CN208638069U - 电池组并联装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池组并联装置，包括多个并联的电池组支路，电池组支路包括电池模块、测量电流强度和电流方向的电流检测模块、控制电池模块的主控制模块，以及用于控制电池组支路的支路控制器，其中，电池模块包括一个或多个单体电池，当单体电池为多个时，多个单体电池之间相连接；电流检测模块一端与电池模块相连接；主控制模块包括两个反向串联连接的二极管以及与两个二极管一一并联设置的接触器，主控制模块一端与电流检测模块远离电池模块的一端相连接；支路控制器一端与主控制模块远离电流检测模块的一端相连接，另一端与总负极或总正极相连接。本实用新型的电池组并联装置能有效抑制电池组支路间的环流，且能使电流分配更均衡。

Description

电池组并联装置

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别是涉及一种电池组并联装置。

背景技术

随着传统能源的逐渐耗竭以及人们对环境的日益重视，由电能驱动的电动自行车、电动摩托车、微型电动汽车、电动轿车及电动大巴等使用越来越广泛，使得高容量电池组的需求日益增长。由于单体电池的电容量终归有限，因而将单体电池进行串并联以获得高容量电池组是目前业内的通用做法。当大容量、高电压等级的电池组进行并联时，由于电池组的性能参数多少存在差异，导致在充放电过程中，各个并联的电池支路间产生严重的偏流和环流，使得并联电池(组)的DOD(电池放电深度)不同，影响电池(组)的寿命，同时也会对其他的辅助电气元件产生不良影响。

单体电池在生产制造过程中，各方面性能不尽相同，电池(组)放电(充电)过程中，电池(组)的内阻和电压变化会存在一定差异，从而造成环流产生。现有的电池组并联环流解决方案，主要包括预充电阻、串联二极管、串联DC-DC转换器三类，此三类解决方案各有优缺点。比如，图1所示的预充电阻解决方案中，在每个电池组支路上，除电池模块11外，还连接了预充电阻12和多个接触器13等电子元件，但这种方案仅能够抑制电池组上电瞬间的环流，且整个系统所需加入的电子元件数目比较多，导致成本上升和电路复杂，同时复杂的电路结构也使得整个电路的不必要能耗和风险增加；图2所示的串联二极管解决方案中，电池模块11与多个相互串联的二极管14相连接，这种方案能够有效抑制电池组之间的环流，但是会导致电流分配不均衡现象；而图3所示的串联DC-DC转换器解决方案中，虽然能够抑制电池组之间的环流，也能通过合适的控制策略使得各个电池组对外输出的电流均衡，但是此种方案需要的成本较高，系统体积较大。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电池组并联装置，用于解决现有技术中将多个电池组支路并联使用时，因电池(组)的性能不同，导致电池(组)在充放电过程中产生严重的偏流和环流，引发电池(组)性能和使用寿命下降等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电池组并联装置，所述电池组并联装置包括多个并联的电池组支路，多个所述电池组支路的正极并联形成所述电池组并联装置的总正极，多个所述电池组支路的负极并联形成所述电池组并联装置的总负极，所述电池组支路包括电池模块、测量流经所述电池模块的电流强度和电流方向的电流检测模块、控制所述电池模块的主控制模块，以及用于控制所述电池组支路的支路控制器，其中，

所述电池模块包括一个或多个单体电池，当所述单体电池为多个时，多个所述单体电池之间相连接；

所述电流检测模块一端与所述电池模块相连接；

所述主控制模块包括两个反向串联连接的二极管以及与两个所述二极管一一并联设置的接触器，所述主控制模块一端与所述电流检测模块远离所述电池模块的一端相连接；

所述支路控制器一端与所述主控制模块远离所述电流检测模块的一端相连接，另一端与所述总负极或所述总正极相连接。

可选地，多个并联的所述电池组支路包括的单体电池的类型相同。

可选地，多个并联的所述电池组支路包括的单体电池的类型不完全相同。

可选地，所述单体电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池或铅酸电池。

可选地，所述电流检测模块包括接触式电流测量仪或非接触式电流测量仪。

可选地，两个所述二极管的正极相连。

可选地，两个所述二极管的负极相连。

可选地，所述电池组并联装置还包括控制所述电池组并联装置的总控制器，所述总控制器与多个并联的所述电池组支路相连接。

可选地，所述电池组支路还包括管理所述电池组支路的电池管理模块，所述电池管理模块与所述电池模块、所述电流检测模块及所述接触器均相连接。

可选地，所述电池组并联装置还包括管理多个所述电池组支路的能源管理模块，所述能源管理模块与多个所述电池管理模块相连接。

如上所述，本实用新型的电池组并联装置，具有以下有益效果：本实用新型通过改善的结构设计，即将每个电池组支路上的主控制模块设计成二极管与接触器以2串2并的形式进行连接，能有效抑制电池组支路间的环流，且能使电流分配趋于均衡。本实用新型结构简单，成本低廉，控制灵活，不仅可以实现同构(相同材料体系、相同串并联结构等)的电池组并联，还可应用于电压近似的异构(不同材料体系、不同串并联结构等)电池组的并联。本实用新型的电池组并联装置可以在电池的重组应用和梯次应用方面发挥作用，能够实现对废旧电池的有效回收利用，有利于减少能源浪费，减少环境污染。

附图说明

图1至图3显示为现有技术中的电池组并联装置的结构示意图。

图4及图5显示为本实用新型的电池组并联装置的结构示意图。

元件标号说明

11，21 电池模块

12 预充电阻

13，232 接触器

14，231 二极管

15 DC-DC转换器

16 总正极

17 总负极

211 单体电池

22 电流检测模块

23 主控制模块

24 支路控制器

26 电池管理模块

27 能源管理模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图4至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图4及图5所示，本实用新型提供一种电池组并联装置，所述电池组并联装置包括多个并联的电池组支路，多个所述电池组支路的正极并联形成所述电池组并联装置的总正极16，多个所述电池组支路的负极并联形成所述电池组并联装置的总负极17，所述电池组支路包括电池模块21、测量流经所述电池模块21的电流强度和电流方向的电流检测模块22、控制所述电池模块21的主控制模块23，以及用于控制所述电池组支路连通或断开的支路控制器24，其中，所述电池模块21包括一个或多个单体电池211，当所述单体电池211为多个时，多个所述单体电池211之间相连接；所述电流检测模块22一端与所述电池模块21相连接；所述主控制模块23包括两个反向串联连接的二极管231以及与两个所述二极管231一一并联设置的接触器232，所述主控制模块23一端与所述电流检测模块22远离所述电池模块21的一端相连接；所述支路控制器24一端与所述主控制模块23远离所述电流检测模块22的一端相连接，另一端与所述总负极17或所述总正极16相连接。通过将主控制模块23设计成包括反向串联连接的两个所述二极管231以及与两个所述二极管231一一并联设置的接触器232的结构，即所述二极管231与所述接触器232以2串2并的形式进行连接，反向串联连接的两个所述二极管231能实现钳位和阻尼作用，从而能有效抑制电池组支路间的环流，且能使电流分配趋于均衡。此外，本实用新型的结构非常简单，各电子元件都是市面上常见的器件，具体可根据需要，比如根据所述电池模块21的参数选择合适的规格，因而整个电池组并联装置的构建成本很低。需要说明的是，出于简洁的目的，本实施例的示意图中只对一个电池组支路的结构进行了详细的标注，其他电池组支路的结构与此完全相同。

作为示例，所述电池组支路可以为两个或两个以上，各个并联的所述电池组支路包括的单体电池211的类型可以相同或者不同，或者不完全相同，即本实用新型的电池组并联装置不仅可以实现同构(相同材料体系、相同串并联结构等)的电池组并联外，还可应用于电压近似的异构(不同材料体系、不同串并联结构等)电池组的并联，当然，在单个的所述电池组支路上的多个单体电池211类型优选相同。具体地，作为示例，所述单体电池211包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池或铅酸电池等可充电电池，单个所述电池组支路上包括的所述单体电池211的数量可以根据所使用的所述单体电池211的电容量不同而不同，重要的是各个所述电池组支路上的总电压相同或基本相同。当然，不同类型的电池的性能差异比较大，使得并联后的电池组更容易出现环流，故有必要采用本实用新型的方案解决环流问题。当单个所述电池组支路上包括多个所述单体电池211时，多个所述单体电池211之间可以是并联或串联，或者部分并联或部分串联，只要能保证所述电池模块21能正常工作即可，本实施例中不做具体限制。而且本实施例中的所述单体电池211并不限于新电池，只要其仍然具有充放电功能即可，这对于电池的重组应用和梯次应用非常有价值，比如，从电动汽车上淘汰下来的电池，虽然已经不适于驱动电动汽车，但只要其仍然具有充放电功能，就可以并联于本实用新型的电池组并联装置中，从而可以应用于其他如通信基站等对电池要求略低的工作环境中。因而，本实用新型的电池组并联装置能够实现对废旧电源的有效回收利用，有利于资源的充分利用，且有利于减少环境污染。

作为示例，所述电流检测模块22包括接触式电流测量仪或非接触式电流测量仪，且不同的所述电池组支路上的所述电流检测模块22优选一致，有利于检测标准的一致性。

作为示例，两个所述二极管231的正极相连，具体如图4所示，在另一示例中，两个所述二极管231的负极相连，具体如图5所示，这两个示例实现的效果是完全一致的，重要的是两个所述二极管231之间反向串联，即所述二极管231之间的正极与正极相连或负极与负极相连，单个所述二极管231与单个所述接触器232相并联并与另一个同样的模块，即同样包括相并联的单个所述二极管231和单个所述接触器232的模块相串联，即所述二极管231与所述接触器232以2串2并的形式进行连接构成所述主控制模块23，所述主控制模块23与所述电流检测模块22和所述支路控制器24相连接。通过这样的结构设计，从而实现对所述电池组支路的钳位和阻尼作用，从而能有效抑制电池组支路间的环流，且能使电流分配更加均衡。

所述支路控制器24用于控制整个所述电池组支路的通断，比如，在所述电池组支路上的其中一个电子元件故障时，断开所述支路控制器24进行维修或更换即可。所述支路控制器24优选手动控制，即由工作人员根据需要连通或者断开。作为示例，所述支路控制器24可以与所述电池组并联装置的所述总正极16相连接，也可以与所述总负极17相连接，当然理论上所述支路控制器24还可以位于所述电池组支路上的其他位置，但将其设置在所述电池组支路的末端，即靠近所述总正极16或总负极17的位置，有利于工作人员操作，且有利于所述电池组并联装置的集成。

作为示例，所述电池组并联装置还包括控制所述电池组并联装置通断的总控制器，所述总控制器与多个并联的所述电池组支路相连接，作为示例，在实际的电路连接中，所述总控制器通常连接于靠近所述总正极16或所述总负极17的位置，所述总控制器可用于在紧急状况下切断所述电池组并联装置的连接，提高所述电池组并联装置的抗风险能力。所述总控制器和所述支路控制器24均根据需要选择合适的规格即可，其可以是开关或断路器等市面上常见的可实现电路通断的元件。

作为示例，所述电池组支路还包括管理所述电池组支路的电池管理模块26，所述电池管理模块26与所述电池模块21、所述电流检测模块22及所述接触器232均相连接，用于读取所述电流检测模块22测量的流经所述电池模块21的电流强度和电流方向以实现所述电池组支路的自检，然后根据读取的信息以及预先设定的参数，以控制所述接触器232连通或者断开，图4及图5中的箭头方向示意了信号的传达方向。通常不同的所述电池组支路上的所述电池管理模块26相互之间需可以实现相互通信，以根据彼此不同的状态进行所在的电池组支路的调整，最终使各个所述电池组支路的性能参数，尤其是电压实现均衡。作为示例，所述电池管理模块26包括BMS装置(Battery Management System，电池(组)管理系统)，市面上成熟的BMS装置非常多，比如国外的博世、康奈可、国内的捷能、航天电源等厂家生产的BMS装置均可用于本实用新型的电池组并联装置，本实施例中不做具体限制，此处例举只是为了说明BMS装置的具体结构和使用方法是业内公知常识，因而本实施例中对BMS装置的具体结构不做单独的具体展开，而将在后文中对本实用新型的电池组并联装置的工作原理说明时做适当引用。

作为示例，所述电池组并联装置还包括管理多个所述电池组支路的能源管理模块27，所述能源管理模块27与多个所述电池管理模块26相连接，当然，根据选用的所述电池管理模块26的不同，在多个所述电池管理模块26之间已经能实现充分的通信的情况下，所述能源管理模块27并不完全必须。所述能源管理模块27选用市面上常见的EMS装置即可(Energy Management System，能量管理系统)，EMS装置的具体结构和使用方法同样是业内公知常识，因而本实施例中对EMS装置的具体结构不做单独的具体展开。当然，在其他示例中，所述电池组并联装置还可以通过其他装置进行管理控制，具体不做限制。

下面将结合附图来对本实施例中的电池组并联装置的工作过程做示例性说明，以使本领域技术人员更为清楚明了地理解本专利，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图4及图5均为本实施例的电池组并联装置的示例，二者在结构上是等效的。本实施例中，以两个电池组支路的并联为例，且本实施例中通过BMS装置和EMS装置来对所述电池组并联装置进行管理。

首先在初始状态，所有接触器232均断开；

之后进入不同的所述电池组支路的并联准备状态，两个所述电池组支路的所述接触器232均接通，此时不同的所述电池组支路的各自的BMS装置分别自检，共存在以下三种情况：

第一种，两个所述电池组支路中其中一路的电池模块21有故障(如温度过高、绝缘电阻过低、电压/温度采集不到等)，所述电池组支路上的两个所述接触器232都将处于断开状态，整个电池组并联装置进入故障模式，通过EMS装置查看所述电池模块21的故障信息；

第二种，两个所述电池组支路均无故障，不同的电池组支路的BMS装置互相通信，如果两个电池模块21的压差小于设定的阈值(如3.0V)，EMS装置控制所述电池组支路的所述接触器232都接通，两个所述电池组支路完全并联，所述电池组并联装置进入并机模式。

第三种，两个所述电池模块21均无故障，不同的电池组支路的BMS装置互相通信，如果两个所述电池模块21的压差大于等于设定的阈值(如3.0V)，由于该压差比较大，为防止环流对所述电池模块21及整个所述电池组并联装置造成损伤，不能直接并联。EMS装置控制两个所述电池组支路上的所述接触器232进行以下系列操作：

步骤1，选择其中一个所述电池模块21，闭合其所在支路上的两个所述接触器232，另外一个支路上的两个所述接触器232均断开。

步骤2，EMS装置根据两个电池组支路的BMS装置上报的各自的电压信息进行判断，如果步骤1选择的所述电池模块21的电压偏低则进入步骤3，如果步骤1选择的所述电池模块21的电压偏高则进入步骤4。

步骤3，所述电池模块21置于只允许充电状态，通过充电并联策略，直至两个所述电池模块21的电压差值小于设定的阈值，然后控制两个所述电池组支路完全并联，进入并机模式。

步骤4，所述电池模块21置于只允许放电状态，通过放电并联策略，直至两个所述电池模块21的电压差值小于设定的阈值，然后控制两个所述电池组支路完全并联，进入并机模式。

故障模式：所有电池组支路的所有接触器232均断开，系统置于不可自动恢复状态，需排查故障并重启。

完全并联：当两个电池组支路的所有接触器232接通后，BMS装置检测电压差小于设定阈值，则两个电池组支路的所有接触器232接通后，判定为完全并联。当两电池组支路的所有接触器232接通后，BMS装置检测电压差大于等于设定阈值，但通过上述步骤3或步骤4将两个电池组支路并联成功，继续充电或放电，直至两电池组支路的电流差值小于设定阈值(如1.0A)时，同样可判定为完全并联。

并机模式：完全并联后，系统进入并机模式。并机模式下，如两电池组支路均无故障，系统可以随意切换充放电状态，两个电池组支路的所有接触器232均不再动作。如有某一个电池组支路出现故障而被BMS装置断开其接触器232，另外一个电池组支路随之断开对应的接触器232，系统进入故障模式。

充电并联策略：

此时电池模块21被EMS装置置为只允许充电，上述步骤1选择的电池组支路分别接通其所在支路上的两个所述接触器232；

当所述电池组支路的电流检测模块22检测到放电电流时，则断开其支路上的两个接触器232，报故障；

当所述电池组支路的电流检测模块22检测到充电电流时，断开其支路上的其中一个接触器232以使与之并联的二极管231处于导通状态，其BMS装置监测电压信息，直到两个电池模块21的压差小于设定阈值，另一电池组支路经由BMS装置通信得知上述信息后即接通所在支路中的一个接触器232。此时两个电池组支路的其中一个接触器232均为接通状态，另一个接触器232均为断开状态。接着，任一电池组支路上检测到其所在支路有充电电流，两电池组支路均接通其之前断开的另一接触器232。当两个电池组支路的所有接触器232均接通后，开始阶段两电池组支路的电流相差可能比较大，但随着充电的继续，两电池组支路的充电电流会逐渐接近，当两者的电流差小于设定阈值，判定为完全并联，系统进入并机模式。

放电并联策略：

此时电池模块21被EMS装置置为只允许放电，上述步骤1选择的所述电池组支路分别接通其两个接触器232；

当该电池组支路的电流检测模块22检测到充电电流时，则断开其两个接触器232，报故障；

当其中一个电池组支路的电流检测模块22检测到放电电流时，断开其其中一个接触器232以使与之并联的二极管231处于导通状态，其对应的BMS装置监测电压信息，直到两个电池模块21的压差小于设定阈值，另一电池组支路经由BMS装置通信得知上述信息后即接通所在支路中对应位置处的一个接触器232。此时两个电池组支路的对应位置的一个接触器232均为接通状态，另一接触器232均为断开状态。接着，任一电池组支路检测到其所在支路有放电电流，两电池组支路均接通其原先断开的接触器232。当两电池组支路的所有接触器232均接通后，开始阶段两电池组支路的电流相差可能比较大，但随着放电的继续，两电池组支路的放电电流会逐渐接近，当两者的电流差小于设定阈值，判定为完全并联，系统进入并机模式。

以上以两个电池组支路的并联为例，对多个电池组支路的并联可延展适用。

综上所述，本实用新型提供一种电池组并联装置，所述电池组并联装置包括多个并联的电池组支路，多个所述电池组支路的正极并联形成所述电池组并联装置的总正极，多个所述电池组支路的负极并联形成所述电池组并联装置的总负极，所述电池组支路包括电池模块、测量流经所述电池模块的电流强度和电流方向的电流检测模块、控制所述电池模块的主控制模块，以及用于控制所述电池组支路的支路控制器，其中，所述电池模块包括一个或多个单体电池，当所述单体电池为多个时，多个所述单体电池之间彼此串联；所述电流检测模块一端与所述电池模块相连接；所述主控制模块包括两个反向串联连接的二极管以及与两个所述二极管一一并联设置的接触器，所述主控制模块一端与所述电流检测模块远离所述电池模块的一端相连接；所述支路控制器一端与所述主控制模块远离所述电流检测模块的一端相连接，另一端与所述总负极或所述总正极相连接。通过将主控制模块设计成包括反向串联连接的两个所述二极管以及与两个所述二极管一一并联设置的接触器的结构，即所述二极管与所述接触器以2串2并的形式进行连接，反向串联连接的两个所述二极管能实现钳位和阻尼作用，从而能有效抑制电池组支路间的环流，且能使电流分配趋于均衡。本实用新型的电池组并联装置可以在电池的重组应用和梯次应用方面发挥作用，能够实现对废旧电池的有效回收利用，有利于减少能源浪费，减少环境污染。本实用新型结构简单，成本低廉。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电池组并联装置，其特征在于：所述电池组并联装置包括多个并联的电池组支路，多个所述电池组支路的正极并联形成所述电池组并联装置的总正极，多个所述电池组支路的负极并联形成所述电池组并联装置的总负极，所述电池组支路包括电池模块、测量流经所述电池模块的电流强度和电流方向的电流检测模块、控制所述电池模块的主控制模块，以及用于控制所述电池组支路的支路控制器，其中，

所述电池模块包括一个或多个单体电池，当所述单体电池为多个时，多个所述单体电池之间相连接；

所述电流检测模块一端与所述电池模块相连接；

所述主控制模块包括两个反向串联连接的二极管以及与两个所述二极管一一并联设置的接触器，所述主控制模块一端与所述电流检测模块远离所述电池模块的一端相连接；

所述支路控制器一端与所述主控制模块远离所述电流检测模块的一端相连接，另一端与所述总负极或所述总正极相连接。

2.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：多个并联的所述电池组支路包括的单体电池的类型相同。

3.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：多个并联的所述电池组支路包括的单体电池的类型不完全相同。

4.根据权利要求2或3所述的电池组并联装置，其特征在于：所述单体电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池或铅酸电池。

5.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：所述电流检测模块包括接触式电流测量仪或非接触式电流测量仪。

6.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：两个所述二极管的正极相连。

7.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：两个所述二极管的负极相连。

8.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：所述电池组并联装置还包括控制所述电池组并联装置的总控制器，所述总控制器与多个并联的所述电池组支路相连接。

9.根据权利要求1所述的电池组并联装置，其特征在于：所述电池组支路还包括管理所述电池组支路的电池管理模块，所述电池管理模块与所述电池模块、所述电流检测模块及所述接触器均相连接。

10.根据权利要求9所述的电池组并联装置，其特征在于：所述电池组并联装置还包括管理多个所述电池组支路的能源管理模块，所述能源管理模块与多个所述电池管理模块相连接。