[实用新型]一种串并联转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种串并联转换器，属于电工技术领域。

背景技术

由于新能源技术的迅猛发展和材料科学的持续进步，各种可反复充电的电池正在越来越多的范畴中取代一次性电池，逐渐成为在移动中供电的首选能源。荷载（用电器）要求的电压常常高于单个电池输出的电压，故需要将n个电池单体串联成组以提供适当的电压输出，但由于转换手段复杂和大功率电子元件的功耗大、寿命短等原因，迄今这些电池组基本上采用串联充电方式。

对电池组进行串联充电的缺陷是明显的。由于各电池内部的材料、尺寸和化学反应不能确保一致，各电池单体放电之后的端电压具有不可忽略的差别。电池组在串联充电的过程中，各电池单体流过的电流相同，于是端电压高的电池充电功率大而端电压低的电池充电功率小，由此很容易导致原本端电压高的电池过充、原本端电压低的电池充不满，形成充电、供电的恶性循环，从而显著降低了电池组的输出功率并大大降低了电池单体的使用寿命。对于铅酸蓄电池这类端电压不能过低、而又没有保护措施的常用动力电池组而言，串联充电造成的损伤尤为严重。

为了解决这个问题，已经出现了几种电池串、并联的转换方案，例如“并联充电串联放电的控制电路”、“串联蓄电池组的并联充电电路及保护电路”，等。这些电路属于自动控制类型，都采用电子元件实施监测和转换，其特点是转换速度快，但是其充电、放电电流都流过了电子元件，而这必然造成较大的功率热损耗。由于大功率电子元件的价格贵、能耗大、连续使用的寿命短，与电池组、充电器相比其费用高昂，使得这类产品在民用领域的推广举步维艰。

在国家自然科学基金项目（50869003、41462013、51069003）、云南省教育厅科学研究基金项目（2015Y072）的资助下，中国中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司的杨宇璐（身份证号530103198905132548）提出了创意，并与昆明理工大学的杨华舒、吴霞、周新伟、李东、董卫等师生组成专题组，弄清了蓄电池组在充电、放电过程中的电流变化和区别，基于半导体器件的特点和无功耗转换的优势，侧重研究了手动开关+电子元件来实施串并联转换的廉价技术方案。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种串并联转换器。已有的电池串、并联转换装置，影响其推广的关键因素是电子元件的功耗太大。若设法将其功耗明显降下来，则不仅可以节省耗电量，更能在大大减少电子元件成本的同时显著延长其寿命。

几乎所有品种的蓄电池都有一个共同的特点，那就是充电电流都远低于电池的容量，甚至远低于电池的供电电流。以单位电能单价最低的铅酸蓄电池为例，其充电电流仅相当于供电电流的1/5～1/10或者更低，充电电流太大将严重影响电池寿命乃至即刻毁坏电池。此外电池是容性的而负荷常常是感性的，从供电状态无隙转换到充电状态可能导致瞬间大电流或者高电压冲击，这正是导致前述已有的串并联转换装置损坏的原因之一。采用手动转换虽然速度较慢，但转换过程无电能损耗，而这就保证了电池组和转换元器件的安全，更具有价格低廉、操作简单的优势。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种串并联转换器，对应于电池组中的n个电池单体E1、E2、...、En，该转换器仅需要1个n刀双掷开关K和n只二极管D1、D2、...、Dn，其中n只二极管D1、D2、...、Dn仅用在充电回路之中。

所述二极管D1～Dn的正极分别与电池单体E1～En的负极相连，再分别与n刀双掷开关中K_1～K_n的常开触点B1～Bn连接；将二极管D1～Dn的负极并联，再与n刀双掷开关中K_n的常闭触点An连接。把双掷开关中K_1～K_n-1的常闭触点A1～An-1并联，再与电池单体E1的正极连接并且用导线引出，作为与外部设备连接的正极端口＋In&Out。电池单体E2～En的正极分别与双掷开关中的刀极K_1～K_n-1连接；双掷开关中的刀极K_n用导线引出，作为与外部设备连接的负极端口－In&Out。

所述n刀双掷开关K采用转动、拨动或扭摆换挡方式，基体采用塑料、胶木或陶瓷材料制成。