專利名稱：電池/電容組串聯(lián)逃逸電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單體電池或電容裝配成電池電容組的串聯(lián)的方法，尤其適用于多只單體電池及電容串聯(lián)的大型電池組結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖1所示:這種η個(gè)電池V10、V20、......、V(η_1)O、VnO或者電容的連接方式
為傳統(tǒng)的串聯(lián)方式，這種串聯(lián)方式可靠性較差，當(dāng)任何一個(gè)電池或者電容沒(méi)有電能輸出能力而其內(nèi)阻又較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)的失效，即便其他的電池或者電容都完好的情況下，其中一個(gè)電池一旦失效，系統(tǒng)將立即失效。目前電池/電容組中的串聯(lián)方法都是通過(guò)電池/電容單體的直接串聯(lián)，或者給每個(gè)單體并聯(lián)一個(gè)單向?qū)ǖ亩O管，這種連接形式存在著以下幾個(gè)問(wèn)題:(I)由于電池單體的內(nèi)阻及容量及外部環(huán)境的差異，導(dǎo)致電池在充放電的過(guò)程中存在嚴(yán)重的不均壓不均流現(xiàn)象；(2)由于電池個(gè)體的差異而造成的并聯(lián)不均流問(wèn)題導(dǎo)致某一個(gè)電池一直工作在過(guò)載狀態(tài)，從而加速了電池單體壽命的衰減；(3)對(duì)于沒(méi)有并聯(lián)二極管的電池/電容組串聯(lián)，如果一個(gè)電池開(kāi)路，整個(gè)串聯(lián)的模組將全部失效；(4)對(duì)于有并聯(lián)二極管的電池/電容組串聯(lián)電路，如果流過(guò)二極管的電流過(guò)大，在二級(jí)管上將產(chǎn)生較大的功耗，從而將導(dǎo)致系統(tǒng)效率及可靠性的降低，一旦并聯(lián)二極管燒壞，整個(gè)電池電容組將會(huì)失效。電容組通常也是將若干電容單體進(jìn)行并聯(lián)組成，因此同樣存在著上述問(wèn)題?；诖耍景l(fā)明人對(duì)現(xiàn)有電池組及電容組中電池/電容單體的串聯(lián)形式進(jìn)行改進(jìn)，從而使每個(gè)電池/電容組能夠低功耗安全逃逸，本案由此產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其可規(guī)避由于串聯(lián)的電池/電容單體由于開(kāi)路或者由于內(nèi)阻較大而導(dǎo)致的并聯(lián)二極管發(fā)熱而導(dǎo)致整個(gè)電池/電容組失效，從而延長(zhǎng)電池/電容組的壽命。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是:一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互串聯(lián)而成；所述逃逸電路包括控制器、開(kāi)關(guān)和并聯(lián)二極管，其中，開(kāi)關(guān)的數(shù)量等于單體的數(shù)量，所述開(kāi)關(guān)的功率端子與單體并聯(lián)，而開(kāi)關(guān)的控制極連接控制器，通過(guò)控制極進(jìn)行開(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷的控制；并聯(lián)二極管的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)，且控制器的采樣端子與并聯(lián)二極管的兩端相連，根據(jù)流過(guò)并聯(lián)二極管的電流方向控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷。上述單體是電池單體、電容單體或電池單體與電容單體混合連接的混合模組。[0014]上述電池單體是單個(gè)電池、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電池或混合連接的電池包。上述電容單體是單個(gè)電容、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電容或混合連接的電容包。上述開(kāi)關(guān)是機(jī)械開(kāi)關(guān)或由三極管、MOSFET, IGBT, JFET、可控硅等電子元件組成的電子開(kāi)關(guān)。通過(guò)對(duì)串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制抑制當(dāng)電池/電容組在并聯(lián)二極管導(dǎo)通時(shí)功耗過(guò)大的問(wèn)題。上述開(kāi)關(guān)可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由電池包或電池單體的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)。通過(guò)對(duì)并聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制抑制當(dāng)電池/電容組在內(nèi)阻過(guò)大而導(dǎo)致的整個(gè)電池或電容組的失效問(wèn)題?？刂齐娐穼⒏鶕?jù)并聯(lián)二極管的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)開(kāi)通和關(guān)斷與二極管并聯(lián)的開(kāi)關(guān)。并聯(lián)在單體中的開(kāi)關(guān)可以工作在如下三種工作狀態(tài):開(kāi)關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)和線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。上述并聯(lián)二極管是與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的獨(dú)立二極管或開(kāi)關(guān)體內(nèi)寄生二極管。采用上述方案后，本實(shí)用新型徹底改變了傳統(tǒng)對(duì)電池或者電容串聯(lián)時(shí)對(duì)單體一致性的依賴，從根本上解決了當(dāng)電池組或電容組損壞的頑疾，從而讓每一個(gè)電池或電容單體都能根據(jù)外部的情況安全逃逸，從而提高了電池或電容系統(tǒng)的利用效率可靠性。此外，如果某一個(gè)電池?fù)p害或者內(nèi)阻突然增大，開(kāi)關(guān)自動(dòng)將其從系統(tǒng)中剝離，從而極大提高電池組的可靠性，同時(shí)通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的控制可以較大地減少并聯(lián)二極管上的功耗，從而提高系統(tǒng)的可靠性；通過(guò)對(duì)電池組或電容組并聯(lián)的開(kāi)關(guān)可以有效地減少流過(guò)并聯(lián)二極管的電流，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

圖1是傳統(tǒng)的電池組的串聯(lián)示意圖；圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的示意圖；圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的示意圖；圖4是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)用新型公開(kāi)一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，用以延長(zhǎng)電池/電容組的使用壽命，所述電池/電容組由至少兩個(gè)單體相互串聯(lián)而成，所述單體是指電池單體、電容單體或電池單體與電容單體混合連接的混合模組，其中，電池單體可以是單個(gè)電池、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電池或至少三個(gè)電池通過(guò)串并混合連接而成的電池包，所述電容單體可以是單個(gè)電容、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電容或至少三個(gè)電容通過(guò)串并混合連接而成的電容包；前述均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，不再贅述。本實(shí)用新型的改進(jìn)點(diǎn)在于:所述逃逸電路包括并聯(lián)二極管、開(kāi)關(guān)和控制電路，所述開(kāi)關(guān)可以是機(jī)械開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的控制極連接控制電路，通過(guò)控制極進(jìn)行開(kāi)關(guān)及開(kāi)通占空比的控制；并聯(lián)二極管的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)，且控制電路根據(jù)并聯(lián)二極管的電流控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通或關(guān)斷。此種電路結(jié)構(gòu)可規(guī)避當(dāng)單體內(nèi)部等效阻抗較大而造成的電流回路通過(guò)并聯(lián)二極管，由于并聯(lián)二極管的正向?qū)▔航递^高，當(dāng)流過(guò)較大電流時(shí)，并聯(lián)二極管上的功耗較大而帶來(lái)的可靠性問(wèn)題，規(guī)避當(dāng)單體內(nèi)阻較高時(shí)或者由于某個(gè)單體失效而造成的整個(gè)電池/電容組失效，同時(shí)可以抑制當(dāng)電流過(guò)大時(shí)二極管的功耗較大的問(wèn)題，從而延長(zhǎng)電池/電容組的壽命。本實(shí)用新型從根本上解決了當(dāng)電池組或電容組串聯(lián)易于損壞的頑疾，從而讓每一個(gè)電池或電容單體都能根據(jù)外部的情況安全逃逸，從而提高了電池或電容系統(tǒng)的利用效率可靠性。此外，如果某一個(gè)電池?fù)p害或者內(nèi)阻突然增大，開(kāi)關(guān)自動(dòng)將其從系統(tǒng)中剝離，從而極大提高電池組的可靠性，同時(shí)通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)的控制可以較大地降低并聯(lián)二極管上的功耗，從而提高系統(tǒng)的可靠性；通過(guò)對(duì)電池組或電容組并聯(lián)的開(kāi)關(guān)可以有效地減少流過(guò)并聯(lián)二極管的電流，從而提高系統(tǒng)的可靠性。配合圖2所示，是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例，其是以單個(gè)電池或電容構(gòu)成的單體的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析，其中Vl為電池，電容的連接與此相同，電池Vl的正極端子與電池組的引線端子BUS(+)相連，負(fù)極端子與電池V2的正極端子相連，開(kāi)關(guān)管SI的集電極與電池Vl的正極端子相連，發(fā)射極與電池Vl的負(fù)極端子相連，開(kāi)關(guān)管SI的基極與驅(qū)動(dòng)器DRl的輸出端相連；DR1為驅(qū)動(dòng)器，其輸入信號(hào)與控制器Ul的輸出引腳相連；控制器Ul根據(jù)電阻Rl和R2進(jìn)行分壓采樣電池Vl兩端的電壓，當(dāng)電池Vl兩端的電壓低于并聯(lián)二極管Dl的反向偏置電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管SI的并聯(lián)二極管Dl導(dǎo)通；當(dāng)Dl導(dǎo)通時(shí)，Rl和R2分壓采樣得到的為負(fù)值，控制器Ul立即輸出高信號(hào)或者一定占空比的開(kāi)關(guān)信號(hào)；當(dāng)開(kāi)關(guān)管SI導(dǎo)通時(shí)，其正向電壓很低，從而使本應(yīng)該流過(guò)并聯(lián)二極管Dl的電流通過(guò)開(kāi)關(guān)管SI，從而降低系統(tǒng)電流在并聯(lián)二極管Dl上的損耗。在整個(gè)系統(tǒng)中，有η個(gè)由相同的單體Vl-Vn構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)，對(duì)應(yīng)各單體的逃逸電路結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)某幾個(gè)電池開(kāi)路或者由于內(nèi)阻較高時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的并聯(lián)二極管將會(huì)導(dǎo)通，從而并聯(lián)的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，從而可以大幅度降低由于電池或者電容單體損耗而造成的系統(tǒng)的過(guò)早損壞，或者流經(jīng)并聯(lián)二極管的電流過(guò)大而導(dǎo)致的發(fā)熱量嚴(yán)重而導(dǎo)致的系統(tǒng)可靠性降低。 參照?qǐng)D3，為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例，其中V11、V21、…、Vnl均為以多個(gè)電池并聯(lián)構(gòu)成的電池單體，電容單體的結(jié)構(gòu)與此原理相同；電池單體Vll的正極端子與BUS(+)相連，電池單體V21的正極端子與Vll的負(fù)極端子相連；依此類推，電池單體Vnl的正極端子與電池單體V (n-1) I的負(fù)極端子相連，電池單體Vnl的負(fù)極端子與電池組的BUS (-)相連；以與BUS(+)相連的單體為例:二極管DlO與電容Cll串聯(lián)構(gòu)成供電儲(chǔ)能單元，電阻Rll和穩(wěn)壓管Zll串聯(lián)構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)電路連接三極管Qll的基極，三極管Qll的發(fā)射極與三極管Q21的發(fā)射極相連，并共同通過(guò)電阻R41連接到電池單體Vll的負(fù)極端子，所述三極管Qll的集電極經(jīng)由電阻R31連接二極管Dll的陰極；三極管Q21的集電極連接開(kāi)關(guān)管Sll的基極，所述集電極還經(jīng)由電阻R51連接二極管Dll的陰極；由電阻R61、R21串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路，電阻R61、R21之間的連接點(diǎn)與三極管Q21的基極連接，所述三極管Q21通過(guò)分壓電路對(duì)電池單體Vll兩端的電壓采樣，當(dāng)Vll兩端的電壓較低時(shí)，并聯(lián)二極管Dll反向偏置導(dǎo)通，三極管Qll導(dǎo)通，從而使三極管Q21反向截止，從而三極管Q21的集電極輸出高壓，使得開(kāi)關(guān)管Sll導(dǎo)通，進(jìn)而使流過(guò)并聯(lián)二極管Dll的電流直接通過(guò)開(kāi)關(guān)管Sll給系統(tǒng)供電。[0035]圖4所示是本實(shí)用新型的第三較佳實(shí)施例，其中，V12、V22、…、Vn2是以多個(gè)電池并聯(lián)構(gòu)成的電池單體，電容單體的結(jié)構(gòu)與此原理相同；電池單體V12的正極端子與電池組的BUS(+)相連，所述電池單體V22的正極端子與電池單體V12的負(fù)極端子相連，依此類推，電池單體Vn2的正極端子與電池單體V (n-1) 2的負(fù)極端子相連，電池單體Vn2的負(fù)極端子與電池組的BUS (-)相連；以與BUS(+)相連的電池單體V12為例:二極管D20與電容C12構(gòu)成供電儲(chǔ)能單元，再并聯(lián)在電池單體V12的兩端，具體來(lái)說(shuō)，所述二極管D20的陽(yáng)極連接電池單體V12的正極端子，D20的陰極經(jīng)由電容C12連接V12的負(fù)極端子；三極管Q32的基極與集電極連接，所述三極管Q32的集電極還經(jīng)由電阻R12連接二極管D20的陰極，三極管Q32的發(fā)射極與二極管D22的陽(yáng)極連接，該二極管D22的陰極與電池單體V12的負(fù)極端子連接；三極管Q42的基極連接三極管Q32的基極，三極管Q42的集電極經(jīng)由電阻R22連接二極管D20的陰極，三極管Q42的發(fā)射極連接二極管D32的陽(yáng)極，該二極管D32的陰極連接電池單體V12的正極端子；反相器DRl的輸入端連接三極管Q42的集電極，反相器DRl的輸出端連接開(kāi)關(guān)管S12的基極，所述開(kāi)關(guān)管S12的集電極連接并聯(lián)二極管D12的陰極，開(kāi)關(guān)管S12的發(fā)射極連接并聯(lián)二極管D12的陽(yáng)極；當(dāng)電池單體V12的兩端電壓較低時(shí)，并聯(lián)二極管D21正向偏置導(dǎo)通，三極管Q42導(dǎo)通，反相器DRl輸出為高，開(kāi)關(guān)管S12導(dǎo)通，從而使流過(guò)并聯(lián)二極管D12的電流直接通過(guò)開(kāi)關(guān)管S12給系統(tǒng)供電，從而規(guī)避由于電流流過(guò)并聯(lián)二極管D12而產(chǎn)生的功耗，當(dāng)電池單體V12的電壓開(kāi)始慢慢回升時(shí)，流過(guò)開(kāi)關(guān)管S12的電流反向，從而三極管Q32導(dǎo)通，S12截止，并聯(lián)二極管D12反向截止，電池單體V12給系統(tǒng)直接供電。需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其中的開(kāi)關(guān)管既可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由控制器進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)；控制器可以根據(jù)分壓電路的反饋信號(hào)，通過(guò)與單體串聯(lián)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行占空比的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)特定的輸出電壓或等效內(nèi)阻；控制器可以根據(jù)單體的差異及采樣信號(hào)的分析進(jìn)行優(yōu)化處理，對(duì)不同的單體采用不同驅(qū)動(dòng)及控制策略，以達(dá)到最佳的充放電狀態(tài)，從而延長(zhǎng)電池或電容壽命；另外，基于本實(shí)用新型的技術(shù)思想，由多個(gè)電池單體并聯(lián)后的電池組，可以通過(guò)串聯(lián)開(kāi)關(guān)后進(jìn)行更大規(guī)模的并聯(lián)及串聯(lián)，從而構(gòu)成更大的電池包。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提 出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，所述電池/電容組由一個(gè)或至少兩個(gè)單體相互串聯(lián)而成；其特征在于:所述逃逸電路包括控制器、開(kāi)關(guān)和并聯(lián)二極管，其中，開(kāi)關(guān)的數(shù)量等于單體的數(shù)量，所述開(kāi)關(guān)的功率端子與單體并聯(lián)，而開(kāi)關(guān)的控制極連接控制器，通過(guò)控制極進(jìn)行開(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷的控制；并聯(lián)二極管的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)，且控制器的采樣端子與并聯(lián)二極管的兩端相連，根據(jù)流過(guò)并聯(lián)二極管的電流方向控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述單體是電池單體、電容單體或電池單體與電容單體混合連接的混合模組。
3.如權(quán)利要求2所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述電池單體是單個(gè)電池、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電池或混合連接的電池包。
4.如權(quán)利要求2所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述電容單體是單個(gè)電容、相互串聯(lián)的至少兩個(gè)電容或混合連接的電容包。
5.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)是機(jī)械開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述與單體并聯(lián)的開(kāi)關(guān)工作在如下三種工作狀態(tài):開(kāi)關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)或線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，其特征在于:所述并聯(lián)二極管是與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的獨(dú)立二極管或開(kāi)關(guān)體內(nèi)寄生二極管。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電池/電容組串聯(lián)逃逸電路，所述電池/電容組由至少一個(gè)單體相互串聯(lián)而成；所述逃逸電路包括控制器、開(kāi)關(guān)和并聯(lián)二極管，其中，開(kāi)關(guān)的數(shù)量等于單體的數(shù)量，所述開(kāi)關(guān)的功率端子與單體并聯(lián)，而開(kāi)關(guān)的控制極連接控制器，通過(guò)控制極進(jìn)行開(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷的控制；并聯(lián)二極管的數(shù)量與單體的數(shù)量相同，并與單體一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)，且控制器的采樣端子與并聯(lián)二極管的兩端相連，根據(jù)流過(guò)并聯(lián)二極管的電流方向控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷。此種電路結(jié)構(gòu)可規(guī)避由于串聯(lián)的電池/電容單體由于開(kāi)路或者由于內(nèi)阻較大而導(dǎo)致的并聯(lián)二極管發(fā)熱而導(dǎo)致整個(gè)電池/電容組失效，從而延長(zhǎng)電池/電容組的壽命。
文檔編號(hào)H02H9/02GK202949218SQ20122052535
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者張從峰 申請(qǐng)人:張從峰