CN202997599U - 电池能量双向转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池能量双向转换装置，包括多个单元电池的电池组，设有电压转换单元、主控单元以及与每个单元电池分别对应的若干电压采样单元；各个单元电池通过各自的放电电路并联地接入电压转换单元的输入端，每条放电电路上都设有放电开关；各个单元电池通过各自的充电电路并联地接入所述电压转换单元的输出端，每条充电电路上都设有充电开关；主控单元根据各个电压采样单元的信号控制所有的放电开关和充电开关。通过电压采用单元发现单元电池的电压上升(下降)到一定值或单元电池之间的电压差达到一定值时，将电压高的单元电池想电压低的单元电池进行电能传递，不仅降低电池能量浪费和产生的热量，而且元器件少，电路简单，成本低。

Description

电池能量双向转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种电存储元件的控制装置，尤其是一种电池能量双向转换装置。

背景技术

目前，蓄电池组在使用过程中，电池系统的充/放电电压是受电池组的总电压所决定，实际应用中，由于电池的一致性存在差异问题，往往会造成电池组的总电压不稳定，从而影响电池组的使用寿命，使其无法达到预期的要求。

这其中主要受以下两种因素影响：一是过充电影响，电池组在充电过程中，由于电池一致性的差异问题，电池不可能同时达到最高的限压值，没有达到限压值的电池会造成电池欠充，使得电池组不能达到最大储能效果；而超过限压值的电池会造成电池过充电，影响电池的使用寿命。二是过放电影响，电池组在放电过程中，同样由于电池一致性的差异问题，电池也不可能同时到达最低的限压值，没有达到限压值的电池会造成电池容量释放损失，使电池组不能达到最大储能利用；而低于限压值的电池会造成电池过放电，同样会影响到电池的使用寿命。

在电池组合应用中，为了实现电池能量的最大化，在电池的充放电过程中有必要对各单元电池进行均衡管理，在充电过程中，使每个单元电池充满且又不过充；在放电过程中，使每个单元电池电能充分释放且又不过放，从而避免对电池使用寿命的损害。

现有均衡管理技术主要以下两种方式：一是耗能型，利用旁路电阻进行分流，降低(充电时)、增加(放电时)单元电池的电流，实现单元电池均衡管理，缺点是因发热问题均衡功率做不大，增加电池消耗。二是使用双向DC/DC进行单元电池之间能量的双向传递，中国专利申请号为03267475.9，申请人为2003年7月9日，专利名称为“电池能量双向换能装置”中就公开了一种电池能量双向换能装置，包括充电电路、放点电路、电源和电池，电源电压高于电池电压，所述电源是电池库，放电电路的电流从电池正极流出，经电感、二极管进入电池库的正极，再经电池库的负极形成回路，二极管的正极与电池负极之间并联有场效应管，其源极与二极管的正极相连接，漏极与电池负极相连接，场效应管的栅极连接有一脉冲宽度调制电路。专利“电池能量双向换能装置”在电池的充电和放电时，努力去解决了电池能量浪费和所产生能耗热量大的问题，但是，实际市场投入中，却存在元器件多、电路复杂、成本高的情况。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种不仅降低电池能量浪费和产生的热量，而且元器件少，电路简单，成本低的电池能量双向转换装置。

本实用新型技术方案是：一种电池能量双向转换装置，包括多个单元电池的电池组，设有电压转换单元、主控单元以及与每个单元电池分别对应的若干电压采样单元；

各个单元电池通过各自的放电电路并联地接入所述电压转换单元的输入端，每条放电电路上都设有放电开关；

各个单元电池通过各自的充电电路并联地接入所述电压转换单元的输出端，每条充电电路上都设有充电开关；

所述主控单元根据各个电压采样单元的信号控制所有的放电开关和充电开关。

本实用新型中，电压转换单元(level shifter)，是近年来在90nm或更加先进的低功耗设计中新增加的一种特殊单元，用于低功耗多供电电压设计中芯片不同电压域模块之间信号电压转换。电压采用单元是用于监测所在单元电池的当前电压信号，并且将当前电压信号发送给主控单元，主控单元根据所接收到的各当前电压信号进行分析比较，如果发现存在单元电池的电压上升(下降)到一定值或单元电池之间的电压差达到一定值时，控制充电开关闭合，将电压高的单元电池两端端接入电压转换单元的输入端，电压转换单的输出端连接到电压低的单元电池两端，从而实现了高电压电池向低电压电池进行电能传递的目的。

为了便于对充电开关和放点开关的控制，所述放电开关和充电开关均采用继电器，各个继电器的控制信号来自于所述主控单元。继电器是一种电控制器件，当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。继电器具有结构简单，成本低，控制方便的优点。

对于有温度特性的电池(如铅酸电池)，还设有与所述主控单元相连的温度补偿电路，主控单元可以通过温度信号输入端口，通过电池和环境温度检测，对电池工作电压进行修正控制，这样有助于提高电池的使用寿命。

为了保证空间的合理利用，所述多个单元电池之间相互串联，也即各个单元电池都始终被用于同一个充放电的电路中。

主控单元和电压采用单元均需要独立电源来提供能量，故特别设有用于向所述主控单元供电的电源电路。其中，电源电路还可以与外部生活或工业用电连接，从而实现电源电路设置的多样化，提高对环境的适应性。

为了实现对电路迅速、自动的控制，所以充电开关和放电开关采用继电器，而为了保证继电器控制时的稳定，使其不受电路环境的影响，所述继电器的电磁线圈通过所述电源电路供电。

电压转换单元上设有接入所述电压转换单元的输入端的第一正总线和第二负总线，以及接入所述电压转换单元的输出端的第三正总线和第四负总线，各个单元电池的正极通过对应的开关接入第一正总线和第三正总线，各个单元电池的负极通过对应的开关接入第二负总线和第四负总线。

本实用新型的有益效果是：不仅降低电池能量浪费和产生的热量，而且元器件少，电路简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型实施例带电压采样单元的电池组的电路示意图。

图2为本实用新型实施例电源电路的电路示意图。

图3为本实用新型实施例继电器的电路示意图。

图4为本实用新型实施例主控单元和温度补偿电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

如图1-4所示，本实施例包括n个单元电池的电池组(BT1、BT2…BTn)、电压转换单元、主控单元MCU以及与每个单元电池分别对应的若干电压采样单元。主控单元MCU为微控制单元，又称单片微型计算机或单片机，电池组(BT1、BT2…BTn)中各单元电池依次串联，电压转换单元可有效实现各单元电池间电压的转换，电压转换单元上设有输入端和输出端，各个单元电池通过各自的放电电路并联地接入电压转换单元的输入端，每条放电电路上都设有放电开关；各个单元电池通过各自的充电电路并联地接入电压转换单元的输出端，每条充电电路上都设有充电开关；主控单元MCU根据各个电压采样单元的信号控制所有的放电开关和充电开关。其中，电压转换单元上的输入端出接有第一正总线和第二负总线，电压转换单元的输出端处接有第三正总线和第四负总线，各个单元电池的正极通过对应的开关接入第一正总线和第三正总线，各个单元电池的负极通过对应的开关接入第二负总线和第四负总线。

继电器是一种电控制器件，当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。继电器具有结构简单，成本低，控制方便的优点。所以，为了便于对充电开关和放点开关的控制，放电开关和充电开关均采用继电器，各个继电器的控制信号来自于所述主控单元MCU。

对于有温度特性的电池(如铅酸电池)，所以与主控单元MCU连接有连的温度补偿电路，主控单元MCU可以通过温度信号输入端口，通过电池和环境温度检测，对电池工作电压进行修正控制，这样有助于提高电池的使用寿命。

向主控单元MCU、电压采用单元、充电开关和放电开关供电均需要独立电源来提供工作电能，故特别设有用于向主控单元MCU、电压采用单元、充电开关和放电开关供电的电源电路。而充电开关和放电开关均采用继电器，继电器的电磁线圈通过电源电路供电，从而保证继电器控制时的稳定，使其不易受电路环境的影响。

在电源电路的正负两端输出Vcc1和Vcc2两组电压，Vcc1电压主要供切换继电器的电磁线圈用，保证继电器可靠工作；Vcc2电压主要供主控单元MCU、电压采样单元等电路的工作。电池组(BT1、BT2…BTn)中各单元电池通过导线和主控单元MCU相连接，每个单元电池都有输出继电器KA-o和输入继电器KA-i各一个，且分别连接到电压转换单元的输入端和输出端。单元电池BT1上设有输出继电器KA1-o和输入继电器KA1-i，单元电池BT2上设有输出继电器KA2-o和输入继电器KA2-i，依此类推，单元电池BTn上设有输出继电器KAn-o和输入继电器KAn-i。电池组(BT1、BT2…BTn)在充放电过程中，由于单元电池的离散性，当单元电池BT1的电压最高(单元电池BT1所对应的继电器为输出继电器KA1-o)，电池单元BT2的电压最低(单元电池BT2所对应的继电器为输出继电器KA2-i)，且两者间的电压差超过设定值时，主控单元MCU输出与单元电池BT1及单元电池BT2相对应的控制信号(控制与单元电池BT1所连接的输出继电器KA1-o和输入继电器KA1-i的信号为控制信号KA-1，依此类推，控制与单元电池BTn所连接的输出继电器KAn-o和输入继电器KAn-i的信号为控制信号KA-n)，驱动对应三极管，使输出继电器KA1-o和输入继电器KA2-i吸合，电压高的单元电池BT1正负两端和电压转换单元的第一正总线和第二负总线相连接，电压低的单元电池BT2正负两端和电压转换单元的第三正总线和第四负总线相连接，这样高电压单元电池BT1的能量就会经输出继电器KA1-o输入电压转换单元，经电压转换单元的逆变升压整流后，由输入继电器KA2-i向低电压单元电池BT2进行传递，从而达到了能量转移目的。虽然电压转换单元是单一方向的，但由于每个电池单元都有输出继电器KA-o和输入继电器KA-i，使每个单元电池单体都能实现输出(提供)/输入(接受)单元电池能量的功能。所以，本实用新型利用单向电压转换单元实现了单元电池双向能量转移，不仅降低单元电池能量浪费和产生的热量，而且能延长单元电池的使用寿命，节约成本。

Claims (7)

1.一种电池能量双向转换装置，包括多个单元电池的电池组，其特征是：设有电压转换单元、主控单元以及与每个单元电池分别对应的若干电压采样单元； 

各个单元电池通过各自的放电电路并联地接入所述电压转换单元的输入端，每条放电电路上都设有放电开关； 

各个单元电池通过各自的充电电路并联地接入所述电压转换单元的输出端，每条充电电路上都设有充电开关； 

所述主控单元根据各个电压采样单元的信号控制所有的放电开关和充电开关。 

2.根据权利要求1所述的电池能量双向转换装置，其特征是：所述放电开关和充电开关均采用继电器，各个继电器的控制信号来自于所述主控单元。 

3.根据权利要求1所述的电池能量双向转换装置，其特征是：设有与所述主控单元相连的温度补偿电路。 

4.根据权利要求1所述的电池能量双向转换装置，其特征是：所述多个单元电池之间相互串联。 

5.根据权利要求2所述的电池能量双向转换装置，其特征是：还设有用于向所述主控单元供电的电源电路。 

6.根据权利要求5所述的电池能量双向转换装置，其特征是：所述继电器的电磁线圈通过所述电源电路供电。 

7.根据权利要求1所述的电池能量双向转换装置，其特征是：设有接入所述电压转换单元的输入端的第一正总线和第二负总线，以及接入所述电压转换单元的输出端的第三正总线和第四负总线，各个单元电池的正极通过对应的开关接入第一正总线和第三正总线，各个单元电池的负极通过对应的开关接入第二负总线和第四负总线。 

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