專利名稱：矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄電池組類，具體是一種矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法。
背景技術(shù)：
基于目前的動力電池技術(shù)與制造工藝水平，蓄電池單體之間的性能差異在其整個 壽命周期里客觀存在，這就導致了二次電池組中由于某一節(jié)或幾節(jié)電池容量的不均衡而影 響整個電池組的性能，嚴重情況下可能導致整個電池組崩潰。例如在組合成大矩陣電池組 中，需要很多小的單元電池，由于動力電池技術(shù)與制造工藝水平而造成的容量以及各種性 能的差異，使得大矩陣電池組在使用過程很容易造成某些電池過充或者過放，而另外一些 電池會出現(xiàn)欠充或者欠放，這樣就造成單元電池之間的差異越來越大，直至整個大矩陣電 阻組不能使用，這樣一來就使大矩陣電池組的壽命大大縮短。為此需要通過對電池組中各 個電池進行均衡處理，來消除由于動力電池技術(shù)與制造工藝水平而造成的容量差異，從而 延長電池組的使用壽命。而現(xiàn)有的電池串聯(lián)均衡技術(shù)只限于電池組的整體均衡，可擴展性 差；電池并聯(lián)均衡技術(shù)只是用導線直接并聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)技術(shù)的不足，提供一種矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法， 它采用電池單元樹形組合連接方式，改善每個小單元電池之間的容差，并對每個小單元電 池進行充放電保護，避免電池由于過充或者過放而造成電池的損壞。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明一種矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于將電池進行單元化，把 低電壓小容量的單個小電池串聯(lián)成電池包，電池包中的每個單節(jié)小電池都與單節(jié)保護電路 相連，同時連接并聯(lián)均衡電路和串聯(lián)均衡電路，組成一個完整的電池保護系統(tǒng)；將上述的電 池包作為新的單元電池，再進行串并聯(lián)組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池 包之間接入并聯(lián)均衡電路，并在串聯(lián)層間加入串聯(lián)均衡電路；再將上述矩陣電池包作為新 的單元電池，組合成更大的矩陣電池包，以此類推，最后組合成樹狀結(jié)構(gòu)的大型的高電壓大 容量矩陣電池組。本發(fā)明的并聯(lián)均衡電路采用電阻網(wǎng)絡進行均衡，電阻網(wǎng)絡的連接方式采用三角形 接法，即在同一層的并聯(lián)電池中，每兩個電池之間都用一個電阻相連；串聯(lián)均衡電路是在串 聯(lián)層間進行能量轉(zhuǎn)移，通過單片機對串聯(lián)中的電池進行電壓采樣，根據(jù)電壓來判斷電池能 量的高低，單片機驅(qū)動功率管開關(guān)將高電壓的電池能量存儲到對應儲能電容中，再通過其 它功率管將此電容上的能量轉(zhuǎn)移給電壓較低的電池。按照這種均衡進行循環(huán)，最終實現(xiàn)串 聯(lián)層面間的電池的容量基本達到平衡；對于單節(jié)保護電路是對單個電池進行過充過放保 護，具體有過壓、欠壓、過流和過溫保護。本發(fā)明的單節(jié)保護電路、串聯(lián)均衡電路連接了總回路控制電路與電源控制電路， 組成了矩陣電池的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明單元電池采用樹形組合方式，在樹形結(jié)構(gòu)中單個電池進行充放電保護，層 與層之間均有串聯(lián)均衡電路，同一層內(nèi)均有并聯(lián)均衡電路。由于在整個樹形連接矩陣系統(tǒng) 中，同時采用了單節(jié)保護電路、并聯(lián)均衡電路和串聯(lián)均衡電路來保護單元電池，延長電池使 用壽命，降低蓄電池的更換成本；本發(fā)明樹狀矩陣電池組結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)更大規(guī)模的矩陣， 擴展方便；在并聯(lián)均衡電路中，不用導線直接相連，而是連接均衡電阻，電阻除了起限流作 用，還可以通過它采樣信號，待以后進行數(shù)據(jù)分析處理。本發(fā)明能有效消除由于動力電池技 術(shù)與制造工藝水平而造成的容量差異，從而延長電池組的使用壽命。


圖1為本發(fā)明實施例12V電池包示意圖。圖2為本發(fā)明實施例48V電池包示意圖。圖3為本發(fā)明實施例mV電池包示意圖。圖4為本發(fā)明實施例樹形電池包示意圖。
具體實施例方式下面以3V鋰電池為例對本發(fā)明方法作一具體闡述。如圖1所示，先將四十節(jié)單個3V小電池1通過4串10并組成12V電池包，單個3V 小電池1連接單節(jié)保護電路3，并連接并聯(lián)均衡電路4和串聯(lián)均衡電路5 ；如圖2所示，將圖1的12V電池包2作為新的單元電池，串聯(lián)成48V電池包，電池 包之間連接并聯(lián)均衡電路4，并在并聯(lián)均衡電路之間連接串聯(lián)均衡電路5，此時由于12V電 池包2中已經(jīng)對單節(jié)電池進行了充放電保護，所以不需要再進行12V單元格的保護；如圖3所示，將圖2連接成的48V電池包6作為新的單元電池，組合成更大的mV 電池包7，并連接并聯(lián)均衡電路4和串聯(lián)均衡電路5，此時由于48V電池包6是由12V電池 包2組合而成，而12V電池包中已經(jīng)對單節(jié)電池進行了充放電保護，所以不需要再進行48V 電池包單元格的保護；如圖4所示，將圖3的mV電池包7作為新的單元電池，組合成更大的nV矩陣電池 包8，并連接并聯(lián)均衡電路4和串聯(lián)均衡電路5，以此類推，組合成樹狀矩陣電池組結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的并聯(lián)均衡電路4采用電阻網(wǎng)絡進行均衡，電阻網(wǎng)絡的連接方式采用三角 形接法，即在同一層的并聯(lián)電池中，每兩個電池之間都用一個電阻相連；串聯(lián)均衡電路5是 在串聯(lián)層間進行能量轉(zhuǎn)移，通過單片機對串聯(lián)中的電池進行電壓采樣，根據(jù)電壓來判斷電 池能量的高低，單片機驅(qū)動功率管開關(guān)將高電壓的電池能量存儲到對應儲能電容中，再通 過別的功率管將此電容上的能量轉(zhuǎn)移給電壓較低的電池。按照這種均衡進行循環(huán)，最終實 現(xiàn)串聯(lián)層面間的電池的容量基本達到平衡；對于單節(jié)保護電路3是對單個電池進行過充過 放保護，具體有過壓、欠壓、過流和過溫保護。本發(fā)明的單節(jié)保護電路3、串聯(lián)均衡電路5連接總回路控制電路和電源控制電路 9，單節(jié)保護電路3檢測到單元電池過充或者過放后，就會發(fā)出控制信號給矩陣電池組總回 路控制電路，使整個電池組充放電回路被切斷，停止充放電，從而保護了電池，延長了電池 的使用壽命；由于單節(jié)保護電路3和串聯(lián)均衡電路5在工作過程中，均需要消耗電池的電 能，為了在不使用電池的時候，讓單節(jié)保護電路和串聯(lián)均衡電路不工作，不消耗電池的電能，增加了單節(jié)保護電路和串聯(lián)均衡電路的電源控制電路，通過電源控制電路發(fā)出控制信 號，使保護電路斷電，停止工作。對于串聯(lián)均衡電路的電源控制，只需要控制最頂層的串聯(lián) 均衡電路，然后通過從高層到低層，一層一層向底層控制，最終使所有的串聯(lián)均衡電路均停 止工作。若需要讓單節(jié)保護電路和串聯(lián)均衡電路重新開始工作，也是通過電源控制電路來 控制。對于電動車來說，可以通過電門鎖來發(fā)出控制信號來控制電源控制電路。
權(quán)利要求
一種矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于將電池進行單元化，把低電壓小容量的單個小電池串聯(lián)成電池包，電池包中的每個單節(jié)小電池都與單節(jié)保護電路相連，同時連接并聯(lián)均衡電路和串聯(lián)均衡電路，組成一個完整的電池保護系統(tǒng)；將上述的電池包作為新的單元電池，再進行串并聯(lián)組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池包之間接入并聯(lián)均衡電路，并在串聯(lián)層間加入串聯(lián)均衡電路；再將上述矩陣電池包作為新的單元電池，組合成更大的矩陣電池包，以此類推，最后組合成樹狀結(jié)構(gòu)的大型的高電壓大容量矩陣電池組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于并聯(lián)均衡電 路采用電阻網(wǎng)絡進行均衡，電阻網(wǎng)絡的連接方式采用三角形接法，即在同一層的并聯(lián)電池 中，每兩個電池之間都用一個電阻相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于串聯(lián)均 衡電路是在串聯(lián)層間進行能量轉(zhuǎn)移，通過單片機對串聯(lián)中的電池進行電壓采樣，根據(jù)電壓 來判斷電池能量的高低，單片機驅(qū)動功率管開關(guān)將高電壓的電池能量存儲到對應儲能電容 中，再通過其它功率管將此電容上的能量轉(zhuǎn)移給電壓較低的電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于單節(jié)保護電 路、串聯(lián)均衡電路連接總回路控制電路和電源控制電路。
全文摘要
本發(fā)明屬于蓄電池類，具體是一種矩陣電池組樹形結(jié)構(gòu)的連接方法，其特征在于將電池進行單元化，把低電壓小容量的單個小電池串聯(lián)成電池包，電池包中的每個單節(jié)小電池都與單節(jié)保護電路相連，同時連接并聯(lián)均衡電路和串聯(lián)均衡電路，組成一個完整的電池保護系統(tǒng)；將上述的電池包作為新的單元電池，再進行串并聯(lián)組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池包之間接入并聯(lián)均衡電路，并在串聯(lián)層間加入串聯(lián)均衡電路；再將上述矩陣電池包作為新的單元電池，組合成更大的矩陣電池包，以此類推，最后組合成樹狀結(jié)構(gòu)的大型的高電壓大容量矩陣電池組。本發(fā)明能有效消除由于動力電池技術(shù)與制造工藝水平而造成的容量差異，從而延長電池組的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK101860049SQ20101016135
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者倪捷, 張芳勇, 盛專成, 胡繼紅, 陳文勝, 陳校校 申請人:浙江綠源電動車有限公司