CN108988445A - 一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，包括负载、电池组、直流电源、一次电源，还包括放电开关串联单元或者充电开关串联单元；所述放电开关串联单元包括电源端、负载端、电池端；所述充电开关串联单元包括电源端、负载端、电池端；与现有技术相比，本发明电池组的充电控制和放电控制独立进行，并且可以多路直接供电，其结构简单、成本低、应用灵活。能够对不同种类、不同平台电压、不同厂家批次、不同寿命状态的电池组进行并联运行控制。此外，还可以使用多组隔离的一次电源向电池组充电以及向负载供电。

Description

一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电池保护及控制领域，属于锂电池等相关电池的管理系统，特别是对多种不同电池组并联充放电控制的应用系统。

背景技术

随着锂电池和储能技术的发展，对电池管理系统的要求也越来越高。不同种类的电池和不同厂家、批次、状态的电池经常会在一些应用场景中使用，因此多电池组并联充放电控制系统在电池组并联应用的安全性和寿命方面显得尤为重要。

由于不同种类的电池平台电压不同，因此如果把两组不同种类的电池直接并在一起会使得平台电压高的电池充不满，而平台电压低的电池放不出。同样种类的电池由于厂家、批次、状态的不同，其特性曲线也存在差异，因此也会引起同样问题。

目前对电池进行充放电控制方面，特别是并联控制方面主要采用两个反向串联的MOSFET组成双向电子开关或者采用机械开关与电子开关并联的控制方式，结构简单，成本较低，但是功能较为单一，不适合复杂供电系统中的应用。例如中国专利CN101830269A、CN203261014U、CN104242253A、CN104617613A、CN107425561A、CN105119361A分别公开了几种不同形式的双向开关电池组控制电路及其控制方法。这些方案仅能控制双向开关对充电或者放电进行起停控制。由于两个电力电子器件组成的双向开关，本质上与一个机械开关如接触器等功能相同，因此无法实现多组电池并联中的独立控制，特别是对于多个新能源供电的系统中，该功能尤其重要，可以对电池的充电电流进行限制和保护，对电池的寿命和安全性都具有重要的意义。

中国专利CN107154665A公开了一种采用DC/DC变换器的电池控制装置，该装置采用了三组双向电子开关，另外还采用了两个高速电力电子开关和电感组成的DC/DC变换器，结构非常复杂，成本高，而且控制系统也非常复杂。所占电池组的成本比例太高，不合适多组电池的应用。

中国专利CN205945144U公开了一种采用DC/DC变换器的电池控制装置，该装置结构比较简单，但是只能对电池组的充电过程进行控制，无法控制放电过程，特别是当电池过放电时，该控制器无法对电池进行保护，容易引起锂电池的安全问题。

综上所述，现有技术中简单的双向开关控制模式比较简单，成本低，但是功能单一，只能控制充放电的起停，无法在复杂的储能系统中得到应用。带有DC/DC变换器的系统结构过于复杂，控制难度大，而且成本高，尤其在小功率系统中所占成本比例较大，因此不适合多电池组的并联应用。此外现有的技术中均没有考虑多个一次电源供电应用场景。

发明内容：

本发明的目的是为了提供一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，与现有技术相比，本发明电池组的充电控制和放电控制独立进行，并且可以多路直接供电，其结构简单、成本低、应用灵活。能够对不同种类、不同平台电压、不同厂家批次、不同寿命状态的电池组进行并联运行控制。此外，还可以使用多组隔离的一次电源向电池组充电以及向负载供电。

本发明采用的技术方案为：

为了达到上述目的，本发明的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，包括负载、电池组、直流电源、一次电源，还包括放电开关串联单元或者充电开关串联单元；所述放电开关串联单元包括电源端、负载端、电池端；所述充电开关串联单元包括电源端、负载端、电池端；

所述一次电源与直流电源的输入端相连，负载、电池组、直流电源的一端连在一起，另外一端分别与放电开关串联单元的负载端、电池端、电源端相连；

所述一次电源与直流电源的输入端相连，负载、电池组、直流电源的一端连在一起，另外一端分别与充电开关串联单元的负载端、电池端、电源端相连。

所述放电开关串联单元还包括充电二极管、充电功率开关、放电功率开关、短接器、直供电二极管、控制器；

所述放电功率开关与充电功率开关串联连接在负载和电池组之间，其中间连接点与充电二极管阳极相连，充电二极管的阴极与短接器和电源端连接在一起，短接器的另外一端与直供电二极管的阴极相连，直供电二极管的阳极与放电功率开关的另外一端和负载端连接在一起，充电功率开关的另外一端连接电池端，控制器检测电池组的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组的总电压，并对充电功率开关、放电功率开关进行控制。

所述充电开关串联单元还包括放电二极管、充电功率开关、放电功率开关、短接器、直供电二极管、控制器；

所述充电功率开关与放电功率开关串联连接在电池组和直流电源之间，其中间连接点与放电二极管阴极相连，放电二极管的阳极与直供电二极管阳极和负载端连接在一起，直供电二极管的阴极和短接器的一端相连，短接器的另一端与充电功率开关和电源端相连接，放电功率开关的另一端与电池端连接，控制器检测电池组的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组的总电压，并对充电功率开关、放电功率开关进行控制。

所述放电开关串联单元中的短接器将直供电二极管接入电路，或者将其从电路中断开，短接器可以手动控制也可以通过控制器进行自动控制；

所述充电开关串联单元中的短接器可以用短接片短接，将直供电二极管接入电路，或者将其从电路中断开；短接器可以手动控制也可以通过控制器进行自动控制。

通过控制器仅控制充电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源向直流电源供电并通过充电功率开关和充电二极管向电池组充电；

通过控制器仅控制放电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组通过放电功率开关和充电功率开关体内的反并联二极管向负载放电；

将短接器短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过直供电二极管和短接器向负载供电；

将短接器短接，并通过控制器控制充电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过充电功率开关和充电二极管向电池组充电，同时通过直供电二极管和短接器向负载供电；

将短接器短接，通过控制器控制放电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过直供电二极管和短接器向负载优先供电，不足的供电部分由电池组通过放电功率开关和充电功率开关体内的反并联二极管补充向负载放电，满足负载用电需求。

通过控制器仅控制充电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源向直流电源供电并通过充电功率开关和放电功率开关的体内反并联二极管向电池组充电；

通过控制器仅控制放电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组通过放电功率开关和放电二极管向负载放电；

将短接器短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过直供电二极管和短接器向负载供电；

将短接器短接，并通过控制器控制充电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过充电功率开关和放电功率开关的体内反并联二极管向电池组充电，同时通过直供电二极管和短接器向负载供电；

将短接器短接，通过控制器控制放电功率开关导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源向直流电源供电并通过直供电二极管和短接器向负载优先供电，不足的供电部分由电池组通过放电功率开关和放电二极管补充向负载放电，满足负载用电需求。

n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元的电池端分别与n个电池组连接；所述一次电源与直流电源的输入端相连，负载、直流电源与n个电池组另外一端连在一起，负载另外一端与n个放电开关串联单元的负载端相连，直流电源与n个放电开关串联单元的电源端相连，使n个电池组的充电回路和放电回路分开；将所述放电开关串联单元由充电开关串联单元代替，可以实现同样功能。

n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元的短接器断开，通过控制器控制i(i<n)个放电开关串联单元的放电功率开关导通，同时控制另外j(j≤n-i)个放电开关串联单元的充电功率开关导通；所述一次电源向直流电源供电并通过j(j≤n-i)个放电开关串联单元中的的充电功率开关分别向电池组充电，同时i(i<n)个电池组通过所连接的放电开关串联单元中的放电功率开关向负载放电；将所述放电开关串联单元由充电开关串联单元代替，可以实现同样功能。

n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元的短接器短接，通过控制器控制i(i<n)个放电开关串联单元的放电功率开关导通；所述一次电源向直流电源供电并通过放电开关串联单元的直供电二极管和短接器向负载优先供电，同时不足的供电部分由i个电池组通过与之相连接的放电开关串联单元中的放电功率开关和充电功率开关体内的反并联二极管补充向负载放电，满足负载用电需求；将所述放电开关串联单元由充电开关串联单元代替，可以实现同样功能。

n组一次电源供电时，所述n个放电开关串联单元的电池端分别与n个电池组连接；所述n个一次电源分别与n个直流电源的输入端相连，且n个直流电源与n个放电开关串联单元的电源端分别相连；负载与n个直流电源和电池组另外一端连在一起，负载另外一端与n个放电开关串联单元的负载端相连；使n个电池组的充电回路分别独立，且放电回路并联向负载供电；将所述放电开关串联单元由充电开关串联单元代替，可以实现同样功能。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明的一个效果在于，仅在两个串联半导体功率开关的基础上增加了两个二极管和一个短接器，结构非常简单，成本低，控制灵活，适应多种不用应用场景。

本发明的一个效果在于，电池组的充电控制和放电控制可以独立进行，利用二极管单向导通特性，避免产生电池组之间的环流。

本发明的一个效果在于，当电池组作为备电运行时，电源可以直接向负载供电，避免锂电池等浮充引起副反应，降低电池使用寿命。

本发明的一个效果在于，可以控制优先利用电源向负载供电，电源电能不足部分由电池组提供，适合风能、太阳能等新能源应用领域。

本发明的一个效果在于，可以对不同种类、不同平台电压、不同厂家批次、不同寿命状态的电池组进行并联运行控制。

本发明的一个效果在于，可以使用多组隔离的一次电源向电池组充电以及向负载供电。

附图说明

图1传统电池组控制器示意图；

图2是本发明中放电侧开关串联控制装置示意图；

图3是本发明中充电侧开关串联控制装置示意图；

图4是本发明中独立充电控制示意图；

图5是本发明中独立放电控制示意图；

图6是本发明中独立外部供电示意图；

图7是本发明中同时充电与外部供电示意图；

图8是本发明中电源优先供电示意图；

图9是本发明中多组电池并联示意图；

图10是本发明中多组电池并联独立充放电示意图；

图11是本发明中多组电池并联优先供电示意图；

图12是本发明中多组一次电源供电应用实施例。

附图中，各标号所代表的部件：

1、负载，2、电池组，3、直流电源，4、一次电源，5、放电开关串联单元，6、充电开关串联单元，501、充电二极管，502、充电功率开关，503、放电功率开关，504、短接器，505、直供电二极管，506、电源端，507、负载端，508、电池端，509、控制器,601、放电二极管，602、充电功率开关，603、放电功率开关，604、短接器，605、直供电二极管，606、电源端，607、负载端，608、电池端，609、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的介绍。

传统的电池保护板、合路器、并路器都有一个共同的特点，其充电控制电路和放电控制电路均由一个双向功率半导体开关控制，见图1。该电路结构虽然简单，但是使用不够灵活，无法应用复杂的供电系统。例如通讯基站的备电系统中，有市电供电，有风力发电，有太阳能发电，还有柴油发电机发电，同时还需要备用电池处于待机状态，一旦供电停止，就需要由蓄电池供电。传统的备电电池均有铅酸电池组成，随着锂电池的应用，特别是梯次锂电池的应用，使备电电池的种类增多，运行状态复杂，特别是锂电池不适合浮充备电工作，因此对多组不同种类电池的控制就需要更加灵活，特别是在供电一次电源较多、种类复杂的情况下，需要更加灵活，结构简单，控制方便的多组电池并联控制装置。

本实施例中一次电源4与直流电源3的输入端相连，负载1、电池组2、直流电源3的一端连在一起，另外一端分别与放电开关串联单元5的负载端507、电池端508、电源端506相连，或者与充电开关串联单元6的负载端607、电池端608、电源端606相连，见图2和图3。

所述放电开关串联单元5还包括充电二极管501、充电功率开关502、放电功率开关503、短接器504、直供电二极管505、控制器509。在电池组2放电回路中尽管充电功率开关502和放电功率开关503串联，但是这两个功率开关并非仅仅组成一个双向电子开关，而是有各自的独立功能，可以配合其他器件如充电二极管501、短接器504、直供电二极管505使用。

所述放电功率开关503与充电功率开关502串联连接在负载1和电池组2之间形成一个放电回路，其中间连接点与充电二极管501阳极相连。充电二极管501的阴极与短接器504和电源端506连接在一起。短接器504的另外一端与直供电二极管505的阴极相连。直供电二极管505的阳极与放电功率开关503的另外一端和负载端507连接在一起。充电功率开关502的另外一端连接电池端508。控制器509检测电池组2的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组2的总电压，并对充电功率开关502、放电功率开关503进行控制。

所述放电开关串联单元5中的短接器504可以用短接片短接，将直供电二极管505接入电路，或者将直供电二极管505从电路中断开。如果采用接触器代替短接器504，可以通过控制器509进行自动控制是否将直供电二极管505接入电路中。短接器504的使用可以使放电开关串联单元5在供电系统中更加灵活配置，特别是在新能源发电储能系统中，可以对不同的发电装置独立控制，并向同一个负载供电。

通常充电功率开关502和放电功率开关503采用IGBT和MOSFET，而充电二极管501和直供电二极管505一般采用肖特基二极管，以便降低导通压降。短接器504一般可以由接线端子和端子片组成。

作为一种优选的实施例，图3在电池组2的充电回路中串联了两个功率开关:充电功率开关602和放电功率开关603，形成充电开关串联单元6。尽管充电功率开关602和放电功率开关603串联，但是这两个功率开关并非仅仅组成一个双向电子开关，而是有各自的独立功能，可以配合其他器件如放电二极管601、短接器604、直供电二极管605使用。

所述充电开关串联单元6包括放电二极管601、充电功率开关602、放电功率开关603、短接器604、直供电二极管605、电源端606、负载端607、电池端608、控制器609。

所述充电功率开关602与放电功率开关603串联连接在电池组2和直流电源3之间形成充电回路，其中间连接点与放电二极管601阴极相连。放电二极管601的阳极与直供电二极管605阳极和负载端607连接在一起。直供电二极管605的阴极和短接器604的一端相连。短接器604的另一端与充电功率开关602和电源端606相连接。放电功率开关603的另一端与电池端608连接。控制器609检测电池组2的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组2的总电压，并对充电功率开关602、放电功率开关603进行控制。

作为一种优选的实施例，如图4所示，其中图4(a)为采用放电开关串联单元5对电池组2进行独立充电控制示意图，图4(b)为采用充电开关串联单元6对电池组2进行独立充电控制示意图。尽管两个电路的拓扑结构不同，但是两个电路所需要的元器件种类和数量完全相同，而且均能够实现相同功能。

当放电开关串联单元5对电池组2进行独立充电控制时，通过控制器509仅控制充电功率开关502导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过充电功率开关502和充电二极管501向电池组2充电，见图4(a)。

本实施例中，充电功率开关502导通，电流从直流电源3的正极流出，经过电池组2后再经过充电功率开关502、充电二极管501回到直流电源3的负极形成回路，并对电池组2进行充电。

优选地，当充电开关串联单元6对电池组2进行独立充电控制时，通过控制器609仅控制充电功率开关602导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过充电功率开关602和放电功率开关603的体内反并联二极管向电池组2充电，见图4(b)，此时不论放电功率开关603是否导通，都能够向电池组2充电，因此通常控制放电功率开关603处于关断状态即可。

本实施例中，充电功率开关602导通，电流从直流电源3的正极流出，经过电池组2后再经过放电功率开关603的体内反并联二极管、充电功率开关602回到直流电源3的负极形成回路，并对电池组2进行充电。

作为一种优选的实施例，如图5所示，其中图5(a)为采用放电开关串联单元5对电池组2进行独立放电控制示意图，图5(b)为采用充电开关串联单元6对电池组2进行独立放电控制示意图。尽管拓扑结构不同，但是两个电路所需要的元器件种类和数量完全相同，而且均能够实现相同功能。

当放电开关串联单元5对电池组2进行独立放电控制时，通过控制器509仅控制放电功率开关503导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组2通过放电功率开关503和充电功率开关502的体内反并联二极管向负载1放电，见图5(a)。此时不论充电功率开关502是否导通，都能够向负载1供电，因此通常控制充电功率开关502处于关断状态即可。

本实施例中，放电功率开关503导通导通，电流从电池组2的正极流出，经过负载1后再经过放电功率开关503、充电功率开关502的体内反并联二极管回到电池组2的负极形成回路，并向负载1进行供电。

优选地，当充电开关串联单元6对电池组2进行独立放电控制时，通过控制器609仅控制放电功率开关603导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组2通过放电功率开关603和放电二极管601向负载1放电，见图5(b)，

本实施例中，放电功率开关603导通，电流从电池组2的正极流出，经过负载1后再经过二极管601、放电功率开关603回到电池组2的负极形成回路，并对负载1进行供电。

作为一种优选的实施例，如图6所示，其中图6(a)为采用放电开关串联单元5对负载1进行外部独立供电控制示意图，图6(b)为采用充电开关串联单元6对负载1进行外部独立供电控制示意图。尽管拓扑结构不同，但是两个电路所需要的元器件种类和数量完全相同，而且均能够实现相同功能。

当放电开关串联单元5对负载1进行独立外部供电控制时，将短接器504短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过直供电二极管505和短接器504向负载1供电，见图6(a)。

如图6(a)所示，本实施例中，短接器504短接，电流从直流电源3的正极流出，经过负载1后再经过直供电二极管505、短接器504回到直流电源3的负极形成回路，并对负载1进行供电。

优选地，当放电开关串联单元6对负载1进行独立外部供电控制时，将短接器604短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过直供电二极管605和短接器604向负载1供电，见图6(b)。

如图6(b)所示，本实施例中，短接器604短接，电流从直流电源3的正极流出，经过负载1后再经过直供电二极管605、短接器604回到直流电源3的负极形成回路，并对负载1进行供电。

本实施例主要针对锂电池等新型电池组，由于锂电池不能长期浮充，防止其副反应影响电池组2的寿命，因此，当电池组2充满电时就需要控制其断开，防止浮充。这时负载1完全由一次电源4和直流电源3供电。通常直流电源3采用恒压供电方式，使负载1的供电稳定。

作为一种优选的实施例，如图7所示，其中图7(a)为采用放电开关串联单元5对电池组2充电同时对负载1进行外部供电控制示意图，图7(b)为采用放电开关串联单元6对电池组2充电同时对负载1进行外部供电控制示意图。尽管拓扑结构不同，但是两个电路所需要的元器件种类和数量完全相同，而且均能够实现相同功能。

当放电开关串联单元5对负载1进行外部供电并向电池组2进行充电控制时，将短接器504短接，并通过控制器509控制充电功率开关502导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过充电功率开关502和充电二极管501向电池组2充电，同时通过直供电二极管505和短接器504向负载1供电，见图7(a)。

如图7(a)所示，本实施例中，短接器504短接且充电功率开关502导通，一路电流从直流电源3的正极流出，经过负载1后再经过直供电二极管505、短接器504回到直流电源3的负极形成回路，并对负载1进行供电。另外一路电流从直流电源3的正极流出，经过电池组2后再经过充电功率开关502、充电二极管501回到直流电源3的负极形成回路，并对电池组2进行充电。

优选地，当放电开关串联单元6对负载1进行外部供电并向电池组2进行充电控制时，将短接器604短接，并通过控制器609控制充电功率开关602导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过充电功率开关602和放电功率开关603体内反并联二极管向电池组2充电，同时通过直供电二极管605和短接器604向负载1供电，见图7(b)。

如图7(b)所示，本实施例中，短接器604短接且充电功率开关602导通，一路电流从直流电源3的正极流出，经过负载1后再经过直供电二极管605、短接器604回到直流电源3的负极形成回路，并对负载1进行供电。另外一路电流从直流电源3的正极流出，经过电池组2后再经过放电功率开关603体内反并联二极管、充电功率开关602回到直流电源3的负极形成回路，并对电池组2进行充电。

本实施例中，当电池组2电能不足且外部的一次电源4供电充足时采用该控制方法。利用一次电源4和直流电源3向负载1供电的同时，如果有多余电能可以向电池组2充电。

作为一种优选的实施例，如图8所示，其中图8(a)为采用放电开关串联单元5控制一次电源4对负载1优先进行供电的同时，供电不足部分由电池组2向负载1供电，图8(b)为采用放电开关串联单元6控制一次电源4对负载1优先进行供电的同时，供电不足部分由电池组2向负载1供电。尽管拓扑结构不同，但是两个电路所需要的元器件种类和数量完全相同，而且均能够实现相同功能。

当外部电源不足以为负载1提供电能时，将短接器504短接，通过控制器509控制放电功率开关503导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过直供电二极管505和短接器504向负载1优先供电，不足的供电部分由电池组2通过放电功率开关503和充电功率开关502的体内反并联二极管补充向负载1放电，满足负载用电需求，见图8(a)。

优选地，当外部电源不足以为负载1提供电能时，将短接器604短接，通过控制器609控制放电功率开关503导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源4向直流电源3供电并通过直供电二极管605和短接器604向负载1优先供电，不足的供电部分由电池组2通过放电功率开关603和放电二极管601补充向负载1放电，满足负载用电需求，见图8(b)。

如图8所示，本实施例中，假设一次电源4不是市电或者大功率柴油发电机，而是风力发电装置或者太阳能发电装置。由于风力发电和太阳能发电所能提供的功率非常不稳定，当一次电源4所能提供的功率小于负载1所需的功率时，就需要电池组2同时向负载1供电。为了优先利用新能源，就需要控制直流电源3转入最大功率点追踪(MPPT)工作模式，优先向负载1通电，而电池组2仅补充电能不足部分。

作为一种优选的实施例，针对大型储能系统，需要多组电池组2进行并联使用，以便达到所需要的储能容量。因此多个电池组2需要进行并联控制。

当n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元5的电池端508分别与n个电池组2连接。所述一次电源4与直流电源3的输入端相连，负载1、直流电源3与n个电池组2另外一端连在一起，负载1另外一端与n个放电开关串联单元5的负载端507相连，直流电源3与n个放电开关串联单元5的电源端506相连，使n个电池组2的充电回路和放电回路分开，见图9。

优选地，如果将图9中的放电开关串联单元5用充电开关串联单元6代替，能够实现相同的功能。

作为一种优选的实施例，需要一次电源4和直流电源3对部分电池组2充电，同时另外部分电池组2向负载供电。这种控制方式将充电电池组2和放电电池组2分开，外部电源不直接向负载供电，本实施例的主要目的是对电池组2的电量能够精确控制。众所周知，电池组2的荷电状态SOC很难在线测量。因此通过该控制策略可以有效提高电池组2的SOC的估计。使控制系统更加精准高效，见图10。

本实施例中，如图10所示。n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元5的短接器504断开，通过控制器6控制i(i<n)个放电开关串联单元5的放电功率开关503导通，同时控制j(j≤n-i)个放电开关串联单元5的充电功率开关502导通。所述一次电源4向直流电源3供电并通过j(j≤n-i)个放电开关串联单元5分别向j个电池组2充电。同时i(i<n)个电池组2通过所连接的放电开关串联单元5中的放电功率开关503向负载1放电。

优选地，如果将图9中的放电开关串联单元5用充电开关串联单元6代替，能够实现相同的功能。

作为一种优选的实施例，当一次电源4采用新能源供电系统时，由于电源的不稳定，就需要电池组2补足一次电源4电能缺口。因此需要控制直流电源3工作在MPPT状态。这时，将所述n个放电开关串联单元5的短接器504进行短接，通过控制器6控制i(i<n)个放电开关串联单元5的放电功率开关503导通。所述一次电源4向直流电源3供电并通过放电开关串联单元5的直供电二极管505和短接器504向负载1优先供电，且工作在MPPT模式。同时一次电源4所提供的电能不足的部分由i个电池组2通过与之相连接的放电开关串联单元5中的放电功率开关503和放电二极管504补充向负载1放电，满足负载用电需求，使供电和用电时刻处于平衡状态，保障负载1的正常运行，见图11。

优选地，如果将图9中的放电开关串联单元5用充电开关串联单元6代替，能够实现相同的功能。

作为一种优选的实施例，在实际应用中，特别是通讯基站供电系统中一次电源4有市电、多个风力发电装置、多个太阳能发电装置、柴油发电系统。这些装置运行特点各不相同，很难将其融合在一起，为了使之更加灵活地组合应用，可以利用多个一次电源4分别控制不同的电池组2，这样也有利于对电池组2充电电流的限制。如果所有电池组2并联在一起充电的话，会使得某些电池组2的充电电流过大，不仅会影响电池寿命，还可能影响锂电池的安全性。因此在n组一次电源4供电时，所述n个放电开关串联单元5的电池端508分别与n个电池组2连接。所述n个一次电源4分别与n个直流电源3的输入端相连，且n个直流电源3与n个放电开关串联单元5的电源端506分别相连。负载1与n个直流电源3和电池组2另外一端连在一起，负载1另外一端与n个放电开关串联单元5的负载端507相连。使n个电池组2的充电回路分别独立，且放电回路并联向负载1供电。本实施例详见图12。如果一次电源4的数量少于电池组2的数量，也可以使一个一次电源4同时给多个电池组2充电。

优选地，如果将图9中的放电开关串联单元5用充电开关串联单元6代替，能够实现相同的功能。

对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，包括负载(1)、电池组(2)、直流电源(3)、一次电源(4)，其特征在于，还包括放电开关串联单元(5)或者充电开关串联单元(6)；所述放电开关串联单元(5)包括电源端(506)、负载端(507)、电池端(508)；所述充电开关串联单元(6)包括电源端(606)、负载端(607)、电池端(608)；

所述一次电源(4)与直流电源(3)的输入端相连，负载(1)、电池组(2)、直流电源(3)的一端连在一起，另外一端分别与放电开关串联单元(5)的负载端(507)、电池端(508)、电源端(506)相连；

所述一次电源(4)与直流电源(3)的输入端相连，负载(1)、电池组(2)、直流电源(3)的一端连在一起，另外一端分别与充电开关串联单元(6)的负载端(607)、电池端(608)、电源端(606)相连。

2.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，所述放电开关串联单元(5)还包括充电二极管(501)、充电功率开关(502)、放电功率开关(503)、短接器(504)、直供电二极管(505)、控制器(509)；

所述放电功率开关(503)与充电功率开关(502)串联连接在负载(1)和电池组(2)之间，其中间连接点与充电二极管(501)阳极相连，充电二极管(501)的阴极与短接器(504)和电源端(506)连接在一起，短接器(504)的另外一端与直供电二极管(505)的阴极相连，直供电二极管(505)的阳极与放电功率开关(503)的另外一端和负载端(507)连接在一起，充电功率开关(502)的另外一端连接电池端(508)，控制器(509)检测电池组(2)的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组(2)的总电压，并对充电功率开关(502)、放电功率开关(503)进行控制。

3.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，所述充电开关串联单元(6)还包括放电二极管(601)、充电功率开关(602)、放电功率开关(603)、短接器(604)、直供电二极管(605)、控制器(609)；

所述充电功率开关(602)与放电功率开关(603)串联连接在电池组(2)和直流电源(3)之间，其中间连接点与放电二极管(601)阴极相连，放电二极管(601)的阳极与直供电二极管(605)阳极和负载端(607)连接在一起，直供电二极管(605)的阴极和短接器(604)的一端相连，短接器(604)的另一端与充电功率开关(602)和电源端(606)相连接，放电功率开关(603)的另一端与电池端(608)连接，控制器(609)检测电池组(2)的单体电池电压和电池充放电电流，以及电池组(2)的总电压，并对充电功率开关(602)、放电功率开关(603)进行控制。

4.如权利要求2和权利要求3所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，所述放电开关串联单元(5)中的短接器(504)将直供电二极管(505)接入电路，或者将其从电路中断开，短接器(504)可以手动控制也可以通过控制器(509)进行自动控制；

所述充电开关串联单元(6)中的短接器(604)可以用短接片短接，将直供电二极管(605)接入电路，或者将其从电路中断开；短接器(604)可以手动控制也可以通过控制器(609)进行自动控制。

5.如权利要求2所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，通过控制器(509)仅控制充电功率开关(502)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过充电功率开关(502)和充电二极管(501)向电池组(2)充电；

通过控制器(509)仅控制放电功率开关(503)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组(2)通过放电功率开关(503)和充电功率开关(502)体内的反并联二极管向负载(1)放电；

将短接器(504)短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过直供电二极管(505)和短接器(504)向负载(1)供电；

将短接器(504)短接，并通过控制器(509)控制充电功率开关(502)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过充电功率开关(502)和充电二极管(501)向电池组(2)充电，同时通过直供电二极管(505)和短接器(504)向负载(1)供电；

将短接器(504)短接，通过控制器(509)控制放电功率开关(503)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过直供电二极管(505)和短接器(504)向负载(1)优先供电，不足的供电部分由电池组(2)通过放电功率开关(503)和充电功率开关(502)体内的反并联二极管补充向负载(1)放电，满足负载用电需求。

6.如权利要求3所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，通过控制器(609)仅控制充电功率开关(602)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立充电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过充电功率开关(602)和放电功率开关(603)的体内反并联二极管向电池组(2)充电；

通过控制器(609)仅控制放电功率开关(603)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立放电功能，由电池组(2)通过放电功率开关(603)和放电二极管(601)向负载(1)放电；

将短接器(604)短接，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的独立供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过直供电二极管(605)和短接器(604)向负载(1)供电；

将短接器(604)短接，并通过控制器(609)控制充电功率开关(602)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的同时充电与外部供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过充电功率开关(602)和放电功率开关(603)的体内反并联二极管向电池组(2)充电，同时通过直供电二极管(605)和短接器(604)向负载(1)供电；

将短接器(604)短接，通过控制器(609)控制放电功率开关(603)导通，实现一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置的优先供电功能，由一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过直供电二极管(605)和短接器(604)向负载(1)优先供电，不足的供电部分由电池组(2)通过放电功率开关(603)和放电二极管(601)补充向负载(1)放电，满足负载用电需求。

7.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元(5)的电池端(508)分别与n个电池组(2)连接；所述一次电源(4)与直流电源(3)的输入端相连，负载(1)、直流电源(3)与n个电池组(2)另外一端连在一起，负载(1)另外一端与n个放电开关串联单元(5)的负载端(507)相连，直流电源(3)与n个放电开关串联单元(5)的电源端(506)相连，使n个电池组(2)的充电回路和放电回路分开；将所述放电开关串联单元(5)由充电开关串联单元(6)代替，可以实现同样功能。

8.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元(5)的短接器(504)断开，通过控制器(509)控制i(i<n)个放电开关串联单元(5)的放电功率开关(503)导通，同时控制另外j(j≤n-i)个放电开关串联单元(5)的充电功率开关(502)导通；所述一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过j(j≤n-i)个放电开关串联单元(5)中的的充电功率开关(502)分别向电池组(2)充电，同时i(i<n)个电池组(2)通过所连接的放电开关串联单元(5)中的放电功率开关(503)向负载(1)放电；将所述放电开关串联单元(5)由充电开关串联单元(6)代替，可以实现同样功能。

9.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，n组电池并联应用时，所述n个放电开关串联单元(5)的短接器(504)短接，通过控制器(509)控制i(i<n)个放电开关串联单元(5)的放电功率开关(503)导通；所述一次电源(4)向直流电源(3)供电并通过放电开关串联单元(5)的直供电二极管(505)和短接器(504)向负载(1)优先供电，同时不足的供电部分由i个电池组(2)通过与之相连接的放电开关串联单元(5)中的放电功率开关(503)和充电功率开关(502)体内的反并联二极管补充向负载(1)放电，满足负载用电需求；将所述放电开关串联单元(5)由充电开关串联单元(6)代替，可以实现同样功能。

10.如权利要求1所述的一种串联开关的多路不同种类电池组并联控制装置，其特征在于，n组一次电源(4)供电时，所述n个放电开关串联单元(5)的电池端(508)分别与n个电池组(2)连接；所述n个一次电源(4)分别与n个直流电源(3)的输入端相连，且n个直流电源(3)与n个放电开关串联单元(5)的电源端(506)分别相连；负载(1)与n个直流电源(3)和电池组(2)另外一端连在一起，负载(1)另外一端与n个放电开关串联单元(5)的负载端(507)相连；使n个电池组(2)的充电回路分别独立，且放电回路并联向负载(1)供电；将所述放电开关串联单元(5)由充电开关串联单元(6)代替，可以实现同样功能。