矩陣電池組樹形結構的連接方法
2023-04-30 02:02:06 1
專利名稱：矩陣電池組樹形結構的連接方法
技術領域：
本發明屬於蓄電池組類，具體是一種矩陣電池組樹形結構的連接方法。
背景技術：
基於目前的動力電池技術與製造工藝水平，蓄電池單體之間的性能差異在其整個 壽命周期裡客觀存在，這就導致了二次電池組中由於某一節或幾節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，由於動力電池技術與製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，來消除由於動力電池技術與製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。而現有的電池串聯均衡技術只限於電池組的整體均衡，可擴展性 差；電池並聯均衡技術只是用導線直接並聯。
發明內容
本發明的目的是針對現技術的不足，提供一種矩陣電池組樹形結構的連接方法， 它採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，並對每個小單元電 池進行充放電保護，避免電池由於過充或者過放而造成電池的損壞。本發明的技術方案如下本發明一種矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於將電池進行單元化，把 低電壓小容量的單個小電池串聯成電池包，電池包中的每個單節小電池都與單節保護電路 相連，同時連接並聯均衡電路和串聯均衡電路，組成一個完整的電池保護系統；將上述的電 池包作為新的單元電池，再進行串並聯組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池 包之間接入並聯均衡電路，並在串聯層間加入串聯均衡電路；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，最後組合成樹狀結構的大型的高電壓大 容量矩陣電池組。本發明的並聯均衡電路採用電阻網絡進行均衡，電阻網絡的連接方式採用三角形 接法，即在同一層的並聯電池中，每兩個電池之間都用一個電阻相連；串聯均衡電路是在串 聯層間進行能量轉移，通過單片機對串聯中的電池進行電壓採樣，根據電壓來判斷電池能 量的高低，單片機驅動功率管開關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移給電壓較低的電池。按照這種均衡進行循環，最終實現串 聯層面間的電池的容量基本達到平衡；對於單節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。本發明的單節保護電路、串聯均衡電路連接了總迴路控制電路與電源控制電路， 組成了矩陣電池的控制系統。
本發明單元電池採用樹形組合方式，在樹形結構中單個電池進行充放電保護，層 與層之間均有串聯均衡電路，同一層內均有並聯均衡電路。由於在整個樹形連接矩陣系統 中，同時採用了單節保護電路、並聯均衡電路和串聯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；本發明樹狀矩陣電池組結構，容易實現更大規模的矩陣， 擴展方便；在並聯均衡電路中，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，還可以通過它採樣信號，待以後進行數據分析處理。本發明能有效消除由於動力電池技 術與製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為本發明實施例12V電池包示意圖。圖2為本發明實施例48V電池包示意圖。圖3為本發明實施例mV電池包示意圖。圖4為本發明實施例樹形電池包示意圖。
具體實施例方式下面以3V鋰電池為例對本發明方法作一具體闡述。如圖1所示，先將四十節單個3V小電池1通過4串10並組成12V電池包，單個3V 小電池1連接單節保護電路3，並連接並聯均衡電路4和串聯均衡電路5 ；如圖2所示，將圖1的12V電池包2作為新的單元電池，串聯成48V電池包，電池 包之間連接並聯均衡電路4，並在並聯均衡電路之間連接串聯均衡電路5，此時由於12V電 池包2中已經對單節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，並連接並聯均衡電路4和串聯均衡電路5，此時由於48V電池包6是由12V電池 包2組合而成，而12V電池包中已經對單節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，並連接並聯均衡電路4和串聯均衡電路5，以此類推，組合成樹狀矩陣電池組結構。本發明的並聯均衡電路4採用電阻網絡進行均衡，電阻網絡的連接方式採用三角 形接法，即在同一層的並聯電池中，每兩個電池之間都用一個電阻相連；串聯均衡電路5是 在串聯層間進行能量轉移，通過單片機對串聯中的電池進行電壓採樣，根據電壓來判斷電 池能量的高低，單片機驅動功率管開關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移給電壓較低的電池。按照這種均衡進行循環，最終實 現串聯層面間的電池的容量基本達到平衡；對於單節保護電路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。本發明的單節保護電路3、串聯均衡電路5連接總迴路控制電路和電源控制電路 9，單節保護電路3檢測到單元電池過充或者過放後，就會發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迴路被切斷，停止充放電，從而保護了電池，延長了電池 的使用壽命；由於單節保護電路3和串聯均衡電路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，讓單節保護電路和串聯均衡電路不工作，不消耗電池的電能，增加了單節保護電路和串聯均衡電路的電源控制電路，通過電源控制電路發出控制信 號，使保護電路斷電，停止工作。對於串聯均衡電路的電源控制，只需要控制最頂層的串聯 均衡電路，然後通過從高層到低層，一層一層向底層控制，最終使所有的串聯均衡電路均停 止工作。若需要讓單節保護電路和串聯均衡電路重新開始工作，也是通過電源控制電路來 控制。對於電動車來說，可以通過電門鎖來發出控制信號來控制電源控制電路。
權利要求
一種矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於將電池進行單元化，把低電壓小容量的單個小電池串聯成電池包，電池包中的每個單節小電池都與單節保護電路相連，同時連接並聯均衡電路和串聯均衡電路，組成一個完整的電池保護系統；將上述的電池包作為新的單元電池，再進行串並聯組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池包之間接入並聯均衡電路，並在串聯層間加入串聯均衡電路；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，最後組合成樹狀結構的大型的高電壓大容量矩陣電池組。
2.根據權利要求1所述的矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於並聯均衡電 路採用電阻網絡進行均衡，電阻網絡的連接方式採用三角形接法，即在同一層的並聯電池 中，每兩個電池之間都用一個電阻相連。
3.根據權利要求1或2所述的矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於串聯均 衡電路是在串聯層間進行能量轉移，通過單片機對串聯中的電池進行電壓採樣，根據電壓 來判斷電池能量的高低，單片機驅動功率管開關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移給電壓較低的電池。
4.根據權利要求1所述的矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於單節保護電 路、串聯均衡電路連接總迴路控制電路和電源控制電路。
全文摘要
本發明屬於蓄電池類，具體是一種矩陣電池組樹形結構的連接方法，其特徵在於將電池進行單元化，把低電壓小容量的單個小電池串聯成電池包，電池包中的每個單節小電池都與單節保護電路相連，同時連接並聯均衡電路和串聯均衡電路，組成一個完整的電池保護系統；將上述的電池包作為新的單元電池，再進行串並聯組合，組成較大的矩陣電池包，在同一層面上的電池包之間接入並聯均衡電路，並在串聯層間加入串聯均衡電路；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，最後組合成樹狀結構的大型的高電壓大容量矩陣電池組。本發明能有效消除由於動力電池技術與製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 優先權日2010年4月28日
發明者倪捷, 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