CN103824994A - 电池组应用模块 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种电池组应用模块，通过依序串联连接的多个并联电池组，在每一个电池单元皆有一二极管联接的保护以及控制电路的保护，达到安全、稳定地提供电动车电力系统所需的电压及续航力者。

Description

电池组应用模块
技术领域
本发明涉及一种电池组应用模块，特别是一种可同时串联及并联且以矩阵联接的应用模块。
背景技术
国际油价不断上涨，加上环保意识抬头，电动车已逐渐迈入蓬勃发展的阶段，不仅已常见于市面的电动自行车、电动机车，各类的电动汽车也逐渐问世，诸如BEV（Battery only Electric Vehicle，纯电动车）、HEV（HybridElectric Vehicle，复合电动车）以及PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，插电式复合电动车）。
为了使电动车具有更长的续航力或使电动车具有更强的驱动马力，现有技术中采用将多个电池串联与并联多个电池的方式，来分别提高电压以及提供更长的续航力。
然而，即使是同规格的电池，电池仍存有不一致性的问题，当电池串联数较低时，问题较不明显，但是当电池串联数高，电池之间彼此不一致性问题就会特别严重，由于电池装设在车体内，一旦只要开始燃烧就是闷烧，一般的灭火设备无法进行处理，危险性相当高。且电池故障或损毁的原因通常是从众多电池中的其中一颗开始故障而连锁影响到整个电池组。
因此，当前在电动车领域中最需克服的技术瓶颈，是在于如何在需提供高电压及提高容量的前提下确保电池对电动车的供电安全。
发明内容
于是，发明人特别针对此问题潜心研究，而创设出一种电池组应用模块。
本发明目的在于提供一种可同时将电池组应用模块，可达到安全、稳定地提供电动车电力系统所需的电压及续航力者。
根据前述目的，本发明提出一种电池组应用模块，包括：
至少一可设为依序串联连接的并联电池组，所述并联电池组包括一控制开关、多个保护二极管、多个电池单元及一共同输出端，这些保护二极管分别与这些电池单元串联，这些电池单元分别包含至少一电池，其中，这些保护二极管的N端分别与所述控制开关的一端电性连接，这些二极管的P端分别与这些电池单元的一端电性连接；以及一控制电路，包括至少一信号处理单元及一微处理器，所述信号处理单元的输入端与所述共同输出端连接，所述信号处理单元的输出端与所述微处理器电性连接，所述微处理器分别与所述控制开关的另一端电性连接。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述并联电池组设为多个时，所述并联电池组与所述并联电池组之间依序串联连接，所述依序连接的并联电池组中，所述后一组并联电池组的控制开关的另一端与前一组并联电池组的这些电池单元的另一端电性连接。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，这些电池单元的所述电池与一BMS系统串联，这些信号处理单元的输入端与所述BMS系统的异常输出信号线及所述共同输出端电性连接。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述控制开关可为开关元件。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述保护二极管可为肖特基二极管或快速二极管或整流二极管。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述电池可为不同化学性质种类不同电量的电池或不同化学性质种类相同电量的电池或同化学性质种类相同电量的电池或同化学性质种类不同电量的电池。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述电池并联需采用电压相近的电池，所述电池组串联需采用容量相近的电池组，使所述电池组串、并联后供应负载效率较高或所述电池组串、并联可采用相同电化学电压及容量的电池一同供应负载效率最高或该电池组串并联可采不同电化学电压及容量的电池一同供应负载效率最差。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述微处理器可为单芯片。
进一步地，本发明所述的电池组应用模块，其中，所述并联电池组设为多个时，首组并联电池组设置有所述控制开关，后续串联的并联电池组可不需设置所述控制开关。
通过上述技术方案，本发明相较于现有技术具有下列优点：
本发明通过过将二极管联接，以逆向不导通防止逆流，以及控制电路防止过电流、低压、开路、电池组短路或电池组内部电芯短路等的保护，而形成一可同时串联多个并联电池组的矩阵联接模块，当单一电池组的标称电压为VB伏特（V）、IB安时（Ah），即可针对不同电动车的电力系统需求应用设置，例如当标称电压及容量为VB及IB时，串联N个并联M个电池的电池组时，此整合的电池组的电压及容量分别为N×VB伏特（V）及M×IB安时（Ah）。
附图说明
图1为本发明电池组连接示意图。
图2为本发明控制单元电路连接示意图。
主要元件符号说明：
并联电池组1、2、3
控制开关11、21、31
保护二极管121、122、123、124、221、222、223、224、321、322、323、324
电池单元131、132、133、134、231、232、233、234、331、332、333、334
共同输出端14、24、34
电池1311、1321、1331、1341、2311、2321、2331、2341、3311、3321、3331、3341
BMS系统1312、1322、1332、1342、2312、2322、2332、2342、3312、3322、3332、3342
控制电路4
信号处理单元41、42、43
微处理器44
电动车5
具体实施方式
以下通过具体实施例配合所附的图式详加说明本发明的结构及其如何组合、使用，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的效果。
请参阅图1及图2，本发明实施例以N为3、M为4，即，本实施例以串联三组各并联四个电池的电池组说明，包括
多个依序串联连接的并联电池组1、2、3，这些并联电池组1、2、3分别包括一可为开关元件的控制开关11、21、31，所述开关元件可为MOSFET、IGBT、POWER RELAY等具有开关特性的元件、多个可为肖特基二极管的保护二极管121、122、123、124、221、222、223、224、321、322、323、324、多个电池单元131、132、133、134、231、232、233、234、331、332、333、334及一共同输出端14、24、34，这些电池单元131、132、133、134、231、232、233、234、331、332、333、334包含至少一可为不同化学性质种类且不同电量的电池、不同化学性质种类且相同电量的电池、同化学性质种类且相同电量的电池或同化学性质种类且不同电量的电池1311、1321、1331、1341、2311、2321、2331、2341、3311、3321、3331、3341及一与所述电池组整合串联的BMS系统（Battery ManagementSystem，其中包含主动或被动平衡电池系统）1312、1322、1332、1342、2312、2322、2332、2342、3312、3322、3332、3342，而本发明优选实施方式为电池并联时应以电压相近的电池并联、串联时应以容量相近的电池组串联，电池组串联需采用容量相近电池组，使所述电池组串并联后供应负载效率较高；若电池组串并联采用相同电化学电压及容量的电池组一同供应负载效率最高，若电池组串并联采不同电化学电压及容量的电池组一同供应负载效率最差，其中
这些保护二极管121、122、123、124、221、222、223、224、321、322、323、324的N端分别连接于这些控制开关11、21、31的一端，这些保护二极管121、122、123、124、221、222、223、224、321、322、323、324的P端分别连接于这些电池单元131、132、133、134、231、232、233、234、331、332、333、334的一端，此种二极管的接法是作为防止逆流而将电池烧毁或生命周期急骤衰减等保护，其中，所述依序连接的并联电池组1、2、3中，以所述并联电池组1、2为例，所述后一组并联电池组2的控制开关21的另一端与前一组并联电池组1的这些电池单元131、132、133的另一端电性连接，在所述控制开关11、21、31都连通的情况下，对电动车5供电；以及
一控制电路4，包括多个信号处理单元41、42、43及一可为单芯片的微处理器44，这些信号处理单元41、42、43的输入端分别与这些电池单元的BMS系统1312、1322、1332、1342、2312、2322、2332、2342、3312、3322、3332、3342中的异常信号输出线及所述共同输出端14、24、34连接，通过异常信号或电压异常来判断电池1311、1321、1331、1341、2311、2321、2331、2341、3311、3321、3331、3341是否故障，而所述信号处理单元41的输出端与所述微处理器44电性连接，所述微处理器44分别与这些并联电池组1、2、3的控制开关11、21、31的另一端电性连接，当单颗电池芯或单颗电池组发生异常，即可通过微处理器44断开这些控制开关11、21、31，使并联电池组11、21、31停止对电动车供电，并可隔离电池组间的连通，防止串联电池组间环流的流通；此外，因为只要断开这些控制开关11、21、31的其中一个，整个串并联模块就停止供电，故，多组并联电池组1、2、3串联时可仅在首组所述并联电池组1设置一个控制开关11，所述控制开关11同样与所述微处理器44连接，后续串联连接的这些并联电池组2、3不需设置这些控制开关21、31，同样可达到在信号异常时停止整个串并联模块供电的功效。
本发明电池单元131、132、133、134、231、232、233、234、331、332、333、334也可以仅包含至少一电池1311、1321、1331、1341、2311、2321、2331、2341、3311、3321、3331、3341，即不包含BMS系统1312、1322、1332、1342、2312、2322、2332、2342、3312、3322、3332、3342的结构来实施，而所述控制电路4仅需连接这些共同输出端14、24、34即可检测并联电池组1、2、3中的电池1311、1321、1331、1341、2311、2321、2331、2341、3311、3321、3331、3341电压是否异常如整组电池组是否短路开路、电池组电池芯是否开路短路，进而控制这些控制开关11、21、31，因此，本发明可同时适用于具有BMS系统的电池或不具有BMS系统的电池（裸电池）的串、并联应用。
本发明具有下列优点：
1.本发明可因应所需电压及电流值分别以串联多个并联的电池组而达到电动车所需的电压及续航力；
2.将二极管联接，即可个别对并联的电池单元以及串联后的并联电池组作为防逆流保护；
3.内含BMS系统的电池或不含BMS系统的电池皆适用在本发明的矩阵联接模块；
4.使用单芯片控制，耗能低。
5.可依照电池组织通信协议与信号处理单元及微处理器经通信取得控制法，控制开关元件开断以停止供电，达到对电池及电动车保护功能。
6.不需对电池组内的BMS更改，还具有弹性。
综上所述，本发明以串并联矩阵的整合电池组以及二极管联接与控制电路的保护，达到安全、稳定地提供电动车电力系统所需的电压及续航力。

Claims (9)

1.一种电池组应用模块，其特征在于，包括：
至少一可设为依序串联连接的并联电池组，所述并联电池组包括一控制开关、多个保护二极管、多个电池单元及一共同输出端，所述保护二极管分别与所述电池单元串联，所述电池单元分别包含至少一电池，其中，所述保护二极管的N端分别与所述控制开关的一端电性连接，所述保护二极管的P端分别与所述电池单元的一端电性连接；以及
一控制电路，包括至少一信号处理单元及一微处理器，所述信号处理单元的输入端与所述共同输出端电性连接，所述信号处理单元的输出端与所述微处理器电性连接，所述微处理器分别与所述控制开关的另一端电性连接。
2.根据权利要求1所述的电池组应用模块，其特征在于，当所述并联电池组设为多个时，所述并联电池组之间为依序串联连接，依序串联连接的所述并联电池组中，后一组所述并联电池组的控制开关的另一端与前一组所述并联电池组的所述电池单元的另一端电性连接。
3.根据权利要求2所述的电池组应用模块，其特征在于，所述电池单元的所述电池与一BMS系统串联，所述信号处理单元的输入端与所述BMS系统的异常输出信号线及所述共同输出端电性连接。
4.根据权利要求1所述的电池组应用模块，其特征在于，所述控制开关为开关元件。
5.根据权利要求1所述的电池组应用模块，其特征在于，所述保护二极管可为肖特基二极管或快速二极管或整流二极管。
6.根据权利要求1所述的电池组应用模块，其特征在于，所述电池可为不同化学性质种类且不同电量的电池，或不同化学性质种类且相同电量的电池，或同化学性质种类且相同电量的电池，或同化学性质种类且不同电量的电池。
7.根据权利要求6所述的电池组应用模块，其特征在于，当所述电池并联采用电化学电压相近的电池且所述电池组串联采用容量相近的电池组时，所述电池并联并且所述电池组串联后供应负载效率较高，或者，当采用相同电化学电压及相同容量的电池进行所述电池并联并且所述电池组串联时，所述电池并联并且所述电池组串联负载效率最高，或者，当采用不同电化学电压及不同容量的电池进行所述电池并联并且所述电池组串联时，负载效率最差。
8.根据权利要求1所述的电池组应用模块，其特征在于，所述微处理器为单芯片。
9.根据权利要求2所述的电池组应用模块，其特征在于，当所述并联电池组设为多个时，首组所述并联电池组设置有所述控制开关，后续串联的所述并联电池组不设置所述控制开关。
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