(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201821749839.5
(22)申请日 2018.10.26
(73)专利权人 广州擎天实业有限公司
地址 511450 广东省广州市花都区狮岭镇
裕丰路16号
(72)发明人 张兴旺 孙君光 赖前程 杨康佳
秦茂 解建伟
(74)专利代理机构 广州知友专利商标代理有限
公司 44104
代理人 宣国华
(51)Int.Cl.
H01M 10/44(2006.01)
H01M 10/058(2010.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
装置
(57)摘要
本实用新型公开了一种能量回馈型锂动力
电池串联化成分容装置，包括主回路和控制电
路，所述主回路电路包括一个AC/DC模块、i个单
态开关，i个单体动力电池与各自串联双模态开
关串联后依次串联连接到AC/DC电源模块的正负
极，单体动力电池的正极均串有串联双模态开
关，串联双模态和旁路双模态开关均由两组
MOSFET单元串联组成。串联双模态开关的另一端
和单体动力电池的负极端均并联有旁路双模态
开关，单体动力电池的两端以及串联双模态开关
的两端通过电路与控制电路相连。本实用新型最
多可以实现128个电池的串联化成或分容。本实
用新型在串联化成或分容的充放电过程中，在电
流不中断的情况下，某一电池的投入或退出，不
会影响到其他电池的正常工作。权利要求书1页 说明书4页 附图9页CN 209329084 U 2019.08.30
C N 209329084
U
1.一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，包括主回路电路和控制电路，其特征在于，所述主回路电路包括一个AC/DC模块、i个单体动力电池、i个串联双模态开关、i个旁路双模态开关；
i个单体动力电池与各自的串联双模态开关串联后依次串联连接到AC/DC电源模块的正负极，每个串联双模态开关的一端串联连接到其对应的单体动力电池的正极，另一端和单体动力电池的负极端并联有所述旁路双模态开关；
所述单体动力电池的两端以及串联双模态开关的两端与所述控制电路电连接，所述控制电路用于实时地
采集单体动力电池电压和串联双模态开关两端的电压，以完成对单体动力电池工作状态的故障判断，以及对开关控制信号的逻辑处理和互锁。
2.根据权利要求1所述的一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，其特征在于，所述串联双模态开关和所述旁路双模态开关均由两组MOSFET单元串联组成，每组MOSFET单元包括一个并联系列，所述并联系列包括一个MOSFET即场效应管或至少两个并联的MOSFET，串联双模态开关或者旁路双模态开关的并联系列共源极或者共漏极。
3.根据权利要求1所述的一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，其特征在于，3≤i≤128。
4.根据权利要求1－3任一所述的一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，其特征在于，所述串联双模态开关或者旁路双模态开关排布在PCB上，所述PCB的基材为波纤布、铝或陶瓷。
5.根据权利要求1－3任一所述的一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，其特征在于，所述AC/DC电源模块的输入电流为三相或单相交流电，输出电压为直流，有恒压、恒流调节模式。
权 利 要 求 书1/1页CN 209329084 U
一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及动力电池化成、分容技术，具体涉及一种能量回馈型锂动力电池化成装置。
背景技术
[0002]锂动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。这种电池具有能量高、电池电压高、工作温度宽、贮存寿命长等优点，已得到广泛的应用。
[0003]电池制造完成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成。锂动力电池的化成是为了在首次充放电过程中，锂动力电池与EC或DMC溶剂、痕量水、HF等在石墨表面形成的一层钝化膜，是一种包含高分子与无机盐的多空层，称为SEI膜。该SEI膜的好坏直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能。
[0004]传统的化成方法是采用动力电池检测设备的电池通道对单体电池进行化成，即一个电池占有一个充电通道，规模化化成过程所用到的化成设备多，占地面积大。这种化成方法由于不同的电池通道输出电流精度不可能完全一致，造成电池最终的化成效果也不可能完全一致。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供了一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置，目的在于减少锂动力电池批
量化成或分容过程中所用到的设备数量，并提高化成或分容后产品的一致性。
[0006]本实用新型采用串联化成技术，在减少化成柜数量的同时，提高电池的一致性。包括主回路电路和控制电路，所述主回路电路包括一个AC/DC模块、i个单体动力电池、i个串联双模态开关、i个旁路双模态开关；
[0007]i个单体动力电池与各自的串联双模态开关串联后依次串联连接到AC/DC电源模块的正负极，每个串联双模态开关的一端串联连接到其对应的单体动力电池的正极，另一端和单体动力电池的负极端并联有所述旁路双模态开关；
[0008]本实用新型的双模态双向开关具备A、B两个控制极，通过控制A、B两个控制极可实现双向导通、双向截止、正向续流反向截止、反向续流正向截止4种状态。
[0009]所述单体动力电池的两端以及串联双模态开关的两端与所述控制电路电连接，所述控制电路用于实时地采集单体动力电池电压和串联双模态开关两端的电压，以完成对单体动力电池工作状态的故障判断，以及对开关控制信号的逻辑处理和互锁。
[0010]所述的控制电路接收电池电压、串联双模态开关电压信息，对电池的工作状态进行故障判断及控制，对信号进行逻辑处理和互锁处理后驱动串联双模态开关和旁路双模态开关，保证可靠触发串联双模
态开关和旁路双模态开关，且不会造成动力电池正负极短路，通过对串联双模态开关和旁路双模态开关的各个开关的进行开通和关断控制，实现串联化
成单体动力电池的投入和退出。串联化成或分容的充放电过程中，在保证电流不中断的情况下，某一电池的投入或退出，不会影响到其他电池的正常工作。
[0011]本实用新型还可作以下优化改进：
[0012]本实用新型所述串联双模态开关和所述旁路双模态开关均由两组MOSFET单元串联组成，每组MOSFET单元包括一个并联系列，所述并联系列包括一个MOSFET即场效应管或至少两个并联的MOSFET，串联双模态开关或者旁路双模态开关的并联系列共源极或者共漏极。
[0013]本实用新型的主回路一次性可进行3个以上的锂动力电池的串联化成，最多可扩展到128个动力电池的串联化成，即3≤i≤128，提高了设备利用率。
[0014]本实用新型将所述串联双模态开关或者旁路双模态开关排布在PCB上，所述PCB的基材为波纤布、铝或陶瓷。
[0015]作为优选，本实用新型的所述AC/DC电源模块的输入电压为交流380V，输出电压为0～500V，输出电流为0～150A的可调节恒流。
[0016]本实用新型具有以下优点：
[0017] 1.本实用新型通过采用串联化成，更容易保障化成效果的一致性。串联电路中通过双向导通、双向截止、正向续流反向截止、反向续流正向截止的4种控制状态，最大可实现128个锂动力电池的串联化成，减少了大批量电池化成过程中所用的设备数量，减少了化成过程设备占地面积，进而有利于提高生产产能并节约生产成本。
[0018] 2.本实用新型在放电过程中把电池能量回馈到电网，显著节约电能。
[0019] 3.本实用新型的装置串联的所有锂动力电池化成过程中，可在电流不中断的情况下，投入或退出某一电池，不影响正常工作。
附图说明
[0020]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
[0021]图1为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置电池串联时的主回路原理图；
[0022]图2为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置共源极MOSFET 单元组成的双模态开关主回路原理图；
[0023]图3为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置共漏极MOSFET 单元组成的双模态开关主回路原理图；
[0024]图4为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置串联化成电池充电退出切换状态一；
[0025]图5为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置串联化成电池充电退出切换状态二；
[0026]图6为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置串联化成电池放电退出切换状态一；
[0027]图7为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置串联化成电池放电退出切换状态二；
[0028]图8为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置串联化成电池
放电退出切换状态三；
[0029]图9为本实用新型一种能量回馈型锂动力电池串联化成、分容装置的控制电路原理图。
具体实施方式
[0030]图2由MOSFET组成串联双模态开关和旁路双模态开关均为共源极，图3由MOSFET组成的串联双模态开关和旁路双模态开关均为共漏极。以共源极的MOSFET单元为例接入如图1的主回路电路中，其中场效应管Q_11和场效应管Q_12组成第1组共源极MOSFET单元作为串联双模态开关，场效应管Q_13和场效应管Q_14组成第1组旁路双模态开关，锂动力电池BT_1为第1个动力电池；场效应管Q_21和场效应管Q_22组成第2组共源极MOSFET组作为串联双模态开关，场效应管Q_23和场效应管Q_24组成第2组旁路双模态开关。锂动力电池BT_2为2号动力电池。其他电池和场效应管的编号依次类推，共N组锂动力电池一起串联化成。[0031]串联双模态开关以及旁路双模态开关排布在PCB上，PCB的基材为波纤布、铝或陶瓷。作为优选实施例，AC/DC电源模块的输入电压为三相交流380V，输出电压为0～500V，输出电流为0～150A的可调节恒流。AC/DC电源模块的输入也可是单相交流电，输出电压为直流，有恒压、恒流调节模式。容量可根据所串电池容量配置。
[0032]如图1所示，锂动力电池BT_1的负极连接到串联化成电源也即AC/DC电源模块的负极，锂动力电池BT_1的正极串联场效应管Q_11的漏极，场效应管Q_11的源极串联场效应管Q_12的源极，场效应管Q_12的漏极与串联化成电源的负极(同时也是BT_1的负极)之间并联有旁路双模态开关的场效应管Q13和场效应管Q14，场效应管Q_12的漏极连接场效应管Q_14的漏极，场效应管Q13的漏极与串联化成电源的负极连接；锂动力电池BT_2的负极连接到场效应管Q_12的漏极，锂动力电池BT_2的正极串联场效应
管Q_21的漏极，场效应管Q_21的源极串联场效应管Q_22的源极，场效应管Q_22的漏极与锂动力电池BT_2的负极之间并联有旁路双模态开关的场效应管Q23和场效应管Q24，场效应管Q_22的漏极连接场效应管Q_24的漏极，场效应管Q23的漏极与锂动力电池BT_2的负极连接；其他依次类推，锂动力电池BT_N的负极连接场效应管Q(N-1)2的漏极，锂动力电池BT_N的正极串联场效应管Q_N1的漏极，场效应管Q_N1的源极串联场效应管Q_N2的源极，场效应管Q_N2的漏极与串联锂动力电池BT_N的负极之间并联有旁路双模态开关的场效应客Q_N3和场效应管Q_N4，场效应管Q_N2的漏极连接场效应管Q_N4的漏极并与串联化成电源的正极连接，场效应管Q_N3的漏极与锂动力电池BT_N的负极连接；该主回路实现了N个电池的串联化成，最大串联电池数量可达128个。[0033]电池串联化成的过程就是对电池进行充放电的过程。正常工作情况下，串联双模态开关全部开通，串联化成电源的电流经过串联双模态开关对串联的电池进行充电，旁路双模态开关全部断开，图1黑加粗的线为电流走向，电流的方向从上到下。
[0034]当某一个动力电池已经充满或者故障需要退出串联化成，本实用新型可实现该电池退出串联化成而其他动力电池保持正常串联化成工作状态，即其他动力电池在该电池退出的过程中电流不断流。以锂动力电池BT_1为例对电池退出进行说明，图4和图5是整个切换的过程。在图4中，当锂动力电池BT_1需要退出串联化成时，首先断开场效应管Q_11，电流通过场效应管Q_11的体二极管续流，然后开通旁路双模态开关的场效应管Q_13和场效应管Q_14，场效应管Q_13和场效应管Q_14接通后断开Q_12，串联化成电流从场效应管Q_14的漏
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