CN114567035A - 一种电池供电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池供电装置及电池供电系统，包括控制模块、DC/DC变换模块及电池，由于DC/DC变换模块包括N个串联或并联的DC/DC变换器，在电池的功率一定的情况下，在N个DC/DC变换器并联时能够获得更大的输出电流，在N个DC/DC变换器串联时能够输出更大的输出电压，能够满足不同的负载对电压的需求，提高了电池模块的适用性。

Description

一种电池供电装置及系统
技术领域
本发明涉及供电领域，特别是涉及一种电池供电装置及系统。
背景技术
电池例如锂电池由于其具有工作电压高、能量密度大、自放电率低及无记忆效应等显著优点被越来越广泛的应用于各个领域。但是现有技术中，电池的输出电压的范围有限，无法适用于多种负载对电池电压的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池供电装置及电池供电系统，能够满足不同的负载对电压的需求，提高了电池模块的适用性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池供电装置，包括：
控制模块、电池及DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块包括N个DC/DC变换器，N个所述DC/DC变换器的输入端均与所述电池连接，N个所述DC/DC变换器的输出端串联或者并联后与负载连接，N为不小于2的整数；
所述控制模块用于在电池供电装置对负载供电时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，根据所述连接方式对所述DC/DC变换模块的输出电压和/或输出电流进行控制，以为所述负载供电，所述连接方式包括串联或者并联。
优选的，在N为2且第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第二个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端时，还包括：
串并联检测模块，用于检测第一个所述DC/DC变换器的输出负端与第二个所述DC/DC变换器的输出正端之间的电压；
确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，包括：
在所述电压为0时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联；
在所述电压不为0时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联。
优选的，还包括串并联检测模块，用于检测所述DC/DC变换模块的输出电压；
确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，包括：
在所述输出电压大于预设电压阈值时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联；
在所述输出电压不大于预设电压阈值时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联。
优选的，所述控制模块还用于：
在N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联时，分别对N个所述DC/DC变换器输出的电压进行稳压，以使所述DC/DC变换模块的输出电压等于目标电压；
在所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联时，对N个所述DC/DC变换器输出的电流进行均流，以使N个所述DC/DC变换器的输出电流均相等。
优选的，在N个所述DC/DC变换器的输出端串联时，第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第N个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端，第i个所述DC/DC变换器的输出负端与第i+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接，1≤i≤N-1。
优选的，在N为偶数且N个所述DC/DC变换器的输出端串联时，第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第N个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端，第i个所述DC/DC变换器的输出负端与第i+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接，第N/2个所述DC/DC变换器的输出负端与第N/2+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接的公共端接中线，1≤i≤N-1。
优选的，所述电池为锂电池。
优选的，所述控制模块还用于在对所述电池充电时，控制充电电源通过所述DC/DC变换模块为所述电池进行充电。
优选的，所述控制模块还用于在所述电池供电装置充电时，控制N个所述DC/DC变换器的充电电压相等。
本发明还提供了一种电池供电系统，包括多个如上述的电池供电装置，且多个所述电池供电装置的输出端之间并联。
本发明提供了一种电池供电装置及电池供电系统，包括控制模块、DC/DC变换模块及电池，由于DC/DC变换模块包括N个串联或并联的DC/DC变换器，在电池的功率一定的情况下，在N个DC/DC变换器并联时能够获得更大的输出电流，在N个DC/DC变换器串联时能够输出更大的输出电压，能够满足不同的负载对电压的需求，提高了电池模块的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电池供电装置的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种电池供电装置的结构示意图；
图3为本发明提供的另一种电池供电装置的结构示意图；
图4为本发明提供的一种电池供电系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电池供电装置及电池供电系统，能够满足不同的负载对电压的需求，提高了电池模块的适用性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1和图2，图1为本发明提供的一种电池供电装置的结构示意图，图2为本发明提供的另一种电池供电装置的结构示意图。图1中，N个DC/DC变换器131的输出端串联；图2中，N个DC/DC变换器131的输出端并联。
一种电池供电装置，包括：
控制模块11、电池12及DC/DC变换模块13，DC/DC变换模块13包括N个DC/DC变换器131，N个DC/DC变换器131的输入端均与电池12连接，N个DC/DC变换器131的输出端串联或者并联后与负载连接，N为不小于2的整数；
控制模块11用于在电池供电装置对负载供电时，确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式，根据连接方式对DC/DC变换模块13的输出电压和/或输出电流进行控制，以为负载供电，连接方式包括串联或者并联。
考虑到在电池12对不同的负载供电时，不同的负载所需要的电压或电流不同。为了能够使得同一电池12能够连接不同的负载，在本实施例中，设置了DC/DC变换模块13来对电池12的输出电压和/或输出电流进行改变，并通过控制模块11来控制DC/DC变换模块13的输出电压和/或输出电流。
具体的，在DC/DC变换模块13中的N个DC/DC变换器131的输出端串联时，电池供电装置能够输出更大输出电压，例如，若每个DC/DC变换器131所能输出的最大电压为Vdc，则N个DC/DC变换器131的最大输出电压可以达到N倍的Vdc，能够根据用户连接的负载的需要通过调节DC/DC变换器131中的开关管的占空比向负载输出从0到N倍的Vdc范围内的电压，可以满足负载的高电压需求；在DC/DC变换模块13中的N个DC/DC变换器131的输出端并联时，电池供电装置能够输出更大输出电流，例如，若每个DC/DC变换器131所能输出的最大电流为I，则N个DC/DC变换器131的最大输出电流可以达到N倍的I，能够根据用户连接的负载的需要通过调节DC/DC变换器131中的开关管的占空比向负载输出从0到N倍的I范围内的电流，可以在满足负载的电压需求的情况下，向负载输出更高的功率。在DC/DC变换模块13的输出端连接不同的负载时，用户可根据不同负载的实际需求，例如负载的额定电压或额定电流，将N个DC/DC变换器131的输出端串联或并联。控制模块11能够根据N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式对DC/DC变换模块13的输出端的输出电压和/或电流进行控制，例如，在N个DC/DC变换器131的输出端串联时，控制模块11控制DC/DC变换模块13的输出端输出更大的输出电压，在N个DC/DC变换器131的输出端并联时，控制模块11控制DC/DC变换模块13的输出端输出更大的输出电流。
综上，在本实施例中，由于DC/DC变换模块13包括N个串联或并联的DC/DC变换器131，在电池12的功率一定的情况下，在N个DC/DC变换器131并联时能够获得更大的输出电流，可以在满足负载的电压需求的情况下，向负载输出更高的功率，在N个DC/DC变换器131串联时能够输出更大的输出电压，能够满足不同的负载对电压的需求，提高了电池模块的适用性。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，在N为2且第一个DC/DC变换器131的输出正端为DC/DC变换模块13的输出正端，第二个DC/DC变换器131的输出负端为DC/DC变换模块13的输出负端时，还包括：
串并联检测模块，用于检测第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压；
确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式，包括：
在电压为0时，确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为串联；
在电压不为0时，确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为并联。
在N为2时，若每个DC/DC变换器131所能输出的最大电压为Vdc，在用户根据负载的需要设置DC/DC变换器131的输出端串联时，2个DC/DC变换器131的最大输出电压可以达到2倍的Vdc，控制模块11能够根据用户连接的负载的需要通过调节DC/DC变换器131中的开关管的占空比向负载输出从0到2倍的Vdc范围内的电压，满足负载的高电压需求，在DC/DC变换模块13中的2个DC/DC变换器131的输出端并联时，电池供电装置能够输出更大输出电流，若每个DC/DC变换器131所能输出的最大电流为I，则2个DC/DC变换器131的最大输出电流可以达到2倍的I，能够根据用户连接的负载的需要通过调节DC/DC变换器131中的开关管的占空比向负载输出从0到2倍的I范围内的电流，可以在满足负载的电压需求的情况下，向负载输出更高的功率，在本实施例中，设置了串并联检测模块用于检测第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压，控制模块11根据第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压来确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式。
具体的，由于在N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为串联时，第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端的电势相等，因此第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压为0，控制模块11在第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压为为0时确定N个DC/DC变换器131的输出端为串联；由于在N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为并联时，第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端的电势不相等，因此第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压为不为0，控制模块11在第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压为不为0时确定N个DC/DC变换器131的输出端为并联。
此外，此处的串并联检测模块可以但不限于是电压表。
综上，在本实施例中，控制模块11通过根据串并联检测模块检测到的第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端之间的电压来确定DC/DC变换器131的输出端的连接方式，实现方式容易且电路设计比较简单。
作为一种优选的实施例，还包括串并联检测模块，用于检测DC/DC变换模块13的输出电压；
确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式，包括：
在输出电压大于预设电压阈值时，确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为串联；
在输出电压不大于预设电压阈值时，确定N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为并联。
由于在N个DC/DC变换器131的输出端串联时，DC/DC变换模块13的输出电压相比于N个DC/DC变换器131的输出端并联时的输出电压更大，因此，在本实施例中，通过检测DC/DC变换模块13的输出电压并与设置预设电压阈值进行比较的方式来确定N个DC/DC变换器131的连接方式。此处的预设电压阈值可以但不限于为技术人员根据单个DC/DC变换器131所能输出的最大电压值设置的。例如，在DC/DC变换器131的输出端并联时，在DC/DC变换器131输出的最大电压为Vdc，而在DC/DC变换器131的输出端串联时，DC/DC变换器131输出的电压通常大于单个DC/DC变换器131所能输出的最大电压，因此可以将预设电压阈值设置为Vdc。在串并联检测模块检测到的DC/DC变换模块13的输出电压大于预设电压阈值时，控制模块11确定N个DC/DC变换器131为串联，在串并联检测模块检测到的DC/DC变换模块13的输出电压不大于预设电压阈值时，控制模块11确定N个DC/DC变换器131为并联。实现了确定N个DC/DC变换器131的连接方式的功能且实现方式简单。
作为一种优选的实施例，控制模块11还用于：
在N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为串联时，分别对N个DC/DC变换器131输出的电压进行稳压，以使DC/DC变换模块13的输出电压等于目标电压；
在N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为并联时，对N个DC/DC变换器131输出的电流进行均流，以使N个DC/DC变换器131的输出电流均相等。
考虑到在DC/DC变换模块13中的N个DC/DC变换模块13串联时，DC/DC变换模块13的输出电压较大，输出电压可能存在波动，使得DC/DC变化模块的输出电压不等于负载所需的电压，也即DC/DC变化模块的输出电压不等于目标电压，因此在本实施例中，在N个DC/DC变换器131的输出端的连接方式为串联时，控制模块11会分别对N个DC/DC变换器131输出的电压进行稳压，以使DC/DC变换模块13的输出电压等于目标电压。
又考虑到在DC/DC变换模块13中的N个DC/DC变换模块13并联时，各个模块输出电流不一致，可能导致电池供电装置无法正常工作，因此，在本实施例中，若控制模块11确定N个DC/DC变换模块13为并联，则会对N个DC/DC变换器131输出的电流进行均流，以使N个DC/DC变换器131的输出电流均相等，从而保证电池供电装置稳定可靠的工作，并充分发挥并联的优点，即能够获得更大的输出电流。
作为一种优选的实施例，在N个DC/DC变换器131的输出端串联时，第一个DC/DC变换器131的输出正端为DC/DC变换模块13的输出正端，第N个DC/DC变换器131的输出负端为DC/DC变换模块13的输出负端，第i个DC/DC变换器131的输出负端与第i+1个DC/DC变换器131的输出正端连接，1≤i≤N-1。
作为一种优选的实施例，在N为偶数且N个DC/DC变换器131的输出端串联时，第一个DC/DC变换器131的输出正端为DC/DC变换模块13的输出正端，第N个DC/DC变换器131的输出负端为DC/DC变换模块13的输出负端，第i个DC/DC变换器131的输出负端与第i+1个DC/DC变换器131的输出正端连接，第N/2个DC/DC变换器131的输出负端与第N/2+1个DC/DC变换器131的输出正端连接的公共端接中线，1≤i≤N-1。
在单个DC/DC变换器131的最大输出电压为Vdc时，采用上述连接方式控制模块11通过调节各DC/DC变换器131中的开关管的占空比能够使得DCDC变换模块13输出-N/2倍的Vdc到N/2倍的Vdc范围的电压，能满足更多的负载的需求，增大电池系统的应用范围。
具体请参照图3，图3为本发明提供的另一种电池供电装置的结构示意图。N等于2时，第一个DC/DC变换器131的输出正端为DC/DC变换模块13的输出正端，第二个DC/DC变换器131的输出负端为DC/DC变换模块13的输出负端，第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端连接，第一个DC/DC变换器131的输出负端与第二个DC/DC变换器131的输出正端连接的公共端接中线。在单个DC/DC变换器131的最大输出电压为Vdc时，控制模块11通过调节各DC/DC变换器131中的开关管的占空比能够使得DCDC变换模块13输出-1/2倍的Vdc到1/2倍的Vdc范围的电压。
作为一种优选的实施例，电池12为锂电池。
在本实施例中，电池12为锂电池，锂电池具有工作电压高、能量密度大、自放电率低及无记忆效应等显著优点。
作为一种优选的实施例，控制模块11还用于在对电池12充电时，控制充电电源通过DC/DC变换模块13为电池12进行充电。
为了方便对电池12进行充电，在本实施例中，控制模块11还用于在对电池12充电时，控制充电电源通过DC/DC变换模块13为电池12进行充电，也即DC/DC变换模块13中的DC/DC变换器131为双向DC/DC变换器131。无需额外设置充电线路来为电池12充电，简化了电路设计。
作为一种优选的实施例，控制模块11还用于在电池供电装置充电时，控制N个DC/DC变换器131的充电电压相等。
考虑到在电池供电装置充电时，不同DC/DC变换器131分得的电压可能不同，若某一DC/DC变换器131分得的电压过大，则可能导致DC/DC变换器131的损坏。因此，在本实施例中，在对电池供电装置充电时，控制模块11还会对DC/DC变换模块13中的N个DC/DC变换器131进行均压，以使得N个DC/DC变换器131在充电时的充电电压相等，提高了稳定性，保证了充电安全。
请参照图4，图4为本发明提供的一种电池供电系统的结构示意图。
本发明还提供了一种电池供电系统，包括多个如上述的电池供电装置，且多个电池供电装置的输出端之间并联。
为了提高电池12容量，在本实施例中，设置了多个电池供电装置，且多个电池供电装置的输出端并联。此外，考虑到若直接将多个电池供电装置的输出端并联，各个电池供电装置的输出端的输出电流不一致，可能导致电池供电装置无法正常工作，还可以对所有并联的电池供电装置的输出电流进行均流控制，例如，在多个电池供电装置的输出端并联时，控制模块11通过与其它电池供电装置的控制模块11进行通信，从而控制与自身连接的DC/DC变换模块13的输出电流与其他并联的DC/DC变换模块13的输出电流相等，从而保证电池供电装置稳定可靠的工作。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种电池供电装置，其特征在于，包括：
控制模块、电池及DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块包括N个DC/DC变换器，N个所述DC/DC变换器的输入端均与所述电池连接，N个所述DC/DC变换器的输出端串联或者并联后与负载连接，N为不小于2的整数；
所述控制模块用于在电池供电装置对负载供电时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，根据所述连接方式对所述DC/DC变换模块的输出电压和/或输出电流进行控制，以为所述负载供电，所述连接方式包括串联或者并联。
2.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，在N为2且第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第二个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端时，还包括：
串并联检测模块，用于检测第一个所述DC/DC变换器的输出负端与第二个所述DC/DC变换器的输出正端之间的电压；
确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，包括：
在所述电压为0时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联；
在所述电压不为0时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联。
3.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，还包括串并联检测模块，用于检测所述DC/DC变换模块的输出电压；
确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式，包括：
在所述输出电压大于预设电压阈值时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联；
在所述输出电压不大于所述预设电压阈值时，确定所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联。
4.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
在N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为串联时，分别对N个所述DC/DC变换器输出的电压进行稳压，以使所述DC/DC变换模块的输出电压等于目标电压；
在所述N个所述DC/DC变换器的输出端的连接方式为并联时，对N个所述DC/DC变换器输出的电流进行均流，以使N个所述DC/DC变换器的输出电流均相等。
5.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，在N个所述DC/DC变换器的输出端串联时，第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第N个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端，第i个所述DC/DC变换器的输出负端与第i+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接，1≤i≤N-1。
6.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，在N为偶数且N个所述DC/DC变换器的输出端串联时，第一个所述DC/DC变换器的输出正端为所述DC/DC变换模块的输出正端，第N个所述DC/DC变换器的输出负端为所述DC/DC变换模块的输出负端，第i个所述DC/DC变换器的输出负端与第i+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接，第N/2个所述DC/DC变换器的输出负端与第N/2+1个所述DC/DC变换器的输出正端连接的公共端接中线，1≤i≤N-1。
7.如权利要求1所述的电池供电装置，其特征在于，所述电池为锂电池。
8.如权利要求1至7任一项所述的电池供电装置，其特征在于，所述控制模块还用于在对所述电池充电时，控制充电电源通过所述DC/DC变换模块为所述电池进行充电。
9.如权利要求8所述的电池供电装置，其特征在于，所述控制模块还用于在所述电池供电装置充电时，控制N个所述DC/DC变换器的充电电压相等。
10.一种电池供电系统，其特征在于，包括多个如权利要求1至9任一项所述的电池供电装置，且多个所述电池供电装置的输出端之间并联。
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