CN215496993U - 通用锂电池组串并联架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种通用锂电池组串并联架构，包括串联或并联连接的若干电池组和分别与一电池组对应的若干控制模组，各个电池组分别由一控制模组独立进行充电管理，过压过充现象发生时，可以将故障造成的不良影响隔离限制在独立的本地模块内，不影响整个电池系统的功能。控制模组包括串联均衡电路和并联均衡电路，串联均衡电路用于控制串联的电池组之间和/或电池组中的若干电芯之间的电压均衡，并联均衡电路用于对并联的电池组中的电芯的电流进行自动均衡，通过串联均衡电路、并联均衡电路降低了对串联电池组之间和/或电池组中各单体电芯之间以及并联电池组之间一致性的要求，提高电池组串并联使用的可行性。

Description

通用锂电池组串并联架构

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种通用锂电池组串并联架构。

背景技术

锂离子电池由于其特殊的理化特性和电气指标，在实际应用中经常需要根据电压、容量、外形尺寸等指标进行定制化设计，即较小的单体电池组通过串联或并联的方式组成大型的电池系统，以提高电压和容量。同时还需要配套相应电气的电池管理系统(BMS)以满足特定实际需求。

现有的这种定制化外箱并配套相应BMS的系统架构存在下列缺点：1.电池箱外形结构复杂，通用性差，且无法与市场现有的铅酸系统直接替换；2.整个电池系统为保证性能和安全性对电池组的单体电芯一致性要求高；3.单一电池组出现故障时，必须整个电池系统更换，成本高，可维护性差；4.BMS电路结构复杂，可靠性差；5.依赖接插件、线束或其他通讯链路传输数据，成本高，可靠性差；6.大部分设计在各单一电池组中均加入保护功能，功率损耗大；7.大部分设计中使用的放电均衡，效果差，损耗大；8.电池组串联使用时，单一电池组一致性变差、性能衰减等因素会造成整个电池系统失效，电池系统可靠性低；9.电池组并联时没有专门的均流设计，使用过程中容易造成一致性变差、性能衰减等问题。

因此，亟需提供一种新的通用锂电池组串并联架构，以解决上述现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通用锂电池组串并联架构，在无需复杂辅助电路、通讯链路的情况下，提高通用锂电池组的串并联使用的可行性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种通用锂电池组串并联架构，包括若干电池组和分别与一所述电池组对应的若干控制模组。所述若干电池组之间串联或并联连接，每一所述电池组包括若干按顺序串联的电芯。所述控制模组包括串联均衡电路和并联均衡电路，所述串联均衡电路用于控制串联的所述电池组之间和/或所述电池组中的若干电芯之间的电压均衡，所述并联均衡电路用于对并联的所述电池组中的电芯的电流进行自动均衡。

与现有技术相比，本实用新型将各个电池组分别由一控制模组独立进行充电管理，过压过充现象发生时，可以将故障造成的不良影响隔离限制在独立的本地模块内，不影响整个电池系统的功能，进而也消弱了各单一电池组的一致性对电池系统整体充电效果的影响，最大限度地保证了整个电池系统的功能完整性；降低了对电池组间一致性的要求，提高的单一电池组的适应范围，即电芯配组率和使用率，进一步降低了电池组的成本；同时，由于各个电池组独立进行充电管理，最大限度地减少了接插件、线束、通讯链路和其他相关电路、元器件的数量和复杂程度，从而提高了电池系统的可靠性，并降低了成本。而且，每一控制模组包括串联均衡电路和并联均衡电路，通过串联均衡电路控制串联的电池组之间和/或电池组中的若干电芯之间的电压均衡，降低了对串联电池组之间和/或电池组中各单体电芯之间一致性的要求，进一步提高了电池系统的可靠性，提高电池组串联使用的可行性；通过并联均衡电路实现对并联的电池组中的所有电芯的电流进行自动均流，以此降低了对并联电池组之间一致性的要求，进一步提高了电池系统的可靠性，提高电池组并联使用的可行性。单一电池组需要更换时，无须预先均衡或使用均衡充电器等特定设备，降低了现场维护的技术难度和工作强度。

较佳地，所述并联均衡电路包括若干负温度系数热敏电阻，所有并联的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，所述负温度系数热敏电阻对并联的所述电池组中所有电芯的电流进行自动均衡。

较佳地，所述负温度系数热敏电阻为功率型负温度系数热敏电阻。

较佳地，并联且相邻的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯的正极、负极之一者通过所述负温度系数热敏电阻电连接，并联且相邻的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯的正极、负极之另一者通过导线电连接，以使所述电池组中位于同一顺序的所述电芯呈并联设置。

较佳地，所述电池组设有均流接口，并联且相邻的所述电池组的均流接口通过对应的均流线束电连接，以使所有内部充放电支路通过对应的均流线束呈并联设置。

较佳地，所述串联均衡电路包括模组级均衡电路和电芯级均衡电路，所述电芯级均衡电路用于对应的所述电池组中的多个电芯之间的均衡，所述模组级均衡电路用于串联的多个所述电池组之间的均衡。

较佳地，所述串联均衡电路包括均衡控制单元，所述电芯级均衡电路包括与对应的所述电池组中的多个电芯一一对应的第一放电电阻和第一开关，且相互对应的电芯、第一放电电阻和第一开关串接成回路，所述均衡控制单元控制各个回路中的所述第一开关的通断；所述模组级均衡电路包括与所述电池组对应的第二放电电阻和第二开关，且相互对应的所述电池组、第二放电电阻和第二开关串接成回路，所述均衡控制单元控制各个回路中的所述第二开关的通断。

较佳地，至少一所述控制模组作为主控模组，其余控制模组作为从控模组，所述主控模组包括主充电回路、均衡充电回路及充电控制电路，所述均衡充电回路与所述主充电回路并联，其包括限流电阻，所述充电控制电路接所述均衡电路、主充电回路及均衡充电回路，用于导通所述主充电回路给所述电池组充电；或者，于所述串联均衡电路已启动均衡时，断开所述主充电回路并导通所述均衡充电回路给所述电池组充电。

较佳地，所述充电控制电路包括或门、光电耦合器及开关电路，所述或门的输入端接所述均衡电路，输出端接所述光电耦合器的发射端，所述开关电路接于所述光电耦合器的接收端与所述均衡充电回路之间，所述开关电路于所述光电耦合器导通时导通，以导通所述均衡充电回路给所述电池组充电。

较佳地，所述若干控制模组呈矩阵式分布，每一所述控制模组包括有多个连接端口，所述多个连接端口之间并联，在列向和行向上，每相邻的两所述控制模组之间通过对应的连接端口连接，至少一所述控制模组作为主控模组，其余控制模组作为从控模组，各所述从控模组的开关信号借由所述连接端口依次传递至所述主控模组。

附图说明

图1为本实用新型一实施例通用锂电池组串并联架构的组成框图。

图2是本实用新型一实施例并联均衡电路的等效电路图。

图3是本实用新型一实施例电池组设有均流接口时的简化结构示意图。

图4是本实用新型一实施例两个电池组通过均流接口电连接时的结构示意图。

图5为本实用新型一实施例通用锂电池组串并联架构的部分组成框图。

图6为本实用新型一实施例充电器检测电路的原理图

图7本实用新型一实施例主控模组的部分原理图。

图8本实用新型一实施例从控模组的部分原理图。

图9为本实用新型一实施例第二开关电路的示意图。

图10为本实用新型一实施例均衡充电回路的示意图。

图11为本实用新型一实施例电芯级、模组级两级均衡机制的工作流程图。

图12为本实用新型一实施例控制模组信号传递架构连接示意图。

图13为图11所示信号传递架构的等效电路图。

图14为图13中A部分的放大图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。

请参阅图1至图14，本实用新型的通用锂电池组串并联架构包括多个电池组1和分别与一个电池组1对应的多个控制模组2，多个电池组1之间串联或并联连接，每一电池组1包括多个按顺序串联的电芯11。控制模组2包括串联均衡电路和并联均衡电路，串联均衡电路用于控制串联的电池组1之间和/或电池组1中的若干电芯11之间的电压均衡，并联均衡电路用于对并联的电池组1中的电芯11的电流进行自动均衡。

以下，结合附图图1至图14对本实用新型的通用锂电池组串并联架构进行详细说明。

请先参阅图1至图4，其中，图2示出了4个电池组1并联时并联均衡电路的等效电路图。如图2所示，并联均衡电路包括若干负温度系数热敏电阻31，四个电池组1中位于同一顺序的电芯11之间通过对应的负温度系数热敏电阻31并联以形成对应的内部充放电支路32，所有内部充放电支路32呈并联设置，负温度系数热敏电阻31对所有电芯11的电流进行自动均衡。

通过利用负温度系数热敏电阻31的固有物理特性，在无需复杂的辅助电路、通讯链路的情况下，有效实现电池组1的实时自动均衡；同时，负温度系数热敏电阻31的特性稳定、均衡效率高，仅需对传统并联的电池组1进行简单改造即可实现实时均衡，电路结构简单、成本低、可靠性高，便于后期对电池组1的维护、更换。

作为优选实施例，该负温度系数热敏电阻31为功率型负温度系数热敏电阻31，以使负温度系数热敏电阻31能够承受较大的功率，以满足电池系统的正常工作。由于功率型负温度系数热敏电阻31自身所固有的负温度系数特性，功率型负温度系数热敏电阻31可实时根据电芯11间的压差，对其所在内部充放电支路32进行自动的匹配调节均衡电流，以使当前内部充放电支路32的各个电芯11具有相同的均衡电流。而由于各个内部充放电支路32呈并联设置，因此，在各个内部充放电支路32的共同电流均衡作用下，所有电芯11均具有相同的均衡电流，以实现该电池组1的所有电芯11的实时电流均衡。

实际电路设计时，只需要根据当前电池组1中所有电芯11的规格、型号、内阻、电压等参数选择温度系数、功率、零功率电阻值适合的功率型负温度系数热敏电阻31就可以达到适宜的均衡电流，以满足电池组1的所有电芯11的实时电流均衡。该设计无需设置额外的控制电路或配备BMS系统，有效降低并联均衡电路的电路设计复杂程度，有效减小设计成本，提高可靠性。

如图2所示，作为优选实施例，相邻电池组1中位于同一顺序的电芯11的正极、负极之一者通过负温度系数热敏电阻31电连接，相邻电池组1中位于同一顺序的电芯11的正极、负极之另一者通过导线电连接，以使所有电池组1中位于同一顺序的电芯11呈并联设置。具体地，相邻内部充放电支路32共用电池组1中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻31。

例如，对于顺序一中的电芯11，由于各个电池组1是呈并联设置的，所以此时顺序一中的电芯11的正极已经通过导线电连接，将相邻电芯11之间通过对应的负温度系数热敏电阻31电连接，即此时顺序一中的电芯11通过三个负温度系数热敏电阻31呈并联设置，此时该顺序一中的所有电芯11和对应的负温度系数热敏电阻31构成内部充放电支路32，该内部充放电支路32对其内的各个电芯11进行实时电流均衡操作。

对于顺序二中的电芯11，由于同一电池组1的各个电芯11是按顺序串联的，因此，顺序二中的电芯11的正极共用了顺序一中的三个负温度系数热敏电阻31，将顺序二中的电芯11的负极通过导线电连接，即此时顺序二中的电芯11通过三个负温度系数热敏电阻31呈并联设置，此时该顺序二中的所有电芯11和对应的负温度系数热敏电阻31构成内部充放电支路32，该内部充放电支路32对其内的各个电芯11进行实时电流均衡操作。

对于顺序三和顺序四的电芯11的连接方式参照上述进行设置，不做额外赘述。此时，该并联均衡电路具有四个相互并联的内部充放电支路32，四个内部充放电支路32实时进行电流均衡操作，并在各个内部充放电支路32的共同作用下实现所有电芯11的实时均衡。另外，相邻内部充放电支路32共用电池组1中位于同一顺序的所有负温度系数热敏电阻31，有效节约了负温度系数热敏电阻31的数量，有效降低电路制作成本。

在一些实施例中，负温度系数热敏电阻31可以是设于对应的电池组1内，以避免负温度系数热敏电阻31直接暴露于外部环境，有效避免负温度系数热敏电阻31因环境变化而影响稳定性。在其它实施方式中，该电池组1设有均流接口33(如图3所示)，所有电池组1的均流接口33通过对应的同样具有均流接口33的均流线束34电连接(如图4所示)，以使所有内部充放电支路32通过对应的均流线束34呈并联设置，该负温度系数热敏电阻31位于对应的均流线束34内。通过上述设置，以提升均流线束34的布线合理性，便于组装、检修和更换。

需要说明的是，本实施例以4S4P电池组进行阐述本使用新型的设计理念，当，电池组1的数量和各个电池组1内的电芯11数量可以根据实际情况设定，在此不做限定。

在对电池组1中的串联电芯11或对电池组1进行充放电时，由于无法保证串联电芯11或电池组1的各项电气及理化指标完全一致，因此，在充放电过程中会出现某一串联电芯11或电池组1先于其它串联电芯11或电池组1达到充放截至条件的情况。如果在充电时发生这一情况则意味着整个动力电池中的其它串联电芯11或电池组1没有完全充满，如果此时停止充电，则会造成整个动力电池容量不足的情况。

接下来请参阅图5至图11，其中，图7、图8分别示出了作为主控和作为从控的控制模组2的部分原理图。如图7、图8所示，串联均衡电路4包括模组级均衡电路41和电芯级均衡电路42，电芯级均衡电路42用于对应的电池组1中的多个电芯之间的均衡，在电池组1中各电芯达到电芯均衡阈值时，启动电芯级均衡。模组级均衡电路41用于多个电池组1之间的均衡，在电池组1的总电压达到模组均衡阈值时，启动模组级均衡。其中，电芯均衡阈值、模组均衡阈值均为可根据具体情况进行灵活设定的。

具体的，串联均衡电路4还包括均衡控制单元43，电芯级均衡电路42包括与对应的电池组1中的多个电芯B1-B4一一对应的第一放电电阻R7和第一开关K7，且相互对应的电芯、第一放电电阻R7和第一开关K7串接成回路。模组级均衡电路41包括与电池组1对应的第二放电电阻R8和第二开关K8，且相互对应的电池组1、第二放电电阻R8和第二开关K8串接成回路。均衡控制单元43接第一开关K7、第二开关K8。

需要启动电芯级均衡时，均衡控制单元43控制与对应的电芯连接的第一开关K7导通，通过与该电芯连接的第一放电电阻R7放电；电芯已均衡时，控制该电芯对应的第一开关K7断开，此时，电芯级均衡关闭。需要启动模组级均衡时，均衡控制单元43控制与对应的电池组1连接的第二开关K8导通，通过与该电池组1连接的第二放电电阻R8放电；电池组1已均衡时，控制该电池组1对应的第二开关K8断开，此时，模组级均衡关闭。

借由电芯级、模组级两级均衡机制，在单一串联电池组1在某一程度内过充后，不会断开整个充电回路，使得其它电池组1可以继续充电；在电池组1中的单一串联电芯在某一程度内过充后，也不会断开整个充电回路，使得该电池组1中的其它电芯及其它电池组1可以继续充电，最大限度地保证了电池的功能性。

多个控制模组2中，其中一控制模组2作为主控模组，其余控制模组2作为从控模组。如图7、图8所示，与从控模组不同之一为，主控模组还包括主充电回路5、均衡充电回路6、预充回路、正常充放回路、充电器检测电路7及充电控制电路8，其中，主充电回路5、均衡充电回路6、预充回路、正常充放回路并联，通过选择开关选择性导通主充电回路5、均衡充电回路6、预充回路、正常充放回路之一者。

其中，主充电回路5连接在由多个电池组1组成的电池包Pack的正负极两端(如图6所示)，用于在正常情况下对电池包Pack中的各电池组1进行充电。主充电回路5上串联有开关器件K(如图6所示)，开关器件K用于控制主充电回路5的通断。当充电器001接入主充电回路5且开关器件K导通(接通)时，主充电回路5导通，充电器001即可通过主充电回路5给电池组1充电；当开关器件K断开时，主充电回路5断开。均衡充电回路6为均衡状态下充电器001给电池组1充电的一回路，其包括限流电阻，通过限流电阻降低充电电流。充电器检测电路7用于检测充电器001是否接入主充电回路5(如图6所示)。

如图5、图7所示，充电控制电路8接均衡充电回路6、充电器检测电路7、主充电回路5及均衡充电回路6，用于在正常情况导通主充电回路5给电池组1充电；或者，于充电器检测电路7检测到充电器001接入且均衡充电回路6已启动均衡时，断开主充电回路5并导通均衡充电回路6给电池组1充电，以此降低充电电流，增强通过第一放电电阻R7和/或第二放电电阻R8放电的效果，进而增强均衡效果。

当电芯级均衡、模组级均衡均关闭时，充电控制电路8断开均衡充电回路6，并控制开关器件K导通切换至正常充放电模式，通过主充电回路5给电池组1充电。具体工作流程可参阅图11所示。

其中，所述“正常情况”为均衡充电回路6没有启动均衡时的状态，所述“均衡状态”为均衡充电回路6已启动均衡时的状态。在充电器检测电路7检测到充电器001接入而均衡充电回路6未启动均衡时，通过主充电回路5给电池组1充电，以实现快速充电；而在充电器检测电路7检测到充电器001接入且均衡充电回路6已启动均衡时，通过均衡充电回路6给电池组1充电，以保护电芯。

请参阅图6，图6所示实施例中，充电器检测电路7包括第一电阻R1、光电耦合器O1及第一开关电路，第一开关电路包括光电耦合器O2、光电耦合器O3、二极管D1、可控硅T1、场效应管Q2、三极管Q3、与门U1、稳压二极管Z1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6。第一电阻R1的一端接电池组1，另一端接光电耦合器O1的发射端O1A，光电耦合器O1的接收端O1B接可控硅T1的控制极，可控硅T1的阳极接光电耦合器O2的发射端O2A，光电耦合器O3的接收端O3B串联光电耦合器O2的发射端O2A，光电耦合器O2的接收端O2B接场效应管Q2的栅极，场效应管Q2的源极接与门U1的第一输入端，与门U1的第二输入端、三极管Q3的基极接信号OC，三极管Q3的发射极接光电耦合器O3的发射端O3A，光电耦合器O3的发射端O3A串联电阻R2、稳压二极管Z1，与门U1的输出端接充电控制电路8。

在空载状态下(没有接入负载002)，开关器件K断开，正常情况下，信号OC为高电平，三极管Q3、发射端O3A导通。充电器001接入后，因为开关器件K断开，充电电流流经发射端O1A，触发接收端O1B，触发可控硅T1，触发发射端O2A、接收端O3B，触发接收端O2B、场效应管Q2，此时，门U1的第一输入端为高电平；同时，由于信号OC为高电平，与门U1输出高电平至充电控制电路8，而使充电控制电路8产生一个导通控制信号使开关器件K导通，从而使充电器001通过主充电回路5给电池组1充电。开关器件K导通后会将发射端O1A短路，由于接收端O3B处于导通状态，因此可控硅T1保持导通，所以开关器件K保持导通。

当电池组1充满电或串联均衡电路4启动均衡后，信号OC为低电平，与门U1输出低电平至充电控制电路8，而使充电控制电路8产生一个断开控制信号使开关器件K断开，且三极管Q3、光电耦合器O3、光电耦合器O2、可控硅T1、场效应管Q2均被关断。当电池组1电压下降至电压阈值后且串联均衡电路4未启动均衡，信号OC恢复为高电平，开关器件K恢复导通，恢复到通过主充电回路5给电池组1充电。

图6所示实施例中，充电器检测电路7在无需改动现有充电器，无需复杂辅助电路、专用通讯接口和通讯协议的情况下实现自动充电器识别，通用性强，可实现与现有铅酸系统的无缝替换。同时，由于开关器件K导通后会将发射端O1A短路，降低功耗；且，该充电器检测电路7简单可靠，能够兼容同口、分口。

当然，充电器检测电路7不限于采用上述电路连接关系以及元器件，例如，在一些实施例中，采用三极管替换场效应管Q2；再例如，采用恒流源电路替换第一电阻R1等。

请参阅图7至图9，图7至图9所示实施例中，充电控制电路8包括联动控制电路81和第二开关电路82，联动控制电路81的输入端接均衡控制单元43，输出端接第二开关电路82，第二开关电路82接均衡充电回路6，联动控制电路81基于均衡控制单元43输出的信号使第二开关电路82导通或断开，以导通均衡充电回路6进行均衡充电，或断开均衡充电回路6，切换至主充电回路5进行正常充电。

如图7所示，联动控制电路81包括或门U2和光电耦合器O4，或门U2的输入端接均衡控制单元43，光电耦合器O4的发射端接或门U2的输出端，第二开关电路82接光电耦合器O4的接收端。当均衡控制单元43输出控制信号启动电芯级均衡和/或模组级均衡时，或门U2输出高电平，光电耦合器O4导通，触发第二开关电路82导通，而导通均衡充电回路6进行均衡充电。反之，当均衡控制单元43关闭电芯级均衡和模组级均衡时，光电耦合器O4、第二开关电路82不导通，均衡充电回路6断开。光电耦合器O4隔离型保护信号触发、传送、控制电路可通用于低边或高边保护机制和电路和元器件，最大限度地贴近现有铅酸电池的应用场景和使用方法，兼容同口和分口两种接线方式。

如图9所示，第二开关电路82包括场效应管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，光电耦合器O4导通时，触发Q4、Q5、Q6、Q7、Q8导通，而使整个第二开关电路82导通，BC为高电平，通过均衡充电回路6给电池组1充电。反之，当光电耦合器O4不导通时，第二开关电路82不导通；此时，充电控制电路8可导通开关器件K切换至正常充放电模式，通过主充电回路5给电池组1充电。

请参阅图10，图10所示实施例中，限流电阻为正温度系数热敏电阻。借此设计，使得均衡充电回路6具有自动恒流、自动过流保护和自动恢复功能。当然，在其它实施例中，也可以采用普通电阻作为限流电阻。具体的，均衡充电回路6包括串联连接的两个限流电阻PTC1、PTC2以及场效应管Q9，BC为高电平时，场效应管Q9导通，均衡充电回路6导通，通过均衡充电回路6给电池组1充电。当然，具体实施中均衡充电回路6不限于是采用两个限流电阻，也可取消场效应管Q9。

接下来请参阅图12至图14，如图12所示，多个控制模组2呈矩阵式分布，多个控制模组2分布成M行N列。其中，一位于矩阵对角线上其中一端的控制模组作为主控模组2a，其余控制模组作为从控模组2b。每一控制模组2a、2b包括有多个连接端口，多个连接端口之间并联。在列向和行向上，每相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b之间通过对应的连接端口连接。各从控模组2b的开关信号借由连接端口依次传递至主控模组2a。

图12至图14所示实施例中，包括12个控制模组2a、2b，12个控制模组2a、2b分布成3行4列，位于第3行第4列的一控制模组为主控模组2a，其余控制模组均为从控模组2b。每列中的控制模组2a、2b对应的电池组1之间串联连接，每行中的控制模组2a、2b对应的电池组1之间并联连接。

请参阅图13、图14，如图13、图14所示，每一控制模组2a、2b设有四个连接端口RU、RD、RL、RR，四个连接端口RU、RD、RL、RR分别设置在控制模组2a、2b的四个不同侧，相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b的两对应连接端口通过线束9连接，且相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b对应连接的两连接端口邻近且正对设置。如图13所示，对于在列向或行向上相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b，其中一控制模组的连接端口RU连接另一控制模组的连接端口RD，控制模组的连接端口RR连接另一控制模组的连接端口RL。具体的，连接端口RU、RD、RL、RR具有插接部(图未示)，相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b之间的插接部通过线束9插接连接以连接相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b。

借由在控制模组2a、2b的四个不同侧分别设置一连接端口RU、RD、RL、RR，并使相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b的两连接端口邻近且正对，进一步缩短相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b的两连接端口之间线束9的连接距离，从而进一步缩短信号的传输距离以及节约线束9的成本。

作为优选实施例，线束9为通用型线束，通用性强。线束9的两端设有与连接端口RU、RD、RL、RR的插接部适配的插头(图未示)，通过插头与连接端口RU、RD、RL、RR的插接部插接配合，实现相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b的两连接端口RR与RL之间/RU与RD之间的连接，进而实现相邻的两控制模组2b与2b/2a与2b之间的连接。

请参阅图14，如图14所示，每一从控模组2b中的四个连接端口RU、RD、RL、RR的正极端连接在第一回路21上，四个连接端口RU、RD、RL、RR的负极端连接在第二回路22上。每一从控模组2b中设有开关器件S和电池管理系统23，开关器件S接在第一回路21、第二回路22之间，电池管理系统23于第一状态时控制开关器件S接通，于第二状态时控制开关器件S断开，第一状态、第二状态分别对应电池组1故障状态、电池组1正常状态之一者。

图14所示实施例中，开关器件S为单触点开关，开关器件S的一端接在第一回路21并连接上拉电阻R，另一端接在第二回路22并接地。当然，具体实施中不以开关器件S的具体形式为限制。

如图14所示，主控模组2a中的四个连接端口RU、RD、RL、RR的正极端连接在第一回路21上，四个连接端口RU、RD、RL、RR的负极端连接在第二回路22上。开关器件S的一端接在第一回路21并连接上拉电阻R，另一端接在第二回路22并接地。与从控模组2b不同的是，主控模组2a中的电池管理系统23设有信号接收端子ER，信号接收端子ER连接至主控模组2a的第一回路21以接收从控模组2b的开关信号。

在一具体实施例中，在从控模组2b的电池管理系统23能够独立处理其对应的电池组1问题(例如，过充、过放、过温等)的情况下，开关器件S断开，从控模组2b输出表征正常工作的开关信号(例如高电平)至主控模组2a。在从控模组2b的电池管理系统23无法独立处理其对应的电池组1问题的情况下，即故障状态，电池管理系统23控制开关器件S闭合，从控模组2b输出表征故障状态的开关信号(例如低电平)至主控模组2a，以触发主控模组2a启动保护，例如，关停整个电池系统。

结合电池组1的应用实际，在每一控制模组2b、2a设置多个并联的连接端口RU、RD、RL、RR，将每一控制模组2b、2a通过线束9和连接端口RU、RD、RL、RR就近与相邻控制模组2b、2a连接，组成矩阵式信号网络。各个作为从控模组的控制模组2b的开关信号可以通过其各个连接端口RU、RD、RL、RR以及与其连接的从控模组2b的连接端口RU、RD、RL、RR传递至作为主控模组的控制模组2a，由于从控模组2b的同一开关信号通过多个连接端口RU、RD、RL、RR进行传递，具有极好的冗余备份效果，极大地提高了信号传递的可靠性。同时，各个从控模组2b的开关信号以接力式依次传递，由于控制模组2b与2b，2a与2b之间空间距离短，信号传递距离短，具有较高的抗干扰能力，可靠性高，且连接控制模组2b与2b/2a与2b之间的线束9成本低。

综上，本实用新型将各个电池组1分别由一控制模组2独立进行充电管理，过压过充现象发生时，可以将故障造成的不良影响隔离限制在独立的本地模块内，不影响整个电池系统的功能，进而也消弱了各单一电池组1的一致性对电池系统整体充电效果的影响，最大限度地保证了整个电池系统的功能完整性；降低了对电池组1间一致性的要求，提高的单一电池组1的适应范围，即电芯配组率和使用率，进一步降低了电池组1的成本；同时，由于各个电池组1独立进行充电管理，最大限度地减少了接插件、线束、通讯链路和其他相关电路、元器件的数量和复杂程度，从而提高了电池系统的可靠性，并降低了成本。而且，每一控制模组2包括串联均衡电路和并联均衡电路，通过串联均衡电路控制串联的电池组1之间和电池组1中的若干电芯之间的电压均衡，降低了对串联电池组1之间和电池组1中各单体电芯之间一致性的要求；通过并联均衡电路实现对并联的电池组1中的所有电芯的电流进行自动均流，降低了对并联电池组1一致性的要求，进一步提高了电池系统的可靠性，提高了通用锂电池组1的串并联使用的可行性。解决了电池组1串并联时由于电芯11一致性和结构分布参数所造成的各串并联电池组1/电芯11充放电能量和功率不一致的问题，从而简化了电池组1的设计，提高了使用寿命和易用性。单一电池组1需要更换时，无须预先均衡或使用均衡充电器等特定设备，降低了现场维护的技术难度和工作强度。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种通用锂电池组串并联架构，其特征在于，包括若干电池组和分别与一所述电池组对应的若干控制模组，所述若干电池组之间串联或并联连接，每一所述电池组包括若干按顺序串联的电芯，所述控制模组包括串联均衡电路和并联均衡电路，所述串联均衡电路用于控制串联的所述电池组之间和/或所述电池组中的若干电芯之间的电压均衡，所述并联均衡电路用于对并联的所述电池组中的电芯的电流进行自动均衡。

2.如权利要求1所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述并联均衡电路包括若干负温度系数热敏电阻，所有并联的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯之间通过对应的负温度系数热敏电阻并联以形成对应的内部充放电支路，所有内部充放电支路呈并联设置，所述负温度系数热敏电阻对并联的所述电池组中所有电芯的电流进行自动均衡。

3.如权利要求2所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述负温度系数热敏电阻为功率型负温度系数热敏电阻。

4.如权利要求2所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，并联且相邻的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯的正极、负极之一者通过所述负温度系数热敏电阻电连接，并联且相邻的所述电池组中位于同一顺序的所述电芯的正极、负极之另一者通过导线电连接，以使所述电池组中位于同一顺序的所述电芯呈并联设置。

5.如权利要求2所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述电池组设有均流接口，并联且相邻的所述电池组的均流接口通过对应的均流线束电连接，以使所有内部充放电支路通过对应的均流线束呈并联设置。

6.如权利要求1所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述串联均衡电路包括模组级均衡电路和电芯级均衡电路，所述电芯级均衡电路用于对应的所述电池组中的多个电芯之间的均衡，所述模组级均衡电路用于串联的多个所述电池组之间的均衡。

7.如权利要求6所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述串联均衡电路包括均衡控制单元，所述电芯级均衡电路包括与对应的所述电池组中的多个电芯一一对应的第一放电电阻和第一开关，且相互对应的电芯、第一放电电阻和第一开关串接成回路，所述均衡控制单元控制各个回路中的所述第一开关的通断；所述模组级均衡电路包括与所述电池组对应的第二放电电阻和第二开关，且相互对应的所述电池组、第二放电电阻和第二开关串接成回路，所述均衡控制单元控制各个回路中的所述第二开关的通断。

8.如权利要求1所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，至少一所述控制模组作为主控模组，其余控制模组作为从控模组，所述主控模组包括主充电回路、均衡充电回路及充电控制电路，所述均衡充电回路与所述主充电回路并联，其包括限流电阻，所述充电控制电路接所述均衡电路、主充电回路及均衡充电回路，用于导通所述主充电回路给所述电池组充电；或者，于所述串联均衡电路已启动均衡时，断开所述主充电回路并导通所述均衡充电回路给所述电池组充电。

9.如权利要求8所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述充电控制电路包括或门、光电耦合器及开关电路，所述或门的输入端接所述均衡电路，输出端接所述光电耦合器的发射端，所述开关电路接于所述光电耦合器的接收端与所述均衡充电回路之间，所述开关电路于所述光电耦合器导通时导通，以导通所述均衡充电回路给所述电池组充电。

10.如权利要求1所述的通用锂电池组串并联架构，其特征在于，所述若干控制模组呈矩阵式分布，每一所述控制模组包括有多个连接端口，所述多个连接端口之间并联，在列向和行向上，每相邻的两所述控制模组之间通过对应的连接端口连接，至少一所述控制模组作为主控模组，其余控制模组作为从控模组，各所述从控模组的开关信号借由所述连接端口依次传递至所述主控模组。

Images