，然后由所述储能电容转移至所述低电压电池组。
在上述技术方案中，优选地，所述单片机还连接电源控制电路，所述电源控制电路为所述单片机供电或断电。通过该技术方案，可以有效地节省电池装置的电能。串联均衡电路与单节电池保护电路可以共用电源控制电路。
在上述技术方案中，优选地，多个并联的电池包形成第二电池组，多个所述第二电池组串联形成一个所述电池装置。通过该技术方案，可以灵活设置电池装置的电流、电压。
在上述技术方案中，优选地，所述多个电池包通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池包的容量。
在上述技术方案中，优选地，多个所述第二电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第二电池组的容量。
在上述技术方案中，优选地，多个所述电池装置通过串联和并联连接成第二电池装置。通过该技术方案，电池装置可以逐级进行串并联，以形成满足需要的电池组合。
在上述技术方案中，优选地，多个并联的所述电池装置形成第三电池组，多个所述第三电池组形成一个所述第二电池装置。
在上述技术方案中，优选地，多个所述电池装置通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的所述电池装置的容量。
在上述技术方案中，优选地，所述多个所述第三电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第三电池组的容量。
根据上述技术方案，可以实现一种电池装置，能够改善单元电池之间的容差，并对每个单元电池进行充放电保护，并能够灵活地配置，得到需要的电压和电流。
附图说明
图1是根据本发明的电池装置的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的电池装置中的电池包的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的电池装置的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的电池装置组成的第二电池装置的示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的电池装置组成的第二电池装置进行再次组合的树状结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1是根据本发明的电池装置的示意图。
如图1所示，本发明提供了一种电池装置，包括：多个电池包102，通过串联和并联连接起来，其中，每个电池包由多个电池104组成，多个并联的电池形成电池组，多个所述电池组串联形成一个电池包。通过该技术方案，可以灵活调整电池包的电压、电流。
在上述技术方案中，所述多个电池104通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池的容量。
在上述技术方案中，所述并联均衡电路包括多个电阻，使所述多个并联的电池中，任意两个电池之间具有相同阻值的电阻。
在上述技术方案中，所述每个电池包对应一个单节电池保护电路，所述每个电池包中的同一列电池均连接至所述单节电池保护电路，所述单节电池保护电路包括电压检测电路和控制电路，所述电压检测电路连接至控制电路，所述控制电路根据所述电压检测电路检测的所述每个电池的电压，确定是否停止所述电池装置的充电或放电。
在上述技术方案中，所述单节电池保护电路还包括温度检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述温度检测电路检测的所述每个电池的温度，确定是否使所述电池装置停止放电。
在上述技术方案中，所述单节电池保护电路还包括电流检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述电流检测电路检测的所述每个电池包输出的电流，确定是否对所述每个电池包输出的电流进行限制。
在上述技术方案中，所述电池保护电路连接至电源控制电路，所述电源控制电路用于为所述电池保护电路供电或断电。通过该技术方案，可以有效地节省电池装置的电能。
在上述技术方案中，多个所述电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述电池组的容量。
在上述技术方案中，所述串联均衡电路包括单片机，所述单片机连接多个所述电池组，检测每个所述电池组的电压，通过功率管将高电压电池组的电量向低电压电池组转移。
在上述技术方案中，所述串联均衡电路还包括储能电容，所述高电压电池组向所述低电压电池组转移的电量，首先由所述高电压电池组转移至所述储能电容，然后由所述储能电容转移至所述低电压电池组。
在上述技术方案中，所述单片机还连接电源控制电路，所述电源控制电路为所述单片机供电或断电。通过该技术方案，可以有效地节省电池装置的电能。串联均衡电路与单节电池保护电路可以共用电源控制电路。
在上述技术方案中，多个并联的电池包形成第二电池组，多个所述第二电池组串联形成一个所述电池装置。通过该技术方案，可以灵活设置电池装置的电流、电压。
在上述技术方案中，所述多个电池包102通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池包的容量。
在上述技术方案中，多个所述第二电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第二电池组的容量。
在上述技术方案中，多个所述电池装置通过串联和并联连接成第二电池装置。通过该技术方案，电池装置可以逐级进行串并联，以形成满足需要的电池组合。
在上述技术方案中，多个并联的所述电池装置形成第三电池组，多个所述第三电池组形成一个所述第二电池装置。
在上述技术方案中，多个所述电池装置通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的所述电池装置的容量。
在上述技术方案中，所述多个所述第三电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第三电池组的容量。
图2是根据本发明的一个实施例的电池装置中的电池包的示意图。
如图2所示，四十节单个3V电池通过4串10并的方式，组成12V电池包，行与行之间设置有并联均衡网络202，实现电池之间的串联和并联，并用于均衡并联的电池的容量；
电池包中的电池还连接至串联均衡电路204，串联均衡电路204可以均衡行与行之间的容量差异；
电池包中的每一列电池还连接至单节电池保护电路206，可检测电池包中每节电池的电压，判断是否存在电池过压或欠压，以对电池进行保护，同时，可以对单节电池保护电路206进行设置，使其对每节电池的电流和温度进行检测，避免过流、过温现象对电池包造成的危害。
图3是根据本发明的一个实施例的电池装置的示意图。
如图3所示，将多个图2的实施例中的12V电池包进行串并联，形成48V的电池装置。行与行之间连接并联均衡电路302，以均衡每行中并联的电池的容量差异，同时多个电池包还连接串联均衡电路304，以均衡行与行之间的电池包的容量差异。
在图2的实施例中，已设置有单节电池保护电路206对每节电池进行保护，所以不必再使用保护电路对每个电池包进行保护。
图4是根据本发明的一个实例的电池装置组成的第二电池装置的示意图。
如图4所示，将多个图3的实施例中的48V电池装置进行串并联，形成更大的mV的第二电池装置。行与行之间连接并联均衡电路402，以均衡每行中并联的电池装置的容量差异，同时多个电池装置还连接串联均衡电路404，以均衡行与行之的容量差异。
在图2的实施例中，已设置有单节电池保护电路206对每节电池进行保护，所以不必再使用保护电路对每个电池装置进行保护。
图5是根据本发明的一个实施例的电池装置组成的第二电池装置进行再次组合的树状结构示意图。
如图5所示，将图4的实施例中的第二电池装置，以图2、图3或图4中的组合方式再度进行串并联组合，则得到电压更大的Nv的第三电池装置，其树形结构展开即如图5。
在本实施例中，使用的并联均衡电路采用电阻网络，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，每两个电池之间都有一个电阻相连；而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(一个或多个)进行电压采样，根据电压来判断电池能量的高低，然后单片机去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，以这种方式，最终实现串联层面间的电池的容量基本达到平衡；而单节电池保护电路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。
本实施例中，单节电池保护电路、串联均衡电路均连接控制电路和电源控制电路。其中，单节电池保护电路检测到单元电池过充或者过放后，就会发出保护信号给控制电路，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；而由于单节电池保护电路和串联均衡电路在工作过程中，均需要消耗电池的电能，为了在不使用电池的时候，让单节电池保护电路和串联均衡电路不工作，不消耗电池的电能，增加了针对单节电池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电源控制信号，使单节电池保护电路断电，停止工作，而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，最终可以使所有的串联均衡电路均停止工作。若需要让单节电池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，可以通过电门锁来控制电源控制电路。
根据本发明的技术方案，可以实现一种可以灵活配置容量、电压的电池装置，并且可以基于该电池装置进一步进行串并联，以获得满足需要电池组合。而通过为电池装置设置的并联均衡电路、串联均衡电路、单节电池保护电路，可以有效地避免因单节电池容量衰退给电池装置造成的损害，有效地延长了电池装置的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种电池装置，其特征在于，包括：
多个电池包，通过串联和并联连接起来，
其中，每个电池包由多个电池组成，多个并联的电池形成电池组，多个所述电池组串联形成一个电池包。
2.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述多个电池通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池的容量。
3.根据权利要求2所述的电池装置，其特征在于，所述并联均衡电路包括多个电阻，使所述多个并联的电池中，任意两个电池之间具有相同阻值的电阻。
4.根据权利要求2所述的电池装置，其特征在于，所述每个电池包对应一个单节电池保护电路，所述每个电池包均连接至所述单节电池保护电路，
所述单节电池保护电路包括电压检测电路和控制电路，所述电压检测电路连接至控制电路，所述控制电路根据所述电压检测电路检测的所述每个电池的电压，确定是否停止所述电池装置的充电或放电。
5.根据权利要求4所述的电池装置，其特征在于，所述单节电池保护电路还包括温度检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述温度检测电路检测的所述每个电池的温度，确定是否使所述电池装置停止放电。
6.根据权利要求4所述的电池装置，其特征在于，所述单节电池保护电路还包括电流检测电路，连接至所述控制电路，所述控制电路还根据所述电流检测电路检测的所述每个电池包输出的电流，确定是否对所述每个电池包输出的电流进行限制。
7.根据权利要求4所述的电池装置，其特征在于，所述电池保护电路连接至电源控制电路，所述电源控制电路用于为所述电池保护电路供电或断电。
8.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，多个所述电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述电池组的容量。
9.根据权利要求8所述的电池装置，其特征在于，所述串联均衡电路包括单片机，所述单片机连接多个所述电池组，检测每个所述电池组的电压，通过功率管将高电压电池组的电量向低电压电池组转移。
10.根据权利要求9所述的电池装置，其特征在于，所述串联均衡电路还包括储能电容，所述高电压电池组向所述低电压电池组转移的电量，首先由所述高电压电池组转移至所述储能电容，然后由所述储能电容转移至所述低电压电池组。
11.根据权利要求9所述的电池装置，其特征在于，所述单片机还连接电源控制电路，所述电源控制电路为所述单片机供电或断电。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池装置，其特征在于，多个并联的电池包形成第二电池组，多个所述第二电池组串联形成一个所述电池装置。
13.根据权利要求12所述的电池装置，其特征在于，所述多个电池包通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的电池包的容量。
14.根据权利要求12所述的电池装置，其特征在于，多个所述第二电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第二电池组的容量。
15.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，多个所述电池装置通过串联和并联连接成第二电池装置。
16.根据权利要求15所述的电池装置，其特征在于，多个并联的所述电池装置形成第三电池组，多个所述第三电池组形成一个所述第二电池装置。
17.根据权利要求16所述的电池装置，其特征在于，多个所述电池装置通过并联均衡电路实现并联，以均衡所述多个并联的所述电池装置的容量。
18.根据权利要求16所述的电池装置，其特征在于，所述多个所述第三电池组均连接至串联均衡电路，以均衡多个所述第三电池组的容量。
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