CN102468666B

CN102468666B - 电池组并联装置

Info

Publication number: CN102468666B
Application number: CN201010547500.9A
Authority: CN
Inventors: 卢昭正
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: CN102468666A

Abstract

本发明公开了一种电池组并联装置，其包括：控制装置、第一电池组与第二电池组，该两个电池组均由两个以上电池串联连接而成，所述第一电池组中每两个电池串联连接处与所述第二电池组中每两个电池串联连接处之间，连接一平衡电路，该平衡电路由至少一只场效应晶体管组成。本发明应用控制装置判别电池组在充电状态或放电状态，而使电池在充电或放电下消除电池环流产生环流损耗。

Description

电池组并联装置

技术领域

本发明涉及一种电池组并联装置，特别是涉及一种能提高电池充电或放电的效率，减少其环流损失的电池组并联装置。

背景技术

如图1所示，其为公知电池管理集成电路(Battery Management IC，BMIC)，如市售的bq29414、bq29419(TI)、AIC1804等集成电路，其有以下的缺点：

1.电池E1与电池E2并联，电池E3与电池E4并联，电池E5与电池E6并联，电池E7与电池E8并联，在其进行充电时，其E1与E2组，其E3与E4组，其E5与E6组，其E7与E8组均会产生环流损耗。

2.自上述1的连接可知，当电池组放电于负载时，其并联的两个电池之间也会产生环流，而造成损耗。

3.自上述1的连接可知，当电池组在无负载开路时，其并联的两个电池之间也会产生环流，而将电池组所蓄存的电能耗尽，而造成应用的不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能消除电池组在充电或放电时的环流损失的电池组并联装置。

为达到上述目的，本发明提供一种电池组并联装置，其包括：控制装置、第一电池组与第二电池组，该两个电池组均由两个以上电池串联连接而成，第一电池组中每两个电池串联连接处与第二电池组中每两个电池串联连接处之间，连接一平衡电路，该平衡电路由至少一只场效应晶体管组成。

本发明还提供一种电池组并联装置，其包括：第一电池组与第二电池组，该两电池组均由两个以上电池串联连接而成，第一电池组中每两个电池串联连接处与第二电池组中每两个电池串联连接处之间，连接一电压平衡电路，该电压平衡电路由至少二只二极管组成，该二只二极管的阳极与阴极为极性相反的并联连接。

本发明利用两个场效应晶体管在两电池或两电池组之间并联，以执行平衡电路功能。

本发明利用PN结二极管或萧特基二极管的顺向电压降，以执行两电池或两电池组因电压的不同而需并联时，利用二极管或萧特基二极管的顺向电压降，而使两电池或两电池组的电压平衡，而消除两电池或两电池组的环流损失。

本发明有下列特征：

1.本发明电池组并联装置所指的电池为二次电池(Secondary Cells)，也就是所有的二次电池均可应用本发明电池管理系统。

2.以第一PN结二极管或萧特基二极管与第二PN结二极管或萧特基二极管的顺向电压降，极性相反连接并联于两电池或两电池组之间，而使两电池或两电池组的电压平衡，以执行两电池或两电池组因电压不同而需并联时，因其两电池或两电池组的电压平衡，而消除两电池或两电池组的环流损失。

3.以第一场效应晶体管M1的与第二场效应晶体管M2的漏极D与源极S极性相反连接形成平衡电路，并联于两电池或两电池组之间，以执行两电池或两电池组并联充电。

附图说明

图1为公知电池管理集成电路；

图2为本发明电池组并联装置的第一实施例；

图3为本发明电池组并联装置的第二实施例；

图4为本发明电池组并联装置的第三实施例。

附图标记说明

CDL 充电装置或负载

VP 充电或放电装置的正电压端

VN 充电或放电装置的负电压端

CD 控制装置

SE 传感器

VA 电压比较器集成电路A点电压端

VB 电压比较器集成电路B点电压端

EA 电池组

EAN 电池组串联群

EB 电池组

EBN 电池组串联群

M1，M2第一，第二场效应晶体管

M3，M4第三，第四场效应晶体管

PM P通道场效应晶体管

RL1 第一继电器

EMC 第一继电器的电磁线圈

a1，a2第一继电器的第一、二接点

b1，b2第一继电器的第三、四接点

D1、D2、D3、D4、D5、D6第一、二、三、四、五、六二极管

D7、D8、D9、D10第七、八、九、十二极管

BC 平衡电路

VBC 电压平衡电路

OVPIC 过电压保护集成电路

OT 过电压保护集成电路的输出端

SVI...SVN过电压保护集成电路的感测电压输入端

INV 逆变器

具体实施方式

本发明电池组并联装置包括有控制装置、第一电池组(即电池组EA)与第二电池组(即电池组EB)，两电池组之间连接有场效应晶体管或PN结二极管或萧特基二极管，应用控制装置鉴别电池组在充电状态，或放电状态，或驱动开关组，而使电池在充电或放电下消除电池环流产生环流损耗。该两个电池组均由两个以上电池串联连接而成，所述第一电池组中每两个电池串联连接处与所述第二电池组中每两个电池串联连接处之间，连接一平衡电路BC，该平衡电路BC由至少一只场效应晶体管组成

如图2所示，为本发明电池组并联装置的第一实施例，自图可知，电池组EA经第一继电器RL1的第一与第二接点a1、a2及电池组EB经第一继电器RL1的第三与第四接点b1、b2，第一继电器RL1的第二接点a2与第四接点b2接到充电或放电装置的正电压端VP，由正电压端VP接到充电装置或负载CDL(Charge Device or Load，CDL)，再接到充电或放电装置的负电压端VN，再经控制装置CD(Control Device，CD)的VB端(其中VB端为电压比较器集成电路B点电压端)、传感器SE(Sensor，SE)、控制装置CD的VA端(VA端为电压比较器集成电路A点电压端)再接到电池组串联群EAN端与电池组串联群EBN端；其控制装置CD的VA电压端与控制装置CD的VB电压端接到传感器SE的两端；其第一继电器RL1的电磁线圈EMC(Electrical Magnetic Coil，EMC)与正电压端VP连接，其第一继电器RL1的电磁线圈EMC的另一端接到P通道场效应晶体管PM的源极S(Source，S)，P通道场效应晶体管PM的漏极D(Drain，D)接到接地端，其闸极G(Gate，G)接到过电压保护集成电路OVPIC(Over Voltage Protection Integration Circuit，OVPIC)的输出端OT(OutTerminal，OT)，过电压保护集成电路OVPIC的感测电压输入端SVI(SenseVoltage Input，SVI)到感测电压输入端SVN接到电池组EA至电池组串联群EAN端或电池组EB至电池组串联群EBN端；第一场效应晶体管M1的源极S接到电池组串联群EBN的正电端，第一场效应晶体管M1的漏极D接到电池组串联群EAN的正电端，而其第一场效应晶体管M1的闸极G接到控制装置CD的VA＞VB输出端，第一PN结二极管D1的阳极(Anode)接到电池组串联群EBN的正电端，第一PN结二极管D1的阴极(Cathode)接到电池组串联群EAN的正电端；第二场效应晶体管M2的源极S接到电池组串联群EAN的正电端，第二场效应晶体管M2的漏极D接到电池组串联群EBN的正电端，而其第二场效应晶体管M2的闸极G接到控制装置CD的VA＞VB输出端(即充电判别输出端)，第二PN结二极管D2的阳极接到电池组串联群EAN的正电端，第二PN结二极管D2的阴极接到电池组串联群EBN的正电端。

本发明的充电动作原理为：其充电装置(此时CDL为充电装置)的电流自正电压端VP，经第一继电器RL1的第二和第一接点a2，a1向电池组EA到电池组串联群EAN充电与经第一继电器RL1的第四和第三接点b2，b1向电池组EB到电池组串联群EBN充电，而到控制装置CD的VA电压端经传感器SE再到控制装置CD的VB电压端，回到充电装置CDL的负电压端VN，而完成充电程序。控制装置CD包括有两组电压比较器集成电路，分别连接VA＞VB输出端与VA＜VB输出端。

电池组串联群EAN两端的电压可能大于或小于电池组串联群EBN两端的电压，若电池组串联群EAN两端的电压大于电池组串联群EBN两端的电压，而其第一场效应晶体管M1的闸极G所连接的控制装置CD的VA＞VB输出端为正电压，此时第一场效应晶体管M1导通，电池组串联群EAN两端与电池组串联群EBN两端形同两者并联连接，此时电池组串联群EAN与电池组串联群EBN达成平衡充电；若电池组串联群EAN两端的电压小于电池组串联群EBN两端的电压，而其第二场效应晶体管M2的闸极G所连接的控制装置CD的VA＞VB输出端为正电压，此时第二场效应晶体管M2导通，电池组串联群EAN两端与电池组串联群EBN两端形同两者并联连接，此时电池组串联群EAN与电池组串联群EBN达成平衡充电，其第一场效应晶体管M1与第二场效应晶体管M2为N通道场效应晶体管(N-Channel FET)，场效应晶体管根据供应电池组实际不同的需求，可采用各种不同场效应晶体管的属类，如功率场效应晶体管(Power MOSFET)等，而并不限制于此；所谓两组漏极与源极极性相反连接的场效应晶体管，即是第一场效应晶体管M1的漏极与第二场效应晶体管M2的源极连接，第二场效应晶体管M2的漏极与第一场效应晶体管M1的源极连接，并联于电池组串联群EAN与电池组串联群EBN两者之间，其第一场效应晶体管M1与第二场效应晶体管M2的闸极G接到控制装置CD的VA＞VB输出端(即充电判别输出端)，而形成平衡电路BC(Balance Circuit，BC)，有利于两电池或两电池组的充电而替代公知两电池或两电池组短路连接，而造成环流短路损耗；第一PN结二极管D1为第一场效应晶体管M1的体二极管(BodyDiode)，或以外接萧特基二极管(Schottky Diode)替代，并不限制于此，第二二PN结极管D2为第二场效应晶体管M2的体二极管，或以外接萧特基二极管替代，并不限制于此，所谓两只阳极与阴极极性相反连接的PN结二极管或萧特基二极管，即是第一PN结二极管D1或萧特基二极管的阳极与第二PN结二极管D2或萧特基二极管的阴极连接，其第一PN结二极管D1或萧特基二极管的阴极与第二PN结二极管D 2或萧特基二极管的阳极连接，并联于电池组串联群EAN与电池组串联群EBN两者之间，利用PN结二极管或萧特基二极管的顺向电压降，形成电压平衡电路VBC(Voltage Balance Circuit)(如图4所示)，可消除两电池或两电池组之间的环流短路损耗；若电池组EA到电池组串联群EAN两端的电压与电池组EB到电池组串联群EBN两端的电压相差大，则可采用第一二极管D1为多只二极管串联，第二二极管D2为多只二极管串联，并不限制于此。

电池组串联群EAN两端的电压可能大于或小于电池组串联群EBN两端的电压，若电池组串联群EAN两端的电压大于电池组串联群EBN两端的电压，而其第一场效应晶体管M1的闸极G所连接的控制装置CD的VA＞VB输出端为正电压，此时第一场效应晶体管M1导通，电池组串联群EAN两端与电池组串联群EBN两端形同两者并联连接，此时EAN与EBN达成平衡充电，为供应电池组实际不同的需求，可采用第一场效应晶体管M1，而不用第二场效应晶体管M2，可执行两电池组并联双方向导电，是因为第一场效应晶体管M1的闸极与源极为饱和电压的关系；或为供应电池组实际不同的需求，可采用第二场效应晶体管M2，而不用第一场效应晶体管M1，可执行两电池组并联双方向导电，是因为第二场效应晶体管M2的闸极与源极为饱和电压的关系，并不限制于此。为供应电池组实际不同的需求，利用PN结二极管或萧特基二极管的顺向电压降，形成电压平衡电路，可消除两电池或两电池组之间的环流短路损耗，可采用第一PN结二极管D1而节省第二PN结二极管D2执行两电池组并联单方向的顺向电压降，形成电压平衡电路VBC；为供应电池组实际不同的需求，利用PN结二极管或萧特基二极管的顺向电压降，形成电压平衡电路VBC，可消除两电池或两电池组之间的环流短路损耗，可采用第二PN结二极管D2而节省第一PN结二极管D1执行两电池组并联单方向的顺向电压降，形成电压平衡电路VBC，而并不限制于此。

本发明的放电动作原理为：电池组EA的放电电流经第三二极管D3与电池组EB的放电电流经第四二极管D4，经正电压端VP到负载(Load)(此时CDL为负载)，回到负载的负电压端VN，而到控制装置CD的VB电压端再经传感器SE到控制装置CD的VA电压端，而再回到电池组串联群EAN端与电池组串联群EBN端，而完成放电程序；此时控制装置CD的VA＞VB输出端为负电压，第一场效应晶体管M1的闸极G与第二场效应晶体管M2的闸极G为负电压，其第一场效应晶体管M1与第二场效应晶体管M2的漏极D与源极S形同开路，此时电池组EAN端与EBN端开路，不会产生环流造成短路损耗。

如图3所示，为本发明电池组并联装置的第二实施例，自图中可知，将N通道场效应晶体管的第一场效应晶体管M1与第二场效应晶体管M2改为P通道场效应晶体管(P-Channel FET)的第三场效应晶体管M3与第四场效应晶体管M4，与增加逆变器INV(Inverter，INV)于控制装置CD的VA＞VB输出端，则其动作原理与图2完全相同，而不赘述。

如图4所示，为本发明电池组并联装置的第三实施例，自图中可知，为了实际需求将图2与图3加以简化，去除第一、第二、第三、第四场效应晶体管M1、M2、M3、M4与控制装置CD，而在电池组EA与电池组EB之间增加两组电压平衡电路VBC，即第七二极管D7与第八二极管D8为一电压平衡电路VBC，第九二极管D9与第十二极管D10为另一电压平衡电路VBC，将两组电压平衡电路VBC串连连接，中间接点接第一继电器RL1的第一接点a1，及过电压保护集成电路OVPIC的感测电压输入端SV1，其动作原理为：充电电流自第八二极管D8向电池组EA到电池组串联群EAN充电，及经第九二极管D9向电池组EB到电池组串联群EBN充电；放电电流自电池组EA经第七二极管D7再经第一继电器RL1的第一接点a1与第二接点a2，向负载放电，而回到电池组串联群EAN负电端；及放电电流自电池组EB经第十二极管D10再经第一继电器RL1的第一接点a1与第二接点a2，向负载放电，而回到电池组串联群EBN负电端；以上所述的二极管是指一般PN结二极管或萧特基二极管而言。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种电池组并联装置，其特征在于，包括：

一第一电压平衡电路，所述第一电压平衡电路由二只二极管组成，所述二极管的阳极与阴极为极性相反的并联连接;

一第二电压平衡电路，所述第二电压平衡电路由二只二极管组成，所述二极管的阳极与阴极为极性相反的并联连接，其中，所述第一电压平衡电路与所述第二电压平衡电路串联连接;

一第一电池组与一第二电池组，该第一电池组与第二电池组均由两个以上电池串联连接而成，所述第一电池组的正极端电性连接到第一电压平衡电路，所述第二电池组的正极端电性连接到所述第二电压平衡电路，所述第一电池组与第二电池组的负极端电性连接到接地端;所述第一电池组中每两个电池串联连接处与所述第二电池组中每两个电池串联连接处之间，连接另一电压平衡电路，该电压平衡电路由二只二极管组成，该二只二极管的阳极与阴极为极性相反的并联连接；

一充电装置，一端电性连接到所述第一电压平衡电路与所述第二电压平衡电路串联连接点，另一端电性连接到接地端;

一负载，一端电性连接到所述充电装置，另一端电性连接到接地端;

借由所述第一电压平衡电路与所述第二电压平衡电路达到所述第一电池组与第二电池组在充电或放电时无环流损耗。

2.如权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于，所述电压平衡电路的二极管为PN结二极管或萧特基二极管。

3.如权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于，所述电压平衡电路的二极管为一只PN结二极管与一只萧特基二极管并联连接。