CN111682270A - 串并联切换装置及包含串并联切换装置的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种串并联切换装置及包含串并联切换装置的电池组，包括串联切换模块和并联切换模块；串联切换模块将第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块串联连接在一起形成一个电池模组，并联切换模块将多个电池模组并联连接；检测模块分别与第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块连接，检测模块与控制器连接，控制器分别与串联切换模块和并联切换模块连接。本发明的串并联切换装置可改变电池模组内部的多个电池模块的串联连接关系，或者改变电池模组外部多个电池模组的并联连接关系，实现了电池组整体的电压调节或容量调节，以适应不同容量和电压充电器，并且避免了损坏的电池模块对其他电池模块的影响，提高了整个电池组的使用效率。

Description

串并联切换装置及包含串并联切换装置的电池组
技术领域
本发明属于串并联切换技术领域，具体来说，涉及一种串并联切换装置及包含串并联切换装置的电池组。
背景技术
目前，新能源动力锂电池汽车正在不断高速发展，汽车电池是由多个电池模组串并联组成的，整车在使用过程中动力电池难免会出现故障，如电量降低很多和部分电池损坏，并且不同产家生产的电池容量和电压不同，以及电池在充电时可能会遇到不匹配容量和电压充电器，导致汽车行驶受到限制。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种串并联切换装置及包含串并联切换装置的电池组，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种串并联切换装置，包括串联切换模块、并联切换模块、检测模块和控制器；其中，串联切换模块将多个电池模块串联连接在一起形成一个电池模组，并联切换模块将多个电池模组并联连接；检测模块分别与每一所述电池模块电连接和信号连接，检测模块与控制器电连接和信号连接，控制器分别与串联切换模块和并联切换模块电连接和信号连接，以使检测模块检测每一电池模组中每一所述电池模块的状态信息并传输至控制器，控制器根据所述状态信息控制串联切换模块对每一所述电池模块的串联状态进行切换，以及控制并联切换模块对多个电池模组的并联状态进行切换。
通过上述技术方案，串联切换模块对电池模组内部的多个电池模块实现串联连接，并联切换模块在电池模组外部将多个电池模组并联连接，并且通过检测模块的实时检测，改变电池模组内部的多个电池模块的串联连接关系，或者改变电池模组外部多个电池模组的并联连接关系，实现了电池组整体的电压调节或容量调节，以适应不同容量和电压充电器，并且避免了损坏的电池模块对其他电池模块的影响，提高了整个电池组的使用效率。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，还包括电压检测模块，电压检测模块与多个电池模组构成的外电路连接，且电压检测模块的信号输出端与控制器电连接和信号连接；其中，电压检测模块检测外电路的电压并传输至控制器，控制器根据外电路电压需要控制串联切换模块和并联切换模块对多个电池模组的串并联切换。
通过上述技术方案，根据外电路电压需求进行多个电池模组的串并联切换，实现智能调节。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，串联切换模块将第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块串联连接在一起形成一个电池模组。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，串联切换模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；第一开关的连接端作为每一电池模组的正极，第一开关的第一闭合端与第一电池模块的正极和第六开关的第二闭合端连接，第一开关的第二闭合端连接在第二开关的闭合端与第二电池模块的正极之间，第二开关的连接端与第一电池模块的负极和第六开关的第一闭合端连接，第六开关的连接端与第三开关的第二闭合端连接，第三开关的第一闭合端与第二电池模块的负极连接，第三开关的连接端与第三电池模块的正极和第五开关的连接端连接，第三电池模块的负极与第四开关的连接端连接，第四开关的闭合端与第五开关的闭合端连接并作为每一电池模组的负极。
通过上述技术方案，串联切换模块可改变每一电池模组内的三个电池模块的串联关系；当第一开关转向第一闭合端，第三开关转向第一闭合端，第二开关和第四开关闭合时，可实现三个电池模块串联；当第一开关转向第一闭合端，第三开关转向第一闭合端，第二开关和第五开关闭合时，可实现第一电池模块和第二电池模块串联；当第一开关转向第一闭合端，第六开关转向第一闭合端，第三开关的第二闭合端，第五开关闭合时，可实现第一电池模块和第三电池模块串联；当第一开关转向第二闭合端，第三开关转向第一闭合端，第四开关闭合时，可实现第二电池模块和第三电池模块串联；也可以实现第一电池模块、第二电池模块或第三电池模块的单独连接。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，检测模块检测到第一电池模块和/或第二电池模块和/或第三电池模块的故障信息并传输至控制器，控制器根据所述故障信息产生控制信号传输至串联切换模块，串联切换模块接收所述控制信号并控制将第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块中无故障电池串联在一起。
通过上述技术方案，通过检测模块可以检测出在某一电池模组中是否有损坏的电池模块，控制器控制将损坏的电池模块断开，而不会影响其他电池模块。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，串联切换模块还包括接入开关，多个电池模组之间通过接入开关串联连接。
通过上述技术方案，通过接入开关可实现多个电池模组之间的串联连接，并方便增加电池模组。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，控制器根据电压需要控制接入开关接入多个电池模组。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，并联切换模块包括第七开关、第八开关和第九开关；第七开关的连接端作为多个电池模组的正极，第七开关的闭合端与第一个电池模组的正极连接，第八开关的闭合端连接在第一个电池模组的负极与接入开关之间，第九开关的闭合端连接在第二个电池模组的负极与另一接入开关之间，最后一个电池模组、第八开关的闭合端与第九开关的闭合端连接并作为多个电池模组的负极；每两个电池模组之间连接一个接入开关，前一电池模组的负极连接接入开关的第一闭合端，后一电池模组的正极连接接入开关的连接端，接入开关的第二闭合端连接至多个电池模组的正极。
通过上述技术方案，接入开关采用双掷开关，将多个电池模组串联连接，在需要改变电压的情况，接入开关转换闭合端，并联切换模块可改变电池模组之间的并联关系；当第七开关、第八开关和第九开关闭合，三个电池模组之间的两个接入开关转向第二闭合端时，三个电池模组并联在一起；当第七开关、第八开关和第九开关闭合，第二电池模组前的接入开关转向第二闭合端时，第三电池模组前的接入开关断开时，第一电池模组和第二电池模组并联在一起；当第七开关和第八开关闭合，第三电池模组前的接入开关转向第二闭合端时，第一电池模组和第三电池模组并联在一起；当三个电池模组之间的两个接入开关转向第二闭合端，第九开关闭合时，第二电池模组和第三电池模组并联在一起；也可以实现第一电池模组、第二电池模组或第三电池模组的单独连接。
作为对本发明所述的串并联切换装置的进一步说明，优选地，控制器控制接入开关转向第一闭合端，且第七开关、第八开关和第九开关断开，多个电池模组串联连接；控制器控制接入开关转向第二闭合端，同时第七开关、第八开关和第九开关闭合，多个电池模组并联连接。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种电池组，包括多个电池模组和上述的串并联切换装置，所述串并联切换装置包括串联切换模块和并联切换模块，多个电池模组通过并联切换模块并联连接，每一电池模组内部的多个电池模块通过串联切换模块串联连接。
通过上述技术方案，电池组上设置有串并联切换装置，串并联切换装置可实现改变电池组内的串联关系和并联关系，以达到改变电压和容量的目的。
本发明的有益效果：本发明串联切换模块对电池模组内部的多个电池模块实现串联连接，并联切换模块在电池模组外部将多个电池模组并联连接，并且通过检测模块的实时检测，改变电池模组内部的多个电池模块的串联连接关系，或者改变电池模组外部多个电池模组的并联连接关系，实现了电池组整体的电压调节或容量调节，以适应不同容量和电压充电器，并且避免了损坏的电池模块对其他电池模块的影响，提高了整个电池组的使用效率。
附图说明
图1是本发明的串并联切换装置的结构示意图。
图2是本发明的示例的串并联切换装置的结构示意图。
图3是本发明的示例的串联切换模块的结构示意图。
图4是本发明的示例的并联切换模块的结构示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
首先，请参考图1，图1是本发明的串并联切换装置的结构示意图。如图1所示，本发明的一种串并联切换装置，包括串联切换模块1、并联切换模块2、检测模块3和控制器4；其中，串联切换模块1将多个电池模块串联连接在一起形成一个电池模组5，并联切换模块2将多个电池模组5并联连接；检测模块3分别与每一所述电池模块电连接和信号连接，检测模块3与控制器4电连接和信号连接，控制器4分别与串联切换模块1和并联切换模块2电连接和信号连接，以使检测模块3检测每一电池模组5中每一所述电池模块的状态信息并传输至控制器4，控制器4根据所述状态信息控制串联切换模块1对每一所述电池模块的串联状态进行切换，以及控制并联切换模块2对多个电池模组5的并联状态进行切换。
通过上述结构，串联切换模块对电池模组内部的多个电池模块实现串联连接，并联切换模块在电池模组外部将多个电池模组并联连接，并且通过检测模块的实时检测，改变电池模组内部的多个电池模块的串联连接关系，或者改变电池模组外部多个电池模组的并联连接关系，实现了电池组整体的电压调节或容量调节，以适应不同容量和电压充电器，并且避免了损坏的电池模块对其他电池模块的影响，提高了整个电池组的使用效率。
优选地，串并联切换装置还包括电压检测模块6，电压检测模块6与多个电池模组5构成的外电路连接，且电压检测模块6的信号输出端与控制器4电连接和信号连接；其中，电压检测模块6检测外电路的电压并传输至控制器4，控制器4根据外电路电压需要控制串联切换模块1和并联切换模块2对多个电池模组5的串并联切换，串并联切换装置根据外电路电压需求进行多个电池模组的串并联切换，可以实现智能调节。电压检测模块6采用现有技术中如型号为LTC6803等的常规模块。控制器4采用现有技术中如型号为ESBMM-1212等的常规模块。
如图2所示，以三个电池模块组成一个电池模组为例，串联切换模块1将第一电池模块51、第二电池模块52和第三电池模块53串联连接在一起形成一个电池模组5，检测模块3检测每一电池模组5中第一电池模块51、第二电池模块52和第三电池模块53的状态信息并传输至控制器4，控制器4根据所述状态信息控制串联切换模块1对第一电池模块51、第二电池模块52和第三电池模块53的串联状态进行切换，以及控制并联切换模块2对多个电池模组5的并联状态进行切换。
如图3所示，以三个电池模块组成一个电池模组为例，串联切换模块1包括第一开关11、第二开关12、第三开关13、第四开关14、第五开关15和第六开关16；第一开关11的连接端作为每一电池模组5的正极，第一开关11的第一闭合端与第一电池模块51的正极和第六开关16的第二闭合端连接，第一开关11的第二闭合端连接在第二开关12的闭合端与第二电池模块52的正极之间，第二开关12的连接端与第一电池模块51的负极和第六开关16的第一闭合端连接，第六开关16的连接端与第三开关13的第二闭合端连接，第三开关13的第一闭合端与第二电池模块52的负极连接，第三开关13的连接端与第三电池模块53的正极和第五开关15的连接端连接，第三电池模块53的负极与第四开关14的连接端连接，第四开关14的闭合端与第五开关15的闭合端连接并作为每一电池模组5的负极。
通过上述结构，串联切换模块可改变每一电池模组内的三个电池模块的串联关系；当第一开关转向第一闭合端，第三开关转向第一闭合端，第二开关和第四开关闭合时，可实现三个电池模块串联；当第一开关转向第一闭合端，第三开关转向第一闭合端，第二开关和第五开关闭合时，可实现第一电池模块和第二电池模块串联；当第一开关转向第一闭合端，第六开关转向第一闭合端，第三开关的第二闭合端，第五开关闭合时，可实现第一电池模块和第三电池模块串联；当第一开关转向第二闭合端，第三开关转向第一闭合端，第四开关闭合时，可实现第二电池模块和第三电池模块串联；也可以实现第一电池模块、第二电池模块或第三电池模块的单独连接。
其中，检测模块3检测到第一电池模块51和/或第二电池模块52和/或第三电池模块53的故障信息并传输至控制器4，控制器4根据所述故障信息产生控制信号传输至串联切换模块1，串联切换模块1接收所述控制信号并控制将第一电池模块51、第二电池模块52和第三电池模块53中无故障电池串联在一起。因此，在某一电池模组中有损坏的电池模块，控制器控制将损坏的电池模块断开，而不会影响其他电池模块。
如图4所示，以三个电池模块组成一个电池模组为例，串联切换模块1还包括接入开关17，多个电池模组5之间通过接入开关17串联连接。控制器4根据电压需要控制接入开关17接入多个电池模组5。
如图4所示，以三个电池模块组成一个电池模组为例，并联切换模块2包括第七开关21、第八开关22和第九开关23；第七开关21的连接端作为多个电池模组5的正极，第七开关21的闭合端与第一个电池模组5的正极连接，第八开关22的闭合端连接在第一个电池模组5的负极与接入开关17之间，第九开关23的闭合端连接在第二个电池模组5的负极与另一接入开关17之间，最后一个电池模组5、第八开关22的闭合端与第九开关23的闭合端连接并作为多个电池模组5的负极；每两个电池模组5之间连接一个接入开关17，前一电池模组5的负极连接接入开关17的第一闭合端，后一电池模组5的正极连接接入开关17的连接端，接入开关17的第二闭合端连接至多个电池模组5的正极。
通过上述结构，接入开关采用双掷开关，将多个电池模组串联连接，在需要改变电压的情况，接入开关转换闭合端，并联切换模块可改变电池模组之间的并联关系；当第七开关、第八开关和第九开关闭合，三个电池模组之间的两个接入开关转向第二闭合端时，三个电池模组并联在一起；当第七开关、第八开关和第九开关闭合，第二电池模组前的接入开关转向第二闭合端时，第三电池模组前的接入开关断开时，第一电池模组和第二电池模组并联在一起；当第七开关和第八开关闭合，第三电池模组前的接入开关转向第二闭合端时，第一电池模组和第三电池模组并联在一起；当三个电池模组之间的两个接入开关转向第二闭合端，第九开关闭合时，第二电池模组和第三电池模组并联在一起；也可以实现第一电池模组、第二电池模组或第三电池模组的单独连接。
其中，控制器4控制接入开关17转向第一闭合端，且第七开关21、第八开关22和第九开关23断开，多个电池模组5串联连接；控制器4控制接入开关17转向第二闭合端，同时第七开关21、第八开关22和第九开关23闭合，多个电池模组5并联连接，以实现改变电压或容量的目的。
另外，一种电池组，包括多个电池模组5和上述的串并联切换装置，所述串并联切换装置包括串联切换模块1和并联切换模块2，多个电池模组5通过并联切换模块2并联连接，每一电池模组5内部的多个电池模块通过串联切换模块1串联连接。电池组上设置有串并联切换装置，串并联切换装置可实现改变电池组内的串联关系和并联关系，以达到改变电压和容量的目的。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种串并联切换装置，其特征在于，包括串联切换模块(1)、并联切换模块(2)、检测模块(3)和控制器(4)；其中，
串联切换模块(1)将多个电池模块串联连接在一起形成一个电池模组(5)，并联切换模块(2)将多个电池模组(5)并联连接；
检测模块(3)分别与每一所述电池模块电连接和信号连接，检测模块(3)与控制器(4)电连接和信号连接，控制器(4)分别与串联切换模块(1)和并联切换模块(2)电连接和信号连接，以使检测模块(3)检测每一电池模组(5)中每一所述电池模块的状态信息并传输至控制器(4)，控制器(4)根据所述状态信息控制串联切换模块(1)对每一所述电池模块的串联状态进行切换，以及控制并联切换模块(2)对多个电池模组(5)的并联状态进行切换。
2.如权利要求1所述的串并联切换装置，其特征在于，还包括电压检测模块(6)，电压检测模块(6)与多个电池模组(5)构成的外电路连接，且电压检测模块(6)的信号输出端与控制器(4)电连接和信号连接；其中，电压检测模块(6)检测外电路的电压并传输至控制器(4)，控制器(4)根据外电路电压需要控制串联切换模块(1)和并联切换模块(2)对多个电池模组(5)的串并联切换。
3.如权利要求2所述的串并联切换装置，其特征在于，串联切换模块(1)将第一电池模块(51)、第二电池模块(52)和第三电池模块(53)串联连接在一起形成一个电池模组(5)。
4.如权利要求3所述的串并联切换装置，其特征在于，串联切换模块(1)包括第一开关(11)、第二开关(12)、第三开关(13)、第四开关(14)、第五开关(15)和第六开关(16)；第一开关(11)的连接端作为每一电池模组(5)的正极，第一开关(11)的第一闭合端与第一电池模块(51)的正极和第六开关(16)的第二闭合端连接，第一开关(11)的第二闭合端连接在第二开关(12)的闭合端与第二电池模块(52)的正极之间，第二开关(12)的连接端与第一电池模块(51)的负极和第六开关(16)的第一闭合端连接，第六开关(16)的连接端与第三开关(13)的第二闭合端连接，第三开关(13)的第一闭合端与第二电池模块(52)的负极连接，第三开关(13)的连接端与第三电池模块(53)的正极和第五开关(15)的连接端连接，第三电池模块(53)的负极与第四开关(14)的连接端连接，第四开关(14)的闭合端与第五开关(15)的闭合端连接并作为每一电池模组(5)的负极。
5.如权利要求4所述的串并联切换装置，其特征在于，检测模块(3)检测到第一电池模块(51)和/或第二电池模块(52)和/或第三电池模块(53)的故障信息并传输至控制器(4)，控制器(4)根据所述故障信息产生控制信号传输至串联切换模块(1)，串联切换模块(1)接收所述控制信号并控制将第一电池模块(51)、第二电池模块(52)和第三电池模块(53)中无故障电池串联在一起。
6.如权利要求4所述的串并联切换装置，其特征在于，串联切换模块(1)还包括接入开关(17)，多个电池模组(5)之间通过接入开关(17)串联连接。
7.如权利要求6所述的串并联切换装置，其特征在于，控制器(4)根据电压需要控制接入开关(17)接入多个电池模组(5)。
8.如权利要求6所述的串并联切换装置，其特征在于，并联切换模块(2)包括第七开关(21)、第八开关(22)和第九开关(23)；第七开关(21)的连接端作为多个电池模组(5)的正极，第七开关(21)的闭合端与第一个电池模组(5)的正极连接，第八开关(22)的闭合端连接在第一个电池模组(5)的负极与接入开关(17)之间，第九开关(23)的闭合端连接在第二个电池模组(5)的负极与另一接入开关(17)之间，最后一个电池模组(5)、第八开关(22)的闭合端与第九开关(23)的闭合端连接并作为多个电池模组(5)的负极；每两个电池模组(5)之间连接一个接入开关(17)，前一电池模组(5)的负极连接接入开关(17)的第一闭合端，后一电池模组(5)的正极连接接入开关(17)的连接端，接入开关(17)的第二闭合端连接至多个电池模组(5)的正极。
9.如权利要求8所述的串并联切换装置，其特征在于，控制器(4)控制接入开关(17)转向第一闭合端，且第七开关(21)、第八开关(22)和第九开关(23)断开，多个电池模组(5)串联连接；控制器(4)控制接入开关(17)转向第二闭合端，同时第七开关(21)、第八开关(22)和第九开关(23)闭合，多个电池模组(5)并联连接。
10.一种电池组，其特征在于，包括多个电池模组(5)和如权利要求1-9任一所述的串并联切换装置，所述串并联切换装置包括串联切换模块(1)和并联切换模块(2)，多个电池模组(5)通过并联切换模块(2)并联连接，每一电池模组(5)内部的多个电池模块通过串联切换模块(1)串联连接。
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