專利名稱：連接狀態(tài)可控的可充電電池單元及組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種連接狀態(tài)可控的可充電電池單元及電池，尤其是一種可根據(jù)需要對構(gòu)成可充電電池單元的電芯進(jìn)行開啟或關(guān)閉控制的可充電電池單元以及采用該可充電電池制成的電池組、組合電池。屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，人們常用的可充電組合電池是將若干可充電的單體電池進(jìn)行組合連接而制成的。組成電池組的可充電單體電池被稱為可充電電芯。
常見的筆記本電腦電池就是一種可充電的組合電池，雖然各種不同的筆記本電腦電池之間具有不同的輸出電壓及外部形狀，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然是通過將若干可充電電芯進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或混合連接而構(gòu)成。
可充電組合電池雖然在使用方面方便、靈活、可移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但是，也存在著不足，其主要表現(xiàn)為每個(gè)可充電電芯的質(zhì)量及性能存在著差別。
在組合電池中，每個(gè)可充電電芯都是被封裝在組合電池的殼體中。當(dāng)某個(gè)可充電電芯或者電池組發(fā)生故障時(shí)，如短路、斷路；可充電電芯出現(xiàn)過充電或者過放電現(xiàn)象時(shí)，不僅會(huì)影響到所在回路的使用性能，還有可能影響到整個(gè)組合電池的使用性能，并表現(xiàn)為整個(gè)組合電池的使用性能下降或故障。
由于現(xiàn)有可充電組合電池?zé)o法判斷出現(xiàn)故障的可充電電芯，所以當(dāng)組合電池因可充電電芯故障而出現(xiàn)性能下降時(shí)，只能更換整個(gè)組合電池，從而造成浪費(fèi)，特別是由于可充電組合電池的價(jià)格相對較高(如筆記本電腦電池)，而整體組合電池的報(bào)廢，將造成較為嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。
另外，常用的組合電池在工作中，通常都是統(tǒng)一放電、統(tǒng)一充電的，由于每個(gè)電芯的質(zhì)量不一，使組合電池或電池組中的電芯在放電或充電時(shí)，內(nèi)部實(shí)際消耗或灌充的電量不夠均衡，長期在這種不均衡狀態(tài)下工作的電芯，較容易發(fā)生故障，從而影響電池組以及所組成的組合電池的性能。
再有，當(dāng)電池組，特別是由若干電池組構(gòu)成的組合電池中個(gè)別電芯發(fā)生故障時(shí)，該電芯所在的電池組會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從而影響對用電設(shè)備的供電質(zhì)量。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于針對上述由于可充電電芯故障而造成整個(gè)組合電池故障并報(bào)廢的問題提供一種連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，該可充電電池單元所在的回路可以被關(guān)閉并進(jìn)行旁路導(dǎo)通。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種或一種以上利用上述可充電電池單元所組成的電池組，該電池組中任何一個(gè)可充電電池單元均可被從該電池組中隔離，同時(shí)，根據(jù)可充電電池單元的不同聯(lián)接方式，還可提供具有串聯(lián)放電，并聯(lián)充電功能的電池組，使可充電電芯的使用性能得以穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的再一目的在于提供一種將上述電池組進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)或混聯(lián)而制成的組合電池，該組合電池具有靈活的充、放電方式，并不會(huì)因組成該組合電池中任何電芯發(fā)生故障而造成整個(gè)組合電池報(bào)廢。
本實(shí)用新型的又一目的在于提供一種具有恒壓控制的組合電池，當(dāng)個(gè)別電芯被隔離后，通過恒壓控制，可保持該組合電池的輸出電壓穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的目的是通過以下各項(xiàng)技術(shù)方案分別實(shí)現(xiàn)的一種連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，所述的可充電電池單元至少由可充電電芯、第一控制開關(guān)及第二控制開關(guān)構(gòu)成；所述的可充電電芯與第一控制開關(guān)串聯(lián)后再與第二控制開關(guān)并聯(lián)；所述第一控制開關(guān)、第二控制開關(guān)在工作時(shí)，同時(shí)只有一個(gè)開關(guān)接通；其中，第一控制開關(guān)用于將可充電電芯與外部電路接通或斷開，第二控制開關(guān)用于在第一控制開關(guān)將可充電電芯與外部電路斷開時(shí)將該可充電電芯旁路，通過這種設(shè)置，可使發(fā)生故障的電池單元被隔離，而通過旁路，不會(huì)影響其余可充電電池單元的正常工作。
本放案中，在可充電電池單元中設(shè)置測控電路，該測控電路的信號檢測端與可充電電芯的輸出端連接，用以對可充電電芯的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。
所述的測控電路具有放電控制信號端以及充電控制信號端；所述放電控制信號端、充電控制信號端與所述第一控制開關(guān)的控制信號輸入端連接，用于對該可充電電芯的放電、充電進(jìn)行控制。
第一控制開關(guān)可采用開關(guān)晶體管或繼電器或低阻MOSFET，其控制回路與測控電路的放電控制信號或充電控制信號連接。
另外，第一控制開關(guān)還可以是由兩個(gè)并聯(lián)有單向?qū)ㄔ拈_關(guān)晶體管或繼電器或低阻MOSFET串聯(lián)組成的可控開關(guān)電路，該可控開關(guān)電路具有兩個(gè)控制信號輸入端，并分別與所述測控電路的放電控制信號端、充電控制信號端連接，用以對可充電電芯的放電或充電進(jìn)行聯(lián)合控制。
所述的第一控制開關(guān)的控制信號還與外部控制信號連接，用于外部設(shè)備對該可充電電芯的放電或充電過程進(jìn)行控制，同時(shí)，所述的可充電電芯的輸出端也接設(shè)有連接外部控制設(shè)備的信號線，用于將所述可充電電芯的電壓信號輸出。
上述的第二控制開關(guān)也可以是開關(guān)晶體管或繼電器或低阻MOSFET；所述開關(guān)晶體管或低阻MOSFET的控制端或繼電器的控制回路接外部控制設(shè)備的控制信號，用于外部控制設(shè)備對該可充電電芯所在的回路進(jìn)行旁路控制。上述可充電電芯可以采用鋰離子電芯或鎳氫電芯或鎳鎘電芯。
利用上述可充電電池單元所組成的電池組的技術(shù)方案是將上述可充電電池單元組成電池組，該電池組由一個(gè)以上所述的可充電電池單元串聯(lián)組成。在可充電電池單元之間串聯(lián)有選擇開關(guān)，該選擇開關(guān)的公共端連接上一級可充電電池單元，其第一選擇端連接下一級可充電電池單元或電池組的負(fù)極；其第二選擇端接電池組的負(fù)極。
所述可充電電池單元的正極通過單向?qū)ㄔc充電電源的正極連接，該單向?qū)ㄔ膶?dǎo)通設(shè)置方向?yàn)槌潆婋娏鞣较颉?br> 組成的電池組還通過充放電選擇開關(guān)分別與充電電源或放電回路連接，該充放電選擇開關(guān)的公共端連接到該電池組的正極輸出端，該充放電選擇開關(guān)的兩個(gè)輸出端分別連接充電電源或放電回路；通過該充放電選擇開關(guān)控制電池組的充電或放電狀態(tài)。
組合電池的技術(shù)方案是將由上述可充電電池單元組成的一組以上的電池組相互并聯(lián)或串聯(lián)或串聯(lián)后再并聯(lián)而組成的。
該組合電池中設(shè)置有放電母線；所述電池組的正極與所述放電母線連接，或者通過單向?qū)ㄔc所述放電母線連接；所述單向?qū)ㄔ慕釉O(shè)方向?yàn)榉烹婋娏鞣较颉?br> 該組合電池中還設(shè)置有充電母線；所述電池組的正極與所述充電母線連接，或者通過單向?qū)ㄔc所述充電母線連接；所述單向?qū)ㄔ慕釉O(shè)方向?yàn)槌潆婋娏鞣较颉?br> 所述的電池組通過選擇開關(guān)相互串聯(lián)，或者所述電池組通過選擇開關(guān)串聯(lián)組成一串聯(lián)組，再由一組以上的所述串聯(lián)組并聯(lián)組成；所述選擇開關(guān)的公共端與所述電池組的負(fù)極連接，該選擇開關(guān)的一輸出端與相鄰電池組的正極連接，該選擇開關(guān)的另一輸出端連接所述組合電池的負(fù)極。
所述的電池組的正極通過單向?qū)ㄔc充電電源的正極連接；所述單向?qū)ㄔ膶?dǎo)通設(shè)置方向?yàn)樵撾姵亟M的充電電流方向。
所述的串聯(lián)組的正極通過另一個(gè)選擇開關(guān)與充電電源的正極連接或者與放電輸出端連接；通過所述另一個(gè)選擇開關(guān)可對該串聯(lián)組進(jìn)行充電或放電狀態(tài)切換。
最后，實(shí)現(xiàn)具有恒壓控制的組合電池的技術(shù)方案是在上述任一組合電池中設(shè)置恒壓控制電路，其中，電池組的輸出接所述恒壓電路的輸入端；所述恒壓控制電路的輸出為所述組合電池的輸出。
所述的恒壓控制電路至少具有信號檢測控制模塊及功率輸出單元；所述信號檢測控制模塊至少具有兩個(gè)輸入端，其中，第一輸入端與所述恒壓控制電路的輸入端連接，用于輸入由所述電池組的輸出；第二輸入端與所述恒壓控制電路的輸出端連接；用于將該恒壓電路的輸出進(jìn)行反饋；所述信號檢測控制模塊的輸出端與所述功率輸出單元的控制信號輸入端連接；所述功率輸出單元的輸出端為恒壓控制電路的輸出端。
所述的信號檢測控制模塊還設(shè)有輸出電壓調(diào)節(jié)輸入端，用于輸入外部的電壓調(diào)節(jié)信號。
通過上述技術(shù)方案可知，可充電電芯通過與第一控制開關(guān)串聯(lián)后再與第二控制開關(guān)并聯(lián)，就可實(shí)現(xiàn)對該可充電電芯工作狀態(tài)的控制，無論其處于放電狀態(tài)或者是充電狀態(tài)，只要發(fā)生故障，都可以通過第一控制開關(guān)的斷開、第二控制開關(guān)的導(dǎo)通，將該可充電電芯從其所在的回路中隔離。為保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的可充電電芯，并及時(shí)處理，可充電電芯的輸出電壓始終受到測控電路的檢測，當(dāng)可充電電芯出現(xiàn)過放電或過充電現(xiàn)象時(shí)，由于輸出電壓出現(xiàn)了大幅降低或升高，測控電路就可以輸出控制信號，對所檢測的可充電電芯進(jìn)行隔斷，使其脫離所在的電池組，進(jìn)而保證整個(gè)組合電池工作狀態(tài)及使用性能的穩(wěn)定。
另外，在上述技術(shù)方案中，還可將可充電電芯的狀態(tài)信號與外部的中央處理單元(CPU)連接，使該可充電電芯受到雙重控制，不僅能夠通過測控電路對該可充電電芯進(jìn)行檢測控制，而且還能根據(jù)需要，由計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行特殊的強(qiáng)制性控制。
利用上述技術(shù)方案，可以構(gòu)成包括兩種控制開關(guān)以及測控電路的可充電電池單元，利用該可充電電池單元可組成多種電池組及組合電池。
本實(shí)用新型通過對可充電電芯進(jìn)行一一對應(yīng)的檢測控制以及將外部中央控制單元(CPU)接入該電路中，實(shí)現(xiàn)了對組成電池組、組合電池中的每一個(gè)可充電電芯的有效檢測控制，進(jìn)而為消除因單個(gè)可充電電池單元的損壞或性能下降對整個(gè)組合電池性能的影響，保持整個(gè)組合電池的性能狀況穩(wěn)定提供了可能，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本實(shí)用新型所涉及可充電電池單元的原理圖；圖2為本實(shí)用新型所涉及可充電電池單元一個(gè)具體實(shí)施例的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型所涉及可充電電池單元組成的串聯(lián)電池組原理圖；
圖4為本實(shí)用新型所涉及可充電電池單元組成的串聯(lián)放電/并聯(lián)充電電池組原理圖；圖5為圖3所示串聯(lián)電池組所組成的一種組合電池原理圖；圖6為可對串聯(lián)電池組進(jìn)行串聯(lián)放電/并聯(lián)充電的組合電池原理圖；圖7為圖4所示電池組并聯(lián)構(gòu)成組合電池的原理圖；圖8為具有恒壓控制電路的組合電池原理圖；圖9為本實(shí)用新型所涉及組合電池中恒壓控制電路的一個(gè)具體實(shí)施例電路圖。
具體實(shí)施方式
以下，結(jié)合具體實(shí)施例并參照附圖，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型所提供的電池組、組合電池的基礎(chǔ)在于連接狀態(tài)可控的可充電電池單元的技術(shù)實(shí)施方案，其原理如下如圖1所示，可充電電芯A的負(fù)極串聯(lián)著第一控制開關(guān)K1，第二控制開關(guān)K2與可充電電芯A、第一控制開關(guān)K1并聯(lián)后，組成一個(gè)基本的可充電電池單元。在工作中，第一控制開關(guān)K1接通時(shí)，第二控制開關(guān)K2處于斷開位置；反之，當(dāng)?shù)谝豢刂崎_關(guān)K1斷開時(shí)，第二控制開關(guān)K2處于接通位置。
在上述可充電電池單元與其他可充電電池單元串聯(lián)組成電池組后，當(dāng)該可充電電池單元發(fā)生故障或需要被隔離時(shí)，第一控制開關(guān)K1斷開，第二控制開關(guān)K2隨即接通將與該可充電電池單元串聯(lián)的上級、下級兩個(gè)可充電電池單元直接連接，從而保證該可充電電池單元所在的串聯(lián)電池組能夠繼續(xù)工作。
通過上述原理，可以獲得連接狀態(tài)可控的可充電電池單元、電池組以及組合電池的具體實(shí)施例。
實(shí)施例一圖2所示為一個(gè)連接狀態(tài)可控的可充電電池單元的具體實(shí)施例電路原理圖。
圖中，可充電電芯A的兩端還接設(shè)一測控電路。
在本實(shí)施例中，測控電路的檢測線路采用R5421芯片IC1；第一控制開關(guān)是由MOS管Q1、MOS管Q2，二極管D5、二極管D6構(gòu)成的雙向可控開關(guān)電路；第二控制開關(guān)是與可充電電芯A、第一控制開關(guān)并聯(lián)的開關(guān)元件MOS管Q3。
上述雙向可控開關(guān)電路中，MOS管Q1的漏極與可充電電芯的負(fù)極連接，MOS管Q1、MOSQ管2的源極對接，MOSQ管2的漏極充當(dāng)所構(gòu)成的可充電電池單元的負(fù)極。
二極管D5的正極與MOS管Q1的漏極連接，負(fù)極與MOS管Q1的源極連接；二極管D6的正極與MOSQ管2的漏極連接，負(fù)極與MOSQ管2的源極連接。
MOS管Q1與MOSQ管2的柵極共同作為該雙向可控開關(guān)電路的控制信號輸入端并分別與芯片IC1的控制信號輸出端1腳、3腳通過二極管D2、二極管D3連接。
芯片IC1的5腳通過電阻R1的分壓連接到可充電電芯A的正極，芯片IC1的6腳與可充電電芯A的負(fù)極連接，對該可充電電芯A的電壓進(jìn)行采樣檢測當(dāng)所檢測的可充電電芯A處于正常放電狀態(tài)時(shí)，檢測控制模塊IC1芯片的1腳輸出高電位，3腳輸出低電位，使MOS管Q1導(dǎo)通，MOS管Q2關(guān)斷，電流從正極流出。
當(dāng)所檢測的可充電電芯A處于正常充電狀態(tài)時(shí)，檢測控制模塊IC1芯片的1腳輸出低電位，3腳輸出高電位，使MOS管Q1關(guān)斷，MOS管Q2導(dǎo)通。電流從正極流入。
當(dāng)所檢測的可充電電芯A的輸出電壓過低時(shí)，表明該電芯處于過放電狀態(tài)或可能出現(xiàn)故障，檢測控制模塊IC1芯片的1腳、3腳同時(shí)輸出低電位，將MOS管Q1、Q2關(guān)斷，使該電芯的通路被隔斷。
同樣，當(dāng)所檢測的可充電電芯A的輸出電壓過高時(shí)，表明該電芯處于過充電狀態(tài)，檢測控制模塊IC1芯片發(fā)出控制信號將該電芯關(guān)斷，使其可以暫時(shí)脫離充電狀態(tài)。
在上述電路中，可充電電芯A的正極還接設(shè)一個(gè)電壓信號輸出線P至中央處理單元(CPU)的信號輸入端；中央處理單元(CPU)的信號輸出端有三個(gè)控制信號的連線被接設(shè)到上述測控電路中，其中兩個(gè)控制信號線k1、k2分別通過二極管D1、D4連接與MOS管Q1、Q2的控制端連接，從而能夠?qū)υ撾娦具M(jìn)行強(qiáng)制充、放電或隔斷的狀態(tài)控制。而另外一個(gè)控制信號線連接在第二控制開關(guān)MOS管Q3的控制端。
當(dāng)上述檢測控制模塊IC1芯片或中央處理單元(CPU)對該可充電電芯A進(jìn)行隔斷或強(qiáng)行隔斷操作時(shí)，MOS管Q3的控制端接收到中央處理單元(CPU)輸出的高電位控制信號k3，將該MOS管Q3導(dǎo)通，該可充電電芯A被旁路接通，進(jìn)而使連接在該可充電電芯A上、下的其他可充電電芯被直接串接，達(dá)到隔離該可充電電芯A目的。
另外，芯片IC1的短路信號檢測輸入端2腳通過電阻R2與可充電電芯A的負(fù)極連接。當(dāng)所檢測的可充電電芯A發(fā)生短路故障時(shí)，由于2腳獲得一個(gè)相對高電位，芯片IC1中的邏輯電路將通過1腳輸出高電位，使MOS管Q1被關(guān)斷，從而將所檢測的可充電電芯A的電流通路被關(guān)斷，該可充電電芯A與其它可充電電芯隔離。
通過上述實(shí)施例所提供的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，可以組成多種電池組以及組合電池。
實(shí)施例二如圖3所示，采用實(shí)施例一所提供的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元B1、B2、B3組成一串聯(lián)電池組，該電池組的正極為DC端。圖中，三個(gè)可充電電池單元均具有用于與外部控制設(shè)備連接的信號端，其中，x1、x2、x3分別為三個(gè)可充電電池單元對外的輸出信號端；k1、k2、k3分別為三個(gè)可充電電池單元接受外部控制信號的輸入端。
當(dāng)任何一個(gè)可充電電池單元被隔離時(shí)，其余兩個(gè)可充電電池單元可以繼續(xù)保持連接的工作狀態(tài)。外部控制設(shè)備可以根據(jù)x1、x2、x3所傳輸?shù)目沙潆婋姵貑卧狟1、B2、B3的狀態(tài)信號對任何可充電電池單元進(jìn)行外部干預(yù)式的控制操作，也可以不依賴x1、x2、x3所傳輸?shù)男盘柖M(jìn)行強(qiáng)制性的控制操作。
實(shí)施例三本實(shí)施例是采用上述實(shí)施例一所述的可充電電池單元B1、B2、B3組成一個(gè)可并聯(lián)充電/串聯(lián)放電的電池組。具體方案如下如圖4所示，可充電電池單元B1、B2、B3之間通過兩個(gè)第三控制開關(guān)K3.1、K3.2串聯(lián)。該第三控制開關(guān)K3.1、K3.2是一種選擇開關(guān)(在本實(shí)施例中采用的是繼電器)，它具有公共端G、一號被選端1、二號被選端2及控制端k3.1(圖中第三控制開關(guān)K3.1)。
如圖所示，第三控制開關(guān)K3.1的公共端G與可充電電池單元B1的負(fù)極連接；一號被選端1與相鄰的下一個(gè)可充電電池單元B2的正極連接；二號被選端2與整個(gè)電池組的負(fù)極連接?？沙潆婋姵貑卧狟2與可充電電池單元B3之間通過另一個(gè)第三控制開關(guān)K3.2進(jìn)行連接，其連接方式同上。
電池組中還設(shè)置有具有導(dǎo)通選擇端G4、兩個(gè)被選端及控制端k4的第四控制開關(guān)K4(在本實(shí)施例中采用的是繼電器)。第四控制開關(guān)K4的導(dǎo)通選擇端G4與該電池組的正極(即可充電電池單元B1的正極連接。第四控制開關(guān)K4的一個(gè)被選端與充電電源端Vcc連接，另一個(gè)被選端成為本實(shí)施例所述電池組的輸出端DC。
當(dāng)本實(shí)施例所述電池組的第四控制開關(guān)K4與電池組的輸出端DC選通、第三控制開關(guān)K3.1、K3.2的導(dǎo)通選擇端(如K3.1的G端)與一號被選端(如K3.1的1端)連接時(shí)，可充電電池單元B1、B2、B3被串聯(lián)，該電池組為放電狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谒目刂崎_關(guān)K4與充電電源端Vcc選通、第三控制開關(guān)K3.1、K3.2的導(dǎo)通選擇端(如K3.1的G端)與二號被選端(如K3.1的2端)連接時(shí)，可充電電池單元B1、B2、B3被并聯(lián)，該電池組為充電狀態(tài)。
在該電池組處于充電狀態(tài)下，為使可充電電池單元B1、B2、B3之間不發(fā)生相互對充電現(xiàn)象，可充電電池單元B2、B3的正極通過二極管D2、D3與充電電源端Vcc連接，同時(shí)，第四控制開關(guān)K4與充電電源端Vcc連接的被選端之間增設(shè)一個(gè)二極管D1，使可充電電池單元B1在充電時(shí)通過該二極管D1與充電電源端Vcc連接。上述二極管D1、D2、D3的導(dǎo)通設(shè)置方向均為充電電流方向。
本實(shí)施例中，第四控制開關(guān)K4用于對電池組放電、充電狀態(tài)進(jìn)行切換控制；第三控制開關(guān)K3.1、K3.2用于對組成該電池組的可充電電池單元進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)狀態(tài)切換。
第四控制開關(guān)K4的控制端k4以及第三控制開關(guān)K3.1、K3.2的控制端k3.1、k3.2均與外部控制設(shè)備(如中央處理器)的控制信號輸出端連接，從而在外部設(shè)備的控制下，進(jìn)行連接狀態(tài)及工作狀態(tài)的切換。
實(shí)施例四本實(shí)施例是將兩個(gè)上述實(shí)施例二所述的電池組進(jìn)行并聯(lián)而構(gòu)成的一種組合電池。所采用的電池組用Bz表示，如圖5所示。
在該組合電池中，還設(shè)置有放電母線1以及充電母線2。電池組Bz的正極通過二極管D1、D2連接到放電母線1并通過輸出端DC對外部負(fù)載放電，同時(shí)，電池組Bz的正極還通過二極管D1.1、D2.1與充電母線2連接，并由充電電源Vcc對本實(shí)施例進(jìn)行充電。
二極管D1、D2的導(dǎo)通方向?yàn)殡姵亟M的放電電流方向，使電池組Bz之間不會(huì)發(fā)生電流互相倒灌現(xiàn)象。
二極管D1.1、D2.1的導(dǎo)通方向?yàn)殡姵亟M的充電電流方向，使電池組Bz之間在充電時(shí)不會(huì)發(fā)生充電電流互充現(xiàn)象。
實(shí)施例五本實(shí)施例是將兩個(gè)由上述實(shí)施例一所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元B1、B2串聯(lián)成一個(gè)小電池組Bm，再將三個(gè)小電池組Bm通過兩個(gè)與上述實(shí)施例三中所述第三控制開關(guān)相同的控制開關(guān)Km進(jìn)行連接并組成一個(gè)串聯(lián)組，最后將兩個(gè)相同的串聯(lián)組進(jìn)行并聯(lián)而構(gòu)成一種組合電池，如圖6所示。
所述控制開關(guān)Km與小電池組Bm的連接方式與上述實(shí)施例三中所述第三控制開關(guān)與可充電電池單元B1、B2、B3的連接方式相同。
另外，由小電池組Bm所組成的串聯(lián)組的正極接設(shè)有與上述實(shí)施例三中所述第四控制開關(guān)相同的控制開關(guān)K，其連接方式也與上述實(shí)施例三相同。
在本實(shí)施例中，組合電池中也設(shè)有放電母線1以及充電母線2。串聯(lián)組的正極通過控制開關(guān)K的一個(gè)被選擇端及與該被選擇端連接的放電導(dǎo)通二極管Df、Df1與放電母線1連接，并通過該放電母線與組合電池的輸出端DC連接，同時(shí)，串聯(lián)組的正極還通過控制開關(guān)K的另一個(gè)被選擇端及與該被選擇端連接的充電導(dǎo)通二極管D1、D1.1與充電母線2連接。
在該組合電池中，除串聯(lián)組正極處第一節(jié)小電池組Bm外，其它小電池組Bm的正極均分別通過充電導(dǎo)通二極管D2、D3、D1.2、D1.3與充電母線2連接。
本實(shí)施例所提供的組合電池在放電時(shí)，通過選擇控制開關(guān)將兩個(gè)并聯(lián)的串聯(lián)組中小電池組Bm進(jìn)行串聯(lián)連接；在放電時(shí)，通過選擇控制開關(guān)將所有小電池組Bm進(jìn)行并聯(lián)連接，使小電池組Bm都可以獲得較為均恒的充電電流，從而保證整個(gè)組合電池的充電質(zhì)量。
實(shí)施例六本實(shí)施例是將兩個(gè)上述實(shí)施例三所述電池進(jìn)行并聯(lián)而構(gòu)成的又一種組合電池，如圖7所示。該組合電池中的每個(gè)并聯(lián)電池組都能夠?qū)ζ浣M內(nèi)任何一個(gè)可充電電池單元實(shí)現(xiàn)串聯(lián)放電/并聯(lián)充電。
本實(shí)施例中電池組的并聯(lián)方式與上述實(shí)施例五相同，故不贅述。
實(shí)施例七本實(shí)施例是一種增設(shè)恒壓控制電路的組合電池，在該組合電池中采用的電池組可以是上述實(shí)施例二或?qū)嵤├湓砜驁D如圖8所示。
圖中，電池組并聯(lián)后的輸出端與恒壓控制電路的電壓信號端連接，并通過該恒壓控制電路輸出。恒壓電路對電池組出現(xiàn)的過高或過低的輸出電壓可以進(jìn)行恒壓控制，使組合電池的輸出電壓保持穩(wěn)定的額定值。由于電池組中采用的可充電電池單元是連接狀態(tài)可控單元，當(dāng)某個(gè)可充電電池單元被隔離后，其所在的電池組會(huì)出現(xiàn)電壓降低現(xiàn)象，這將對整個(gè)組合電池的輸出電壓造成影響，而利用該恒壓控制電路，可保持輸出穩(wěn)定。
如圖9所示，為本實(shí)施例所采用的一個(gè)恒壓控制具體實(shí)施例電路圖。該實(shí)施例電路采用脈寬調(diào)制恒壓控制原理。
該電路采用一個(gè)脈寬調(diào)制芯片IC作為檢測控制模塊，電池組的輸出端經(jīng)過該電路的Vcc端被傳送到脈寬調(diào)制芯片IC的一個(gè)信號輸入端15。脈寬調(diào)制芯片IC的脈沖信號輸出端11、14分別與該電路中功率輸出單元的控制信號輸入端連接。晶體管Q1、Q2的基極分別與脈沖信號輸出端11、14連接，當(dāng)脈寬調(diào)制芯片IC通過脈沖信號輸出端11、14輸出兩個(gè)反向脈沖信號時(shí)，晶體管Q1、Q2分別進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并產(chǎn)生兩個(gè)反向的電流，所述的兩個(gè)反向的電流通過互感線圈B1在次極的兩端與中間抽頭之間產(chǎn)生兩個(gè)反向電壓，并通過二極管D1、D2的倒向作用合成為正向輸出電壓。
脈沖信號輸出端11、14的導(dǎo)通時(shí)間受到脈寬調(diào)制芯片IC的控制，不同的導(dǎo)通時(shí)間，可以獲得不同寬度的脈沖，從而在互感線圈B1的輸出端就會(huì)獲得不同的有效輸出電壓值。通過預(yù)先設(shè)定該電路中各元件的參數(shù)以及對電池組的實(shí)際輸出電壓信號的檢測，可獲得脈沖信號輸出端11、14的導(dǎo)通時(shí)間。
當(dāng)電池組輸出電壓信號高時(shí)，脈沖信號輸出端11、14的導(dǎo)通時(shí)間較短，則，晶體管Q1、Q2的導(dǎo)通時(shí)間相應(yīng)為短，在互感線圈B1的次極得到脈寬較窄的電流波形，而其輸出電壓數(shù)值則小于電池組的實(shí)際輸出電壓信號數(shù)值；當(dāng)電池組的電壓較低，其電壓信號被傳送到脈寬調(diào)制芯片IC中，通過脈寬調(diào)制芯片IC中邏輯控制電路，脈沖信號輸出端11、14的導(dǎo)通信號時(shí)間會(huì)相應(yīng)加長，從而在互感線圈B1的次極可以獲得脈寬較寬的電流波形，則輸出端的電壓值高于電池組的實(shí)際輸出電壓信號值。
通過該恒壓控制電路實(shí)現(xiàn)了對電池組輸出電壓的恒定控制，為保證輸出電壓的穩(wěn)定，該電路還對該組合電池的輸出電壓通過電阻R1、R2進(jìn)行分壓采樣并反饋到脈寬調(diào)制芯片IC的另一個(gè)信號輸入端1，從而在該組合電池內(nèi)進(jìn)行雙閉環(huán)回路控制。
不僅如此，脈寬調(diào)制芯片IC的又一個(gè)信號輸入端10還通過分壓電阻R5、R6與外部控制設(shè)備(如單片機(jī))控制信號輸出端Kw連接，使外部控制設(shè)備可以方便的對該組合電池的輸出進(jìn)行外部控制。
綜上所述，本實(shí)用新型的技術(shù)方案及上述各實(shí)施例均是基于連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，無論是由該可充電電池單元組成的各種電池組還是通過所組成的電池組而構(gòu)成的各種組合電池，其中的可充電電池單元可以被自身配置的測控電路及控制開關(guān)或者是外部控制設(shè)備(如中央處理器)進(jìn)行連接狀態(tài)控制，從而使所組成的電池組或組合電池不僅具有隔離故障電池單元的功能，而且還具有按照特殊的需要對相應(yīng)的可充電電池進(jìn)行隔離或轉(zhuǎn)換連接，以達(dá)到不同的使用目的。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的可充電電池單元至少由可充電電芯、第一控制開關(guān)及第二控制開關(guān)構(gòu)成；所述的可充電電芯與第一控制開關(guān)串聯(lián)后再與第二控制開關(guān)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的可充電電池單元還包括測控電路；所述測控電路的信號檢測端與所述可充電電芯的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的測控電路具有放電控制信號端；所述放電控制信號端與所述第一控制開關(guān)的控制信號輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的測控電路具有充電控制信號端；所述充電控制信號端與所述第一控制開關(guān)的控制信號輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的第一控制開關(guān)為開關(guān)晶體管或繼電器或低阻場效應(yīng)管；所述開關(guān)晶體管或繼電器或低阻場效應(yīng)管的控制回路與所述測控電路的放電控制信號或充電控制信號連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的第一控制開關(guān)至少是由兩個(gè)并聯(lián)有單向?qū)ㄔ牡妥鑸鲂?yīng)管串聯(lián)組成的可控開關(guān)電路，或者是由兩個(gè)并聯(lián)有單向?qū)ㄔ睦^電器串聯(lián)組成的可控開關(guān)電路；所述可控開關(guān)電路至少具有兩個(gè)控制信號輸入端，該控制信號輸入端分別與所述測控電路的放電控制信號端、充電控制信號端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的第一控制開關(guān)的控制信號還與外部控制信號連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的可充電電芯的輸出端還接設(shè)有連接外部控制設(shè)備的信號線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的第二控制開關(guān)為開關(guān)晶體管或繼電器或低阻場效應(yīng)管；所述開關(guān)晶體管或低阻場效應(yīng)管的控制端或繼電器的控制回路接外部控制設(shè)備的控制信號端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的外部控制設(shè)備為單片機(jī)或外部計(jì)算機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接狀態(tài)可控的可充電電池單元，其特征在于所述的可充電電芯為鋰離子電芯或鎳氫電芯或鎳鎘電芯。
12.一種由權(quán)利要求1-11中任一可充電電池單元組成的電池組，其特征在于所述的電池組由一個(gè)以上所述的可充電電池單元串聯(lián)組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池組，其特征在于所述的可充電電池單元之間串聯(lián)有選擇開關(guān)，該選擇開關(guān)的公共端連接上一級可充電電池單元，其第一選擇端連接下一級可充電電池單元或電池組的負(fù)極；其第二選擇端接電池組的負(fù)極。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電池組，其特征在于所述可充電電池單元的正極通過單向?qū)ㄔc充電電源的正極連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池組，其特征在于所述的電池組通過充放電選擇開關(guān)分別與充電電源、放電回路連接，該充放電選擇開關(guān)的公共端連接到該電池組的正極輸出端，該充放電選擇開關(guān)的兩個(gè)輸出端分別連接充電電源或放電回路。
16.一種由權(quán)利要求12-15中任一可充電電池單元組成的組合電池，其特征在于所述的組合電池是由一組電池組組成，或者是由一組以上的電池組相互并聯(lián)或串聯(lián)或串聯(lián)后再并聯(lián)而組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合電池，其特征在于所述的組合電池中設(shè)置有放電母線；所述電池組的正極與所述放電母線連接，或者通過按照放電電流方向所設(shè)置的單向?qū)ㄔc放電母線連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合電池，其特征在于所述的組合電池中設(shè)置有充電母線；所述電池組的正極與所述充電母線連接，或者通過按照充電電流方向所設(shè)置的單向?qū)ㄔc充電母線連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合電池，其特征在于所述的電池組通過選擇開關(guān)相互串聯(lián)，或者所述電池組通過選擇開關(guān)串聯(lián)組成一串聯(lián)組，再由一組以上的所述串聯(lián)組并聯(lián)組成；所述選擇開關(guān)的公共端與所述電池組的負(fù)極連接，該選擇開關(guān)的一端與相鄰電池組的正極連接，該選擇開關(guān)的另一端連接所述組合電池的負(fù)極。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合電池，其特征在于所述的電池組的正極通過充電電流方向單向?qū)ǖ脑c充電電源的正極連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合電池，其特征在于所述的串聯(lián)組的正極還與另一個(gè)選擇開關(guān)的公共端連接；所述另一個(gè)選擇開關(guān)的一端與充電電源的正極連接，另一端與放電輸出端連接。
22.一種具有權(quán)利要求12-15中任一電池組的組合電池，其特征在于該組合電池至少由所述的電池組和恒壓控制電路組成；所述電池組的輸出接所述恒壓電路的輸入端；所述恒壓控制電路的輸出為所述組合電池的輸出。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的具有恒壓控制電路的組合電池，其特征在于所述的恒壓控制電路至少具有信號檢測控制模塊及功率輸出單元；所述信號檢測控制模塊至少具有兩個(gè)輸入端，其中，第一輸入端與所述恒壓控制電路的輸入端連接；第二輸入端與所述恒壓控制電路的輸出端連接；所述信號檢測控制模塊的輸出端與所述功率輸出單元的控制信號輸入端連接；所述功率輸出單元的輸出端為恒壓控制電路的輸出端。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的具有恒壓控制電路的組合電池，其特征在于所述的信號檢測控制模塊還設(shè)有外部電壓調(diào)節(jié)控制信號端。
專利摘要一種連接狀態(tài)可控的可充電電池單元及組合電池，該充電電池單元至少由可充電電芯、第一控制開關(guān)及第二控制開關(guān)構(gòu)成；其中，第一控制開關(guān)用于將可充電電芯與外部電路接通或斷開，第二控制開關(guān)用于在第一控制開關(guān)將可充電電芯與外部電路斷開時(shí)將該可充電電芯旁路。本實(shí)用新型對可充電電芯進(jìn)行一一對應(yīng)的檢測控制并且將外部中央控制單元(CPU)接入該電路中，實(shí)現(xiàn)了對組成電池組、組合電池中的每一個(gè)可充電電芯的有效檢測控制，進(jìn)而為消除因單個(gè)可充電電芯單元的損壞或性能下降對整個(gè)組合電池性能的影響，保持整個(gè)組合電池的性能狀況穩(wěn)定提供了可能，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號H02J7/00GK2634706SQ0324315
公開日2004年8月18日 申請日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
發(fā)明者吳桔生 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司