CN110293876B - 一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路，包括主电路、故障切除/更替电路；所述主电路由电池B1、B2、B3及电池开关器件S5、S6、S7构成；故障切除/更替电路包括放电低压电池切除/更替电路及充电高压电池切除/更替电路。本发明的电池组故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，用于运行电池组中过高、过低电压电池/电池模组的不停运切除/更替，可保证可靠供电的前提下切除/更替故障电池/电池模组。

Description

一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路
技术领域
本发明涉及电池管理，具体涉及一种电池组的故障的电池/电池模组在线切除/更替电路。
背景技术
目前，由于单体电池电压低容量小等特性，在电化学储能系统以及电动汽车等大功率应用场合下，其电池组往往由大量单体电池经过串并联方式结合，以提高其端电压及容量。
由于电池制造工艺造成的原始参数差异在长期使用过程中将导致电池电压、容量出现明显不同，从而在某些特定工况下使得电池组中出现电压过高、过低的故障电池，此故障电池是电池组发生故障甚至引发火灾的诱因，必须及时切除/更替。
在某些重要工况（医院备用电源使用时）或偏远地区（无法联系厂家维修时），即使发现电池组中某些电池存在故障趋势，为保证供电可靠性，其供电同样不能被切断，使故障电池损害程度进一步加剧，危及整个电池组的安全运行。
无论电池储能系统还是电动汽车，其电池组均由大量单体电池经过串并联形式构成，运行过程中往往存在某些故障电池/电池模组电压过低、过高的情况，为保证电池组的安全运行必须切除/更替此故障电池/电池模组。而故障电池/电池模组的切除/更替往往要在电池组停运情况下进行，无法保证电池的持续供用电，使得供电可靠性降低。
对于电池组中的故障电池/电池模组，目前使用的切除/更替方法为停运切除/更替。此种方式必须停止电池组工作，而在某些重要工况（医院备用电源使用时）或偏远地区（无法联系厂家维修时），即使发现电池组中某些电池存在故障趋势，为保证供电可靠性，其供电同样不能被切断，使故障电池损害程度进一步加剧，危及整个电池组的安全运行。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池组的故障的电池/电池模组在线切除/更替电路。
本发明采用的技术方案是：一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路，包括主电路；所述主电路由电池B1、B2、B3及电池开关器件S5、S6、S7构成，电池B1、B2、B3分别与电池开关器件S5、S6、S7串联；故障切除/更替电路包括放电低压电池切除/更替电路及充电高压电池切除/更替电路；放电低压电池切除/更替电路由低压二极管开关器件S1、S2、S3、S4及放电低压二极管D1、D2、D3构成，放电低压二极管D1、D2、D3依次串联连接，二极管开关器件S1、S2、S3分别连接放电低压二极管D1、D2、D3的负极，二极管开关器件S4连接放电低压二极管D4的正极；充电高压电池切除/更替电路由充电高压开关器件S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14及充电高压二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9构成；充电高压二极管D7、D8、D9依次串联连接，充电高压二极管D4跨接于充电高压开关器件S8、S9之间，充电高压二极管D5跨接于充电高压开关器件S10、S11之间，充电高压二极管D6跨接于充电高压开关器件S12、S13之间，充电高压开关器件S14连接充电高压二极管D9的负极。
进一步地，当电池处于放电状态时，若此时检测到电池B2电压过低必须切除/更替时，依次闭合二极管开关器件S2、S3，而后断开电池开关器件S6；此时主电路电流经过D2与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，切除电池B2；若更换新电池时与上述操作过程相反：首先连接新电池，而后闭合电池开关器件S6，最后断开二极管开关器件S2、S3。
更进一步地，放电低压二极管D2为防止电池B2短路而设置的反向二极管。
更进一步地，当电池处于充电状态时，若此时检测到电池B2电压过高必须切除/更替时，依次闭合充电高压开关器件S10、S11，而后断开电池开关器件S6；当闭合充电高压开关器件S12，而后断开充电高压开关器件S10、S11， 此时主电路电流经过充电高压二极管D8与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，切除电池B2；若更换新电池与上述操作过程相反：首先连接新电池，而后闭合充电高压开关器件S11，而后断开充电高压开关器件S12，而后闭合电池开关器件S6，最后断开充电高压开关器件S11。
更进一步地，充电高压二极管D5为防止电池B2短路而设置的反向二极管。
本发明的优点：
本发明的电池组故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，用于运行电池组中过高、过低电压电池/电池模组的不停运切除/更替，可保证可靠供电的前提下切除/更替故障电池/电池模组。
本发明的电池组故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，可以实现故障电池/电池模组的不停运切除/更替，在保证供电可靠性的基础上，有效切除故障，减小故障电池/电池模组带来的危害。
本发明不仅适用与储能电池系统的故障电池切除/更替，在电动汽车等需要大量单体电池或电池模组串联的场景下均适用，可有效避免因短板电池的存在而导致的事故的发生，提高供电可靠性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1 为本发明实施例的电路结构图；
图2 为本发明实施例的电路放电等效结构图；
图3 为本发明实施例的电路放电开断后等效结构图；
图4 为本发明实施例的电路充电等效结构图；
图5 为本发明实施例的电路充电开断后等效结构图；
图6为本发明实施例的电路充电开断后等效结构图；
图7 为本发明实施例的放电实验故障电池在线切除/更替实验电池组电压波形图；
图8 本发明实施例的放电实验故障电池在线切除/更替实验电池组电流及各单体电池电压波形图；
图9为本发明实施例的充电实验故障电池在线切除/更替实验电池组电压波形图；
图10为本发明实施例的放电实验故障电池在线切除/更替实验电池组电流及各单体电池电压波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，如图1所示，一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路，包括主电路、故障切除/更替电路；所述主电路由电池B1、B2、B3及电池开关器件S5、S6、S7构成，电池B1、B2、B3分别与电池开关器件S5、S6、S7串联；故障切除/更替电路包括放电低压电池切除/更替电路及充电高压电池切除/更替电路；放电低压电池切除/更替电路由低压二极管开关器件S1、S2、S3、S4及放电低压二极管D1、D2、D3构成，放电低压二极管D1、D2、D3依次串联连接，二极管开关器件S1、S2、S3分别连接放电低压二极管D1、D2、D3的负极，二极管开关器件S4连接放电低压二极管D4的正极；充电高压电池切除/更替电路由充电高压开关器件S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14及充电高压二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9构成；充电高压二极管D7、D8、D9依次串联连接，充电高压二极管D4跨接于充电高压开关器件S8、S9之间，充电高压二极管D5跨接于充电高压开关器件S10、S11之间，充电高压二极管D6跨接于充电高压开关器件S12、S13之间，充电高压开关器件S14连接充电高压二极管D9的负极。
图1中电流方向为电池组放电电流方向，其充电为图中标注电流方向的反方向。
当电池处于放电状态时，其电流方向及电路等效结构如图2所示。若此时检测到电池B2电压过低必须切除/更替时，依次闭合二极管开关器件S2、S3，而后断开电池开关器件S6；放电低压二极管D2为防止电池B2短路而设置的反向二极管。
其电路等效结构如图3所示。
此时主电路电流经过D2与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，切除电池B2；若更换新电池时与上述操作过程相反：首先连接新电池，而后闭合电池开关器件S6，最后断开二极管开关器件S2、S3。
当电池处于充电状态时，其电流方向及电路等效结构如图4所示。当电池处于充电状态时，若此时检测到电池B2电压过高必须切除/更替时，依次闭合充电高压开关器件S10、S11，而后断开电池开关器件S6；图4中充电高压二极管D5、D8为防止电池B2短路而设置的反向二极管。
开断后电路等效结构如图5所示。而后闭合充电高压开关器件S12，而后断开充电高压开关器件S10、S11，开断后电路等效结构如图6所示。
此时主电路电流经过充电高压二极管D8与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，可切除电池B2。若更换新电池与上述操作过程向反：首先连接新电池，而后闭合充电高压开关器件S11，而后断开充电高压开关器件S12，而后闭合电池开关器件S6，最后断开充电高压开关器件S11。
本发明的电池组的故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，可通过开关器件与二极管的相互配合及相应的操作流程，实现不影响电池组工作前提下实现电池组中充电、放电时电压过高、过低电池的切除和更替。
为验证本发明的正确性，做了如下实验，相关实验参数如表1所示：
表1
Figure 926915DEST_PATH_IMAGE001
放电阶段故障电池在线切除/更替实验电池组电压波形如图7所示，电池组电流及各单体电池电压波形如图7所示。
由于放电时采用阻性负载放电，在切除故障电池后电池组电压存在下降现象，此时电流虽有下降但并未停止放电，达到了在线切除故障/更替电池目的。
充电阶段故障电池在线切除/更替实验电池组电压波形如图9所示，电池组电流及各单体电池电压波形如图10所示。
由于充电时采用充电机恒流充电模式，在切除故障电池后电池组电压存在下降现象，但从图10中电流曲线可知此时未出现如图8中所示的电池电流下降的状况且并未停止充电，达到了在线切除故障/更替电池目的。
本发明的电池组故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，用于运行电池组中过高、过低电压电池/电池模组的不停运切除/更替，可保证可靠供电的前提下切除/更替故障电池/电池模组。
本发明的电池组故障电池/电池模组的在线切除/更替电路，可以实现故障电池/电池模组的不停运切除/更替，在保证供电可靠性的基础上，有效切除故障，减小故障电池/电池模组带来的危害。
本发明不仅适用与储能电池系统的故障电池切除/更替，在电动汽车等需要大量单体电池或电池模组串联的场景下均适用，可有效避免因短板电池的存在而导致的事故的发生，提高供电可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电池组的故障电池/电池模组在线切除/更替电路，其特征在于，包括主电路、故障切除/更替电路；所述主电路由电池B1、B2、B3及电池开关器件S5、S6、S7构成，电池B1、B2、B3分别与电池开关器件S5、S6、S7串联；故障切除/更替电路包括放电低压电池切除/更替电路及充电高压电池切除/更替电路；放电低压电池切除/更替电路由低压二极管开关器件S1、S2、S3、S4及放电低压二极管D1、D2、D3构成，放电低压二极管D1、D2、D3依次串联连接，二极管开关器件S1、S2、S3分别连接放电低压二极管D1、D2、D3的负极，二极管开关器件S4连接放电低压二极管D4的正极；充电高压电池切除/更替电路由充电高压开关器件S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14及充电高压二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9构成；充电高压二极管D7、D8、D9依次串联连接，充电高压二极管D4跨接于充电高压开关器件S8、S9之间，充电高压二极管D5跨接于充电高压开关器件S10、S11之间，充电高压二极管D6跨接于充电高压开关器件S12、S13之间，充电高压开关器件S14连接充电高压二极管D9的负极；
当电池处于放电状态时，若此时检测到电池B2电压过低必须切除/更替时，依次闭合二极管开关器件S2、S3，而后断开电池开关器件S6；此时主电路电流经过D2与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，切除电池B2；若更换新电池时与上述操作过程相反：首先连接新电池，而后闭合电池开关器件S6，最后断开二极管开关器件S2、S3；
放电低压二极管D2为防止电池B2短路而设置的反向二极管；
当电池处于充电状态时，若此时检测到电池B2电压过高必须切除/更替时，依次闭合充电高压开关器件S10、S11，而后断开电池开关器件S6；当闭合充电高压开关器件S12，而后断开充电高压开关器件S11， 此时主电路电流经过充电高压二极管D8与电池B1、B3串联，而电池B2中无电流流过，切除电池B2；若更换新电池与上述操作过程相反：首先连接新电池，而后闭合充电高压开关器件S11，而后断开充电高压开关器件S12，而后闭合电池开关器件S6，最后断开充电高压开关器件S11；
充电高压二极管D5为防止电池B2短路而设置的反向二极管。
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一种采用电池组并联供电的直流系统;曹亚非等;《电源技术》;20160229;第40卷(第2期);358-360 *

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