CN102570513A

CN102570513A - 电池管理系统的充放电开关互斥的控制组件

Info

Publication number: CN102570513A
Application number: CN2010105807235A
Authority: CN
Inventors: 张肇峯
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种应用于电动机车或电动自行车电池管理系统的充放电开关互斥的控制组件，该控制组件包括一电池模块、一正端模块、一负端模块、一开关模块以及一控制模块。该正端模块包括一充电正端以及一放电正端。负端模块包括一充电负端以及一放电负端。开关模块与电池模块串联于正端模块与负端模块之间，并具有一第一开关、一第二开关以及一第三开关。充电正端、电池模块、第一及第三开关以及充电负端构成一充电回路。放电正端、电池模块、第一及第二开关以及放电负端构成一放电回路。控制模块根据一检测端的电平，控制开关模块，用以切断充电回路或放电回路。

Description

电池管理系统的充放电开关互斥的控制组件

技术领域

本发明是有关于一种可选择性地切断充电回路或放电回路的控制组件，特别是有关于一种应用电动机车或电动自行车电池管理系统的充放电开关互斥控制的控制组件。

背景技术

一般电动机车使用锂电池或镍氢电池的电池组，电池组内部均会包含电池管理系统，而电池外观会依须求设计充电端子及放电端子和外部的充电器及机车控制器相连接。对于电池管理系统而言，主要负责监控电池状态、保护电池及残电量估测。最简单应用方式是使用市面上既有的保护电路芯片，该类保护电路芯片已具有基本保护功能且功能上已固定。举过充保护功能来说明，当电池组发生过充，此时保护电路芯片会切断充电开关，放电开关维持导通，所以此时电池组就无法充电但是可以放电。在这种架构及正常状态下，充放电端子会同时保持有电状态。所以，假设电池组装在电动机车上进行充电程序，同时又转动油门开关，此时电动机车会开始动作，以上动作是不被允许。或是电池组移出车体进行充电程序，此时放电端子保持有电状态，会有安全问题产生。

发明内容

本发明提供一种应用于电动车辆电池管理系统的充放电开关互斥的控制组件，该控制组件包括一电池模块、一正端模块、一负端模块、一开关模块以及一控制模块。电池模块包括至少一充电电池。正端模块包括一充电正端以及一放电正端。负端模块包括一充电负端以及一放电负端。开关模块与电池模块串联于正端模块与负端模块之间，并具有一第一开关、一第二开关以及一第三开关。充电正端、电池模块、第一及第三开关以及充电负端构成一充电回路。放电正端、电池模块、第一及第二开关以及放电负端构成一放电回路。控制模块根据一检测端的电平，控制开关模块，用以切断充电回路或放电回路。当检测端的电平为一第一电平时，控制模块切断充电回路。当检测端的电平为一第二电平时，控制模块切断放电回路。

为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的控制组件的第一实施例。

图2为本发明的控制组件的第二实施例。

图3为本发明的控制组件的第三实施例。

图4为本发明的控制组件的第四实施例。

图5为本发明的控制组件的第五实施例。

[主要元件标号说明]

100、200、300、400、500：控制组件；

110、210、310、410、510：电池模块；

120、220、320、420、520：正端模块；

130、230、330、430、530：负端模块；

140、240、340、440、540：开关模块；

150、250、350、450、550：控制模块；

141～143、241～243、341～343、441～443、541～543：开关；

TN1～TN3：N型晶体管；

160：保险丝模块；

161、162：保险丝；

TP1～TP3：P型晶体管；

371、372：连接器；

451、551：微处理器；

452、552：保护集成电路芯片；

453、553：驱动电路；

554：电压调节器。

具体实施方式

图1为本发明的控制组件的第一实施例。该控制组件100包括一电池模块110、一正端模块120、一负端模块130、一开关模块140以及一控制模块150。本发明并不限定控制组件100的应用领域。控制组件100可应用于电动机车或电动自行车之中。

另外，亦可利用一外部电源对控制组件100充电。举例而言，当控制组件100接收到一外部电源时，则此外部电源可对控制组件100内的电池模块110充电。当控制组件100耦接一外部负载时，则控制组件100内的电池模块110可供电予该外部负载。

在本实施例中，电池模块110具有至少一充电电池。本发明并不限定电池模块110内的充电电池数量及种类。举例而言，电池模块110内的充电电池为镍镉电池、镍氢电池或是锂电池。

正端模块120包括一充电正端CH+以及一放电正端DIS+。负端模块130包括一充电负端CH-以及一放电负端DIS-。在一充电模式下，控制组件100通过充电正端CH+与充电负端CH-，接收一外部电源，用以对电池模块110进行充电。在一放电模式下，控制组件100通过放电正端DIS+与放电负端DIS-，供电予一外部负载。

开关模块140与电池模块110串联于正端模块120与负端模块130之间，并具有开关141～143。本发明并不限定开关141～143的种类。只要能够提供截止及导通功能的开关，均可作为开关141～143。在本实施例中，开关141～143为N型晶体管TN1～TN3。

在本实施例中，充电正端CH+、电池模块110、开关141、143以及充电负端CH-构成一充电回路。放电正端DIS+、电池模块110、开关141、142以及放电负端DIS-构成一放电回路。

控制模块150根据一检测端T_DEC的电平，控制开关模块140，用以切断充电回路或放电回路。当检测端T_DEC的电平为一第一电平(如低电平)时，控制模块150切断充电回路。当检测端T_DEC的电平为一第二电平(如高电平)时，控制模块150切断放电回路。

本发明并不限定控制模块150如何切断充电或放电回路。在本实施例中，当检测端T_DEC的电平为一第一电平时，控制模块150通过控制信号S_C1，用以不导通N型晶体管TN3。当N型晶体管TN3不被导通时，则可切断充电回路。因此，没有电流从充电正端CH+流入充电负端CH-。

相反地，当检测端T_DEC的电平为一第二电平时，控制模块150通过控制信号S_C2，用以不导通N型晶体管TN2。当N型晶体管TN2不被导通时，则可切断放电回路。因此，没有电流从放电负端DIS-流入放电正端DIS+。

在本实施例中，充电回路与放电回路不会同时被导通。因此，当控制组件100进行充电操作时，就无法同时进行放电操作，或是在控制组件100进行放电操作时，就无法进行充电操作。

另外，控制模块150还可依据电池模块110的电压，通过控制信号S_C3用以不导通N型晶体管TN1。举例而言，当电池模块110内的某一充电电池的电压达一临界值时，控制模块150通过控制信号S_C3，不导通N型晶体管TN1，以避免电池模块110内的电池发生短路、过度充电或是过度放电。因此，可提高控制组件100的安全性。

在其它实施例中，控制模块150可通过通讯端CAN_H及CAN_L，与一外部装置进行通讯。本发明并不限定通讯端CAN_H及CAN_L所传送的通讯内容。在一可能实施例中，控制模块150可通过通讯端CAN_H及CAN_L，将目前电池模块110的残电量告知外部装置。

在本实施例中，控制组件100还包括一保险丝模块160。保险丝模块160具有保险丝161及162。保险丝161耦接于充电正端CH+与电池模块110之间。保险丝162耦接于放电正端DIS+与电池模块110之间。

当N型晶体管TN3发生异常，而使得控制模块150无法通过N型晶体管TN3切断充电回路时，控制模块150烧断保险丝161，用以切断充电回路。同样地，当N型晶体管TN2发生异常，而使得控制模块150无法通过N型晶体管TN2适时地切断放电回路时，控制模块150将烧断保险丝162，用以切断放电回路。

当保险丝161或162被烧断时，控制模块150可发出一告知信号，让使用者得知保险丝161已被烧断，以作出适当的处理。因此，通过保险丝模块160，可提供控制组件100双重保护。

然而，通讯端CAN_H、CAN_L以及保险丝模块160并非必要。为了节省成本，在其它实施例中，可选择性地省略通讯端CAN_H、CAN_L或/及保险丝模块160。

图2为本发明的控制组件的第二实施例。图2相似图1，不同之处在于图1的开关模块140耦接在电池模块110与负端模块130之间，而图2的开关模块240耦接在电池模块210与正端模块220之间。由于图2所示的电池模块210、正端模块220、负端模块230及控制模块250与图1的电池模块110、正端模块120、负端模块130及控制模块150相似，故不再赘述。

在图2中，开关模块240内的开关241～243均为P型晶体管TP1～TP3。控制模块250根据检测端T_DEC的电平，切换P型晶体管TP1～TP3，用以切断充电回路或是放电回路。

举例而言，当检测端T_DEC的电平为低电平时，控制模块250通过控制信号S_C1，不导通P型晶体管TP3，用以切断充电回路。当检测端T_DEC的电平为高电平时，控制模块250通过控制信号S_C2，不导通P型晶体管TP2，用以切断放电回路。

图3为本发明的控制组件的第三实施例。图3相似图1，不同之处在于，图3多了连接器(connector)371及372，用以与一外部装置(如电源装置或负载装置)连接。

如图所示。连接器371耦接充电正端CH+、充电负端CH-以及检测端T_DEC。在本实施例中，连接器371用以与一外部装置(如转接器)连接。当转接器(adapter)插入连接器371时，控制组件300便可接收到一外部电源，并开始进行充电操作。此时，检测端T_DEC的电平为高电平，故控制模块350不导通开关342，用以切断放电回路。

连接器372耦接放电正端DIS+、放电负端DIS-、通讯端CAN_H及CAN_L。在本实施例中，连接器372用以供电予一外部负载。举例而言，当一外部负载耦接到连接器372时，连接器372便可供电予外部装置。此时，检测端T_DEC的电平为低电平，故控制模块350不导通开关343，用以切断充电回路。另外，该外部负载可通过通讯端CAN_H及CAN_L，与控制组件300进行通讯。

或者，当连接器371及372均未连接到外部装置时，控制模块350可同时切断充电回路及放电回路，或是仅切断充电回路及放电回路的一者。

此外，为了避免使用者连接错误，可设计具有不同形状的连接器371及372，以避免外部负载误插入连接器371，或是一电源转接器误插入连接器372。

本发明并不限制连接器所耦接的端点及数量。不同的连接器耦接不同种类的端点。举例而言，充电类的端点(如充电正端CH+与充电负端CH-)可耦接到一充电连接器。放电类的端点(如放电正端DIS+与放电负端DIS-)可耦接到一放电连接器。检测类的端点(如检测端T_DEC)可独自耦接到一检测连接器，而通讯类的端点(如通讯端CAN_H及CAN_L)可耦接到一通讯连接器，或是耦接到该放电连接器。

另外，本发明并不限定控制模块(150、250、350)的内部架构。只要能够切换开关模块(如140、240、340)的控制电路，均可作为控制模块150、250、350。由于控制模块150、250、350的原理相同，故以下仅以控制模块150为例。

该控制模块150可包括保护集成电路芯片(protection IC)及微处理器(Micro control unit)，如图4，可根据一检测端T_DEC的电平，产生相对应的控制信号，用以通过开关模块140，切断充电或放电回路。另外，该保护集成电路芯片还可依据电池模块110内电池的电压，控制开关模块140，以避免电池模块110被过度放电或过度充电。

另外，图4为本发明的控制组件的第四实施例。该控制模块450包括一微处理器451、一保护集成电路芯片452以及一驱动电路453。本实施例中的控制模块450亦可应用于前述的第一至三实施例之中。

微处理器451根据检测端T_DEC的电平，产生处理信号S_S1及S_S2。保护集成电路芯片452根据处理信号S_S1，产生控制信号S_C1，用以控制开关443。驱动电路453根据处理信号S_S2，产生控制信号S_C2，用以控制开关442。

微处理器451还根据电池模块410内的充电电池的电量，产生一处理信号S_S3。保护集成电路芯片452根据处理信号S_S3，产生控制信号S_C3，用以控制开关441。举例而言，放电中，当电池模块410内的充电电池的电压达一临界值时，保护集成电路芯片452不导通开关441，以避免电池模块410内的充电电池被过度放电。

图5为本发明的控制组件的第五实施例。图5相似图4，不同之处在于图5的控制模块550多了一电压调节器554。电压调节器554将电池模块510的电压转换成一工作电压V_0P,再将工作电压V_0P提供予微处理器551。微处理器551根据工作电压V_0P而动作。

在其它可能实施例中，控制模块550具有一电压产生器(未显示)，用以控制模块550内的所有元件所需的工作电压。

由于控制模块可在适当时间切断充电回路或是放电回路，故可确保在充电操作下，放电正端DIS+及放电负端DIS-不会有电输出，以及在放电操作下，充电正端CH+及充电负端CH-不会有电输出，因此，可大幅提高安全性。

另外，若将一保险丝模块设置在充电回路及放电回路中，则当控制模块无法通过开关模块切断充电回路或放电回路时，控制模块可利用保险丝模块，切断充电回路或放电回路。因此，通过保险丝模块，可提供双重的保护。

综合以上所述，本发明提出一种电动车辆电池管理系统的充放电开关互斥控制的控制组件，可做到充电时就不能放电，放电时就不能进行充电。且于放电时，同时仍保有过放、过电流及短路保护的功能。而于充电时，同时仍保有过充、过电流及短路保护的功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种控制组件，包括：

一电池模块；

一正端模块，包括一充电正端以及一放电正端；

一负端模块，包括一充电负端以及一放电负端；

一开关模块，与该电池模块串联于该正端模块与该负端模块之间，并具有一第一开关、一第二开关以及一第三开关，该充电正端、该电池模块、该第一及第三开关以及该充电负端构成一充电回路，该放电正端、该电池模块、该第一及第二开关以及该放电负端构成一放电回路；以及

一控制模块，根据一检测端的电平，控制该开关模块，用以切断该充电回路或该放电回路，当该检测端的电平为一第一电平时，该控制模块切断该充电回路，当该检测端的电平为一第二电平时，该控制模块切断该放电回路。

2.根据权利要求1所述的控制组件，其还包括：

一第一连接器，耦接该充电正端及该充电负端；以及

一第二连接器，耦接该放电正端及该放电负端。

3.根据权利要求2所述的控制组件，其中该第一连接器还耦接该检测端，该第二连接器还耦接一第一通讯端以及一第二通讯端，该第一及第二通讯端用以与一外部装置进行通讯。

4.根据权利要求1所述的控制组件，其中该控制模块包括：

一微处理器，根据该检测端的电平，提供一第一处理信号以及一第二处理信号；

一保护集成电路芯片，根据该第一处理信号，控制该第三开关；

一驱动电路，根据该第二处理信号，控制该第二开关。

5.根据权利要求4所述的控制组件，其中该微处理器还根据该电池的电压，产生一第三处理信号，该保护集成电路芯片根据该第三处理信号，控制该第一开关。

6.根据权利要求4所述的控制组件，其中该保护集成电路芯片还依据该电池的电压，控制该第一开关，当该电池的电压达一临界值时，该保护集成电路芯片不导通该第一开关。

7.根据权利要求4所述的控制组件，其中该控制模块还包括一电压调节器，将该电池模块的电压转换成一工作电压，再将该工作电压提供予该微处理器。

8.根据权利要求1所述的控制组件，其中该第一、第二及第三开关为N型晶体管，并耦接于该电池模块与该负端模块之间。

9.根据权利要求1所述的控制组件，其中该第一、第二及第三开关为P型晶体管，并耦接于该电池模块与该正端模块之间。

10.根据权利要求1所述的控制组件，其还包括：

一第一保险丝，耦接于该电池模块与该充电正端之间；以及

一第二保险丝，耦接于该电池模块与该放电正端之间。

11.根据权利要求1所述的控制组件，其中该电池模块内的充电电池为一镍镉电池、一镍氢电池或是一锂电池。

12.根据权利要求1所述的控制组件，其中该控制组件应用于一电动机车或一电动自行车。