CN106025406A - 一种多电池系统电池切换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动车设备领域，尤其是涉及一种多电池系统的电池切换装置及方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种多电池系统的电池切换装置。通过主正接触器、预充接触器以及多个主负接触器的配合能简单方便的进行电池包之间的切换。使得多个不同特性的电池包混用，提供长里程的供电。本发明包括控制器、电池包正极通断器、电池包负极通断器、被供电装置、n个电池包，用于对被供电装置供电，所有n个电池包正极共点连接，n个电池包正极与电池包正极通断器连接；n个电池包负极分别对应与电池包负极通断器中n个主负接触器对应连接。
Description
技术领域
本发明涉及电动车设备领域，尤其是涉及一种多电池系统的电池切换装置及方法。
背景技术
目前电动汽车均电池均为一种电芯，导致电池包的特性也是固定不变。当底盘动力电池过低无法工作时，则电动汽车无法工作，导致电动车的行驶里程短。进一步，就算使用大功率的电芯的电池包的话就无法同时实现大容量。同理，使用大容量的电池包就很难实现大功率使用，使得电动汽车供电方式单一，无法提供长里程的供电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中无法实现多种不同特性的电池包混用的问题，提供一种多电池系统的电池切换装置及方法。通过主正接触器、预充接触器以及多个主负接触器的配合能简单方便的进行电池包之间的切换。使得多个不同特性的电池包混用，提供长里程的供电。
本发明采用的技术方案如下：
一种多电池系统电池切换装置包括：
控制器，用于控制电池包正极通断器、电池包负极通断器的接通状态，进而控制相应电池包给被供电装置供电；
电池包正极通断器，用于接收控制器正极控制信号，使得相应电池包正极与被供电装置正极连接；
电池包负极通断器，包括n个主负开关器，用于接收控制器负极控制信号，使得对应主负开关器接通，使得与主负开关器对应连接的电池包负极与被供电装置负极连接；
被供电装置，通过电池包正极通断器、电池包负极通断器接通的电池包，为被供电装置供电；
n个电池包，用于对被供电装置供电，所有n个电池包正极共点连接，n个电池包正极与电池包正极通断器连接；n个电池包负极分别对应与电池包负极通断器中n个主负开关器对应连接。
进一步的，所述电池包正极通断器包括主正开关器、预充开关器以及预充电阻，被供电装置正极与主正开关器输出端连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充开关器输出端连接，主正开关器输入端、预充开关器输入端、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正开关器控制端、预充开关器控制端连接；所述电池包负极通断器包括n个主负开关器,控制器第三控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负开关器控制端连接;n个主负接触器输入端分别对应与n个电池包负极连接；n个主负开关器输出端与被供电装置负极共点连接。
进一步的，所述预充电阻阻值与任意电池包的电压值V关系为：Vt=V*[1-exp(-t/RC)]；其中t为充电时间，R为被充电装置的电阻值，C为被供电装置的电容值，Vt为充电时间t后的被供电装置的电压值。
进一步的，所述当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器时，主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端都是接触器控制端；主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端都是接触器静触头；主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端都是接触器动触头；电池包正极通断器包括中主正接触器、预充接触器以及预充电阻，被供电装置正极与主正接触器动触头连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充接触器动触头连接，主正接触器静触头、预充接触器静触头、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正接触器控制端、预充接触器控制端连接，控制器接地端与主正接触器公共端、预充接触器公共端共点连接；电池包负极通断器包括n个主负接触器,控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负接触器控制端连接，控制器接地端与n个主负接触器公共端共点连接；
进一步的，当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是MOS管时，主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端指的是MOS管栅极；主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端指的是MOS管源级；主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端指的是MOS管漏级；电池包正极通断器包括主正MOS管、预充MOS管以及预充电阻，被供电装置正极与主正MOS管漏级连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充MOS管漏级连接，主正MOS管源级、预充MOS管源级、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正MOS管源级栅极、预充MOS管源级栅极端连接；电池包负极通断器包括n个主负MOS管,控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负MOS管栅极连接，n个主负接触器源级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负开关器漏级与被供电装置负极共点连接。
进一步的，当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是IGBT时，主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端指的是IGBT管栅极，主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端指的是IGBT发射级，主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端指的是IGBT集电极；电池包正极通断器包括主正IGBT管、预充IGBT管以及预充电阻，被供电装置正极与主正IGBT管集电极连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充IGBT管集电极连接，主正IGBT管发射极、预充IGBT管发射极、第一电池包正极以及第二电池包正极共点连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正IGBT管栅极、预充IGBT管栅极端连接；电池包负极通断器包括n个主负IGBT管,控制器第三控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负IGBT管栅极连接，n个主负IGBT管发射级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负IGBT管集电极与被供电装置负极共点连接。
一种多电池系统电池切换方法，所述第i电池包切换控制到第j电池包的具体过程是：
步骤1：控制器先断开预充开关器及第i主负开关器，然后控制器接通第j主负开关器和主正开关器，第j电池包通过第j主负开关器、主正开关器给被供电装置供电；其中i∈（1，n）；j∈（1，n）；
步骤2：控制器断开主正开关器及第j主负开关器，则第j电池包不对被供电装置供电；控制器接通第i开关器及预充开关器；
步骤3：控制器控制预负开关器断开，主正开关器接通，则第j电池供电给被供电装置供电切换为第i电池包给被供电装置供电。
进一步的，所述n为2时，对应有两个电池包；则第一电池包切换到第二电池包的过程是：
步骤11：控制器控制预充开关器、第二主负开关器断开，控制第一主负开关器、主正开关器接通，则此时第一电池包对外供电；
步骤12：控制器控制主正开关器、第一主负开关器断开，则第一电池包断开，不对被供电装置供电；控制器控制第二主负开关器接通；
步骤13：控制器控制预充开关器断开，主正开关器接通，则第一电池包切换控制到第二电池包。
进一步的，所述主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器、MOS管或者IGBT。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1）整车获得更大电量；
2）实现了不同电芯混用;
3）使一个电池包系统分拥有不同电芯的优点；
4）可以实现快充同时拥有大容量。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器时的结构图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明相关说明：
1、控制器第一控制端、第二控制端、第三控制端.....第n控制端，可以通过控制器的IO端口发送控制信号实现，控制器接地端也是接地端口。
2、当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器、MOS管或者IGBT时，分别进行说明；
工作原理：
被供电装置正极端与主正开关器输出端连接；被供电装置负极端通过预充电阻与预充开关器输出端连接；n个电池包正极同时与主正开关器输入端、预充开关器输入端共点连接，n个电池包负极与n个主负开关器分别对应连接；控制器控制端分别与主正开关器控制端、预充控制器控制端以及主负开关器控制端。控制器控制端发送接通信号给开关器时，开关器输入端与开关器输出端接通，即控制器控制开关器接通。
1）当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器时，电池包正极通断器包括中主正接触器、预充接触器以及预充电阻，被供电装置正极与主正接触器动触头连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充接触器动触头连接，主正接触器静触头、预充接触器静触头、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正接触器控制端、预充接触器控制端连接，控制器接地端与主正接触器公共端、预充接触器公共端共点连接；电池包负极通断器包括n个主负接触器,控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负接触器控制端连接，控制器接地端与n个主负接触器公共端共点连接；
接触器工作原理是：线圈和静触头（对应图1中所有接触器的第3端口）是固定不动的，当线圈的控制端（对应图1中所有接触器的第4端口）及公共端（对应图1中所有接触器的第5端口）通电后，产生的电磁力克服弹簧的反作用力，将衔铁吸合并使动；接触器动触头与接触器静触头接触，从而接通主电路，即此接触器通电。当线圈断电时，由于电磁吸力消失，衔铁依靠弹簧的反作用力而跳开，动触头和静触头也随之分离，切断主电路，即此接触器断电。
2）当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是MOS管时，电池包正极通断器包括主正MOS管、预充MOS管以及预充电阻，被供电装置正极与主正MOS管漏级连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充MOS管漏级连接，主正MOS管源级、预充MOS管源级、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正MOS管源级栅极、预充MOS管源级栅极端连接；电池包负极通断器包括n个主负MOS管,控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负MOS管栅极连接，n个主负接触器源级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负开关器漏级与被供电装置负极共点连接；
3）当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是IGBT时，电池包正极通断器包括主正IGBT管、预充IGBT管以及预充电阻，被供电装置正极与主正IGBT管集电极连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充IGBT管集电极连接，主正IGBT管发射级、预充IGBT管发射级、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正IGBT管栅极、预充IGBT管栅极端连接；电池包负极通断器包括n个主负IGBT管,控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负IGBT管栅极连接，n个主负IGBT管发射级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负IGBT管集电极与被供电装置负极共点连接。
实施例一：当n等于2时，本装置包括：
控制器，用于控制主路通断器、从路通断器的接通状态，进而控制相应电池包给被供电装置供电；
电池包正极通断器，用于用于接收控制器正极控制信号，使得相应电池包正极与被供电装置正极连接的；
电池包负极通断器，用于接收控制器负极控制信号，使得对应主负接触器接通，使得与主负接触器对应连接的电池包负极与被供电装置负极连接的；
2个电池包，用于通过电池包正极通断器、电池包负极通断器接通的电池包，为被供电装置供电的被供电装置以及用于对被供电装置供电的；
其中所有2个电池包正极共点连接，2个电池包正极与电池包正极通断器连接；2个电池包负极分别对应与电池包负极通断器中2个主负接触器对应连接。
其中电池包正极通断器包括主正接触器、预充接触器以及预充电阻，被供电装置正极与主正接触器动触头连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充接触器动触头连接，主正接触器静触头、预充接触器静触头、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正接触器控制端、预充接触器控制端连接，控制器接地端与主正接触器公共端、预充接触器公共端共点连接。
其中电池包负极通断器包括第一主负接触器（对应附图1中的主负接触器1）和第二主负接触器（附图1中主负接触器2）,控制器第三控制端、第四控制端分别对应与第一主负接触器控制端、第二主负接触器控制端连接，控制器接地端与主负接触器公共端共点连接。
切换过程是：
第一电池包切换到第二电池包的过程是：
步骤11：控制器控制预充接触器、第二主负接触器断开，控制第一主负接触器（对应附图1中的主负接触器1）、主正接触器接通，则此时第一电池包对被供电装置供电，第二电池包不对被供电装置供电；
步骤12：控制器控制主正接触器、第一主负接触器断开，则第一电池包断开，不对被供电装置供电；
步骤13：控制器控制第二主负接触器（附图1中主负接触器2）接通；控制器控制预充接触器断开，主正接触器接通，则第一电池包切换控制到第二电池包，使得第二电池包对被供电装置供电。
第二电池包切换到第一电池包的过程是：
步骤21：控制器控制预充接触器与第一主负接触器（对应图1中主负接触器1）断开，控制器控制第二主负接触器（对应图1中的主负接触器2）以及主正接触器接通，此时第二电池电池2对被供电装置供电；
步骤22：控制器控制主正接触器，第二主负接触器（对应图1中的主负接触器2）断开，此时第二电池包（对应附图1中的电池包2）断开，
步骤23：控制器控制第一主负接触器（对应图1中主负接触器1）以及预充接触器接通，然后控制器控制预负接触器断开，同时主正接触器接通，则第二电池包（附图1中电池包2）切换控制到第一电池包（对应附图1中的电池包1）。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种多电池系统电池切换装置，其特征在于包括：
控制器，用于控制电池包正极通断器、电池包负极通断器的接通状态，进而控制相应电池包给被供电装置供电；
电池包正极通断器，用于接收控制器正极控制信号，使得相应电池包正极与被供电装置正极连接；
电池包负极通断器，包括n个主负开关器，用于接收控制器负极控制信号，使得对应主负开关器接通，使得与主负开关器对应连接的电池包负极与被供电装置负极连接；
被供电装置，通过电池包正极通断器、电池包负极通断器接通的电池包，为被供电装置供电；
n个电池包，用于对被供电装置供电，所有n个电池包正极共点连接，n个电池包正极与电池包正极通断器连接；n个电池包负极分别对应与电池包负极通断器中n个主负开关器对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种多电池系统电池切换装置，其特征在于所述电池包正极通断器包括主正开关器、预充开关器以及预充电阻，被供电装置正极与主正开关器输出端连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充开关器输出端连接，主正开关器输入端、预充开关器输入端、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正开关器控制端、预充开关器控制端连接；所述电池包负极通断器包括n个主负开关器,控制器第三控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负开关器控制端连接;n个主负接触器输入端分别对应与n个电池包负极连接；n个主负开关器输出端与被供电装置负极共点连接。
3.根据权利要求2所述的一种多电池系统电池切换装置，其特征在于所述预充电阻阻值与任意电池包的电压值V关系为：Vt= V * [1-exp(-t/RC)]；其中t为充电时间，R为被充电装置的电阻值，C为被供电装置的电容值，Vt为充电时间t后的被供电装置的电压值。
4.根据权利要求2所述的一种多电池系统的电池切换装置，其特征在于当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器时，则电池包正极通断器包括主正接触器、预充接触器以及预充电阻，电池包负极通断器包括n个主负接触器；主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端指的是接触器控制端；主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端指的是接触器静触头；主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端指的是接触器动触头；被供电装置正极与主正接触器动触头连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充接触器动触头连接，主正接触器静触头、预充接触器静触头、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正接触器控制端、预充接触器控制端连接，控制器接地端与主正接触器公共端、预充接触器公共端共点连接；控制器第3控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负接触器控制端连接，控制器接地端与n个主负接触器公共端共点连接。
5.根据权利要求3所述的一种多电池系统的电池切换装置，其特征在于当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是MOS管时，则电池包正极通断器包括主正MOS管、预充MOS管以及预充电阻，电池包负极通断器包括n个主负MOS管；主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端指的是MOS管栅极；主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端指的是MOS管源级；主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端指的是MOS管漏级；被供电装置正极与主正MOS管漏级连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充MOS管漏级连接，主正MOS管源级、预充MOS管源级、第一电池包正极以及第二电池包正极供电连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正MOS管源级栅极、预充MOS管源级栅极端连接；控制器第三控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负MOS管栅极连接，n个主负接触器源级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负开关器漏级与被供电装置负极共点连接。
6.根据权利要求3所述的一种多电池系统的电池切换装置，其特征在于当主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是IGBT时，则电池包正极通断器包括主正IGBT管、预充IGBT管以及预充电阻，电池包负极通断器包括n个主负IGBT管；主负开关器控制端、主正开关器控制端以及预充开关器控制端指的是IGBT管栅极，主负开关器输入端、主正开关器输入端以及预充开关器输入端指的是IGBT发射级，主负开关器输出端、主正开关器输出端以及预充开关器输出端指的是IGBT集电极；被供电装置正极与主正IGBT管集电极连接，同时被供电装置正极通过预充电阻与预充IGBT管集电极连接，主正IGBT管发射极、预充IGBT管发射极、第一电池包正极以及第二电池包正极共点连接；控制器第一控制端、第二控制端分别对应与主正IGBT管栅极、预充IGBT管栅极端连接；控制器第三控制端到第n+2控制端分别对应与n个主负IGBT管栅极连接，n个主负IGBT管发射级分别对应与n个电池包负极连接；n个主负IGBT管集电极与被供电装置负极共点连接。
7.基于权利要求2之6之一所述切换装置的多电池系统电池切换方法，其特征在于第i电池包切换控制到第j电池包的具体过程是：
步骤1：控制器先断开预充开关器及第i主负开关器，然后控制器接通第j主负开关器和主正开关器，第j电池包通过第j主负开关器、主正开关器给被供电装置供电；其中i∈（1，n）；j∈（1，n）；
步骤2：控制器断开主正开关器及第j主负开关器，则第j电池包不对被供电装置供电；控制器接通第i开关器及预充开关器；
步骤3：控制器控制预负开关器断开，主正开关器接通，则第j电池供电给被供电装置供电切换为第i电池包给被供电装置供电。
8.根据权利要求7所述的一种多电池系统的电池切换方法，其特征在于所述n为2时，对应有两个电池包；则第一电池包切换到第二电池包的过程是：
步骤11：控制器控制预充开关器、第二主负开关器断开，控制第一主负开关器、主正开关器接通，则此时第一电池包对外供电；
步骤12：控制器控制主正开关器、第一主负开关器断开，则第一电池包断开，不对被供电装置供电；控制器控制第二主负开关器接通；
步骤13：控制器控制预充开关器断开，主正开关器接通，则第一电池包切换控制到第二电池包。
9.根据权利要求7所述的一种多电池系统的电池切换方法，其特征在于所述主负开关器、主正开关器以及预充开关器都是接触器、MOS管或者IGBT。
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