一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构，包括N+1个电池单元电路串联组成的电池组、电池组电压检测电路、电池组开关控制电路，电池组电压检测电路与电池组开关控制电路相连接；电池组分别与电池组电压检测电路和电池组开关控制电路相连接；每个电池单元电路由一个单体电池与一个开关串联后，再与一个二极管并联构成，并联时二极管的正负极性方向与单体电池的正负极性方向相反；本实用新型可使单体电池分容筛选的配对组合要求可以很宽，不会有无法配对的单体电池存在，从而减少了电池成本；还可以将失效的单体电池隔离出电池组，使电池组可以继续正常的给负载供电，提升了电池组的可靠性，也增加了电池组的安全性。
【专利说明】
一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子产品的电源电路领域，尤其涉及到一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构。
【背景技术】
[0002]在各种电子产品中，有许多产品的电源是由电池组进行供电，当电池串联成电池组使用时，由于单体电池的一致性差异，会存在电池组中单体电池不匹配的问题，有的单体电池容量大，有的单体电池容量小，而单体电池的自放电率也不一样，导致使用一段时间后，即使相同容量的单体电池，也会出现荷电状态不一样的状况，有的单体电池荷电状态高，有的荷电状态低，在放电时，荷电状态低或容量低的单体电池，会先放空，随后电池组输出会被关断以避免已放空的单体电池过放电，这时电池组中除了电压最低的一节电池，其它单体电池的电量并未完全释放，当单体电池差异较大时，电池组还有相当一部分可用能量无法利用。这种情况还会导致电池组的寿命衰减加快。为了解决单体电池不一致产生的问题，电池管理系统中采用了均衡技术，包括主动均衡和被动均衡。被动均衡主要解决充电的均衡问题，无法解决放电均衡，主动均衡可以将单体电池之间的能量进行交换，但是成本很高，电路复杂，效率低，可靠性较低，传输的功率有限，在负载电流较大情况下，也无法完全释放电池组的所有电量。
[0003]对于电池组由于单体电池特性不一致产生的电池寿命衰减问题，在电池管理系统(BMS)中常常采用对单体电池进行分容筛选进行配对，并通过增加电池均衡电路的方法来解决，市场上常见的均衡电路为被动均衡，它通过在充电时对较高电压的电池进行旁路分流(或放电)来实现，只能保证充电均衡，却无法达到放电均衡的效果，在电池组使用过程中，电池组放电至最低电压的那节电池到达欠压保护电压点后，由于电池组整体保护而使其它节电池的剩余电量无法使用。而分容筛选也会使一部分无法配对的单体电池成为多余出来的电池，难以使用而增加电池组成本。市场上采用主动均衡技术的电池组，可以实现电池之间的能量转移，但主动均衡技术的电路复杂，可靠性低，主动均衡所传输的功率较小，效率较低，成本又太高，因此在大部分电池组中很难以普及应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种寿命长、低成本的能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构。
[0005]本实用新型是通过如下方式实现的:
[0006]一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构，其特征在于:包括N+1个电池单元电路串联组成的电池组1、电池组电压检测电路2、电池组开关控制电路3，其中:N 2 I;所述电池组电压检测电路2与电池组开关控制电路3相连接;所述电池组I分别与电池组电压检测电路2和电池组开关控制电路3相连接；
[0007]每个电池单元电路由一个单体电池11与一个开关12串联后，再与一个二极管13并联构成，并联时二极管13的正负极性方向与单体电池11的正负极性方向相反，开关12串联在单体电池11的正极或负极;N+1个单体电池11相互并联。
[0008]本实用新型的有益效果在于:对单体电池分容筛选的配对组合要求可以非常宽，不会有无法配对的单体电池存在，从而减少了电池成本，而该方法可以将电池组中所有单体电池的电量都释放出来，使电池组的能量得到完全利用，并实现了放电均衡，它同时还使电池组具有冗余功能，当电池组中有单体电芯失效时，该方法还可以将失效的单体电池隔离出电池组，使电池组可以继续正常的给负载供电，提升了电池组的可靠性，也增加了电池组的安全性。
【附图说明】
[0009]图1本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]现结合附图，详述本实用新型【具体实施方式】:
[0011 ]如图1所示，一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构，包括N+1个电池单元电路串联组成的电池组1、电池组电压检测电路2、电池组开关控制电路3，其中:N21;电池组电压检测电路2与电池组开关控制电路3相连接；电池组I分别与电池组电压检测电路2和电池组开关控制电路3相连接;每个电池单元电路由一个单体电池11与一个开关12串联后，再与一个二极管13并联构成，并联时二极管13的正负极性方向与单体电池11的正负极性方向相反，开关12串联在单体电池11的正极或负极;N+1个单体电池11相互并联；当负载供电所需的单体电池11节数为N节时，电池单元电路则以N+1节的电池单元电路数量进行串联；电池组电压检测电路2对电池组I中每节单体电池11的电压进行实时检测，电池组开关控制电路3根据检测到的单体电池11电压，实时调整开关12的控制，使电压最低的电池单元电路的开关12处于断开状态，其它N节电池单元电路中的开关12处于闭合导通状态，在电池组I接有负载情况下，该电压最低的电池单元电路中所并联的二极管13在访节电池单元电路的开关12断开后会自动处于正向续流导通状态，电池组I的输出电压始终为电压较高的N节单体电池11串联电压。
[0012]本实用新型开关12可以用场效应管代替；二极管13可以用场效应管代替;所述开关12和二极管13可以用单刀双掷开关或具有单刀双掷开关功能的继电器代替。
[0013]在给负载供电过程中，电池组电压检测电路2持续检测电池组I中每节单体电池11的电压，电池组开关控制电路3根据检测到的单体电池11电压来控制开关12的调整，使每个时间段里电池组I中电压最低的单体电池11的开关12处于断开状态，其它单体电池11则处于导通串联状态来对负载供电(放电)，此时负载的供电电压为较高电压的N节单体电池11串联后的电压；由于电池组I在放电过程中的每个时刻都是以电压较高的N节单体电池11优先进行放电，会即时切换参予放电的单体电池11，只要电池组I中单体电池11荷电量最小值大于最大值与中间平均值差值的(N — I)倍，即CminXCmax-C平均)*(N-1)，(例如，电池组为10节串联放电，采用11个电池单元，单体电池荷电量最大为42AH，最小值为18AH，其它几节平均荷电量为40AH)，在电池组I放电完成时，电池组中I的每个单体电池11的电量都能放空，使所有单体电池11的电量得以完全释放。而当电池组I中某个单体电池11出现故障时(比如某节单体电池11内部短路或断路)，该方法也可以实时断开故障的单体电池11，由其它节单体电池11串联供电，供电电压仍然是正常的N节电池串联11电压，从而保证了电池组I的可靠性和安全性。
【主权项】
1.一种能完全释放电池组电量的电池串联冗余结构，其特征在于:包括N+1个电池单元电路串联组成的电池组(I )、电池组电压检测电路(2)、电池组开关控制电路(3)，其中:N 2I;所述电池组电压检测电路(2)与电池组开关控制电路(3)相连接;所述电池组(I)分别与电池组电压检测电路(2)和电池组开关控制电路(3)相连接； 每个电池单元电路由一个单体电池(I I)与一个开关(12)串联后，再与一个二极管(13)并联构成，并联时二极管(I 3)的正负极性方向与单体电池(I I)的正负极性方向相反，开关(12)串联在单体电池(11)的正极或负极;N+1个单体电池(11)相互并联。
【文档编号】H02J7/00GK205544384SQ201620070785
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】俞峰, 杨麒麟
【申请人】飞毛腿(福建)电子有限公司