模拟DC可控制电流电子式开关的制作方法

本实用新型涉及一种利用可控制电流的方式来控制电池组串的电子式开关，使储能系统中的各电池组串可独立进行充放电以及并联放电，且不会互相干扰运作。

背景技术：

随着大容量电池的制造技术日益月新，大容量电池也渐渐被供应在电动车、工业供电系统或家庭用电系统上，每一种大容量电池都由多个小电池单元所组成，进而可形成中型或大型的电池模块。

传统的大容量电池供应系统一般设计复杂，且由于需要大量的电池单元以串并联方式组成电池模块，再由电池模块以串联方式形成电池组串，且一般电池单元的电压约在2.8V~4.2V之间，而大容量储能电池供应系统往往需要高电压驱动，故需要大量的电池单元串接。而一般单体锂电池能量低，需要大量并接。因此，电池单元在使用一段时间后，电压及蓄电能量，会渐渐发生差异。当电池单元串并联组合成电池模块后，其中的一个电池单元的蓄电能量低于或高于其它电池单元时，电池模块的内部将会形成回流导致各电池模块特性不一致，并发生电压差异。若无法达到电压一致性，则当某一电池组串在充电时，能量较小的电池模块将会率先充饱，使得电压超出电池模块的高压临界，但与之串联的其他电池模块则尚未充饱，若此时整个电池组串未停止充电，则该高电压电池模块将会发生过充电状况，导致该电池模块内的电池单元因为电压过高而产生短路或漏电，造成电池燃烧或劣化。当某一电池组串在放电时，能量比较低的电池模块将会率先放电完成，使得电压低于电池模块的低压临界，但与之串联的其他电池模块则尚未完全放电，若此时整个电池组串未停止放电，则该低电压电池模块将会发生过放电状况，导致该电池模块内的电池单元劣化而可能形成负载过热，严重时会造成电池燃烧。

目前制作大容量电池的工厂，为了要符合用户的使用习惯，大多依照客户的电压及容量需求，先以电池单元串并联成更高容量的电池模块，再由电池模块串接成高电压的电池组串。再依照高容量储能系统电池容量的需求，将多个电池组串以直流总线进行并接后，形成电池组直接供给负载。串并联工艺虽然简单，且可以电池模块为监测单元，随时检测电池模块电压的一致性，提高监测电池的效率，但如此设计造成的缺陷有：无法监测到电池单元的个别情况、无法移除或更换单一电池模块、当更换新电池时，新旧电池的电池组串电压特性无法控制会影响整个电池组的性能、电池组在负载启动及瞬间充电时，瞬间大放电电流及瞬间大回充电流的冲击电流会影响电池的寿命。

技术实现要素：

有鉴于此，发明人开发出更简便及先进的设计，能够避免上述的缺陷，安装方便且能达到更高效益，兼顾使用弹性与经济性等考虑，因此遂有本实用新型的产生。

本实用新型所欲解决的问题在于：1、现有的电池单元串并联组合成电池模块后，会导致的各电池模块特性不一致，而发生电压差异的问题。2、现有的电池模块可作为监测单元，随时检测电池模块电压的一致性，提高监测电池的效率，但无法监测到电池单元的个别情况、无法移除或更换单一电池模块。3、现有的电池组在负载启动及瞬间充电时，瞬间大放电电流及瞬间大回充电流的冲击电流会影响电池寿命的问题。

本实用新型为解决前述的问题，以达到的功效在于：1、通过将电池先串联后并联的方式以控制每个分流电池组串，达到维持电池模块电压的稳定性。2、通过本实用新型的技术设计，每个电池组串可独立运作不相互干扰影响。3、延长电池组串的启动时间，能降低对其他电池的影响。

为使进一步说明并阐述解决前述现有技艺的问题，以达到所预期的功效，本实用新型提供一种模拟DC可控制电流电子式开关，包括：一总总线、至少两个电池组串及一逆变器，其中，该总总线耦接一充电器，并包括多个并列的金氧半场效晶体管(MOSFET)组串，MOSFET组串具有一第一MOSFET组及一第二MOSFET组，且第一MOSFET组与第二MOSFET组的极性相反，其中，电池组串以并联的方式对应耦接MOSFET组串，且电池组串的一端耦接第一MOSFET组，电池组串的另一端耦接第二MOSFET组，电池组串还包括多个串联的电池芯，电池组串并具有一最高电压值及一最低电压值，而该逆变器耦接总总线，借以在充电、放电或同时充放电操作时，逆变器对这些电池组串依序进行充电、放电或同时充放电，使各个电池组串之间可独立运作而不会有互相干扰。

于一实施例中，这些电池组串具有一第一电池组串，该第一电池组串的最高电压具有一第一高阀值，且第一电池组串的最低电压具有一第一低阀值；这些电池组串具有一第二电池组串，该第二电池组串的最高电压具有一第二高阀值，且第二电池组串的最低电压具有一第二低阀值；这些电池组串具有一第三电池组串，该第三电池组串的最高电压具有一第三高阀值，且第三电池组串的最低电压具有一第三低阀值。

本实用新型还提供一种使用模拟DC可控制电流电子式开关的充电方法，其包括下列步骤：a.)充电时，全部电池组串一起进行充电，充电的次序从电池组串中的电压值最低者先开始；b.)当第一电池组串的电压值增加到V₁且V₁为第二低阀值时，将第二电池组串加入进行充电，并联的第一电池组串及第二电池组串的电压值为V₁₂；c.)当V₁₂的值为第三低阀值时，将第三电池组串加入进行充电，并联的第一电池组串、第二电池组串及第三电池组串的电压值为V₁₃。

其中，模拟DC可控制电流电子式开关的充电方法进一步包括：当V₁为第一高阀值时，停止第一电池组串的充电；当V₁₂为第二高阀值时，停止第二电池组串的充电；当V₁₃为第三高阀值时，停止第三电池组串的充电。

在充电过程之中，当电池组串中的任一电池芯的电压值超过一预定值V_high-c，立即停止该电池芯的该电池组串的充电。

本实用新型还提供一种使用模拟DC可控制电流电子式开关的放电方法，其包括下列步骤：a.)放电时，全部电池组串一起进行放电，放电的次序从电池组串中的电压值最高者先开始；b.)当第三电池组串的电压值减少到V₃且V₃与第二电池组串当前的电压值V₂相等时，对第二电池组串开始进行放电；c.)当第二电池组串的电压值减少到V₂’且V₂’与第一电池组串当前的电压值相等时，对第一电池组串开始进行放电。

其中，使用模拟DC可控制电流电子式开关的放电方法进一步包括：当电池组串的电压值为第三低阀值时，则即切断第三电池组串，第一电池组串及第二电池组串继续放电；当电池组串的电压值为第二低阀值时，则即切断第二电池组串，第一电池组串继续放电；当电池组串的电压值为第一低阀值时，则即切断第一电池组串。

在放电时，当电池组串中的任一电池芯的电压值低于一预定值V_low-c，立即停止电池芯的所属电池组串的放电。

在一实施例中，使用模拟DC可控制电流电子式开关的放电方法还包括，当电池组串中的最后一组在放电，同时多个待充电电池组串必须立即充电时，开启充电器，将充电器电压值升至最后一组电池组串的当前电压值，然后关闭最后一组电池组串；当充电器电压值下降至待充电电池组串的电压值时，将待充电电池组串开启；当将充电器的电压值升高到最后一组电池组串的电压值时，再将最后一组电池组串加入一起充电。

附图说明

图1为本实用新型的一具体实施例的示意图。

图2-3为本实用新型的一具体实施例的电路图。

附图标记说明

充电器 10

逆变器 12

MOSFET组串 11、13、15

第一MOSFET组 141、142、143、144、145

第二MOSFET组 161、162、163、164、165

总总线 18

电池组串 S1、S2、S3、S4、S5。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型，以下举较佳的实施例，配合附图、附图标记，将本实用新型的具体构成内容及其所达成的功效详细说明如下。

请参阅图1，其为本实用新型的一实施例的示意图，其中模拟DC可控制电流电子式开关包括：一总总线18、3个并联的电池组串：S1、S2及S3；及一逆变器12，其中，该总总线18耦接一充电器10，并包括多个并列的MOSFET组串11、13、15，MOSFET组串具有一第一MOSFET组141、142、143及一第二MOSFET组161、162、163，且第一MOSFET组141、142、143与第二MOSFET组161、162、163的极性相反，其中，电池组串S1、S2、S3以并联的方式对应耦接MOSFET组串11、13、15，且电池组串S1、S2、S3的一端耦接第一MOSFET组141、142、143，电池组串的另一端耦接第二MOSFET组161、162、163，电池组串S1、S2、S3还包括多个串联的电池芯，电池组串并具有一最高电压值及一最低电压值，而该逆变器12耦接总总线18，借以在充电、放电或同时充放电操作时，逆变器12对这些电池组串S1、S2、S3依序进行充电、放电或同时充放电，使各个电池组串S1、S2、S3之间可独立运作而不会有互相干扰。

如图2所示，为本实用新型的一最佳实施例，其中S1代表一具有460V/220AH的电池组串、S2代表一具有486V/220AH的电池组串、S3、S4及S5则代表各具有512V/220AH的电池组串。每个电池组串在充电及放电时，各具有一最高电压及一最低电压，其中，当充电时，S1电池组串的最高电压为533V、S2电池组串的最高电压为562V、S3、S4及S5电池组串的最高电压各为576V；当放电时，S1电池组串的最低电压为388V、S2电池组串的最低电压为410V、S3、S4及S5电池组串的最低电压各为432V。

在充电状况之下，S1~S5电池组串全部一起充电，其充电次序是先从电压最低的S1电池组串开始。假设从388V开始充电，电池组串电压慢慢升高。当S1电池组串电压增加到410V时，开始将S2电池组串加入充电，并联S1与S2电池组串后的电压慢慢增加，等电压慢慢升高至432V时，再加入S3~S5电池组串一起充电。

此时，充电电压慢慢增加，等S1电池组串的电压达到533V，则停止S1电池组串的充电，再等电池组电压达到562V时，停止S2电池组串充电，直到S3~S5电压都达到576V，则全部电池充电完成。若充电过程中，如有某一串电池组的单一电芯电压超过3.7V，则立即停止该串电池组的充电。

在放电状况之下，S1~S5电池组串全部一起在放电，其放电次序是从电压较高的电池组串开始放电。假设S3~S5电池组串从512V开始放电，电压渐渐下降至486V时，S2电池组串开始放电，电压继续慢慢下降至460V时，S1电池组串开始放电。电压下降至432V时代表S3~S5电池组串放电完全，这时切断S3~S5电池组串，S1与S2电池组串继续放电。电压下降至410V时，立即切断S2电池组串。电压下降至388V时，立即切断S1电池组串，则全部电池放电完成。若放电过程中，如有某一串电池组的单一电池芯电压低于2.7V，则必须切断停止该串电池组的放电。

如图3所示，在本实用新型的另一实施例中，S1~S5电池组串各代表具有512V/220AH的电池组串，其中充电时，各电池组串的充电最高电压为576V；放电时，各电池组串的放电最低电压为480V。

在充电状况之下，假设S1~S5电池组串全部一起在充电，虽然电池组串未达到576V，但如果S1电池组串内的某一颗电池芯电压已经超过3.7V时，则必须立即断开S1电池组串的MOSFET开关，停止S1电池组串继续充电。S1电池组串判断停止充电，硬件上仍然可以每隔一段时间(暂定30秒)接上充电回路，目的是增加其他未充饱的电池芯有机会充电。因此在充电时，存在S1~S5电池组串依序断开的可能。充电完成后，再将S1~S5电池组串依序并接，准备放电程序。

在放电状况之下，假设S1~S5电池组串全部一起在放电，虽然电池组串未达到480V，但如果S1的电池组串内的某一颗电池芯电压已经低于3.0V时，则必须立即断开S1的MOSFET开关，停止S1电池组串继续放电。因此在放电时，存在S1~S5电池组串依序断开的可能。放电完成后，再将S1~S5电池组串依序并接，准备放电程序。

在另一实施例中，充电与放电都同时存在的状况之下，假设S1~S4电池组串已经全部放电结束，仅剩下S5电池组串在放电，如果储能系统必须继续提供电力时，而且S5电池组串内可能的容量不足时，S1~S4电池组串必须立即充电时。开启充电器10，将充电电压升至S5电池组串当前的电压，然后将S5电池组串关闭，利用充电器10来提供电能给逆变器12使用。

这时将充电器10电压下降至S1~S4电池组串电压，然后将S1~S4电池组串开启，让充电器10同时对电池组串充电，也同时对逆变器12放电。再将充电器10的电压升高，升高到S5电池组串的电压。(此时充电器10的输出电压会慢慢爬升)。等到充电电压慢慢达到S5电池组串的电压时，再将S5电池组串并联一起充电。最后再将充电器10的电压提高到570V。

以上所述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术手段，根据本文的公开或教导可衍生推导出许多的变更与修正，仍可视为本实用新型的构想所作的等效改变，其所产生的作用仍未超出说明书及附图所涵盖的实质精神，均应视为在本实用新型的保护范围之内。

综上所述，依上文所揭示的内容，本实用新型确可达到实用新型的预期目的，提供一种极具产业上利用的价植的实用新型，依法提出实用新型专利申请。