一种电池选通矩阵开关的控制电路和电池组的制作方法

本发明涉及储能电池系统，尤其涉及一种电池选通矩阵开关的控制电路和电池组。

背景技术：

1、现在储能系统由以锂离子电池和钠离子电池等电池构成。储能电站从降低损耗、提高容量和功率，电池组端电压从1000v提高到了1500v，储能电站的系统电压的提升，电池管理模块面临更加严酷电气隔离要求，如绝缘试验电压从1000vdc提高到2500vdc。电池组内各电池pack所使用的电池类型未发生改变，当组成储能电站的电池pack数量少增加或不增加时，当电池组端电压变高，电池pack内的电池数量就需要变的更多，也就是说在保持电池pack内原有电池管理模块数量的情况下，单个电池管理模块需要管理更多的电池数量，实现成本不变或少量增加的情况下，完成更多电池数量的管理。

2、电池管理模块目前采用的电池采集监控芯片单片一般最大管理单体电池数量是8节或12节。当需要管理的单体电池数量是13节、15节、18节时，一般可以通过增加电池采集监控芯片数量或更换可监控更多节数的电池采集监控芯片，而且其中主动均衡技术需要的电池选通矩阵开关数量也要相应增加。但是，原电池管理模块电路设计方案中的微控制器却没有多余的引脚对增加电池通道进行控制，或者原电池管理模块电路设计方案中的主动均衡芯片的有最大控制数量限制，不能实现控制更多电池进行主动均衡，就需要同步替换微控制器与主动均衡芯片。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种电池选通矩阵开关的控制电路，该控制电路利用电池采集电路的被动均衡引脚控制主动均衡通道选择矩阵开关，在原方案基础上实现主动均衡通道扩展，可一定程度上脱离微控制器引脚、主动均衡芯片最大控制的数量约束，且由于本身电路在高压的供电侧，无需高耐压（隔离）的器件。

2、为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种电池选通矩阵开关的控制电路，该控制电路包括：主动均衡电路、通道矩阵开关、微控制器、隔离电路、电池采集电路、控制信号源组成；控制信号源是由微控制器通过隔离电路控制或主动均衡芯片引脚控制，将所需待均衡电池通过通道矩阵开关连接到主动均衡电路，对单体电池进行主动均衡；其中，所述电池采集电路由电池采集监控芯片和被动均衡通道电路组成；在控制信号源、通道矩阵开关、电池采集电路之间增加扩展均衡开关控制单元，达到扩展均衡控制的目的。

4、所述扩展均衡开关控制单元串联在所对应单体电池被动均衡通道电路上，多个扩展均衡开关控制单元一端可接收控制信号源的同一个信号，多个扩展均衡开关控制单元另一端连接控制对应的电池选通矩阵开关。

5、所述控制信号源可单独连接控制电池选通矩阵开关，也可与扩展均衡开关控制单元组合后连接控制电池选通矩阵开关。

6、作为优选，所述电池采集监控芯片被动均衡引脚数相比电池采集数量多一个，被动均衡引脚分为被动均衡0号引脚与多个被动均衡正极引脚，被动均衡正极引脚数与电池采集数量相等。被动均衡正极引脚分别通过被动均衡通道正极电路与单体电池正极相连，被动均衡通道正极电路上串联一个电阻；被动均衡0号引脚串联一个电阻与电池组负端相连。

7、作为优选，所述一个扩展均衡开关控制单元由一个光耦器件与一个外二极管组成，光耦器件内二极管正极与外二极管负极相连、光耦器件内二极管负极与外二极管正极相连；外二极管正极连接电池采集电路芯片被动均衡正极引脚，外二极管负极连接被动均衡通道正极电路电阻一端，被动均衡通道正极电路电阻另一端连接至所对应单体电池正极端；扩展均衡开关控制单元信号一端，即光耦器件内三极管集电极连接控制信号源，另一端光耦器件内三极管发射极连接电池选通矩阵开关。

8、作为优选，外二极管器件选用肖特基的导通电压相对低的二极管。

9、作为优选，被动均衡通道正极电路电阻选值采用相同的电阻值r，其最大电阻值rmax应满足下述公式：

10、rmax=(vbat-vd-vf)/(2×if)             （1）

11、其中，vbat为当前单体电池工作电压，vd为外二极管工作电压， if为光耦器件导通电流典型值，vf为光耦器件处于导通状态导通的电压。

12、作为优选，电池采集监控芯片内部均衡信号由一个电阻与mos管发出，电阻两端分别与mos管g极和s极相连，mos管s极与相邻mos管d极串联，每一个mos管d极再串联电阻与单体电池正极相连；其中，每一个mos管d极为电池采集监控芯片被动均衡正极引脚，第一为mos管s极为电池采集监控芯片被动均衡0号引脚。

13、作为优选，电池采集监控芯片采用亚迪半导体可监控18节单体电池的bf8915、或adi可监控18节单体电池的adbms1818、或可监控12节单体电池的gt1812。

14、作为优选，所述的选通矩阵开关控制电路采用机械式的继电器、电子式的固态继电器或由场效应管mos器件组成矩阵开关。

15、作为再优选，选通矩阵开关包括驱动电压以及第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4组成的矩阵开关，对应单体电池的驱动电压输出电压，控制第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4闭合，可将该单体电池连接到主动均衡电路进行均衡。

16、进一步，本发明还公开了一种电池组，该电池组采用所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路。

17、本发明由于采用了上述的技术方案，通过电池管理模块收到来自上级或用户的主动均衡维护指令，一方面控制信号源可直接进行选通矩阵开关控制。但是，为实现成本不变或少量增加的情况下，通过增加扩展均衡开关控制单元，由控制信号源结合扩展均衡开关控制单元进行选通矩阵开关控制，多个扩展均衡开关控制单元一端可接收控制信号源的同一个信号。电池管理模块将控制信号源使能，输出所需控制信号，并与电池采集监控芯片进行通讯，控制所需均衡单体电池对应的被动均衡引脚闭合。控制信号源的控制信号将流过扩展均衡开关控制单元的光耦器件，传递到选通矩阵开关，所需均衡单体电池被接入到主动均衡电路，实现主动均衡。

技术特征：

1.一种电池选通矩阵开关的控制电路，该控制电路包括：主动均衡电路、通道矩阵开关、微控制器、隔离电路、电池采集电路、控制信号源组成；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述电池采集监控芯片被动均衡引脚数相比电池采集数量多一个，被动均衡引脚分为被动均衡0号引脚与多个被动均衡正极引脚，被动均衡正极引脚数与电池采集数量相等，被动均衡正极引脚分别通过被动均衡通道正极电路与单体电池正极相连，被动均衡通道正极电路上串联一个电阻；被动均衡0号引脚串联一个外二极管与一个电阻与电池组负端相连。

3.根据权利要求1所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述一个扩展均衡开关控制单元由一个光耦器件与一个外二极管组成，光耦器件内二极管正极与外二极管负极相连、光耦器件内二极管负极与外二极管正极相连；外二极管正极连接电池采集电路芯片被动均衡正极引脚，外二极管负极连接被动均衡通道正极电路电阻一端，被动均衡通道正极电路电阻另一端连接至所对应单体电池正极端；扩展均衡开关控制单元信号一端，即光耦器件内三极管集电极连接控制信号源，另一端光耦器件内三极管发射极连接电池选通矩阵开关。

4. 根据权利要求2所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述被动均衡通道正极电路电阻采用相同的电阻值r，其最大电阻值rmax应满足下述公式：

5.根据权利要求2所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，电池采集监控芯片内部均衡信号由一个电阻与mos管发出，电阻两端分别与mos管g极和s极相连，mos管s极与相邻mos管d极串联，每一个mos管d极再串联电阻与单体电池正极相连；其中，每一个mos管d极为电池采集监控芯片被动均衡正极引脚，第一为mos管s极为电池采集监控芯片被动均衡0号引脚。

6.根据权利要求3所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述外二极管器件选用肖特基的导通电压相对低的二极管。

7.根据权利要求1所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述选通矩阵开关控制电路采用机械式的继电器、电子式的固态继电器或由场效应管mos器件组成矩阵开关。

8.根据权利要求1所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路，其特征在于，所述选通矩阵开关包括驱动电压以及第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4组成的矩阵开关，对应单体电池的驱动电压输出电压，控制第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4闭合，可将该单体电池连接到主动均衡电路进行均衡。

9.一种电池组，其特征在于，该电池组采用权利要求1-8任意一项所述的一种电池选通矩阵开关的控制电路。

技术总结
本发明涉及储能电池系统，尤其涉及一种电池选通矩阵开关的控制电路和电池组。本发明通过电池管理模块收到来自上级或用户的第n节电池主动均衡维护指令。电池管理模块将控制信号源使能，输出所需的总的控制信号。与电池采集监控芯片进行通讯，控制第n节的均衡引脚闭合。总控制信号将流过Un光耦，传递到电池选通矩阵开关。第n节电池被通过池选通矩阵开关接入到主动均衡，在使能主动均衡实现达到第n节电池的主动均衡。

技术研发人员：夏晨强,林存业,王子豪,傅剑军,韩海燕
受保护的技术使用者：杭州高特电子设备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17