CN109065976A - 二极管续流的化学电源电池组 - Google Patents

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史佳超
李克锋
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Abstract

本发明公开了二极管续流的化学电源电池组，该电池组包含二极管组、单元电池、外壳、功率输出接口、充电维护接口。二极管组采用1个或多个二极管组成，提高二极管的功率能力和防反向击穿能力。当电池组中的某个单元电池极柱连接失效或损坏而不能对外输出，则整个供电回路可以通过故障单元电池并联的二极管组继续对外供电，保证电池组对外输出电能，避免运载火箭或导弹等因个别单元电池供电失效而失控。在化学电源电池组内部采用单元电池并联二极管的方法，可以提高化学电源电池组供电的可靠性，在运载火箭、导弹以及武器等可靠性要求高的领域具有极大的推广应用价值。

Description

二极管续流的化学电源电池组
技术领域
本发明涉及化学电源电池组，特别是二极管续流的化学电源电池组。
背景技术
化学电源作为一种直流电源的载体，在在航天领域的应用非常广泛。目前，航天常用的化学电源包括锂离子电池、锂一次电池、锌银电池、热电池、镉镍电池、镍氢电池等。对于航天产品，必须保证电池组在高强度力学环境条件仍然具有很高的可靠性，然而传统化学电源电池组在可靠性提高达到一定程度后，则很难再达到提高的效果，而电池组这种内部个别单元电池失效的风险仍然则一直存在。一旦风险发生，则造成整个电池组供电失效，从而导致火箭或导弹的发射任务失败。因此，非常有必要通过其他措施以实现电池组可靠性能的提高。
CN103718362A《燃料电池旁路二极管结构和附接方法》采用旁路二极管对燃料电池进行续流；针对对象为化学电源。CN106463516A《电池内旁路二极管》针对的是太阳能电池，CN101950722B《一种具有旁路二极管的晶体硅的制备方法》针对的是太阳能电池，CN104577995A《带续流电路的锂电池保护电路装置》针对的是锂电池保护电路装置。如上专利所涉及的对象与本发明的对象不同，同时本专利内容声明不涉及光伏电池和燃料电池，另外，本专利涉及的续流部分为二极管串并联形成的二极管组，相对其他专利具有更好的优势。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是：解决了运载火箭、导弹等化学电源电池组内部个别单元电池连接失效或损坏等失效后续流的问题，提高了电池组供电的可靠性。
本发明的解决方案是：二极管续流的化学电源电池组，包含多个串联的单元电池、与单元电池并联的二极管组、功率输出接口、维护接口，所述二极管组之间用导线或跨接片串联起来，二极管组的正极与对应单元电池的负极连接，二极管组的负极极与对应单元电池的正极连接。
进一步，二极管单向导通，二极管允许电流从其正极流向负极，而二极管反向漏电流基本可以忽略不计，单元电池的正极与二极管的负极连接导通，单元电池的负极与二极管的正极连接导通，构成了二极管与单元电池反向连接的结构形式，单元电池不会发生短路情况。
当某单元电池发生断路故障或容量耗尽时，与该单元电池并联的二极管组件与其他单元电池重新构成放电回路，继续进行后续放电，保证用电设备的正常运行。所述单元电池为单体电池或若干个单体电池并联组成，每个单元电池内部所有单体电池正极连接导通，所有负极连接导通。
进一步，所述单体电池为化学电源电池，类型包括锂离子电池、锂一次电池、热电池、镉镍电池、镍氢电池、锌银电池、锌银贮备电池等，不包括光伏电池、燃料电池和其他物理电源。
进一步，所述二极管组为一个或多个二极管串并联组成。并联二极管正极连接在一起并导通，并联二极管负极连接在一起并导通，串联二极管数量最大不超过2个。
进一步，所述功率输出接口，包括功率输出正(P+)、功率输出负(P-)，功率输出正(P+)与串联单元电池[1]总正连接导通，并与串联二极管组总负连接导通，实现总功率的输出。
进一步，所述维护接口，通过电压采样线接点(U0～Un)，充电线接点(C+、C-，一次锂电无此接点)，各接点之间不相连接，通过维护接口可实现电池组的监测和充电(一次锂电无需充电)。电压采样线接点连接到相邻单元电池之间的任意导通接点上并导通，U0接点连接到电池组总负，并导通，Un连接到电池组总正上并导通(其中n为串联单元电池数量，且不小于2)。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的二极管续流的化学电源电池组原理简单，性能可靠，非常适合应用于供电可靠性要求高的场合。
(2)本发明的二极管续流的化学电源电池组可以实现单元电池故障后继续对外提供电流(即续流)，保证用电设备继续正常运转。
附图说明
图1为本发明的二极管续流的化学电源电池组电路连接示意图；
图2为本发明的正常电池组工作过程电流流向示意图；
图3为本发明的示例故障电池组工作过程电流走向示意图；
图4为本发明的串联数为1的二极管组示意图；
图5为本发明的串联数为2的二极管组示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的二极管续流的化学电源电池组电路连接示意图，包含多个串联的单元电池1、与单元电池1并联的二极管组2、功率输出接口3、维护接口4等，所述二极管组2之间用导线或跨接片串联起来，二极管组2的正极与对应单元电池1的负极连接，二极管组2的负极极与对应单元电池1的正极连接。二极管单向导通，二极管允许电流从其正极流向负极，而二极管反向漏电流基本可以忽略不计，单元电池的正极与二极管的负极连接导通，单元电池的负极与二极管的正极连接导通，构成了二极管与单元电池反向连接的结构形式，单元电池不会发生短路情况。所述单元电池1为单体电池或若干个单体电池并联组成，每个单元电池内部所有单体电池正极连接导通，所有负极连接导通。所述二极管组2为一个或多个二极管串并联组成。所述功率输出接口3，包括功率输出正(P+)、功率输出负(P-)，功率输出正(P+)与串联单元电池1总正连接导通，并与串联二极管组2总负连接导通，实现总功率的输出。所述维护接口4，通过电压采样线接点(U0～Un)，充电线接点(C+、C-，一次锂电无此接点)，各接点之间不相连接，通过维护接口可实现电池组的监测和充电(一次锂电无需充电)。电压采样线接点连接到相邻单元电池之间的任意导通接点上并导通，U0接点连接到电池组总负，并导通，Un连接到电池组总正上并导通(其中n为串联单元电池数量，且不小于2)。
如图2所示，本发明的正常电池组工作过程电流流向示意图，工作过程中，电流从每个单元电池的正极流出，负极流入，从而构成对外供电回路。
如图3所示，本发明的示例故障电池组工作过程电流流向示意图，工作过程中，单元电池2连接处发生故障(或容量耗尽)，电流从二极管组二的正极流入，负极流出，而其他单元电池的正极流出、负极流入，重新构成放电回路，由此实现了电池组对外的续电功能。
如图4所示，本发明的串联数为1的二极管组示意图，所述二极管组由m(m为不小于1的整数)个二极管组成，并联二极管正极连接在一起并导通，并联二极管负极连接在一起并导通，该结构可增大二极管的电流通过能力。
如图5所示，本发明的串联数为2的二极管组示意图，所述二极管组由m+s(m为不小于1的整数，s为不小于1的整数)个二极管组成，m个并联二极管正极连接在一起并导通，并联二极管负极连接在一起并导通，n个并联二极管正极连接在一起并导通，并联二极管负极连接在一起并导通，然偶两个并联后的二极管再串联导通，该结构可以增加二极管抗反向击穿的能力。

Claims (6)

1.一种二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：包含多个串联的单元电池[1]、与单元电池[1]并联的二极管组[2]、功率输出接口[3]、维护接口[4]；
所述二极管组[2]之间用导线或跨接片串联起来，二极管组[2]的正极与对应单元电池[1]的负极连接，二极管组[2]的负极与对应单元电池[1]的正极连接。
2.根据权利要求1所述的二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：所述单元电池[1]为单体电池或若干个单体电池并联组成，每个单元电池内部所有单体电池正极通过导线或跨接片连接导通，所有负极通过导线或跨接片连接导通。
3.根据权利要求2所述的二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：所述单体电池为化学电源电池，类型包括锂离子电池、锂一次电池、热电池、镉镍电池、镍氢电池、锌银电池、锌银贮备电池。
4.根据权利要求1所述的二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：所述二极管组[2]为一个或多个二极管串并联组成；并联二极管正极连接在一起并导通，并联二极管负极连接在一起并导通，串联二极管数量为一或二。
5.根据权利要求1所述的二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：所述功率输出接口[3]，包括功率输出正、功率输出负，功率输出正与串联单元电池[1]总正连接导通，并与串联二极管组[2]总负连接导通。
6.根据权利要求1所述的二极管续流的化学电源电池组，其特征在于：所属维护接口[4]，包括电压采样线接点U0～Un，充电线接点C+、C-，各接点之间不相连接；电压采样线接点连接到相邻单元电池之间的任意导通接点上并导通，U0接点连接到电池组总负，并导通，Un连接到电池组总正上并导通，其中n为串联单元电池数量，n大于或等于2。
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