CN201100922Y - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及电池电源，公开了一种电池组，包含两个以上的电池单体，其中，每个电池单体设有供其单独使用的充电电路、保护电路和升压电路，所述保护电路和电池单体连接，并且所述保护电路在充电方向与充电电路连接、在放电方向与升压电路连接；每个电池单体的升压电路还与并网电路连接，以使升压后的电压同步输出。本实用新型的电池组不仅能消除电池单体之间由于串联并联而产生的一致性依赖，而且使电池组中的电池单体使用寿命相当于单个电池单独被使用的寿命。

Description

电池组
技术领域
本实用新型涉及一种电池电源，尤其涉及一种无单体一致性要求的电池组。
背景技术
随着社会对能源危机的深入认识和环保意识的增强，电动车辆成为一个发展的趋势，而电动车辆面临的关键技术问题之一是要有性能良好的电池组。同时便携电子产品种类的增多和数量的增加，也对电源提出了更多的要求。在很多情况下，单个电池往往无法满足使用的要求，这就产生了电池组的需求。
对于电池组，传统的方法是并联或者串联或者混联以得到所需要的电压和容量，对于一些种类的电池，可加上一些电路起到保护、均衡等作用。例如，对于电动自行车的铅酸电池组，基本结构由3个或者4个12V 10Ah～18Ah的电池串联组成(见图1)；对于锂电池组，在串联的基础上有保护板，电池组结构一般如图2所示，在图1、2中，B1、B2、B3分别代表电池单体。但是，由于在电池组内部单体之间存在着差异性，比如容量和内阻、极化和反应活性都存在不等的差异。微小的差异，可以导致电池组在使用时部分电池过充过放甚至极性反转，大大加快了电池寿命的损耗。通常对单体能够循环使用500次的锂电池，做成电池组后，循环寿命会缩减到100次以内。在现有的产品中，目前只有一些18650锂离子电池能够满足一致性的要求，既各个单体的各项测量指标分散度在千分之五以内。
从技术上来讲，人们也做了很多的努力。如专利号为CN03103417.9的作者，研究了电池组的连接体。专利号为CN01803165.X的工作，专门实用新型了电池组的检测技术。专利申请号为CN02800365.9的工作者开发了联网对电池进行维护的系统和技术。此外，还有如包含具有均衡电流特性的内部电池的电池组(专利号CN02121616.9)等技术所描述的电池组内部均衡的方法，或者充电系统、放电恢复等补救的方法。但是这些技术的电池组依然采用串联、并联或者混联的方法。对于串联，则通过每个电池的电流时刻保持一致，对于并联，则要求电池的端电压时刻保持一致。串联和并联的这种一致的特性，导致了对电池一致性的要求。而电池单体之间的差异，使其在以串并联方式组成的电池组中，极容易发生过充过放或者过流，产生很大的安全隐患，因为过流过充过放都可能导致电池温度过高而产生燃烧爆炸的危险。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种电池组，能消除电池单体之间由于串联并联而产生的一致性依赖。
为了解决上述技术问题，本实用新型的电池组，包含两个以上的电池单体，其中，每个电池单体设有供其单独使用的充电电路、保护电路和升压电路，所述保护电路和电池单体连接，并且所述保护电路在充电方向与充电电路连接、在放电方向与升压电路连接；每个电池单体的升压电路还与并网电路连接，以使升压后的电压同步输出。
在本实用新型中，所述升压电路可选用变压芯片、电源模块、DC/DC变压模块或设计的开关电路。
所述并网电路采用主要由稳压二极管和电容组成的电路进行电压同步，或采用反馈调节升压模块的电路进行电压同步。
所述电池单体包括锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、蓄电池。
本实用新型的电池组，对电池单体的一致性没有要求，并使电池组中的电池单体使用寿命相当于单个电池单独被使用的寿命，且电池成组选配简单，能有效提高电池单体的利用率，降低生产和配组成本。此外，由于本实用新型电池单体的电压都经升压电路升压，电池组容量的设计十分方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1是现有电动自行车铅酸电池组的结构示意图；
图2是现有串联锂电池组的结构示意图；
图3是本实用新型电池组的结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型电池组的基本结构是包含两个以上选定型号的电池单体，对每个单体，设有供其单独使用的充电电路、保护电路和升压电路，所述保护电路和电池单体连接，并且所述保护电路在充电方向与充电电路连接、在放电方向与升压电路连接，升压电路的设置按照要求的输出电压和电流值设置，每个电池单体经升压电路可得到设计的电压，在升压电路的输出端，每个电池单体的升压电路还与同一并网电路连接，以使升压后的电压同步输出，该并网后的输出作为电池组的输出。
本实用新型的保护电路是为了保证每个单体都能够有正常的循环寿命。按照所选用的电池单体，配置适当的保护电路，保护电路具有过充、过放、过流、过热等保护功能，这样在单体并网供电时，可以保证该单体不会出现过充、过放、过流等问题，避免了由于并联而产生的可能过流等问题。升压后并网消除了由于并联所产生的单体电压保持一致的要求，使单体使用过程中不会出现并联所引起的问题。由于现在充电电池单体基本上都具备成熟的保护电路，所以本实用新型的保护电路可以有充分的选择余地。
每个电池单体所接的充电电路是为了解决充电过程中电池之间电压或者电流一致性的问题。在通常的电池组中，并联充电要求单体之间电压一致，串联充电要求单体之间电流一致。面对这种一致性，如果电池之间单体一致性不好，就会导致部分单体过充电，而另一部分单体充电不足。每个单体单独备有专用的充电电路，则每个电池之间的电压和电流之间没有任何的关联性。这使得电池组中的单体在充电过程中如同一个单体一样使用，对单体之间的一致性没有任何要求。各种不同单体的充电电路也有各种选择，可以选择充电芯片，也可以选用单体生产商的充电电路，或者自己设计电路。
升压电路既可以解决电池串联的问题，也可以消除并网时由于并联所产生的单体电压保持一致的要求。通常，串联电池是为了获得比单体电池电压高的电压，而通过升压电路也可得到所需的电压。本实用新型的升压电路优选高频直流升压电路，每个电池接一个直流升压电路，通过电子技术获得需要的电压，避免了电池的串联。根据需要的功率和容量，算出需要的电池数目和升压电路的路数，每个电池升压后的电量都集中到一组电容上面，这组电容作为最终的输出电源来带动负载。本实用新型的升压电路可选用具有不同功率、不同转化效率、不同输出电压的变压芯片，也可选用具有各种输出电压、各种功率的电源模块，也可通过设计开关电路来实现变压功能，并且获得合适的功率和转化效率。DC/DC变压模块是用电器中普遍使用的一种电路，十分成熟可靠，并且由于大量的运用，输出电压和功率以及转化效率都是可以接受的。
并网电路是比较关键的电路，需要把各个电池经过变压后的输出并网成一个输出。由于电池经过变压后是比较稳定的直流电压，并网技术比水电站的并网要简单很多。最简单的就是每个电池变压模块的输出通过一个稳压二极管并联到一个大电容上面，这样使初始变压后电压高的电池会以比较大的功率向大电容充电，其他电池以相对较小的功率向大电容充电。在电池组的放电末了，内阻大的电池以较小的功率向大电容充电，其他电池以相对较大的功率向大电容充电。大电容可以避免由于电池通断切换时产生个别电池过流的现象，也可以消除开关所产生的电压波动。相对较复杂和功能比较智能化的电路是利用反馈调节变压模块使各个电池的电压同步，以代替大电容的作用。利用反馈控制使电压同步的模块成本较高，可以用在对电源输出要求比较高，并且尽量延长电池组使用时间的场合。
实施例1小容量锂电池组
选用钢壳手机电芯053450，用R5421A112C配以外围电路作为保护电路，用AAT3680作为充电控制电路，XC9101D09AKR作直流升压IC，稳压二极管IN4746A和220微法电容做并网电路，可以得到11V10W的电池组。
实施例2小功率锂电池组
选用钢壳手机电池053450，用市场现成的NOKIA 3310手机保护板做保护电路，B0515LS-1W DC/DC模块做升压电路，市售通用旅行充电器作为充电电路，稳压二极管IN4746A和220微法电容作为并网电路，可以得到12V3W的小功率电池组。
实施例3笔记本电脑电池组
选用5Ah锂电池单体，采用厂家的保护电路，充电电路，市售5V到15V DC/DC 30W模块各三套，依然可以用稳压二极管和电容做并网电路，可以得到5Ah12V的笔记本电脑电池组。
实施例4动力电池组
选用11Ah锂电池单体，配套的保护和充电电路，市售5V到40V 200W升压模块电路，稳压二极管和超电容作为并网电路，可以得到电动自行车动力电池。选用50Ah的电池单体，配套的保护和充电电路，5V到15V 4千瓦开关升压模块，稳压二极管和超电容做并网电路，可以得到汽车启动电池组；更多更大的单体可以得到汽车和其他车辆的动力电池组。

Claims (3)

1. 一种电池组，其特征在于，包含两个以上的电池单体，其中，每个电池单体设有供其单独使用的充电电路、保护电路和升压电路，所述保护电路和电池单体连接，并且所述保护电路在充电方向与充电电路连接、在放电方向与升压电路连接；每个电池单体的升压电路还与并网电路连接，以使升压后的电压同步输出。
2. 如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述升压电路可选用变压芯片、DC/DC变压模块。
3. 如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池单体包括锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、蓄电池。
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