CN112670607B - 一种多电池串联化成的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可使充电电压可控的多电池串联化成的控制系统，其结构包括：直流变换电源、N个串联在一起的充放电单元和电池巡检及恒压驱动电路，每个充放电单元包括：续流电路、电池接入控制开关、充放电通断控制开关、电池的正、负极接入端、旁路控制开关和单电池恒压控制电路；所述的续流电路与电池接入控制开关并联后，一端与充放电单元的正极连接端相连，另一端与电池的正极接入端相连，电池的负极接入端与充放电通断控制开关的一端相连，充放电通断控制开关的另一端与充放电单元的负极连接端相连。本发明所述的控制系统可广泛地用于电池化成，特别是锂电池的串联化成，大大提升了整组电池的一致性，并且大大降低了化成设备的成本。

Description

一种多电池串联化成的控制系统

技术领域

本发明涉及到电池化成的控制系统，具体涉及到一种多电池串联化成的控制系统。

背景技术

目前，锂电池化成均采用单电芯化成的方案，即一个电芯由一个独立的电源对其充放电化成，而铅酸电池化成则均采用电池串联后化成的方式，相比较而言，电池串联化成仅使用一个电源即可控制一组电池化成，化成设备的成本相对更低，同时，恒流充放电时流经每个电池的电流完全相同，能保障各个单电池的一致性，避免因不同电源的精度误差造成电池性能的不一致。但是，由于锂电池对电压非常敏感，串联化成无法保证回路中每个电芯的电压都限定在同一安全电压范围内，因此，尽管串联化成有以上的优势，但锂电池化成目前都采用单电芯的化成方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可使充电电压可控的多电池串联化成的控制系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种多电池串联化成的控制系统，包括：直流变换电源、电池巡检及恒压驱动电路、以及与直流变换电源相连的N个串联在一起的充放电单元，具体连接方式为：第一个充放电单元的正极连接端与直流变换电源的正极相连，下一个充放电单元的正极连接端与上一个充放电单元的负极连接端相连，第N个充放电单元的负极端与直流变换电源的负极相连，其中，N为≥2的正整数；每个充放电单元的具体结构包括：续流二极管、电池接入控制开关、充放电通断控制开关、电池的正、负极接入端、旁路控制开关和单电池恒压控制电路，旁路控制开关的一端与充放电单元的正极连接端相连，旁路控制开关的另一端与充放电单元的负极连接端相连；所述的续流二极管与电池接入控制开关并联后，一端与充放电单元的正极连接端相连，另一端与电池的正极接入端相连，电池的负极接入端与充放电通断控制开关的一端相连，充放电通断控制开关的另一端与充放电单元的负极连接端相连；所述的单电池恒压控制电路包括：变压器、输入侧电子可控开关、储能电容以及输出侧整流电路，变压器的输入侧线圈的一端与储能电容的一端相连后、与充放电单元的正极连接端相连，所述变压器的输入侧线圈的另一端与所述输入侧电子可控开关的相应端相连，输入侧电子可控开关的接地端与储能电容的接地端相连后、与充放电单元的负极连接端相连，输入侧电子可控开关的控制端与所述电池巡检及恒压驱动电路的相应输出端相连，所述输出端整流电路的正极连接端与变压器的输出侧线圈的相应端相连，所述输出端整流电路的负极连接端与变压器的输出侧线圈的另一端相连，所述输出端整流电路的正、负输出端与所述直流变换电源输入侧的相应端相连；所述的电池巡检及恒压驱动电路的作用是：对每个充放电单元中的电池正、负极接入端两端的电压进行巡检，当发现某个电池正、负极接入端两端的电压超出预定的电压值时，则向相应的充放电单元中的输入侧电子可控开关输出相应占空比的脉宽波，使得输入侧电子可控开关不断通断，从而通过变压器将能量从输入侧传递至输出侧，并通过输出侧的整流电路让能量被直流变换电源回收，以实现对相应的充放电单元中的单个电池的电流控制，保持单个电池恒压充电。

作为一种优选方案，在所述的多电池串联化成的控制系统中，所述的旁路控制开关上并联有反向二极管，反向二极管的负极与充放电单元的正极连接端相连，反向二极管的正极与充放电单元的负极连接端相连。

作为一种优选方案，在所述的多电池串联化成的控制系统中，所述的整流电路为半波整流电路，包括：滤波电容和整流二极管，整流二极管的正极与变压器输出侧线圈的相应端相连后、连至直流变换电源的正输入端，整流二极管的正极与变压器输出侧线圈的另一端相连，整流二极管的负极与滤波电容的负极相连后、连至直流变换电源的负输入端。

作为一种优选方案，在所述的多电池串联化成的控制系统中，所述的电池接入控制开关、充放电通断控制开关、以及旁路控制开关均为功率MOS管，其中，用作电池接入控制开关的功率MOS管中内置有作为所述续流电路的反向二极管。

作为一种优选方案，在所述的多电池串联化成的控制系统中，所述的电池接入控制开关为接触器或继电器的一组常开触点，所述的充放电通断控制开关为接触器或继电器的一组常开触点，所述的旁路控制开关为接触器或继电器的一组常开触点。

本发明的有益效果是：本发明通过对每个充放电单元中的电池正、负极接入端两端的电压进行巡检，当发现某个电池正、负极接入端两端的电压超出预定的电压值时，则向相应的充放电单元中的输入侧电子可控开关输出相应占空比的脉宽波，使得输入侧电子可控开关不断通断，从而通过变压器将输入侧的能量传递至输出侧，并通过输出侧的整流电路让能量被直流变换电源回收，以实现对相应的充放电单元中的单个电池的电流控制，从而保证了单个电池恒压充电，而且，还将多余的能量进行回收，避免了电力资源的浪费。由于本发明所述的多电池串联化成的控制系统中只有一个电源，保证了串联化成中所有电池的恒流电流一致，大大提升了整组电池的一致性，并且大大降低了化成设备的成本。

附图说明

图1是本发明所述的一种电池组串联化成的控制系统结构示意图。

图2是本发明所述的另一种电池组串联化成的控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明所述的一种多电池串联化成的控制系统的具体实施方案。

如图1所示，本发明所述的一种多电池串联化成的控制系统，包括：DC/DC转换电源即直流变换电源1、电池巡检及恒压驱动电路2、以及与直流变换电源1相连的N个串联在一起的充放电单元，具体连接方式为：第一个充放电单元的正极连接端与直流变换电源1的正极相连，下一个充放电单元的正极连接端与上一个充放电单元的负极连接端相连，第N个充放电单元的负极端与直流变换电源1的负极相连，其中，N为≥2的正整数；以第一个充放电单元为例，所述的充放电单元的具体结构包括：作为续流电路的续流二极管D1—1、电池接入控制开关SW1—1、充放电通断控制开关SW1—2、电池的正、负极接入端、旁路控制开关SW1—3和单电池恒压控制电路；所述的续流二极管D1—1与电池接入控制开关SW1—1并联后，一端与充放电单元的正极连接端相连，另一端与电池BAT1的正极接入端相连，电池BAT1的负极接入端与充放电通断控制开关SW1—2的一端相连，充放电通断控制开关SW1—2的另一端与充放电单元的负极连接端相连；所述的单电池恒压控制电路包括：变压器T1、作为输入侧电子可控开关的功率MOS管SW1—4、储能电容C1—1和输出侧整流电路，变压器T1的输入侧线圈的一端与储能电容C1—1的一端相连后、与充放电单元的正极连接端相连，变压器T1的输入侧线圈的另一端与功率MOS管(MOSFET)SW1—4的漏极相连，功率MOS管SW1—4的源及与储能电容C1—1的接地端相连后、与充放电单元的负极连接端相连，功率MOS管SW1—4的栅极与所述电池巡检及恒压驱动电路的相应输出端相连，所述输出端整流电路为半波整流电路，包括：滤波电容C1—2和整流二极管D1—3，整流二极管D1—3的正极与变压器T1输出侧线圈的相应端相连后、连至直流变换电源1的正输入端BUS+，整流二极管D1—3的正极与变压器T1输出侧线圈的另一端相连，整流二极管D1—3的负极与滤波电容C1—2的负极相连后、连至直流变换电源1的负输入端BUS-；所述的电池巡检及恒压驱动电路的作用是：对每个充放电单元中的电池正、负极接入端两端的电压进行巡检，当发现某个电池正、负极接入端两端的电压超出预定的电压值时，则向相应的充放电单元中的功率MOS管SW1—4输出相应占空比的脉宽波，使得功率MOS管SW1—4不断通断，从而通过变压器T1将能量从输入侧传递至其输出侧，并通过位于变压器1输出侧的整流电路让能量被直流变换电源1回收，以实现对相应的充放电单元中的单个电池BAT1的电流控制，保持单个电池BAT1恒压充电。在本实施例中，所述的旁路控制开关SW1—3上并联有反向二极管D1—2，反向二极管D1—2的负极与充放电单元的正极连接端相连，反向二极管D1—2的正极与充放电单元的负极连接端相连。

实际应用时，所述的电池接入控制开关SW1—1通常为接触器或继电器的一组常开触点，所述的充放电通断控制开关SW1—2通常为接触器或继电器的一组常开触点，所述的旁路控制开关SW1—3为接触器或继电器的一组常开触点；由于电池接入控制开关SW1—1和旁路控制开关SW1—3在同一时刻，必定是一个吸合、另一个断开，因此，电池接入控制开关SW1—1和路控制开关SW1—3可以由同一个接触器或继电器控制的一组常开常闭触点所代替。

当然，如图2所示，电池接入控制开关SW1—1、充放电通断控制开关SW1—2和旁路控制开关SW1—3也可以使用功率MOS管，其中，用作电池接入控制开关SW1—1的功率MOS管中需内置作为所述续流电路的反向二极管。

本发明的工作原理为：充电时，通过对每个充放电单元中的电池正、负极接入端两端的电压进行巡检，当发现接入某个电池正、负极接入端的电池两端的电压超出预定的电压值时，则向相应的充放电单元中的MOS管SW1—4或MOS管SWn—4输出相应占空比的脉宽波，使得MOS管SW1—4或MOS管SWn—4不断通断，从而通过变压器T1至Tn将输入侧的能量传递至输出侧，并通过输出侧的整流电路让能量被直流变换电源1回收，以实现对相应的充放电单元中的单个电池的电流控制，从而保证了单个电池BAT1至BATn的恒压充电；放电时，当接入某个电池正、负极接入端的电池两端电压低于预定电压值时，相应的电池接入控制开关SW1—1…或SWn—1断开，与此同时，相应的旁路控制开关SW1—3…或SWn—3吸合，将该电池从放电回路中剔除。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种多电池串联化成的控制系统，包括：直流变换电源、以及与直流变换电源相连的N个串联在一起的充放电单元，具体连接方式为：第一个充放电单元的正极连接端与所述直流变换电源的正极相连，下一个充放电单元的正极连接端与上一个充放电单元的负极连接端相连，第N个充放电单元的负极端与所述直流变换电源的负极相连，其中，N为≥2的正整数；其特征在于：所述的多电池串联化成的控制系统还包括：电池巡检及恒压驱动电路；每个充放电单元的具体结构包括：续流二极管、电池接入控制开关、充放电通断控制开关、电池的正、负极接入端、旁路控制开关、以及单电池恒压控制电路；旁路控制开关的一端与充放电单元的正极连接端相连，旁路控制开关的另一端与充放电单元的负极连接端相连；所述的续流二极管与电池接入控制开关并联后，一端与充放电单元的正极连接端相连，另一端与电池的正极接入端相连，电池的负极接入端与充放电通断控制开关的一端相连，充放电通断控制开关的另一端与充放电单元的负极连接端相连；所述的单电池恒压控制电路包括：变压器、输入侧电子可控开关、储能电容和输出侧整流电路，变压器的输入侧线圈的一端与储能电容的一端相连后、与充放电单元的正极连接端相连，变压器的输入侧线圈的另一端与所述输入侧电子可控开关的相应端相连，所述输入侧电子可控开关的接地端与储能电容的接地端相连后、与充放电单元的负极连接端相连，输入侧电子可控开关的控制端与所述电池巡检及恒压驱动电路的相应输出端相连，所述输出端整流电路的正极连接端与变压器的输出侧线圈的相应端相连，所述输出端整流电路的负极连接端与变压器的输出侧线圈的另一端相连，所述输出端整流电路的正、负输出端与直流变换电源输入侧的相应端相连；所述电池巡检及恒压驱动电路的作用是：对每个充放电单元中的电池正、负极接入端两端的电压进行巡检，当发现某个电池正、负极接入端两端的电压超出预定的电压值时，则向相应的充放电单元中的输入侧电子可控开关输出相应占空比的脉宽波，使得输入侧电子可控开关不断通断，从而通过变压器将能量从输入侧传递至输出侧，并通过输出侧的整流电路让能量被直流变换电源回收，实现对相应的充放电单元中的单个电池的电流控制，保持单个电池恒压充电。

2.根据权利要求1所述的多电池串联化成的控制系统，其特征在于：所述的旁路控制开关上并联有反向二极管，反向二极管的负极与充放电单元的正极连接端相连，反向二极管的正极与充放电单元的负极连接端相连。

3.根据权利要求1所述的多电池串联化成的控制系统，其特征在于：所述的整流电路为半波整流电路，包括：滤波电容和整流二极管，整流二极管的正极与变压器输出侧线圈的相应端相连后、连至直流变换电源的正输入端，整流二极管的正极与变压器输出侧线圈的另一端相连，整流二极管的负极与滤波电容的负极相连后、连至直流变换电源的负输入端。

4.根据权利要求1、2或3所述的多电池串联化成的控制系统，其特征在于：所述的电池接入控制开关、充放电通断控制开关、以及旁路控制开关均为功率MOS管，其中，用作电池接入控制开关的功率MOS管中内置有作为续流电路的反向二极管。

5.根据权利要求1、2或3所述的多电池串联化成的控制系统，其特征在于：所述的电池接入控制开关为接触器或继电器的一组常开触点，所述的充放电通断控制开关为接触器或继电器的一组常开触点，所述的旁路控制开关为接触器或继电器的一组常开触点。