主动均衡矩阵开关电路与电子装置
阅读说明：本技术 主动均衡矩阵开关电路与电子装置 (Active equalization matrix switch circuit and electronic device ) 是由 张祥 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种主动均衡矩阵开关电路与电子装置。该电路包括N个电芯、N+1个矩阵开关、隔离开关和控制器,N个电芯串联,在N为偶数的情况下,第一电芯的负极与第一矩阵开关的第一端电连接,第N电芯的正极与第N+1矩阵开关的第一端电连接,第一矩阵开关的第二端与隔离开关的输入端电连接,第N+1矩阵开关的第二端与隔离开关的输出端电连接；在N为奇数的情况下,第二电芯的负极与第二矩阵开关的第一端电连接,第N电芯的正极与第N+1矩阵开关的第一端电连接,第二矩阵开关的第二端与隔离开关的输入端电连接,第N+1矩阵开关的第二端与隔离开关的输出端电连接；加入隔离开关起到保护第N+1矩阵开关的作用。(The application provides an active equalization matrix switch circuit and an electronic device. The circuit comprises N battery cores, N +1 matrix switches, an isolating switch and a controller, wherein the N battery cores are connected in series, under the condition that N is an even number, the negative electrode of the first battery core is electrically connected with the first end of the first matrix switch, the positive electrode of the Nth battery core is electrically connected with the first end of the (N + 1) th matrix switch, the second end of the first matrix switch is electrically connected with the input end of the isolating switch, and the second end of the (N + 1) th matrix switch is electrically connected with the output end of the isolating switch; under the condition that N is an odd number, the negative electrode of the second battery cell is electrically connected with the first end of the second matrix switch, the positive electrode of the Nth battery cell is electrically connected with the first end of the (N + 1) th matrix switch, the second end of the second matrix switch is electrically connected with the input end of the isolating switch, and the second end of the (N + 1) th matrix switch is electrically connected with the output end of the isolating switch; the isolation switch is added to play a role in protecting the N +1 th matrix switch.)
技术领域
本申请涉及矩阵开关电路领域，具体而言，涉及一种主动均衡矩阵开关电路与电子装置。
背景技术
随着储能系统的快速发展，储能系统对电池的使用寿命和可用容量的要求也越来越高。由于储能电池设计制造工艺的区别，电池的一致性会有所差异，导致电池组在系统运行过程中存在单体电压等性能差异。为了延长电池的寿命和可用容量，需要对单体电压不一致的电芯进行主动均衡充放电，使各单体电芯电压值保持一致。
目前主动均衡的开关矩阵部分大多是通过电芯正负极连接开关MOS管，以此来进行选通，然后通过一个总开关引出一对正负极连接主动均衡电源低压侧，如图1所示，这种开关矩阵方案需要的开关MOS管很多，为了节省成本大多选用Vds(MOS管的漏极电压)耐压值较低的MOS管，有N个电芯时，当第一电芯均衡开启时，相应的第一矩阵开关也开启，第N+1矩阵开关承受整个电池组的电压，如果电池组的电压大于第N+1矩阵开关Vds的耐压值，则该矩阵开关很可能会因为过压击穿。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种主动均衡矩阵开关电路与电子装置，以解决现有技术中主动均衡矩阵开关电路在第一电芯均衡开启时，第N+1矩阵开关很可能会因为过压击穿的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种主动均衡矩阵开关电路，包括N个电芯、N+1个矩阵开关、隔离开关和控制器，所述控制器与所述隔离开关电连接，N个所述电芯串联，N为大于或者等于2的整数，在N为偶数的情况下，第一电芯的负极与第一矩阵开关的第一端电连接，第N电芯的正极与第N+1矩阵开关的第一端电连接，所述第一矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第N+1矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接；在N为奇数的情况下，第二电芯的负极与第二矩阵开关的第一端电连接，所述第N电芯的正极与所述第N+1矩阵开关的第一端电连接，所述第二矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第N+1矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接；在所述隔离开关断开时，所述隔离开关的输入端与所述隔离开关的输出端不连接，在所述隔离开关闭合时，所述输入端与所述输出端连接，在所述第N+1矩阵开关两端的电压大于所述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，所述控制器控制所述隔离开关断开。
进一步地，在N为奇数的情况下，所述第一电芯的负极与所述第一矩阵开关的第一端电连接，第N-1电芯的正极与第N矩阵开关的第一端电连接，所述第一矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第N矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接。
进一步地，N等于4的情况下，所述第一电芯的负极与所述第一矩阵开关的第一端电连接，所述第二电芯的正极与第三矩阵开关的第一端电连接，第四电芯的正极与第五矩阵开关的第一端电连接，所述第一矩阵开关的第二端和所述第三矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第五矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接。
进一步地，N等于4的情况下，所述第一电芯的正极与所述与第二矩阵开关的第一端电连接，第三电芯的正极与第四矩阵开关的第一端电连接，所述第二矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第四矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接。
进一步地，N等于5的情况下，所述第一电芯的负极与所述第一矩阵开关的第一端电连接，所述第二电芯的正极与第三矩阵开关的第一端电连接，第四电芯的正极与第五矩阵开关的第一端电连接，所述第一矩阵开关的第二端和所述第三矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第五矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接。
进一步地，N等于5的情况下，所述第一电芯的正极与所述第二矩阵开关的第一端电连接，第三电芯的正极与第四矩阵开关的第一端电连接，第五电芯的正极与第六矩阵开关的第一端电连接，所述第二矩阵开关的第二端和所述第四矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输入端电连接，所述第六矩阵开关的第二端与所述隔离开关的输出端电连接。
进一步地，所述矩阵开关为MOS管。
根据本申请的一个方面，提供了一种电子装置，包括矩阵开关电路，所述矩阵开关电路为任意一种所述的主动均衡矩阵开关电路。
应用本申请的技术方案，在现有的主动均衡矩阵开关电路的基础上加入隔离开关，隔离开关将原本相连的第一矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，隔离开关将原本相连的第二矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于所述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，将隔离开关断开，此时隔离开关的输入端与输出端不连接，使得加载在第N+1矩阵开关两端的电压减小，以使得第N+1矩阵开关不会被击穿，起到保护矩阵开关的作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的主动均衡矩阵开关电路示意图；
图2示出了根据本申请的实施例的主动均衡矩阵开关电路示意图；
图3示出了根据本申请的实施例的N＝4时，主动均衡矩阵开关电路示意图；
图4示出了根据本申请的实施例的N＝5时，主动均衡矩阵开关电路示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中主动均衡矩阵开关电路在第一电芯均衡开启时，第N+1矩阵开关很可能会因为过压击穿，为了解决如上主动均衡矩阵开关电路在第一电芯均衡开启时，第N+1矩阵开关很可能会因为过压击穿的问题，本申请的实施例提出了主动均衡矩阵开关电路与电子装置。
本申请的一种典型的实施例，提供了一种主动均衡矩阵开关电路，如图2所示，包括N个电芯、N+1个矩阵开关、隔离开关和控制器，上述控制器与上述隔离开关电连接，N个上述电芯串联，N为大于或者等于2的整数，在N为偶数的情况下，第一电芯的负极与第一矩阵开关的第一端电连接，第N电芯的正极与第N+1矩阵开关的第一端电连接，上述第一矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第N+1矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接；在N为奇数的情况下，第二电芯的负极与第二矩阵开关的第一端电连接，上述第N电芯的正极与上述第N+1矩阵开关的第一端电连接，上述第二矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第N+1矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接；在上述隔离开关断开时，上述隔离开关的输入端与上述隔离开关的输出端不连接，在上述隔离开关闭合时，上述输入端与上述输出端连接，在上述第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，上述控制器控制上述隔离开关断开。
具体地，上述控制器与隔离开关电连接，控制器(由电子电路组成)具有检测功能，可以实时检测第N+1矩阵开关两端的电压，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，控制器控制上述隔离开关断开，控制器的检测功能和控制功能均通过纯硬件实现。
上述方案中，在现有的主动均衡矩阵开关电路的基础上加入隔离开关，隔离开关将原本相连的第一矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，隔离开关将原本相连的第二矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，将隔离开关断开，此时隔离开关的输入端与输出端不连接，使得加载在第N+1矩阵开关两端的电压减小，以使得第N+1矩阵开关不会被击穿，起到保护矩阵开关的作用。可降低矩阵开关耐压，降低矩阵开关应用成本，使主动均衡更加安全可靠，延长电池使用寿命和可用容量。
本申请的一种实施例中，在N为奇数的情况下，上述第一电芯的负极与上述第一矩阵开关的第一端电连接，第N-1电芯的正极与第N矩阵开关的第一端电连接，上述第一矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第N矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接。通过隔离开关将本该相连的第一矩阵开关的第二端和第N矩阵开关的第二端隔离，起到保护第N矩阵开关的作用。
本申请的一种实施例中，如图3所示，N等于4的情况下，上述第一电芯的负极与上述第一矩阵开关的第一端电连接，上述第二电芯的正极与第三矩阵开关的第一端电连接，第四电芯的正极与第五矩阵开关的第一端电连接，上述第一矩阵开关的第二端和上述第三矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第五矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接。通过隔离开关将第一矩阵开关、第三矩阵开关与第五矩阵开关隔离，起到保护第五矩阵开关的作用。
本申请的一种实施例中，如图3所示，N等于4的情况下，上述第一电芯的正极与上述与第二矩阵开关的第一端电连接，第三电芯的正极与第四矩阵开关的第一端电连接，上述第二矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第四矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接。通过隔离开关将第二矩阵开关和第四矩阵开关隔离，起到保护第四矩阵开关的作用。
本申请的一种实施例中，如图4所示，N等于5的情况下，上述第一电芯的负极与上述第一矩阵开关的第一端电连接，上述第二电芯的正极与第三矩阵开关的第一端电连接，第四电芯的正极与第五矩阵开关的第一端电连接，上述第一矩阵开关的第二端和上述第三矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第五矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接。通过隔离开关将第一矩阵开关、第三矩阵开关与第五矩阵开关隔离，起到保护第五矩阵开关的作用。
本申请的一种实施例中，如图4所示，N等于5的情况下，上述第一电芯的正极与上述第二矩阵开关的第一端电连接，第三电芯的正极与第四矩阵开关的第一端电连接，第五电芯的正极与第六矩阵开关的第一端电连接，上述第二矩阵开关的第二端和上述第四矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输入端电连接，上述第六矩阵开关的第二端与上述隔离开关的输出端电连接。通过隔离开关将第二矩阵开关、第四矩阵开关与第六矩阵开关隔离，起到保护第五矩阵开关的作用。
本申请的另一种实施例中，上述第一电芯的负极与上述第一矩阵开关的第一端电连接，上述第二电芯的正极与第三矩阵开关的第一端电连接，第四电芯的正极与第五矩阵开关的第一端电连接，上述第一电芯的正极与上述第二矩阵开关的第一端电连接，第三电芯的正极与第四矩阵开关的第一端电连接，第五电芯的正极与第六矩阵开关的第一端电连接，第一矩阵开关的第二端、第二矩阵开关的第二端和第三矩阵开关的第二端与隔离开关的输入端连接，第四矩阵开关的第二端、第五矩阵开关的第二端和第六矩阵开关的第二端与隔离开关的输出端连接，通过隔离开关将所有的矩阵开关分为两部分，起到保护矩阵开关的作用。
本申请的一种实施例中，上述矩阵开关为MOS管。可降低MOS管耐压，降低MOS管应用成本，使主动均衡更加安全可靠，延长电池使用寿命和可用容量。
本申请的一种实施例中，隔离开关的功能通过继电器实现。
本申请的另一种典型的实施例，提供了一种电子装置，包括矩阵开关电路，上述矩阵开关电路为任意一种上述的主动均衡矩阵开关电路。在现有的主动均衡矩阵开关电路的基础上加入隔离开关，隔离开关将原本相连的第一矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，隔离开关将原本相连的第二矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，将隔离开关断开，此时隔离开关的输入端与输出端不连接，使得加载在第N+1矩阵开关两端的电压减小，以使得第N+1矩阵开关不会被击穿，起到保护矩阵开关的作用。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的主动均衡矩阵开关电路，在现有的主动均衡矩阵开关电路的基础上加入隔离开关，隔离开关将原本相连的第一矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，隔离开关将原本相连的第二矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，将隔离开关断开，此时隔离开关的输入端与输出端不连接，使得加载在第N+1矩阵开关两端的电压减小，以使得第N+1矩阵开关不会被击穿，起到保护矩阵开关的作用。
2)、本申请的电子装置，在现有的主动均衡矩阵开关电路的基础上加入隔离开关，隔离开关将原本相连的第一矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，隔离开关将原本相连的第二矩阵开关的第二端与第N+1矩阵开关的第二端分隔开，在检测到第N+1矩阵开关两端的电压大于上述第N+1矩阵开关的最大承受电压时，将隔离开关断开，此时隔离开关的输入端与输出端不连接，使得加载在第N+1矩阵开关两端的电压减小，以使得第N+1矩阵开关不会被击穿，起到保护矩阵开关的作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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