專利名稱：電池/電容組均流控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種單體電池電容裝配成電池電容組的串聯和并聯的方法，尤其適用于多只單體電池及電容串聯和并聯的大型電池組及電容組的串聯和并聯結構。
背景技術：
目前電池組中電池的并聯方法都是通過電池單體的直接并聯，這種連接形式存在著以下幾個問題
(1)由于電池單體的內阻及容量的差異，導致電池在充放電的過程中存在嚴重的不均壓不均流現象；
(2)由于電池個體的差異而造成的并聯不均流問題導致某一個電池一直工作在過載狀態，從而加速了電池單體壽命的衰減；
(3)如果一個電池短路，整個并聯的模組將全部失效。電容組通常也是將若干電容單體進行并聯，因此同樣存在著上述問題。基于此，本發明人對現有電池組及電容組中電池/電容單體的并聯形式進行改進，本案由此產生。

發明內容
本發明的目的，在于提供一種電池/電容組均流控制電路，其可規避單體由于容量或內部等效阻抗上的差異而造成的在充電或放電過程中的電流不均衡問題，規避當多個單體并聯時由于某個單體失效而造成的整個電池/電容組失效，同時可以通過對串聯開關的控制抑制在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題，從而提高電池/電容組的壽命。為了達成上述目的，本發明的解決方案是
一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個單體相互并聯而成，還包括控制器、開關和電流采樣器，其中，開關的數量不少于單體的數量，所述開關的功率端子與單體串聯，而開關的控制極連接控制器，通過控制極進行開關及開通占空比的控制；電流采樣器的數量與單體的數量相同，并與單體一一對應進行串聯，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據電流控制開關的動作。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。上述電池單體是單個電池、相互串聯或并聯的至少兩個電池或混合連接的電池包。上述電容單體是單個電容、相互串聯或并聯的至少兩個電容或混合連接的電容包。上述開關是機械開關或電子開關。通過對串聯開關的控制抑制電池/電容在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題。上述開關可以工作在直接導通狀態，也可以工作在由電池包或電池單體的控制系統進行控制的閉環調整占空比狀態。由多個電池單體并聯后的電池包可以通過串聯功率開關后進行更大規模的電池包的并聯及串聯進行組包。外部控制系統可以根據電池單體的差異及采樣信號的分析進行優化處理，對不同的單體采用不同驅動及控制策略以達到最佳的充放電狀態延長電池或電容壽命。串聯在單體中的開關可以工作在如下三種工作狀態開關狀態、閉環調節特定占空比狀態和線性調節狀態。采用上述方案后，本發明徹底改變了傳統對電池或者電容并聯時對單體一致性的依賴，從根本上解決了因電池一致性差造成不均流直接并聯電池損壞的頑疾，從而讓每一節電池都能把其最大能力存儲和釋放出來，從而提高了電池或電容系統的利用效率。此外， 如果某一個電池損害，開關自動將其從系統中剝離，從而極大提高電池組的可靠性，同時通過對串聯開關的控制可以較大地降低電池再充電和放電過程中浪涌電流對電池和電容的沖擊，提高系統的可靠性。通過對電池內部的開關可以有效地控制不同電池或者電容的等效阻抗，電池可以很方便地將若干個電池并聯在一起并實行單體電池或者電容的均流，從而極大地降低對電池的一致性的依賴，提升系統的可靠性。


圖1是本發明第一實施例的示意圖； 圖2是本發明第二實施例的示意圖3是本發明第三實施例的示意圖； 圖4是本發明第四實施例的示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。本發明提供一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個單體相互并聯而成，其中，所述單體可以是電池單體，該電池單體可以是單個電池，也可以是由至少兩個電池串聯或并聯而成，甚至是由多個電池通過串聯和并聯混合連接而成的電池包；單體可以是電容單體，所述單體電容可以是單個電容，也可以是由至少兩個電容串聯或并聯而成，或是由多個電容通過串聯和并聯混合連接而成的電容包；所述單體還可以是由前述電池單體和電容單體通過串聯和并聯混合連接而成的混合模組。本發明的改進點在于所述均流控制電路還包括控制器、開關和電流采樣器，所述開關的數量不少于電池/電容組中單體的數量，所述開關可以是機械開關，也可以是電子開關，如MOSFET、JEFET、三極管、IGBT或可控硅等半導體功率元件，前述開關與單體串聯， 每一個單體可串聯一個或多個開關；每個開關的控制極分別連接控制器，通過其控制極進行開關及開通占空比的控制；而電流采樣器的數量與電池/電容組中單體的數量相同，與單體一一對應進行串聯，其中，電流采樣器的信號通過信號端子與控制器連接。配合圖1所示，是本發明的第一實施例，其是以單個電池構成的單體的結構圖，其中El為電池，電池El的正極與電池組的引線端子BAR+相連，負極與開關Sl的一個功率端子相連，開關Sl的控制端子與PWMl相連；電流采樣器CSl的輸入端與開關Sl的另一個功率端子相連，輸出端子與電池組的引線端子BAR-相連，所述電流采樣器CSl的信號端子與 CSl控制端子相連。外部的控制器通過控制PWMl的驅動脈沖來控制電池單體兩端的電壓，從而達到精確控制電池組兩端電壓一致性的目的。同時，外部的控制器通過采樣CSl的電壓來監控流過電池El的電流，一旦流過電池El的電流過高，控制器將通過調整PWMl的驅動占空比來達到調節電池El電流的目的，從而實現對電池El充電和放電電流的控制。參照圖2，為本發明的第二實施例，其是以多個電池單體相互并聯構成電池組的結構圖，其中E2、E3、E4為電池，電池E2、E3、E4的正極分別與電池組的引線端子BAR+相連， 負極分別與開關S2、S3、S4的一個功率端子相連，開關S2、S3、S4的控制端子分別與PWM2、 PWM3、PWM4相連；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與開關S2、S3、S4的另一個功率端子相連，輸出端子則與電池組的引線端子BAR-相連，電流采樣器CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU等控制芯片組成的電池組中心控制器。外部的控制器Ul通過控制PWM輸出通道的驅動脈沖來分別控制每個單體兩端的電壓，從而達到精確控制電池組兩端電壓一致性的目的。同時，外部的控制器Ul通過采樣電流采樣器的電流信號來監控流過每個電池的電流，一旦流過每個電池的電流過高，控制器將通過調整PWM的驅動占空比來達到調節每個電池電流的目的，從而實現對每個電池的充電和放電電流的控制。參照圖3，為本發明的第三實施例，其是以多個電容單體相互并聯構成電容組的結構圖，其中C2、C3、C4為電容，電容C2、C3、C4的正極與電容組的引線端子BAR+相連，負極分別與開關S2、S3、S4的一個功率端子相連，開關S2、S3、S4的控制端子分別與PWM2、PWM3、 PWM4相連；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與開關S2、S3、S4的另一個功率端子相連，輸出端子與電容組的引線端子BAR-相連，電流采樣器CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU等控制芯片組成的電容組中心控制
ο外部的控制器Ul通過控制PWM輸出通道的驅動脈沖來分別控制每個單體兩端的電壓，從而達到精確控制電容組兩端電壓一致性的目的。同時，外部的控制器Ul通過采樣電流采樣器的電流信號來監控流過每個電容的電流，一旦流過每個電容的電流過高，控制器Ul將通過調整PWM的驅動占空比來達到調節每個電容器電流的目的，從而實現對每個電容的充電和放電電流的控制。參照圖4，為本發明的第四實施例，其是以多個電池單體相互并聯構成電池組的結構圖，其中E2、E3、E4為電池，電池E2、E3、E4的正極分別與電池組的引線端子BAR+相連，負極分別與MOSFET S2、S3、S4的漏極相連，而M0SFETS2、S3、S4的柵極分別與PWM2、 PWM3、PWM4相連，進而與控制器的控制端子連接；電流采樣器CS2、CS3、CS4的輸入端分別與MOSFET S2、S3、S4的源極相連，輸出端子則與電池組的引線端子BAR-相連，電流采樣器 CS2、CS3、CS4的信號端子分別與控制器Ul的相應控制端子相連。Ul為由DSP、MCU、CPU 等控制芯片組成的電池組中心控制器。需要說明的是，本發明一種電池/電容組均流控制電路，其中的開關既可以工作在直接導通狀態，也可以工作在由控制器進行控制的閉環調整占空比狀態；控制器可以根據電流采樣器的反饋信號，通過與單體串聯的開關進行占空比的調節，從而實現特定的輸出電壓或等效內阻；控制器可以根據單體的差異及采樣信號的分析進行優化處理，對不同的單體采用不同驅動及控制策略，以達到最佳的充放電狀態，從而延長電池或電容壽命；另外，基于本發明的技術思想，由多個電池單體并聯后的電池組，可以通過串聯開關后進行更大規模的并聯及串聯，從而構成更大的電池包。 以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個單體相互并聯而成； 其特征在于還包括控制器、開關和電流采樣器，其中，開關的數量不少于單體的數量，所述開關的功率端子與單體串聯，而開關的控制極連接控制器，通過控制極進行開關及開通占空比的控制；電流采樣器的數量與單體的數量相同，并與單體一一對應進行串聯，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據電流控制開關的動作。
2.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，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.如權利要求2所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述電池單體是單個電池、相互串聯或并聯的至少兩個電池或混合連接的電池包。
4.如權利要求2所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述電容單體是單個電容、相互串聯或并聯的至少兩個電容或混合連接的電容包。
5.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述開關是機械開關或電子開關。
6.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于通過對串聯開關的控制抑制電池/電容在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題。
7.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于所述開關可以工作在直接導通狀態，也可以工作在由電池包或電池單體的控制系統進行控制的閉環調整占空比狀態。
8.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于由多個電池單體并聯后的電池包可以通過串聯功率開關后進行更大規模的電池包的并聯及串聯進行組包。
9.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于外部控制系統可以根據電池單體的差異及采樣信號的分析進行優化處理，對不同的單體采用不同驅動及控制策略以達到最佳的充放電狀態延長電池或電容壽命。
10.如權利要求1所述的電池/電容組均流控制電路，其特征在于串聯在單體中的開關可以工作在如下三種工作狀態開關狀態、閉環調節特定占空比狀態和線性調節狀態。
全文摘要
本發明公開一種電池/電容組均流控制電路，所述電池/電容組由至少一個單體相互并聯而成，還包括控制器、開關和電流采樣器，開關的數量不少于單體的數量，所述開關的功率端子與單體串聯，而開關的控制極連接控制器，通過控制極進行開關及開通占空比的控制；電流采樣器的數量與單體的數量相同，并與單體一一對應進行串聯，且電流采樣器的信號端子與控制器連接，根據電流控制開關的動作。此種電路結構可規避單體由于容量或內部等效阻抗上的差異而造成的在充電或放電過程中的電流不均衡問題，規避當多個單體并聯時由于某個單體失效而造成的整個電池/電容組失效，同時可以抑制在充電和放電過程中的沖擊電流過大的問題，從而提高電池/電容組的壽命。
文檔編號H02J7/34GK102447292SQ201210004740
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者張從峰 申請人:張從峰