CN115663975A - 一种电池充放电管理电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充放电管理电路及系统，涉及电池管理技术领域，所述电池充放电管理电路包括第一感性元件和多个电池模组，所述第一感性元件和多个所述电池模组串联后用于与充放电设备并联，每个电池模组均包括：电池单元、与所述电池单元并联的第一开关组件和与所述电池单元串联的第二感性元件；当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定。本发明可以对电池的每个电池单元进行精确的充放电控制，保证电池的性能。

Description

一种电池充放电管理电路及系统

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池充放电管理电路及系统。

背景技术

随着锂电池技术的发展，锂电池串联化成分容相比并联化成分容效率高、成本低，所以越来越受重视。锂电池串联化成分容在应用时，多个电池单元直接串联形成电池串，然后统一的进行充电和放电，在充电过程中，要求充放电电流具有较高的精度，并且尽量保证不出现大的冲击电流，这样最终激活的锂电池才具有较高的成品品质。

由于多个电池单元串联会存在优先充电完毕和优先放电完毕的电池单元出现，例如：在正常充电时，如果有多个电池单元串联，其中某个电池单元优先充电到设定的充电截止电压时，如果继续充电，就会影响该电池单元的性能，进而影响整个电池的性能，正常放电时也会存在类似情况。现在比较常见的方案是达到充电截止电压或者放电截止电压时，将单个电池单元切除，但是往往在切除瞬间，具有很大的冲击电流。

发明内容

本发明实施例提供一种电池充放电管理电路及系统，以解决相关技术中现有电池充放电管理电路不能对每个电池单元进行充放电精准控制，易导致电池单元性能下降，进而使整个电池性能下降的技术问题。

第一方面，提供了一种电池充放电管理电路，包括第一感性元件和多个电池模组，所述第一感性元件和多个所述电池模组串联后用于与充放电设备并联，每个电池模组均包括：

电池单元；

与所述电池单元并联的第一开关组件；

与所述电池单元串联的第二感性元件；以及

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定。

一些实施例中，所述第一开关组件包括：

第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件均设有寄生电容，所述第一开关元件和第二开关元件反向串联后与所述电池单元并联；

当所述电池单元充电至充电截止电压时，将所述第二开关元件导通、所述第一开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压恒定；

当所述电池单元放电至放电截止电压时，将所述第一开关元件导通、所述第二开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的放电电压恒定。

一些实施例中，每个电池模组均还包括第二开关组件，所述第二开关组件包括：

第三开关元件和第四开关元件，所述第三开关元件和第四开关元件均设有寄生电容，所述第三开关元件和第四开关元件反向串联后与所述第二感性元件串联；

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第三开关元件和第四开关元件导通。

一些实施例中，当所述电池单元充电至充电截止电压后，将所述第二开关元件和第三开关元件保持导通，并将所述第四开关元件断开；

预设时间内降低所述第一开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第三开关元件断开，将所述第一开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

一些实施例中，当所述电池单元放电至放电截止电压后，将所述第一开关元件和第四开关元件保持导通，并将所述第三开关元件断开；

预设时间内降低所述第二开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第四开关元件断开，将所述第二开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

一些实施例中，所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件为MOSFET或IGBT。

一些实施例中，所述电池充放电管理电路还包括：

控制单元，所述控制单元与所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件的控制端连接。

一些实施例中，每个电池模组均还包括：

滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电池单元的正极连接、另一端与所述第二感性元件和所述第四开关元件的公共端连接。

一些实施例中，每个电池模组均还包括：

第五开关元件和缓冲电阻，所述第五开关元件和缓冲电阻并联后串联在所述电池单元与所述第二感性元件之间。

第二方面，提供了一种电池充放电管理系统，包括前述的电池充放电管理电路。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种电池充放电管理电路及系统，其设有与所述电池单元并联的第一开关组件和与所述电池单元串联的第二感性元件，当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，可以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定，对电池的每个电池单元进行精确的充放电控制，保证电池的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的一种电池充放电管理电路的第一个电路图；

图2为本发明实施例提供的一种电池充放电管理电路的第二个电路图；

图3为本发明实施例提供的一种电池充放电管理电路的第三个电路图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的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。

本发明实施例提供了一种电池充放电管理电路，其能解决现有电池充放电管理电路不能对每个电池单元进行充放电精准控制，易导致电池单元性能下降，进而使整个电池性能下降的技术问题。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种电池充放电管理电路，包括第一感性元件和多个电池模组，所述第一感性元件和多个所述电池模组串联后用于与充放电设备并联，每个电池模组均包括：电池单元、与所述电池单元并联的第一开关组件和与所述电池单元串联的第二感性元件。

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定。

具体地，参见图1所示，本发明实施例中的电池充放电管理电路包括第一感性元件L₁和12个电池模组，所述第一感性元件L₁和12个电池模组串联后与充放电机并联。以第1个的电池模组为例，其包括：电池单元U₁、与所述电池单元U₁并联的第一开关组件和与所述电池单元U₁串联的第二感性元件L₂。当所述电池单元U₁充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，若需要进行电池恒压控制，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，由于所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂电流不能突变，通过所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂的电流均为恒定的电流，此时通过调整所述第一开关组件周期性的导通的占空比，就可以控制通过第1个的电池模组的电池电流大小，即可以通过闭环控制，控制所述电池单元U₁充电电流的大小，并使所述电池单元U₁进入恒压状态，避免该电池单元过充电或过放电。

本发明实施中的电池充放电管理电路，其设有与所述电池单元并联的第一开关组件和与所述电池单元串联的第二感性元件，当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，可以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定，对电池的每个电池单元进行精确的充放电控制，保证电池的性能。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述第一开关组件包括：第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件均设有寄生电容，所述第一开关元件和第二开关元件反向串联后与所述电池单元并联。

当所述电池单元充电至充电截止电压时，将所述第二开关元件导通、所述第一开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压恒定。

当所述电池单元放电至放电截止电压时，将所述第一开关元件导通、所述第二开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的放电电压恒定。

具体地，参见图2所示，所述第一开关组件包括第一开关元件S₁和第二开关元件S₂，所述第一开关元件S₁和第二开关元件S₂均设有寄生电容。

以第1个的电池模组为例，当所述电池单元U₁充电至充电截止电压时，若需要进行电池恒压控制，将所述第二开关元件S₂导通、所述第一开关元件S₁周期性的导通和断开，由于所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂电流不能突变，通过所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂的电流均为恒定的电流，此时通过调整所述第一开关组件周期性的导通的占空比，就可以控制通过第1个的电池模组的电池电流大小，即可以通过闭环控制，控制所述电池单元U₁充电电流的大小，使得所述电池单元U₁进入恒压状态。

以第1个的电池模组为例，当所述电池单元U₁放电至放电截止电压时，若需要进行电池恒压控制，将所述第二开关元件S₁导通、所述第二开关元件S₂周期性的导通和断开，由于所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂电流不能突变，通过所述第一感性元件L₁与第二感性元件L₂的电流均为恒定的电流，此时通过调整所述第一开关组件周期性的导通的占空比，就可以控制通过第1个的电池模组的电池电流大小，即可以通过闭环控制，控制所述电池单元U₁充电电流的大小，使得所述电池单元U₁进入恒压状态。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，每个电池模组均还包括第二开关组件，所述第二开关组件包括：第三开关元件和第四开关元件，所述第三开关元件和第四开关元件均设有寄生电容，所述第三开关元件和第四开关元件反向串联后与所述第二感性元件串联。

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第三开关元件和第四开关元件导通。

具体地，参见图2所示，所述第二开关组件包括第三开关元件S₃和第四开关元件S₄，所述第三开关元件S₃和第四开关元件S₄均设有寄生电容。以第1个的电池模组为例，当所述电池单元U₁充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第三开关元件S₃和第四开关元件S₄导通，使所述电池单元U₁正常充放电。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，当所述电池单元充电至充电截止电压后，将所述第二开关元件和第三开关元件保持导通，并将所述第四开关元件断开；

预设时间内降低所述第一开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第三开关元件断开，将所述第一开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

以第1个的电池模组为例，参见图2所示，当给所述电池单元U₁充电时，所述第二开关元件S₂、第三开关元件S₃和第四开关元件S₄为导通状态，而所述第一开关元件S₁为导通和断开切换状态，此时若需要将所述电池单元U₁断开连接(不再与其他电池模组串联)，将所述第二开关元件S₂和第三开关元件S₃保持导通，并将所述第四开关元件S₄断开，此时预设时间内(较短时间)降低所述第一开关元件S₁周期性的导通和断开中导通时间的占比，使得所述电池单元U₁的充电电流快速减小，当充电电流已经非常小的时候，再将所述第三开关元件S₃断开，将所述第一开关元件S₁持续导通，以使所述电池单元U₁与其它电池模组断开。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，当所述电池单元放电至放电截止电压后，将所述第一开关元件和第四开关元件保持导通，并将所述第三开关元件断开；

预设时间内降低所述第二开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第四开关元件断开，将所述第二开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

以第1个的电池模组为例，参见图2所示，当所述电池单元U₁放电时，所述第一开关元件S₁、第三开关元件S₃和第四开关元件S₄为导通状态，而所述第二开关元件S₂为导通和断开切换状态，此时若需要将所述电池单元U₁断开连接(不再与其他电池模组串联)，将所述第一开关元件S₁和第四开关元件S₄保持导通，并将所述第三开关元件S₃断开，此时预设时间内(较短时间)降低所述第二开关元件S₂周期性的导通和断开中导通时间的占比，使得所述电池单元U₁的放电电流快速减小，当放电电流已经非常小的时候，再将所述第四开关元件S₄断开，将所述第二开关元件S₂持续导通，以使所述电池单元U₁与其它电池模组断开。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件为MOSFET或IGBT，MOSFET具有开关速度快、高频性能、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、安全工作区域宽等优点。IGBT具有更高的电压和电流处理能力、非常高的输入阻抗、非常低的导通电阻、高电流密度等优点。

进一步地，所述电池充放电管理电路还包括：控制单元，所述控制单元与所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件的控制端连接。控制单元可以通过所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件的控制端，精准控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件的导通或断开。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图3所示，每个电池模组均还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电池单元的正极连接、另一端与所述第二感性元件和所述第四开关元件的公共端连接。以第1个的电池模组为例，所述滤波电容C₁的一端与所述电池单元U₁的正极连接、另一端与所述第二感性元件L₂和所述第四开关元件S₄的公共端连接。所述滤波电容C₁可以保证所述电池单元U₁充放电的电压稳定。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图3所示，每个电池模组均还包括：第五开关元件和缓冲电阻，所述第五开关元件和缓冲电阻并联后串联在所述电池单元与所述第二感性元件之间。以第1个的电池模组为例，所述第五开关元件K和缓冲电阻R并联后串联在所述电池单元U₁与所述第二感性元件L₂之间。当第1个的电池模组在启动之前，先所述由缓冲电阻R对滤波电容C₁进行充电，等到滤波电容C₁电压接近所述电池单元U₁时，闭合所述第五开关元件K。

本发明实施例还提供了一种电池充放电管理系统，包括前述的电池充放电管理电路。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，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。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池充放电管理电路，其特征在于，包括第一感性元件和多个电池模组，所述第一感性元件和多个所述电池模组串联后用于与充放电设备并联，每个电池模组均包括：

电池单元；

与所述电池单元并联的第一开关组件；

与所述电池单元串联的第二感性元件；以及

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第一开关组件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压或放电电压恒定。

2.如权利要求1所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述第一开关组件包括：

第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件均设有寄生电容，所述第一开关元件和第二开关元件反向串联后与所述电池单元并联；

当所述电池单元充电至充电截止电压时，将所述第二开关元件导通、所述第一开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的充电电压恒定；

当所述电池单元放电至放电截止电压时，将所述第一开关元件导通、所述第二开关元件周期性的导通和断开，以使所述电池单元的放电电压恒定。

3.如权利要求2所述的电池充放电管理电路，其特征在于，每个电池模组均还包括第二开关组件，所述第二开关组件包括：

第三开关元件和第四开关元件，所述第三开关元件和第四开关元件均设有寄生电容，所述第三开关元件和第四开关元件反向串联后与所述第二感性元件串联；

当所述电池单元充电至充电截止电压或放电至放电截止电压时，将所述第三开关元件和第四开关元件导通。

4.如权利要求3所述的电池充放电管理电路，其特征在于：

当所述电池单元充电至充电截止电压后，将所述第二开关元件和第三开关元件保持导通，并将所述第四开关元件断开；

预设时间内降低所述第一开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第三开关元件断开，将所述第一开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

5.如权利要求3所述的电池充放电管理电路，其特征在于：

当所述电池单元放电至放电截止电压后，将所述第一开关元件和第四开关元件保持导通，并将所述第三开关元件断开；

预设时间内降低所述第二开关元件周期性的导通和断开中导通时间的占比，再将所述第四开关元件断开，将所述第二开关元件持续导通，以使所述电池单元与其它电池模组断开。

6.如权利要求3所述的电池充放电管理电路，其特征在于：

所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件为MOSFET或IGBT。

7.如权利要求6所述的电池充放电管理电路，其特征在于，还包括：

控制单元，所述控制单元与所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件的控制端连接。

8.如权利要求3所述的电池充放电管理电路，其特征在于，每个电池模组均还包括：

滤波电容，所述滤波电容的一端与所述电池单元的正极连接、另一端与所述第二感性元件和所述第四开关元件的公共端连接。

9.如权利要求1所述的电池充放电管理电路，其特征在于，每个电池模组均还包括：

第五开关元件和缓冲电阻，所述第五开关元件和缓冲电阻并联后串联在所述电池单元与所述第二感性元件之间。

10.一种电池充放电管理系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电池充放电管理电路。

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