CN113890159A - 一种托盘充放电切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池化成、分容的技术领域，具体涉及一种托盘充放电切换电路一种托盘充放电切换电路，包括多个托盘电池；多个充放电电路，其与所述托盘电池对应连接，使所述托盘电池处于充电、旁路或者放电状态，所述充放电电路包括充电电路和放电电路，所述充电电路与充电恒流电源连接，所述放电电路与放电恒流电源连接，所述充电电路和所述放电电路通过切换开关变换形成。本发明提供托盘充放电切换电路，其解决了同一高压组串内的所有托盘组电池只能充电或者只能放电的问题，实现了对每个托盘电池组的充、放电的异步操作，即允许任意设定同一设备内部每一托盘电池的充放电状态。

Description

一种托盘充放电切换电路

技术领域

本发明属于电池化成、分容的技术领域，具体涉及一种托盘充放电切换电路。

背景技术

串联化成是一种新兴的锂电池化成、分容设备发展方向。它因具有设备简单，节能效果好等诸多优点，而成为现今各大设备厂家研究的主要方向。

高串数的高压串联化成技术可以大大提高化成、分容设备的节能效果。但由于串联方式的局限性——必须整组电池同时充电，或者同时放电。使得高压串联方式难以满足实际生产中对设备灵活性的需求，导致高压串联化成技术难以实用化，难以提高实际的生产效率。

为了解决上述高压串联化成、分容技术发展遇到的问题，本发明提供了一种托盘式放电切换电路。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供托盘充放电切换电路，其解决了同一高压组串内的所有托盘组电池只能充电或者只能放电的问题，实现了对每个托盘电池的充电和放电。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种托盘充放电切换电路，包括：

多个托盘电池；

多个充放电电路，其与所述托盘电池对应连接，使所述托盘电池处于充电、旁路或者放电状态，所述充放电电路包括充电电路和放电电路，所述充电电路与充电恒流电源连接，所述放电电路与放电恒流电源连接，所述充电电路和所述放电电路通过切换开关变换形成。

优选的是，所述充放电电路还包括接入开关和旁路开关，所述接入开关的一端与所述托盘电池连接，所述接入开关的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接。

优选的是，所述接入开关断开，所述旁路开关导通，所述充放电电路和所述托盘电池均处于旁路状态。

优选的是，所述切换开关包括第一切换开关和第二切换开关，所述第一切换开关的一端与所述接入开关连接，所述第二切换开关的一端与所述托盘电池连接，所述第一切换开关和所述第二切换开关的另一端分别与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接。

优选的是，还包括多个二级管，多个二级管分别并联在所述接入开关、所述旁路开关和所述切换开关的两端。

优选的是，所述旁路开关包括第一旁路开关和第二旁路开关，所述第一旁路开关的一端分别与所述第一切换开关、所述充电恒流电源连接，所述第一旁路开关的另一端分别与所述第二切换开关、所述充电恒流电源连接；所述第二旁路开关的一端分别与所述第一切换开关、所述放电恒流电源连接，所述第二旁路开关的另一端分别与所述第二切换开关、所述放电恒流电源连接。

优选的是，所述接入开关导通，所述切换开关与所述充电恒流电源连接，形成充电电路，此时，所述第一旁路开关断开，所述第二旁路开关导通；

其中，所述充电电路用于为所述托盘电池充电。

优选的是，所述接入开关导通，所述切换开关与所述放电恒流电源连接，形成放电电路，此时，所述第一旁路开关导通，所述第二旁路开关断开；

其中，所述放电电路用于将所述托盘电池放电。

优选的是，多个充放电电路通过所述切换开关串联后与所述充电恒流电源及所述放电恒流电源连接。

本发明至少包括以下有益效果

1、本发明提供的托盘充放电切换电路，其采用串联方式充电和放电，电池组电压高，电力转换效率高，节能效果明显。

2、发明提供的托盘充放电切换电路，其可通过旁路开关实现托盘电池的切入和切出控制，保证提前退出工艺流程的电池组不影响系统对其他电池组的正常操作。

3、本发明提供的托盘充放电切换电路，其省去了电源柜与电池之间的大量连接线，减少了线路损耗，节约了导线资源。

4、本发明提供的托盘充放电切换电路，其大大简化了化成分容设备的电路结构，可有效替代传统设备复杂的充放电电路，在大大降低设备成本的同时还间接提高了设备可靠性。

5、本发明提供的托盘充放电切换电路，其采用的串联化成电路，相较于其他方式，可以实现更高的充电效率和回馈效率。

附图说明

图1为本发明所述托盘充放电切换电路的原理图；

图2为本发明所述正常恒流的充电电路原理图；

图3为本发明所述切换电路开始切换，断开接入开关后的回路图；

图4为本发明所述切换后，电池组被旁路，电流流向图；

图5为本发明所述切换过程中，切换开关的动作图；

图6为本发明所述旁路开关S5断开后的电流流向图；

图7为本发明所述电池放电电流流向图；

其中，BT1-托盘电池，S1-接入开关，D1-为接入开关S1的并联二极管，S2-为第一切换开关，S-3为第二切换开关，S4-第一旁路开关，S5-第二旁路开关，D2-第一旁路开关的并联二级管，D3-第二旁路开关的并联二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。

本发明提供了一种托盘充放电切换电路，如图1所示，包括：

多个托盘电池，其以周转托盘为特征，为本电路需要化成或者分容的对象；

多个充放电电路，其与所述托盘电池对应连接，使所述托盘电池处于充电、旁路或者放电状态，所述充放电电路包括充电电路和放电电路，所述充电电路与充电恒流电源连接，所述放电电路与放电恒流电源连接，所述充电电路和所述放电电路通过切换开关变换形成，切换开关切换到与所述充电恒流电源连接时，所述托盘电池与所述充电恒流电源连接形成充电电路，为托盘电池充电，切换开关切换到与所述放电恒流电源连接时，所述托盘电池与所述放电恒流电源连接形成放点电路，为托盘电池放电，当托盘电池不喝充电或者放电恒流电源连接时，托盘电池处于旁路状态，此时电池托盘可以任意插拔，对其他串联的电池的充放电没有影响。

该方法解决了同一高压组串内的所有托盘组电池只能充电或者只能放电的问题，实现了对每个托盘组的充、放电的异步操作，即允许任意设定同一设备内部每一托盘组的充放电状态。

具体的，所述充放电电路还包括接入开关S1和旁路开关，所述接入开关S1的一端与所述托盘电池连接，所述接入开关S1的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接，所述旁路开关用于将电池处于充放电回路中，或者将电池处于充放电回路外；

具体的，所述切换开关包括第一切换开关S2和第二切换开关S3，所述第一切换开关S2的一端与所述接入开关S1连接，所述第二切换开关S3的一端与所述托盘电池连接，所述第一切换开关S2和所述第二切换开关S3的另一端分别与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接。

具体的，还包括多个二级管，多个二级管分别并联在所述接入开关、所述旁路开关和所述切换开关的两端，多个二级管的作用是并联的开关关闭时，其充当软开关。

具体的，所述旁路开关包括第一旁路开关S4和第二旁路开关S5，所述第一旁路开关S4的一端分别与所述第一切换开关S2、所述充电恒流电源连接，所述第一旁路开关S4的另一端分别与所述第二切换开关S3、所述充电恒流电源连接；所述第二旁路开关S5的一端分别与所述第一切换开关S2、所述放电恒流电源连接，所述第二旁路开关S5的另一端分别与所述第二切换开关S3、所述放电恒流电源连接。

在上述情况的基础上，又一个实施例，如图2所示，当电池托盘插入后，控制器自动监测电池组，并处于充电化成状态，接入开关S1导通，切换第一切换开关S2和第二切换开关S3与所述充电恒流电源连接，形成充电电路，此时，恒流充电电源的电流从第一切换开关S2流入，通过S1，电流流入给电池组，后通过第二切换开关S3流入下一组电池托盘，最终流回恒流充电电源，此工作状态，第一旁路开关S4断开，第二旁路开关S5导通；

电池从恒流充电状态切换到搁置时，如图3所示，接入开关先断开，此时电流通过接入开关S1的并联二极管，此时二极管工作于软启模式，损耗较少，属于切换开始阶段，S1断开后，需打开第一旁路开关S4；如图4所示，接入开关S1断开，所述旁路开关导通，所述充放电电路和所述托盘电池均处于旁路状态，经过上述操作，实现了电池组从充电到搁置的操作。

该方法解决了同一高压组串内的所有托盘组电池只能充电或者只能放电的问题，实现了对每个托盘组的充、放电的异步操作，即允许任意设定同一设备内部每一托盘组的充放电状态。

该电池组出于搁置状态时，切换电路的工作如图5所示，接入开关S1处于断开状态，第一旁路开关S4和第二旁路开关S5处于导通状态，将该切换电路及电池组处于旁路状态，此时电池托盘可任意插拔，对串联中的其它电池的充放电并不影响，是完全孤立的。

在上述情况的基础上，又一个实施例，当该电池组根据化成分容工艺，需要处于放电状态时，如图6所示，先将第一切换开关S2和第二切换开关S3切换置放电回路。后将第二旁路开关S5断开，此时恒流放电电源的电流流经第二旁路开关S5并联的二极管，此时S5并联的二极管为软开关。后导通接入开关S1，如图7所示，所述接入开关S1导通，切换开关与放电恒流电源连接，形成放电电路，此时放电恒流电源的电流从下一级的旁路开关流入该电路的切换开关S3，然后从电池流出，通过接入开关S1和切换开关S2后，流入下一级的切换电路，从而实现了该组电池托盘，从搁置状态到放电的状态的切换。此时，所述第一旁路开关S4导通，所述第二旁路开关S5断开。

具体的，多个充放电电路通过所述切换开关串联后与所述充电恒流电源及所述放电恒流电源连接。串联化成电路，相较于其它方式，可以实现更高的充电效率和回馈效率。

本发明提供的旁路开关和接入开关为设置寄生二级管的MOS开关，所述切换开关、旁路开关、接入开关由放电恒流电源和充电恒流电源内部的控制器进行控制。

本发明使得单体电芯从恒流充电阶段的可连续过渡到恒流放电阶段，同时可通过旁路开关对电芯实现切入和切出控制，保证提前退出工艺流程的电芯不影响系统对其它电芯的正常操作。实现与传统化成设备无异的使用效果。

本发明提供的托盘充放电切换电路，其应用于锂电池高压串联异步化成、分容系统中的电池充放电切换系统，可提高高压串联化成技术在实际生产中适应性，满足了实际生产的需求，将高压串联化成、分容技术得以实用化。

显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种托盘充放电切换电路，其特征在于，包括：

多个托盘电池；

多个充放电电路，其与所述托盘电池对应连接，使所述托盘电池处于充电、旁路或者放电状态，所述充放电电路包括充电电路和放电电路，所述充电电路与充电恒流电源连接，所述放电电路与放电恒流电源连接，所述充电电路和所述放电电路通过切换开关变换形成。

2.如权利要求1所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述充放电电路还包括接入开关和旁路开关，所述接入开关的一端与所述托盘电池连接，所述接入开关的另一端与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接。

3.如权利要求2所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述接入开关断开，所述旁路开关导通，所述充放电电路和所述托盘电池均处于旁路状态。

4.如权利要求2所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述切换开关包括第一切换开关和第二切换开关，所述第一切换开关的一端与所述接入开关连接，所述第二切换开关的一端与所述托盘电池连接，所述第一切换开关和所述第二切换开关的另一端分别与所述旁路开关的一端连接，所述旁路开关的另一端分别与所述充电恒流电源、所述放电恒流电源连接。

5.如权利要求2所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，还包括多个二级管，多个二级管分别并联在所述接入开关、所述旁路开关和所述切换开关的两端。

6.如权利要求4所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述旁路开关包括第一旁路开关和第二旁路开关，所述第一旁路开关的一端分别与所述第一切换开关、所述充电恒流电源连接，所述第一旁路开关的另一端分别与所述第二切换开关、所述充电恒流电源连接；所述第二旁路开关的一端分别与所述第一切换开关、所述放电恒流电源连接，所述第二旁路开关的另一端分别与所述第二切换开关、所述放电恒流电源连接。

7.如权利要求6所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述接入开关导通，所述切换开关与所述充电恒流电源连接，形成充电电路，此时，所述第一旁路开关断开，所述第二旁路开关导通；

其中，所述充电电路用于为所述托盘电池充电。

8.如权利要求6所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，所述接入开关导通，所述切换开关与所述放电恒流电源连接，形成放电电路，此时，所述第一旁路开关导通，所述第二旁路开关断开；

其中，所述放电电路用于将所述托盘电池放电。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的托盘充放电切换电路，其特征在于，多个充放电电路通过所述切换开关串联后与所述充电恒流电源及所述放电恒流电源连接。

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