一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路制造技术

本发明专利技术涉及一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，包括由控制系统和主回路形成的基本单元，各基本单元之间串联连接，控制系统包括相互之间保持隔离的电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路，主回路包括四个低压MOSFET或者GaN组成的两个半桥电路，主回路设有三个输入端以及OUT1H和OUT1L二个输出端，三个输入端分别与两个串联电芯的三个端子IN1H、IN1M、IN1L连接，两个半桥电路的中点分别连接主回路的OUT1H输出端和OUT1L输出端，两个半桥不直通。本发明专利技术可避免个别电芯健康状态落后影响电芯组合的使用寿命，可以实现更长的安全驾驶里程或储能使用寿命，防止电芯硬连接的潜在短路风险。潜在短路风险。潜在短路风险。

【技术实现步骤摘要】
一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路


[0001]本专利技术涉及电芯测试领域、电芯化成和分容领域
，尤其是电芯管理系统和电芯组合使用领域，具体涉及一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路。

技术介绍

[0002]当今的电芯的模组和电芯包，电芯簇都是采用电芯硬连接的技术，如图附图1所示，好处是比较简单，但也具有非常明显的缺点：1、电芯短板效应：由于电芯一致性的原因导致某一个电芯出现较大衰减时整个电芯模组的电性能要在电芯管理系统的约束下呈现该电芯的荷电状态，即“短板效应”。由于均衡电路的电流大都在10A以下，均衡电路对落后电芯的改善作用很有局限性，而且改善会持续较长时间，不会导致电芯管理系统的控制策略改变。
[0003]2、热失控风险：只要有一个节点与另外的节点短路，就会形成大的短路电路，造成电芯热失控，即使电路中有输出的总开关，也不能使得短路部分的电路断开。实际应用中，由于各种原因，造成两个节点短路的情况是非常容易的，这也是电芯热失控的原因之一。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，可避免个别电芯健康状态落后影响电芯组合的使用寿命，可以实现更长的安全驾驶里程或储能使用寿命，防止电芯硬连接的潜在短路风险。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：提供一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，包括由控制系统和主回路形成的基本单元，各基本单元之间串联连接，控制系统包括相互之间保持隔离的电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路，主回路包括四个低压MOSFET或者GaN组成的两个半桥电路，主回路设有三个输入端以及OUT1H和OUT1L二个输出端，三个输入端分别与两个串联电芯的三个端子IN1H、IN1M、IN1L连接，两个半桥电路的中点分别连接主回路的OUT1H输出端和OUT1L输出端，两个半桥不直通。
[0006]进一步的，各基本单元的OUT1H输出端和OUT1L输出端串联连接后与外部负载或充电设备相连接。
[0007]进一步的，控制系统中的电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路之间相互保持隔离。
[0008]进一步的，主回路中功率器件的控制极与控制系统的驱动电路连接。
[0009]进一步的，主回路的三个输入端还分别与控制系统的采样电路连接。
[0010]进一步的，主回路中电平最高端的输入端与电平最低端的输入端分别与控制系统中电源的电芯输入连接。
[0011]进一步的，通信电路的通信方式为CAN或其他串行现场总线通讯方式。
[0012]本专利技术的有益效果：电芯组合输出及自动旁路和均衡的电路由基本单元串联组成；该拓扑形成的电芯和控制电路可以实现以下几个方面改进：一、该电芯拓扑可以根据个别电芯的健康状态进行动态控制：对落后电芯实施动态均衡，保护均衡和旁路控制三种模式；通过三种模式的智能切换可以延长电芯组的使用寿命，避免个别电芯健康状态落后影响电芯组合的使用寿命。
[0013]二、由于所有电芯的充放电过程是被测量的，电芯组合的荷电状态是可以被准确计算的。通过实时计算电芯组合的荷电状态并上传上一级测控系统即车辆控制器或储能能量管理系统，可以实现更长的安全驾驶里程或储能使用寿命。
[0014]三、防止电芯硬连接的潜在短路风险。
附图说明
[0015]图1为
技术介绍
中硬连接电芯短路示意图。
[0016]图2为本专利技术中基本单元的整体结构示意图。
[0017]图3为本专利技术中基本单元中主回路的结构示意图。
[0018]图4为本专利技术的基本单元之间串联连接的结构示意图。
具体实施方式
[0019]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
[0020]一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，包括由控制系统和主回路形成的基本单元，各基本单元之间串联连接，控制系统包括相互之间保持隔离的电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路，主回路包括四个低压MOSFET或者GaN组成的两个半桥电路，主回路设有三个输入端以及OUT1H和OUT1L二个输出端，三个输入端分别与两个串联电芯的三个端子IN1H、IN1M、IN1L连接，两个半桥电路的中点分别连接主回路的OUT1H输出端和OUT1L输出端，两个半桥不直通。
[0021]各基本单元的OUT1H输出端和OUT1L输出端串联连接后与外部负载或充电设备相连接。
[0022]控制系统中的电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路之间相互保持隔离。主回路中功率器件的控制极与控制系统的驱动电路连接。主回路的三个输入端还分别与控制系统的采样电路连接。主回路中电平最高端的输入端与电平最低端的输入端分别与控制系统中电源的电芯输入连接。
[0023]通信电路的通信方式为CAN或其他串行现场总线通讯方式。
[0024]主回路的输出有0V、BT1A、BT1B、BT1A+BT1B四种电压组合。将两个电芯串联后作为一个基本单元的输入，如附图3所示，基本单元的主回路部分由两个串联（也可称为级联）的半桥电路组成，半桥电路的中心点，作为基本单元的输出。
[0025]两个半桥的逻辑控制为：Q1A、Q1B不能同时导通，Q1C、Q1D不能同时导通。
[0026]当Q1B、Q1C同时导通时，输出电压0V。
[0027]当Q1A、Q1D同时导通时，输出电压BT1A+BT1B，即串联电芯电压。
[0028]当Q1C、Q1A同时导通时，输出电压BT1A，即单独的电芯BT1A的电压。
[0029]当Q1B、Q1D同时导通时，输出电压BT1B，即单独的电芯BT1B的电压。
[0030]当Q1A导通、Q1C与Q1D以PWM形式间断导通时，输出电压为BT1A+BT2B
×
CD半桥占空比。
[0031]当Q1D导通、Q1A与Q1B以PWM形式间断导通时，输出电压为BT1B+BT2A
×
AB半桥占空比。
[0032]当Q1A与Q1B以PWM形式间断导通、Q1C与Q1D以PWM形式间断导通时，输出电压为BT2A
×
AB半桥占空比+ BT1B
×
CD半桥占空比。
[0033]当Q1A与Q1B、Q1C与Q1D都截止时，电芯与外部输出断开。
[0034]只要保证基本单元的电芯不短路，即IN1H、IN1M、IN1L不短路，电芯与其他基本单元的电芯或者外部输出短路，都会被MOSFET或者GaN控制断开或者旁路，不会引起电芯之间的短路。
[0035]如果MOSFET或者GaN控制现出故障，或者电源出现故障，控制电路会表现为低电平的状态，使得电芯与输出端断开，不会产生放电电流，此时即使外部短路也不会引起失控。
[0036]如果外部短路，控制电路也发生的故障，MOSFE会首先由于超大的短路电流损坏而断开，不会诱发电芯热失控。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，其特征在于：包括由控制系统和主回路形成的基本单元，各基本单元之间串联连接；控制系统包括电源、采样电路、MCU电路、驱动电路和通信电路；主回路包括四个低压MOSFET或者GaN组成的两个半桥电路，主回路设有三个输入端以及OUT1H和OUT1L二个输出端，三个输入端分别与两个串联电芯的三个端子IN1H、IN1M、IN1L连接，两个半桥电路的中点分别连接主回路的OUT1H输出端和OUT1L输出端，两个半桥不直通。2.根据权利要求1所述的串联电芯输出组合及自动旁路和均衡的电路，其特征在于：各基本单元的OUT1H输出端和OUT1L输出端依次串联连接后与外部负载或充电设备相连接。3.根据权利要求1所述的串联电芯输出组合及自...

【专利技术属性】
技术研发人员：马嵩，张建国，赵建民，
申请(专利权)人：青岛美凯麟科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：