CN111431227B - 串并联切换控制电路及电池装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施方式提供一种串并联切换控制电路，用于控制电池组的充放电，所述电池组包括第一电池及第二电池，所述串并联切换控制电路包括处理单元及切换单元。所述处理单元用于根据所述电池组的工作状态输出信号给所述切换单元。所述切换单元用于根据所述信号控制所述第一电池与所述第二电池在并联状态与串联状态之间进行切换。本申请实施方式还提供一种电池装置。本申请实施方式提供的串并联切换控制电路及电池装置，可以实现多节电芯的并联放电及多节电芯的串联充电，进而有效提升充电功率，并且充电主动均衡，无需配对。

Description

串并联切换控制电路及电池装置

技术领域

本申请涉及一种电池技术领域，尤其涉及一种串并联切换控制电路及电池装置。

背景技术

电池具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，因此在日常生活中被广泛地应用。

目前快充技术上有单串电芯结构及多串电芯结构。其中单串电芯结构在空间利用率、生产工艺及可靠性上占有明显优势，但是同样的充电功率，多串电芯结构会有更好的低温升体验，且具备更高功率充电延展的先天优势。现有技术中，常用的多串电芯结构只有一个回路，其可靠性不高，均衡能力有限且不易控制，生产工艺复杂且需要对电芯配对。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种串并联切换控制电路及电池装置，可以实现多节电芯并联放电及多节电芯串联充电，有效提升充电功率，并且充电主动均衡，无需配对。

本申请一实施方式提供一种串并联切换控制电路，用于控制电池组的充放电，所述电池组包括第一电池及第二电池，所述串并联切换控制电路包括：

处理单元及切换单元；

所述处理单元电连接于所述切换单元，所述处理单元用于根据所述电池组的工作状态输出信号给所述切换单元；及

所述切换单元电连接于所述第一电池及所述第二电池，所述切换单元用于根据所述信号控制所述第一电池与所述第二电池在并联状态与串联状态之间进行切换。

根据本申请的一些实施方式，所述串并联切换控制电路还包括检测单元，所述检测单元用于检测所述电池组的工作状态。

根据本申请的一些实施方式，所述工作状态包括所述第一电池及所述第二电池处于充电状态或者放电状态、所述第一电池及所述第二电池中的电压值。

根据本申请的一些实施方式，当所述检测单元检测处于放电状态的第一电池及第二电池接入充电单元时，所述处理单元用于在所述第一电池及所述第二电池均支持快充协议时输出第一信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第一信号将处于放电状态的所述第一电池及所述第二电池从并联状态切换为串联状态。

根据本申请的一些实施方式，当所述第一电池及所述第二电池的其中一个的电压值等于预设值时，所述处理单元输出第二信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第二信号将所述第一电池及所述第二电池中电压值等于预设值的电池切换为断路状态，并将所述第一电池及所述第二电池中电压值小于预设值的电池切换为充电状态。

根据本申请的一些实施方式，当所述第一电池与所述第二电池的电压值均等于预设值时，所述处理单元输出第三信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第三信号将处于充电状态的所述第一电池及所述第二电池从串联状态切换为并联状态。

根据本申请的一些实施方式，所述切换单元包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第一开关的第二端电连接于所述第一电池的负极，所述第一开关的第三端电连接于所述第二开关的第三端，所述第二开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第二开关的第二端电连接于所述第二电池的正极。

根据本申请的一些实施方式，所述切换单元还包括第三开关及第四开关，所述第三开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第三开关的第二端电连接于所述第一电池的负极，所述第三开关的第三端电连接于所述第四开关的第三端，所述第四开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第四开关的第二端电连接于所述第二电池的负极。

根据本申请的一些实施方式，所述切换单元包括第五开关及第六开关，所述第五开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第五开关的第二端电连接于所述第一电池的正极，所述第五开关的第三端电连接于所述第六开关的第三端，所述第六开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第六开关的第二端电连接于所述第二电池的正极。

本申请一实施方式还提供一种电池装置，所述电池装置包括电池组以及如上述所述的串并联切换控制电路，所述串并联切换控制电路用于控制所述电池组的充放电。

本申请实施方式提供的串并联切换控制电路及电池装置，通过处理单元根据电池组的工作状态输出信号给切换单元，切换单元根据所述信号控制第一电池与第二电池在并联状态与串联状态之间进行切换。本申请技术方案所提供的串并联切换控制电路及电池装置，可以实现多节电芯的并联放电以及多节电芯的串联充电，进而有效提升充电功率，并且充电主动均衡，无需配对。

附图说明

图1为根据本申请一实施方式的电池装置的方框图。

图2为图1中串并联切换控制电路的较佳实施方式的方框图。

图3为图1中串并联切换控制电路的较佳实施方式的电路图。

主要元件符号说明

电池装置 100

外部设备 200

串并联切换控制电路 10

切换单元 12

第一开关模块 122

第二开关模块 124

第三开关模块 126

处理单元 14

检测单元 16

电池组 20

第一电池 22

第二电池 24

第一开关 Q1

第二开关 Q2

第三开关 Q3

第四开关 Q4

第五开关 Q5

第六开关 Q6

如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都是属于本申请保护的范围。

请参阅图1及图2，本申请的一实施方式提供一种电池装置100。所述电池装置100可电连接于外部设备200。所述电池装置100可包括串并联切换控制电路10及电池组20。

在本申请的一些实施方式中，所述外部设备200可为手机、POS机、手持扫码枪、手持打印机、电子烟具、遥控器或者蓝牙耳机等电子设备。此时，所述电池组20可为所述外部设备200供电。

在本申请的一些实施方式中，所述外部设备200可为充电单元。此时，所述外部设备200亦可为所述电池组20进行充电。

本申请的一实施方式中，所述电池组20可包括第一电池22及第二电池24。

所述串并联切换控制电路10电连接于所述电池组20，以用于控制所述电池组20的充放电。所述电池组20电连接于所述串并联切换控制电路10与所述外部设备200之间。

本申请实施方式中，所述串并联切换控制电路10可包括切换单元12及处理单元14。

具体而言，所述处理单元14电连接于所述切换单元12，所述切换单元12还电连接于所述第一电池22及所述第二电池24。所述处理单元14用于根据所述电池组20的工作状态输出信号给所述切换单元12，所述切换单元12用于根据所述信号控制所述第一电池22与所述第二电池24在并联状态与串联状态之间进行切换。

在一较佳实施方式中，所述串并联切换控制电路10还可包括检测单元16。

所述检测单元16电连接于所述处理单元14。所述检测单元16用于检测所述电池组20的工作状态。可以理解，所述检测单元16还将用于检测所述外部设备200的工作状态，例如所述外部设备的电压及电流等工作参数。

可以理解的是，本申请的一实施方式中，所述电池组20的工作状态可以包括所述第一电池22及所述第二电池24处于充电状态或者放电状态。所述电池组20的工作状态还可以包括所述第一电池22及所述第二电池24处于串联状态或者并联状态。所述电池组20的工作状态还可以包括所述第一电池22及所述第二电池24中的电压值。所述电池组20的工作状态还可以包括所述第一电池22及所述第二电池24的充电功率。

在一些实施方式中，当所述检测单元16检测处于放电状态的第一电池22及第二电池24接入充电单元时，若所述第一电池22及所述第二电池24均支持快充协议，所述处理单元14将会输出第一信号给所述切换单元12。接着，所述切换单元12将会根据所述第一信号将处于放电状态的所述第一电池22及所述第二电池24从并联状态切换为串联状态。由此，所述第一电池22及所述第二电池24将进入串联充电状态。

在一些实施方式中，当所述第一电池22及所述第二电池24的其中一个的电压值等于预设值时，所述处理单元14将会输出第二信号给所述切换单元12。接着，所述切换单元12将会根据所述第二信号将所述第一电池22及所述第二电池24中电压值等于预设值的电池切换为断路状态，并将所述第一电池22及所述第二电池24中电压值小于预设值的电池切换为充电状态。接着，当所述第一电池22与所述第二电池24的电压值均等于预设值时，所述处理单元14将会输出第三信号给所述切换单元12。接着，所述切换单元12将会根据所述第三信号将处于充电状态的所述第一电池22及所述第二电池24从串联状态切换为并联状态。

由此，可以使得所述第一电池22及所述第二电池24进入主动均衡模式以减少压差，保证了所述第一电池22及所述第二电池24之间的均衡。

请参阅图3，图3为根据本申请串并联切换控制电路10的较佳实施方式的电路图。

所述切换单元12可以包括第一开关模块122、第二开关模块124及第三开关模块126。

本申请实施方式中，所述第一开关模块122包括第一开关Q1及第二开关Q2，所述第一开关Q1的第一端电连接于所述处理单元14，所述第一开关Q1的第二端电连接于所述第一电池22的负极B1-，所述第一开关Q1的第三端电连接于所述第二开关Q2的第三端，所述第二开关Q2的第一端电连接于所述处理单元14，所述第二开关Q2的第二端电连接于所述第二电池24的正极B2+。

本申请实施方式中，所述第二开关模块124包括第三开关Q3及第四开关Q4，所述第三开关Q3的第一端电连接于所述处理单元14，所述第三开关Q3的第二端电连接于所述第一电池22的负极B1-，所述第三开关Q3的第三端电连接于所述第四开关Q4的第三端，所述第四开关Q4的第一端电连接于所述处理单元14，所述第四开关Q4的第二端电连接于所述第二电池24的负极B2-，所述第四开关Q4的第二端还电连接于所述外部设备200的第二端P-。

本申请实施方式中，所述第三开关模块126包括第五开关Q5及第六开关Q6，所述第五开关Q5的第一端电连接于所述处理单元14，所述第五开关Q5的第二端电连接于所述第一电池22的正极B1+，所述第五开关Q5的第二端还电连接于所述外部设备200的第一端P+，所述第五开关Q5的第三端电连接于所述第六开关Q6的第三端，所述第六开关Q6的第一端电连接于所述处理单元14，所述第六开关Q6的第二端电连接于所述第二电池24的正极B2+。

本申请实施方式中，所述第一开关Q1、所述第二开关Q2、所述第三开关Q3、所述第四开关Q4、所述第五开关Q5及所述第六开关Q6均可为N沟道场效应管。所述第一开关Q1、所述第二开关Q2、所述第三开关Q3、所述第四开关Q4、所述第五开关Q5及所述第六开关Q6的第一端、第二端以及第三端分别对应于所述N沟道场效应管的栅极、源极及漏极。

下面将以图3示出的电路图为例对本申请串并联切换控制电路10及电池装置100的工作原理进行说明。

使用时，当电池组处于原始态时，即此时的电池组20为放电状态，所述处理单元14输出信号给对应开关，以控制第二开关模块124及第三开关模块126中的开关处于导通状态，第一开关模块122中的开关处于断开状态。由此，所述第一电池22和所述第二电池24处于并联放电状态。

进一步，当所述检测单元16测到充电端子插入外部设备200(如Type C插入)时，此时外部设备200将会进入预备充电状态，并对所述第一开关模块122发出闭合的热插拔控制信号，由于在充电态时，热插拔控制信号的优先级低于所述处理单元输出的信号，所以此时所述第一开关模块122还是处于断开状态，同时所述处理单元14会进行自检和电池检查，在确认具备快充充电条件后，所述处理单元14将输出信号先驱动第二开关模块124及第三开关模块126切换为单向导通状态，即放电态导通，然后充电电压开始爬升，爬升到预设范围后，充电态更高优先级的控制信号与热插拔控制同时作用驱动第一开关模块122闭合，以进入串联充电状态。

接着，当所述检测单元16检测所述第一电池22及所述第二电池24的其中一个的电压值等于预设值时，即检测到某一电池(如第一电池)达到预设充电电压上限时，外部设备200的充电IC将会降低充电电流的值，并且所述处理单元14先断开第一开关模块122，同时充电IC将会开始降低充电电压。当降低到预设电压值后，所述处理单元14再闭合另一电池(如第二电池)的充电回路上的开关模块。接着，所述充电IC将会调整充电电流，以进入单电芯充电状态，由此来实现充电均衡切换。

当另一电池(如第二电池)的充电容量或者电压达到预设值后，由此充电完成，进入涓流充电态。此时，充电IC断开充电回路或者调整充电电流大小，然后所述处理单元14输出信号给第二开关模块124和第三开关模块126，由此使第二开关模块124和第三开关模块126处于单向导通，以实现并联等待放电。可以理解的是，电池及电芯可以是两串或者更多，由此来实现更高功率的充电，并且不必进行放电均衡。

当所述第一电池22及所述第二电池24充电完成后，此时的所述电池组20即为并联等待放电状态。当充电器断开充电时，所述电池组20进入放电态。

本申请实施方式中，在发生热拔插时，电芯不短路及主机可不断电。具体而言，通过对所述第一开关模块122进行多逻辑控制，并对多逻辑设计进行优先级和误操作设计。其中，热插拔控制信号来自外部设备200，该信号用于对第一开关模块122进行导通和断开驱动。其中所述热插拔控制导通驱动优先级低于所述串并联切换控制电路10的控制信号，由此来防止电芯短路。然而电池组充电时充电随机断开的热插拔控制断开驱动优先级高于所述串并联切换控制电路10的控制信号，此时外部设备200供电可通过第二开关模块124及第三开关模块126中的二极管自动续流作为暂时供电路径，然后所述串并切换控制电路的放电逻辑切换为正常供电态，进而实现热插拔不断电的效果。

显然，本申请技术方案所提供的串并联切换控制电路10及电池装置100，可以实现多节电芯的并联放电以及多节电芯的串联充电，进而有效提升充电功率，并且充电主动均衡，无需配对。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将本申请上述的实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。

Claims (8)

1.一种串并联切换控制电路，用于控制电池组的充放电，所述电池组包括第一电池及第二电池，其特征在于，所述串并联切换控制电路包括：

处理单元、切换单元及检测单元；

所述处理单元电连接于所述切换单元，所述处理单元用于根据所述电池组的工作状态输出信号给所述切换单元；及

所述切换单元电连接于所述第一电池及所述第二电池，所述切换单元用于根据所述信号控制所述第一电池与所述第二电池在并联状态与串联状态之间进行切换；

所述检测单元用于检测所述电池组的工作状态；

当所述检测单元检测处于放电状态的第一电池及第二电池接入充电单元时，所述处理单元用于在所述第一电池及所述第二电池均支持快充协议时输出第一信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第一信号将处于放电状态的所述第一电池及所述第二电池从并联状态切换为串联状态；

所述切换单元包括第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块，所述第一开关模块电连接于所述第一电池的负极与所述第二电池的正极之间，所述第二开关模块的第一端电连接所述第一电池的负极，所述第二开关的第二端电连接于所述第二电池的负极，所述第三开关模块的第一端电连接于所述第一电池的正极，所述第三开关模块的第二端电连接于所述第二电池的正极；所述第一开关模块、所述第二开关及所述第三开关模块的第三端电连接于所述处理单元；

当所述第一电池和第二电池均为放电状态时，所述处理单元控制所述第二开关模块及第三开关模块导通，并控制所述第一开关模块断开；当所述检测单元检测到外部设备插入时，所述外部设备输出热插拔控制信号给所述第一开关模块，所述热插拔控制信号的优先级低于所述处理单元输出的控制信号，所述处理单元将输出控制信号驱动第二开关模块及第三开关模块切换为单向导通；当充电电压上升到预设范围时，所述处理单元输出控制信号与热插拔控制信号同时驱动所述第一开关模块导通，以使得所述第一电池和第二电池进入串联充电状态。

2.如权利要求1所述的串并联切换控制电路，其特征在于，所述工作状态包括所述第一电池及所述第二电池处于充电状态或者放电状态、所述第一电池及所述第二电池中的电压值。

3.如权利要求2所述的串并联切换控制电路，其特征在于，当所述第一电池及所述第二电池的其中一个的电压值等于预设值时，所述处理单元输出第二信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第二信号将所述第一电池及所述第二电池中电压值等于预设值的电池切换为断路状态，并将所述第一电池及所述第二电池中电压值小于预设值的电池切换为充电状态。

4.如权利要求3所述的串并联切换控制电路，其特征在于，当所述第一电池与所述第二电池的电压值均等于预设值时，所述处理单元输出第三信号给所述切换单元，所述切换单元根据所述第三信号将处于充电状态的所述第一电池及所述第二电池从串联状态切换为并联状态。

5.如权利要求1所述的串并联切换控制电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第一开关及第二开关，所述第一开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第一开关的第二端电连接于所述第一电池的负极，所述第一开关的第三端电连接于所述第二开关的第三端，所述第二开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第二开关的第二端电连接于所述第二电池的正极。

6.如权利要求5所述的串并联切换控制电路，其特征在于，所述第二开关模块还包括第三开关及第四开关，所述第三开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第三开关的第二端电连接于所述第一电池的负极，所述第三开关的第三端电连接于所述第四开关的第三端，所述第四开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第四开关的第二端电连接于所述第二电池的负极。

7.如权利要求6所述的串并联切换控制电路，其特征在于，所述第三开关模块包括第五开关及第六开关，所述第五开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第五开关的第二端电连接于所述第一电池的正极，所述第五开关的第三端电连接于所述第六开关的第三端，所述第六开关的第一端电连接于所述处理单元，所述第六开关的第二端电连接于所述第二电池的正极。

8.一种电池装置，其特征在于，所述电池装置包括电池组以及如权利要求1-7任意一项所述的串并联切换控制电路，所述串并联切换控制电路用于控制所述电池组的充放电。

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