CN220797835U - 一种可调节电池系统串并联的开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可调节电池系统串并联的开关装置，包括驱动模块、驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9。通过可调节电池系统串并联的开关装置，实现同一个电池系统在两种及以上电压平台同时工作；通过该装置对两组及以上电池包串并联切换，实现大功率的充电和放电。

Description

一种可调节电池系统串并联的开关装置

技术领域

本实用新型涉及电池充放电技术领域，尤其涉及一种可调节电池系统串并联的开关装置。

背景技术

在电动汽车中，动力电池的快速充电能力，受直流母线限制，无法达到最大状态，尤其是目前电动汽车400V电压平台，无法使用800V高压平台直流快充桩进行快速充电补能。 目前市场普遍的解决方案是，通过整车升压，支持800V快速补能。虽然这种方案能提升补能效率，但是整车升压带来的零件开发成本和周期较长。除此之外，在储能电池系统中，动力电池放电时，也会遇到由于受到直流母线限制， 无法实现最大持续倍率进行放电。

发明内容

本实用新型要解决以上技术问题，提供一种可调节电池系统串并联的开关装置。

为解决上述技术问题， 本实用新型采用的技术方案是：一种可调节电池系统串并联的开关装置，开关装置包括驱动控制模块、驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9； 所述开关装置与电池包BT1、 电池包BT2、负载和直流充电口DC共同组成多平台高压充放电系统； 所述驱动开关Q1的控制端与所述驱动模块相连，所述驱动开关Q1的输入端和所述驱动开关Q8的输入端并联后与所述电池包BT2的正极相连， 所述驱动开关Q1的输出端分别连接所述驱动开关Q6的输入端、所述驱动开关Q3的输出端和所述负载，所述驱动开关Q2的输出端和所述驱动开关Q5的输入端并联后与所述电池包BT2的负极相连，所述驱动开关Q2的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q2的输入端分别连接所述驱动开关Q7的输出端、所述驱动开关Q4的输入端和所述负载，所述驱动开关Q3的输入端和所述驱动开关Q5的输出端并联后与所述电池包BT1的正极相连， 所述驱动开关Q3的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q4的输入端和所述驱动开关Q9的输出端并联后与所述电池包BT1的负极相连， 所述驱动开关Q4的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q5的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q6的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q6的输出端与所述驱动开关Q8的输出端并联后与所述直流充电口DC的正极相连，所述驱动开关Q7的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q7的输入端与所述驱动开关Q9的输入端并联后与所述直流充电口DC的负极相连，所述驱动开关Q8的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q9的控制端连接所述驱动模块。

所述驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9为绝缘栅双极晶体管或SiC MOSFET。

所述驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9为高压直流接触器。

通过驱动模块控制逻辑可以实现不同电压平台切换，具体控制如下：

当驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q6和驱动开关Q7闭合时能实现V1电压平台充放电；

当驱动开关Q1、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时能实现2倍的V1电压平台充放电；

当驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时， 通过驱动开关Q1和驱动开关Q2、驱动开关Q3和驱动开关Q4分时闭合和断开， 能实现V1电压平台放电和2倍的V1平台充电。

本实用新型具有的优点和积极效果是：一种可调节电池系统串并联的开关装置，实现同一个电池系统在两种及以上电压平台同时工作；通过该装置对两组及以上电池包串并联切换， 实现大功率的充电和放电。

附图说明

图1是一种可调节电池系统串并联的开关装置的连接图；

图2是一种可调节电池系统串并联的开关装置所组成的充放电系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1-2所示，一种可调节电池系统串并联的开关装置的最佳实施方式，开关装置包括驱动模块、驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9； 所述开关装置与电池包BT1、 电池包BT2、负载和直流充电口DC共同组成多平台高压充放电系统；所述驱动开关Q1的控制端与所述驱动模块相连，所述驱动开关Q1的输入端和所述驱动开关Q8的输入端并联后与所述电池包BT2的正极相连，所述驱动开关Q1的输出端分别连接所述驱动开关Q6的输入端、所述驱动开关Q3的输出端和所述负载，所述驱动开关Q2的输出端和所述驱动开关Q5的输入端并联后与所述电池包BT2的负极相连， 所述驱动开关Q2的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q2的输入端分别连接所述驱动开关Q7的输出端、所述驱动开关Q4的输入端和所述负载，所述驱动开关Q3的输入端和所述驱动开关Q5的输出端并联后与所述电池包BT1的正极相连，所述驱动开关Q3的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q4的输入端和所述驱动开关Q9的输出端并联后与所述电池包BT1的负极相连，所述驱动开关Q4的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q5的控制端连接所述驱动模块， 所述驱动开关Q6的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q6的输出端与所述驱动开关Q8的输出端并联后与所述直流充电口DC的正极相连，所述驱动开关Q7的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q7的输入端与所述驱动开关Q9的输入端并联后与所述直流充电口DC的负极相连，所述驱动开关Q8的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q9的控制端连接所述驱动模块。

所述驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9为绝缘栅双极晶体管或SiC MOSFET，或者能实现相同功能的开关管。所述驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9可以为高压直流接触器(高压继电器)， 同样可以实现功能。

通过驱动模块控制逻辑可以实现不同电压平台切换，具体控制如下：

当驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q6和驱动开关Q7闭合时能实现V1电压平台充放电；

当驱动开关Q1、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时能实现2倍的V1电压平台充放电；

当驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时， 通过驱动开关Q1和驱动开关Q2、驱动开关Q3和驱动开关Q4分时闭合和断开， 能实现V1电压平台放电和2倍的V1平台充电。

一种可调节电池系统串并联的开关装置，通过驱动模块控制逻辑可以实现不同电压平台切换， 具体控制如下：

当驱动开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q6和Q7闭合时能实现V1电压平台充放电；

当驱动开关Q1、Q4、Q5、Q8和Q9闭合时能实现2倍的V1电压平台充放电；

当驱动开关Q5、Q8和Q9闭合时， 通过驱动开关Q1和Q2、Q3和Q4分时闭合和断开，能实现V1电压平台放电和2倍的V1平台充电。

一种可调节电池系统串并联的开关装置的最佳实施方式中， 以电池包BT1和电池包BT2均为V1电压平台(以400V为例， 不局限于该电压)。

一种可调节电池系统串并联的开关装置在高压系统中可实现工况及各驱动开关工作状态如表1所示；

表1高压系统中实现工况及驱动开关工作状态表

1. 当直流充电口DC接入400V充电桩时，驱动模块控制驱动开关Q1和驱动开关Q3闭合， 控制驱动开关Q2和驱动开关Q4闭合， 控制驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9断开，使电池包BT1和电池包BT2形成并联； 控制驱动开关Q6和驱动开关Q7闭合， 使直流充电口DC(400V充电桩)对电池包BT1和电池包BT2同时充电；

2. 当直流充电口DC接入400V平台时，驱动模块控制驱动开关Q1和驱动开关Q3闭合， 控制驱动开关Q2和驱动开关Q4闭合， 控制驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9断开，使电池包BT1和电池包BT2形成并联；控制驱动开关Q6和驱动开关Q7闭合， 使电池包BT1和电池包BT2同时对直流充电口DC(400V负载)放电；

3. 当直流充电口DC接入800V充电桩时，驱动模块控制驱动开关Q5闭合，控制驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3和驱动开关Q4断开，使电池包BT1和电池包BT2形成串联；控制驱动开关Q6和驱动开关Q7断开， 控制驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合， 使直流充电口DC(800V充电桩)对电池包BT1和电池包BT2同时串联充电； 其中当负载为400V平台时，驱动模块周期性地控制驱动开关Q1和驱动开关Q2闭合，驱动开关Q3和驱动开关Q4断开，驱动开关Q1和驱动开关Q2断开，驱动开关Q3和驱动开关Q4闭合，使电池包BT1和电池包BT2分时对负载放电；

4. 当直流充电口DC接入800V负载时，驱动模块控制驱动开关Q5闭合， 控制驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3和驱动开关Q4断开，使电池包BT1和电池包BT2形成串联；控制驱动开关Q6和驱动开关Q7断开，控制驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合，使电池包BT1和电池包BT2同时对直流充电口DC(800V负载)串联放电； 其中当负载为400V平台时，驱动模块周期性地控制驱动开关Q1和驱动开关Q2闭合， 驱动开关Q3和驱动开关Q4断开，驱动开关Q1和驱动开关Q2断开，驱动开关Q3和驱动开关Q4闭合，使电池包BT1和电池包BT2分时对负载放电；

5. 当负载为容性负载时，驱动模块周期性地控制驱动开关Q1和驱动开关Q2闭合，驱动开关Q3和驱动开关Q4断开，或驱动开关Q1和驱动开关Q2断开， 驱动开关Q3和驱动开关Q4闭合， 驱动开关Q5、驱动开关Q

6、驱动开关Q 7、驱动开关Q 8、驱动开关Q 9断开，使电池包BT1和电池包BT2分时对负载进行放电预充。

针对分时和同时对负载的放电工作工况加以具体说明， 如下：

1)当电池包BT1和电池包BT2分时对负载放电时， 驱动模块对驱动开关Q1和驱动开关Q2， 驱动开关Q3和驱动开关Q4的周期性控制如下： 单个周期时长为T， 电池包BT1和电池包BT2的单个开闭周期的时长为t； 电池包BT1的当前荷电量为C1, 电池包BT2的当前荷电量为C2，电池包BT1开关次数为n， 电池包BT1开关次数为m， 则：

T＝(m+n)×t， ①

m/(m+n)＝C2/(C1+C2) ②

2)当电池包BT1和电池包BT2同时对负载放电时，驱动模块对驱动开关Q1和驱动开关Q2，驱动开关Q3和驱动开关Q4的控制为：当C1小于C2时，驱动开关Q1和驱动开关Q2先闭合， 直至C1等于C2时， 驱动开关Q3和驱动开关Q4再闭合。

一种可调节电池系统串并联的开关装置，实现同一个电池系统对两种不同电压的负载同时工作；通过该装置对两组及以上电池串并联， 以固定的电流承载能力， 实现大功率的充电和放电功率。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种可调节电池系统串并联的开关装置，其特征在于：开关装置包括驱动模块、驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9；所述开关装置与电池包BT1、电池包BT2、负载和直流充电口DC共同组成多平台高压充放电系统；所述驱动开关Q1的控制端与所述驱动模块相连，所述驱动开关Q1的输入端和所述驱动开关Q8的输入端并联后与所述电池包BT2的正极相连，所述驱动开关Q1的输出端分别连接所述驱动开关Q6的输入端、所述驱动开关Q3的输出端和所述负载，所述驱动开关Q2的输出端和所述驱动开关Q5的输入端并联后与所述电池包BT2的负极相连，所述驱动开关Q2的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q2的输入端分别连接所述驱动开关Q7的输出端、所述驱动开关Q4的输入端和所述负载，所述驱动开关Q3的输入端和所述驱动开关Q5的输出端并联后与所述电池包BT1的正极相连，所述驱动开关Q3的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q4的输入端和所述驱动开关Q9的输出端并联后与所述电池包BT1的负极相连，所述驱动开关Q4的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q5的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q6的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q6的输出端与所述驱动开关Q8的输出端并联后与所述直流充电口DC的正极相连，所述驱动开关Q7的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q7的输入端与所述驱动开关Q9的输入端并联后与所述直流充电口DC的负极相连，所述驱动开关Q8的控制端连接所述驱动模块，所述驱动开关Q9的控制端连接所述驱动模块。

2.根据权利要求1所述的一种可调节电池系统串并联的开关装置，其特征在于：所述驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9为绝缘栅双极晶体管或SiC MOSFET。

3.根据权利要求1所述的一种可调节电池系统串并联的开关装置，其特征在于：所述驱动开关Q5、驱动开关Q6、驱动开关Q7、驱动开关Q8、驱动开关Q9为高压直流接触器。

4.根据权利要求1所述的一种可调节电池系统串并联的开关装置，其特征在于：通过驱动控制模块控制逻辑可以实现不同电压平台切换，具体控制如下：

当驱动开关Q1、驱动开关Q2、驱动开关Q3、驱动开关Q4、驱动开关Q6和驱动开关Q7闭合时能实现V1电压平台充放电；

当驱动开关Q1、驱动开关Q4、驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时能实现2倍的V1电压平台充放电；

当驱动开关Q5、驱动开关Q8和驱动开关Q9闭合时，通过驱动开关Q1和驱动开关Q2、驱动开关Q3和驱动开关Q4分时闭合和断开，能实现V1电压平台放电和2倍的V1平台充电。