CN107528368A - 一种电池组放电控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种电池组放电控制电路，包括：预放电单元、放电单元、启动单元和控制单元，预放电单元的输入端与电池组的总正端连接，输出端与外接负载连接，输入控制端与控制单元的第一输出控制端连接；放电单元的输入端与电池组的总正端连接，输入控制端与启动单元的输出控制端连接，输出端与外接负载连接；启动单元的第一输入控制端与放电单元的输出端连接，第二输入控制端与控制单元的第二输出控制端连接。本发明控制单元控制功率MOS管对预放电单元和放电单元进行断开和启动，在放电瞬间启动预放电单元工作，利用预放电单元的功率电阻吸收尖峰电流，而后断开预放电单元启动放电单元，实现电池组对外接负载的安全放电。
Description
技术领域
本发明涉及电池组放电领域，特别是涉及一种电池组放电控制电路。
背景技术
电池组在放电开始时，放电电流从零瞬间跳变为额定几倍甚至好几倍放电电流，电流变化率相当大，此电流即为尖峰脉冲电流。该尖峰脉冲电流对电池管理系统主回路关键元器件以及电池组的冲击损坏程度非常大，长时间频繁的启动会大大降低电池管理系统及关键元器件的循环使用寿命。
在现有的很多电池管理系统中，为了降低或者吸收此放电电流，在电路中增加了预放电单元及其控制电路。其通常的做法为：使用正极继电器实现对电池组总正极的闭合与断开，使用负极继电器实现对电池组总负极的闭合与断开。由于预放电单元串接有预放电电阻，预放电电阻可以吸收放电电流做功转换为热量，以达到平滑放电的目的。虽然此种方式在一定程度上可以解决放电瞬间尖峰电流的问题，但随着电路的不断复杂化，一味增加继电器数量，使得下上下电策略变得极其复杂。此外，继电器存在一个难以解决的问题：工作时容易出现粘连，需要增加防粘连机制。这就意味着又要额外增设一个防粘连控制电路，使得电池管理系统变得更为复杂，可靠性和安全性也随之降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种电池组放电控制电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电池组放电控制电路，包括：预放电单元、放电单元、启动单元和控制单元，所述预放电单元的输入端与所述电池组的总正端连接，输出端与外接负载连接，输入控制端与所述控制单元的第一输出控制端连接；
所述放电单元的输入端与所述电池组的总正端连接，输入控制端与所述启动单元的输出控制端连接，输出端与与外接负载连接；
所述启动单元的第一输入控制端与所述放电单元的输出端连接，第二输入控制端与所述控制单元的第二输出控制端连接。
在其中一个实施例中，所述放电单元包括第三开关管Q3、第一二极管D1和第二二极管D2，所述第三开关管Q3的漏极串联所述第一二极管D1后作为所述放电单元的输入端，栅极作为所述放电单元的输入控制端，源极作为所述放电单元的输出端；
所述第二二极管D2并联于所述第一二极管D1。
在其中一个实施例中，所述放电单元还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1的一端与所述第三开关管Q3的漏极连接，另一端串联所述第二电容C2后与所述第三开关管Q3的源极连接。
在其中一个实施例中，所述启动单元包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3和第二稳压二极管Z2，所述第三电阻R3的一端作为所述启动单元的第一输入控制端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第五二极管D5的阴极连接作为所述启动单元的输出控制端；
所述第三二极管D3的阴极串联所述第三电容C3后与第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极作为所述启动单元的第二输入控制端；
所述第二稳压二极管Z2并联于所述第三电阻R3；
所述第四电阻R4的一端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第四二极管D4的阳极连接；
所述第五二极管D5的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接。
在其中一个实施例中，所述预放电单元包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和第二电阻R2，所述第一开关管Q1的漏极作为所述预放电单元的输入端，源极与所述第二开关管Q2的源极连接，栅极作为所述预放电单元的输入控制端；
所述第二开关管Q2的漏极串联所述第二电阻R2后作为所述预放电单元的输出端，栅极与所述第一开关管Q1的栅极连接。
在其中一个实施例中，所述预放电单元还包括第一稳压二极管Z1和第一电阻R1，所述第一稳压二极管Z1的阳极与所述第一开关管Q1的栅极连接，阴极与所述第一开关管Q1的源极连接；
所述第一电阻R1并联于所述第一稳压二极管Z1。
在其中一个实施例中，所述第三开关管Q3为功率开关管。
在其中一个实施例中，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5均为肖特基功率二极管。
本次技术方案相比于现有技术有以下有益效果：
1.控制单元控制功率MOS管对预放电单元和放电单元进行断开和启动，在放电瞬间启动预放电单元工作，利用预放电单元的功率电阻吸收尖峰电流，而后断开预放电单元启动放电单元，实现电池组对外接负载的安全放电。
2.设置启动单元，在预放电单元工作时，第二开关管Q2的源极电压为电池组总正极电压，即第三开关管Q3的源极电压也为电池组总正极电压，此时，MCU控制单元输出控制信号启动启动单元，第五二极管D5通过将第三电容C3和电池组的电压叠加至第三开关管Q3,使得第三开关管Q3导通，启动放电单元工作。利用启动单元，实现预放电单元与放电单元的来回切换。
3.放电单元设置有第一二极管D1和第二二极管D2，防止外接负载的电流反向流入电池组，杜绝形成反充电。
附图说明
图1为本实施例中的电池组放电控制电路的结构示意图；
图2为本实施例中的电池组放电控制电路的电路原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示为电池组放电控制电路的结构示意图，请一并结合参照图2，包括：预放电单元100、放电单元200、启动单元300和控制单元400，所述预放电单元100的输入端与所述电池组的总正端连接，输出端与外接负载连接，输入控制端与所述控制单元400的第一输出控制端连接；
所述放电单元200的输入端与所述电池组的总正端连接，输入控制端与所述启动单元300的输出控制端连接，输出端与与外接负载连接；
所述启动单元300的第一输入控制端与所述放电单元200的输出端连接，第二输入控制端与所述控制单元400的第二输出控制端连接。
具体地，所述放电单元200包括第三开关管Q3、第一二极管D1和第二二极管D2，所述第三开关管Q3的漏极串联所述第一二极管D1后作为所述放电单元200的输入端，栅极作为所述放电单元200的输入控制端，源极作为所述放电单元200的输出端；
所述第二二极管D2并联于所述第一二极管D1。
具体地，所述放电单元200还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1的一端与所述第三开关管Q3的漏极连接，另一端串联所述第二电容C2后与所述第三开关管Q3的源极连接。
具体地，所述启动单元300包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3和第二稳压二极管Z2，所述第三电阻R3的一端作为所述启动单元300的第一输入控制端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第五二极管D5的阴极连接作为所述启动单元300的输出控制端；
所述第三二极管D3的阴极串联所述第三电容C3后与第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极作为所述启动单元300的第二输入控制端；
所述第二稳压二极管Z2并联于所述第三电阻R3；
所述第四电阻R4的一端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第四二极管D4的阳极连接；
所述第五二极管D5的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接。
具体地，所述预放电单元100包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和第二电阻R2，所述第一开关管Q1的漏极作为所述预放电单元100的输入端，源极与所述第二开关管Q2的源极连接，栅极作为所述预放电单元100的输入控制端；
所述第二开关管Q2的漏极串联所述第二电阻R2后作为所述预放电单元100的输出端，栅极与所述第一开关管Q1的栅极连接。
具体地，所述预放电单元100还包括第一稳压二极管Z1和第一电阻R1，所述第一稳压二极管Z1的阳极与所述第一开关管Q1的栅极连接，阴极与所述第一开关管Q1的源极连接；
所述第一电阻R1并联于所述第一稳压二极管Z1。
进一步地，所述第三开关管Q3为功率开关管。
进一步地，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5均为肖特基功率二极管。
具体工作原理：
首先，控制单元400的第一输出控制端(即附图中的IO1端)输出低电平信号至第一开关管Q1的栅极。此时，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，电池组(图中未示出)总正端输出电压至外接负载。可以理解，在电池组的总正端(即附图中的B+)与外接负载(即附图中的P+)接通的瞬间，产生尖峰放电电流，所述尖峰放电电流被预放电单元100中的第二电阻R2吸收做功转换为热量。
在预放电单元100工作一段时间后，由于第二开关管Q2导通时，第二开关管Q2的漏极电位为电池组总正端的电位，即预放电单元100的输出端也为电池组总正端的电位。因为第三开关管Q3导通的条件是其栅极电压需高于电池组总正端的电压，此时，控制单元400的第二输出控制端(即附图中的IO2)低电平信号至启动单元300的第二输入控制端。此时，第三电容C3充电，通过第五二极管D5将第三电容C3和电池组电压叠加至第三开关管Q3的栅极，导通第三开关管Q3，放电单元200开始工作，实现正常的电池组对外接负载的放电回路。
需要说明的是，控制单元400控制功率MOS管对预放电单元100和放电单元200进行断开和启动，在放电瞬间启动预放电单元100工作，利用预放电单元100的功率电阻(即第二电阻R2)吸收尖峰电流，而后启动放电单元200断开预放电单元100，实现电池组对外接负载的安全放电。
还需要说明的是，放电单元200设置有第一二极管D1和第二二极管D2，防止外接负载的电流反向流入电池组，杜绝形成反充电。
还需要说明的是，放电单元200中还设置有第一电容C1和第二电容C2，用于吸收预放电单元100和放电单元200切换瞬间产生的电流尖峰，防止脉冲电流对开关管的造成损坏。
还需要说明的是，第二稳压二极管Z2和第三电阻R3可防止第三开关管Q3的源极被击穿。
还需要说明的是，第一稳压二极管Z1和第一电阻R1可防止第一开关管Q1和第二开关管Q2的源极被击穿。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种电池组放电控制电路，其特征在于，包括：预放电单元(100)、放电单元(200)、启动单元(300)和控制单元(400)，所述预放电单元(100)的输入端与所述电池组的总正端连接，输出端与外接负载连接，输入控制端与所述控制单元(400)的第一输出控制端连接；
所述放电单元(200)的输入端与所述电池组的总正端连接，输入控制端与所述启动单元(300)的输出控制端连接，输出端与与外接负载连接；
所述启动单元(300)的第一输入控制端与所述放电单元(200)的输出端连接，第二输入控制端与所述控制单元(400)的第二输出控制端连接。
2.根据权利要求1所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述放电单元(200)包括第三开关管Q3、第一二极管D1和第二二极管D2，所述第三开关管Q3的漏极串联所述第一二极管D1后作为所述放电单元(200)的输入端，栅极作为所述放电单元(200)的输入控制端，源极作为所述放电单元(200)的输出端；
所述第二二极管D2并联于所述第一二极管D1。
3.根据权利要求2所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述放电单元(200)还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1的一端与所述第三开关管Q3的漏极连接，另一端串联所述第二电容C2后与所述第三开关管Q3的源极连接。
4.根据权利要求1所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述启动单元(300)包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3和第二稳压二极管Z2，所述第三电阻R3的一端作为所述启动单元(300)的第一输入控制端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第五二极管D5的阴极连接作为所述启动单元(300)的输出控制端；
所述第三二极管D3的阴极串联所述第三电容C3后与第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极作为所述启动单元(300)的第二输入控制端；
所述第二稳压二极管Z2并联于所述第三电阻R3；
所述第四电阻R4的一端与所述第三二极管D3的阳极连接，另一端与所述第四二极管D4的阳极连接；
所述第五二极管D5的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接。
5.根据权利要求1所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述预放电单元(100)包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和第二电阻R2，所述第一开关管Q1的漏极作为所述预放电单元(100)的输入端，源极与所述第二开关管Q2的源极连接，栅极作为所述预放电单元(100)的输入控制端；
所述第二开关管Q2的漏极串联所述第二电阻R2后作为所述预放电单元(100)的输出端，栅极与所述第一开关管Q1的栅极连接。
6.根据权利要求5所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述预放电单元(100)还包括第一稳压二极管Z1和第一电阻R1，所述第一稳压二极管Z1的阳极与所述第一开关管Q1的栅极连接，阴极与所述第一开关管Q1的源极连接；
所述第一电阻R1并联于所述第一稳压二极管Z1。
7.根据权利要求2所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述第三开关管Q3为功率开关管。
8.根据权利要求2-6任意一项所述的电池组放电控制电路，其特征在于，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5均为肖特基功率二极管。
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