CN104485706B - 一种锂电池组放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池组放电电路，包括：检流电路、放大电路、基准电路、比较电路、MCU、驱动电路和放电开关。本发明不需要采用高耐压值高电流开关器件，也不需要采用并在开关器件两端的大功率TVS，极大地降低了系统成本，提高了系统可靠性。

Description

一种锂电池组放电电路

技术领域

本发明涉及锂电池组应用技术领域，特别是涉及一种锂电池组放电电路。

背景技术

在通信基站中使用的锂电池组备用电源放电电路的放电开关器件一般采用MOSFET、继电器、IGBT、晶闸管等，因为锂电池组是一个能量体，且内阻很低，在安装过程或不当使用中，其正负极电源线有可能会短接造成短路，如不加以保护，瞬间电流可大于1000A，放电电路必须及时关断放电开关以保护锂电池组，并保证不会因为瞬间大电流造成放电电路开关器件的损坏；同时，锂电池组备用电源在配合开关电源、UPS、逆变器或通信设备等配套设备使用时，因为这些设备中都存在大容量的电容，锂电池组需要在一段时间内耐受住大容量电容充电瞬间的大电流抽载，并能在配套设备运行过程中持续以额定电流放电。

目前，锂电池组备用电源的放电电路对于短路和瞬间大电流采用一次性关断的方式，选用耐高电压和大电流的开关器件，同时，需要并联大功率的TVS器件吸收开关器件关断时两端产生的高压。

通常的放电电路方案设定的开关器件关断电流值大于配套设备启动时大电容抽载产生的最大电流值，其后需等待一段时间，如1分钟后放电电路自动恢复。

因为短路时电流上升速度非常快，在检测到250A时并等待数毫秒后再切断放电回路，切断时，放电回路的电流已经达到大于1000A，所以放电回路的开关器件通常需要在短时间内耐受大于1000A电流。

在放电电路关断开关器件时，因为瞬间切断电流而在开关器件的两端端会产生一个高压，关断时候的电流越大，开关器件两端电压越高，需要增加大功率卸压器件吸收开关器件两端的高压，一般并入30KVA以上的大功率TVS，并且开关器件的耐压值也需要选择一个较高的值，如3-5倍额定工作耐压值。高耐压大电流的开关器件成本很高，并且在持续放电过程时留有太大的冗余。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池组放电电路，能够大幅降低对放电开关的器件性能要求。

为解决上述问题，本发明提供一种锂电池组放电电路，包括：

检流电路，将放电电路的电流值转换为电压信号并向放大电路输出；

放大电路，用于对接收到电压信号进行电压放大后输出放大后的电压信号到比较电路；

基准电路，用于向比较电路输出某个预设过流值对应的基准电压信号；

比较电路，用于将放大后的电压信号与基准电压信号进行比较，如果放大后的电压信号小于等于基准电压信号，分别向MCU和驱动电路输出高电平，如果放大后的电压信号大于基准电压信号，向驱动电路输出低电平信号,并向MCU输出高电平向低电平跳变的下降沿信号；

MCU，用于每次接收到高电平向低电平跳变的下降沿信号时进行一次计数，当累计到设定值的计数时，向驱动电路输出低电平信号；

驱动电路，用于将从比较电路和MCU接收到的电平信号相与，并向放电开关输出相与后的电平信号，并且控制高电平向为低电平的相与后的电平信号的跳变速度或低电平向为高电平的相与后的电平信号的跳变速度；

放电开关，用于当接收到相与后的电平信号为高电平时，进行自身闭合，提供电池组与配套设备的电流通路，当接收到相与后的电平信号为低电平时，进行自身断开，以使电池组与配套设备的电流通路断开。

进一步的，在上述锂电池组放电电路中，所述检流电路包括检流器件,用于将放电电流的电流值转换为电压信号并向放大电路输出。

进一步的，在上述锂电池组放电电路中，所述基准电路上输出的基准电压信号对应的预设过流值为一个大于额定放电电流数倍并且远小于配套设备大电流抽载最大电流值的一个中间电流值。

进一步的，在上述锂电池组放电电路中，所述预设过流值为60A。

进一步的，在上述锂电池组放电电路中，所述配套设备包括：开关电源、UPS、逆变器和通信设备。

进一步的，在上述锂电池组放电电路中，所述放电开关为MOSFET、继电器、IGBT、晶闸管的开关器件中的任一种。

与现有技术相比，本发明通过检流电路、放大电路、基准电路、比较电路、MCU、驱动电路和放电开关，不需要采用高耐压值高电流开关器件，也不需要采用并在开关器件两端的大功率TVS(瞬态抑制二极管，Transient Voltage Suppressor)，极大地降低了系统成本，提高了系统可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例的锂电池组放电电路的功能框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，电池组通过导线与开关电源、UPS、逆变器、通信设备等配套设备连接。本发明提供一种锂电池组放电电路，包括：

检流电路1，包括检流器件如霍尔检流器件或分流器等,用于通过检流器件将放电电路的电流值转换为电压信号A并向放大电路输出；

放大电路2，用于对接收到电压信号A进行电压放大后输出放大后的电压信号B到比较电路4；

基准电路3，用于向比较电路4输出某个预设过流值对应的基准电压信号C；优选的，所述预设过流值不是通常解决方案的大于配套设备大电容抽载可能达到的最大电流值，而是设定一个大于额定放电电流数倍并且远小于配套设备大电流抽载最大电流值的一个中间电流值；

比较电路4，用于将放大后的电压信号B与基准电压信号C进行比较，如果放大后的电压信号B小于等于基准电压信号C，比较电路4分别向MCU(Micro Control Unit,微控制单元)5和驱动电路6输出高电平，如果在某一时刻放大后的电压信号B大于基准电压信号C，比较电路4向驱动电路6输出低电平信号D,同时，比较电路4并向MCU5输出高电平向低电平跳变的下降沿信号E；

MCU5，用于每次接收到高电平向低电平跳变的下降沿信号E时进行一次计数，当累计到设定值的计数时，向驱动电路6输出低电平信号F；

驱动电路6，用于将从比较电路4和MCU5接收到的电平信号相与，并向放电开关7输出相与后的电平信号G，并且控制高电平向为低电平的相与后的电平信号的跳变速度或低电平向为高电平的相与后的电平信号的跳变速度；

放电开关7，用于当接收到相与后的电平信号G为高电平时，进行自身闭合，提供电池组8与配套设备9的电流通路，当接收到相与后的电平信号G为低电平时，进行自身断开，以使电池组8与配套设备9的电流通路断开，并且放电开关7在断开到闭合的过程中，存在一个开关阻值由大到小变化的过程。图1中，配套设备的正负极与电池组的正负极相连，放电开关7在负极的线束上。本发明的锂电池组放电电路正常工作时，以不大于额定电流值放电，在与开关电源、UPS、逆变器、通信设备等配套设备使用时，能通过配套设备的大电容瞬间抽载，并能抗住电池组线束正极M和负极N直接短路等极端情况而不至于损坏放电开关7。

通过调整图1基准电路3的基准电压信号C对应的过流值，如由250A改为60A，在一个较小的过流值多次关断和闭合放电开关7，在MCU5预设的一个时间段内即未到设定值的计数时，如3秒钟，放电开关7闭合时，电池组放出的电量约为配套设备大电容容值的数倍。在超出此预设的一个时间段时间后，如果MCU5仍持续接收到比较电路4的高电平向低电平跳变的下降沿信号E，则MCU5判定为外部短路，从而关闭放电电路一段时间才解除短路保护，这里的短路是指在安装过程或不当使用过程中，图1的M、N正负极直接相连了。本发明不需要采用高耐压值高放电开关7，也不需要采用并在放电开关7两端的大功率TVS，而采用低耐压值低电流开关器件，就能匹配配套设备正常启动，并能防止短路造成的损害，极大地降低了系统成本，提高了系统可靠性，对放电开关7的性能要求大幅降低，放电开关7可以是MOSFET、继电器、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、晶闸管等常规开关器件，并且放电电路不需要采用额外的卸压器件。

所述的在一个较小的过流值多次关断和闭合放电开关7，在MCU5预设的一个时间段内即未到设定值的计数时，如3秒钟，放电开关7闭合时，电池组放出的电量约为配套设备大电容容值的数倍，不是通常解决方案的大于配套设备大电容抽载最大电流值MCU5就判定为外部短路，从而一次性关断放电回路；而是在短时间内密集关断和打开开关器件，其放电开关7关断的动作由基准电路3设定的过流值来触发，并在关断后再迅速打开，在此段时间内放电电路放出的电量约为配套设备大电容容值的数倍，用于补偿在同一时间段内配套设备大电容放电损失的电量，并留有一定的余量。这里修改了MCU5的控制策略，不再仅收到一次比较电路4上送的下降沿信号E就判定外部短路，而是累计计数多次后才判定为外部短路，并输出低电平信号F给驱动电路6，直到等待一段时间，如1分钟后MCU5再变为高电平。

图1 MCU5判定为外部短路，不是通过基准电路3预设一个大电流值对应的基准电压信号C，当比较电路4判断放大后的电压信号B大于电压信号C就上送高电平向低电平跳变的下降沿信号E给MCU5，MCU5只接收到一次高电平向低电平跳变的下降沿信号E，就判断为外部短路，而是通过基准电路3预设一个过流值为小电流值的对应的基准电压信号C，当比较电路4判断放大后的电压信号B大于基准电压信号C上送一次高电平向低电平跳变的下降沿信号E给MCU5，MCU5进行一次计数，并启动计时，计时截止时间到后，如果MCU5仍连续接收到比较电路4上送的高电平向低电平跳变的下降沿信号E，则MCU5判断为外部短路。

详细的，在通信基站用锂电池组应用中，一种常见的锂电池组模块为标称48V的锂电池组，锂电池组最高电压为58V，额定放电电流为20A。在锂电池组与开关电源、UPS、逆变器、通信设备等配套设备配合使用时，因为这些设备的电源端都存在大容量的电容，在配套设备启动时，也会产生一个较大的电流，一般峰值电流大约在250A左右，持续时间为毫秒级，直到电容充满电，系统开始正常运行，锂电池组放电电流才会下降到额定电流20A以下。在此时间段内，如果锂电池组处于与开关电源、UPS、逆变器、通信设备等配套使用的情况，其放电电路放出的电量是配套设备大电容电量的数倍，从而保证配套设备能正常启动。此后，锂电池组放电电路的电流就工作在小于额定电流值以下。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种锂电池组放电电路，其特征在于，包括：

检流电路，将放电电路的电流值转换为电压信号并向放大电路输出；

放大电路，用于对接收到电压信号进行电压放大后输出放大后的电压信号到比较电路；

基准电路，用于向比较电路输出某个预设过流值对应的基准电压信号；所述预设过流值为一个大于额定放电电流数倍并且远小于配套设备大电容抽载最大电流值的一个中间电流值；

比较电路，用于将放大后的电压信号与基准电压信号进行比较，如果放大后的电压信号小于等于基准电压信号，分别向MCU和驱动电路输出高电平，如果放大后的电压信号大于基准电压信号，向驱动电路输出低电平信号,并向MCU输出高电平向低电平跳变的下降沿信号；

MCU，用于每次接收到高电平向低电平跳变的下降沿信号时进行一次计数，并启动计时，计时截止时间到后，当累计到设定值的计数时，MCU判断为外部短路并向驱动电路输出低电平信号；

驱动电路，用于将从比较电路和MCU接收到的电平信号相与，并向放电开关输出相与后的电平信号，并且控制高电平向低电平的相与后的电平信号的跳变速度或低电平向高电平的相与后的电平信号的跳变速度；

放电开关，用于当接收到相与后的电平信号为高电平时，进行自身闭合，提供锂电池组与配套设备的电流通路，当接收到相与后的电平信号为低电平时，进行自身断开，以使锂电池组与配套设备的电流通路断开。

2.如权利要求1所述的锂电池组放电电路，其特征在于，所述检流电路包括检流器件,用于将放电电路的电流值转换为电压信号并向放大电路输出。

3.如权利要求1所述的锂电池组放电电路，其特征在于，所述配套设备包括：开关电源、UPS、逆变器和通信设备。

4.如权利要求1所述的锂电池组放电电路，其特征在于，所述放电开关为MOSFET、继电器、IGBT、晶闸管的开关器件中的任一种。